Pengaruh Kalor Terhadap Pemuaian
Kalor - Pemuaian
Fisika SMA — Pengaruh Kalor pada Pemuaian, Pemuaian Panjang, Luas, Volume, dan Soal Literasi
Daftar Isi
A. Pengaruh Kalor pada Pemuaian
Bayangkan situasi ini:
"Saat kamu merebus air di dalam panci atau teko yang diisi penuh hingga ke bibirnya, air tersebut sering kali tumpah keluar setelah suhunya mulai memanas dan mendekati titik didih. Fenomena dapur yang sering dijumpai ini merupakan contoh nyata dari pemuaian volume, di mana zat cair (air) dan zat padat (panci) sama-sama memuai atau bertambah volumenya akibat menerima energi kalor. Air tumpah karena laju pemuaian volume air jauh lebih besar daripada laju pemuaian volume panci, sehingga wadah tersebut tidak lagi mampu menampung volume air yang meluap."
"Saat kamu merebus air di dalam panci atau teko yang diisi penuh hingga ke bibirnya, air tersebut sering kali tumpah keluar setelah suhunya mulai memanas dan mendekati titik didih. Fenomena dapur yang sering dijumpai ini merupakan contoh nyata dari pemuaian volume, di mana zat cair (air) dan zat padat (panci) sama-sama memuai atau bertambah volumenya akibat menerima energi kalor. Air tumpah karena laju pemuaian volume air jauh lebih besar daripada laju pemuaian volume panci, sehingga wadah tersebut tidak lagi mampu menampung volume air yang meluap."
- Pertanyaan Apersepsi tentang PemuaianMengapa air di dalam panci bisa tumpah saat dipanaskan, padahal awalnya air tersebut tidak melebihi bibir panci?
- Saat air memanas, apakah teko atau pancinya juga ikut memuai (bertambah besar), atau ukurannya tetap sama saja?
- Jika panci dan air sama-sama memuai saat dipanaskan, mengapa airnya tetap bisa tumpah keluar dari wadah?
📖 LIHAT JAWABAN
✖ Tutup Jawaban
- Jawaban 1: Air tumpah karena volumenya bertambah besar (memuai) akibat menerima energi panas (kalor) dari kompor.
- Jawaban 2: Panci atau teko sebagai zat padat juga ikut memuai dan volumenya bertambah besar, namun pertambahan ukurannya sangat kecil sehingga sulit dilihat langsung oleh mata telanjang.
- Jawaban 3: Air tetap tumpah karena koefisien muai volume zat cair (air) jauh lebih besar daripada koefisien muai volume zat padat (panci). Akibatnya, pertambahan volume air jauh lebih banyak daripada pertambahan kapasitas tampung pancinya.
Definisi Pemuaian:
Pemuaian adalah peristiwa bertambahnya ukuran suatu benda (panjang, luas, atau volume) akibat kenaikan suhu (menerima kalor).
Pemuaian adalah peristiwa bertambahnya ukuran suatu benda (panjang, luas, atau volume) akibat kenaikan suhu (menerima kalor).
Koefisien Muai Beberapa Zat:
Koefisien muai luas (\(\beta = 2\alpha\)) dan koefisien muai volume (\(\gamma = 3\alpha\))
| Zat | Koefisien Muai Panjang (\(\alpha\)) |
| Aluminium | 0,000024 /°C |
| Besi | 0,000012 /°C |
| Tembaga | 0,000017 /°C |
| Kaca | 0,000009 /°C |
| Kuningan | 0,000019 /°C |
Koefisien muai luas (\(\beta = 2\alpha\)) dan koefisien muai volume (\(\gamma = 3\alpha\))
B. Pemuaian Panjang
Pemuaian Panjang:
Pemuaian yang terjadi pada satu dimensi (panjang) suatu benda padat.
Pemuaian yang terjadi pada satu dimensi (panjang) suatu benda padat.
\[
L_t = L_0 (1 + \alpha \times \Delta T)
\]
\[
\Delta L = L_0 \times \alpha \times \Delta T
\]
- \(L_t\) = panjang akhir (m)
- \(L_0\) = panjang awal (m)
- \(\alpha\) = koefisien muai panjang (/°C)
- \(\Delta T\) = perubahan suhu (°C)
Penerapan Pemuaian Panjang dalam Kehidupan Sehari-hari
Rel Kereta Api
Rel diberi celah untuk pemuaian saat panas
Jembatan
Jembatan memiliki sambungan ekspansi
Termometer
Raksa memuai naik saat suhu naik
Kabel Listrik
Kabel kendur di siang hari karena pemuaian
Pintu Kayu
Pintu kayu memuai saat musim hujan
Kunci Inggris
Kunci memuai saat dipanaskan untuk melepas baut
C. Pemuaian Luas
Pemuaian Luas:
Pemuaian yang terjadi pada dua dimensi (luas permukaan) suatu benda padat.
Pemuaian yang terjadi pada dua dimensi (luas permukaan) suatu benda padat.
\[
A_t = A_0 (1 + \beta \times \Delta T)
\]
\[
\Delta A = A_0 \times \beta \times \Delta T
\]
\[
\beta = 2 \times \alpha
\]
- \(A_t\) = luas akhir (m²)
- \(A_0\) = luas awal (m²)
- \(\beta\) = koefisien muai luas (/°C)
- \(\Delta T\) = perubahan suhu (°C)
Penerapan Pemuaian Luas dalam Kehidupan Sehari-hari
Pintu Logam
Pintu logam memuai saat terkena panas matahari
Kaca Jendela
Kaca memuai saat suhu naik
Lantai Keramik
Keramik memuai dan bisa retak jika tidak diberi celah
Bimetal
Lempeng bimetal melengkung karena perbedaan pemuaian
Kipas Angin
Baling-baling memuai saat panas
CD/DVD
Disk memuai saat terkena panas
D. Pemuaian Volume
Pemuaian Volume:
Pemuaian yang terjadi pada tiga dimensi (volume) benda padat, cair, atau gas.
Pemuaian yang terjadi pada tiga dimensi (volume) benda padat, cair, atau gas.
\[
V_t = V_0 (1 + \gamma \times \Delta T)
\]
\[
\Delta V = V_0 \times \gamma \times \Delta T
\]
\[
\gamma = 3 \times \alpha
\]
- \(V_t\) = volume akhir (m³)
- \(V_0\) = volume awal (m³)
- \(\gamma\) = koefisien muai volume (/°C)
- \(\Delta T\) = perubahan suhu (°C)
Anomali Air:
Air memiliki anomali — volumenya terkecil pada suhu 4°C. Di bawah 4°C, air memuai saat didinginkan (membeku).
Air memiliki anomali — volumenya terkecil pada suhu 4°C. Di bawah 4°C, air memuai saat didinginkan (membeku).
Penerapan Pemuaian Volume dalam Kehidupan Sehari-hari
Air Mendidih
Volume air bertambah saat dipanaskan
Termometer
Raksa memuai volumenya di tabung
Bensin
Bensin memuai saat suhu naik di tangki
Botol Air
Botol air di freezer bisa pecah karena pemuaian es
Balon Udara
Udara memuai saat dipanaskan
Oli Mesin
Oli memuai saat mesin panas
E. Latihan Soal Interaktif
Kerjakan soal-soal berikut dengan mengisi kotak jawaban,
lalu klik Cek Jawaban untuk mengetahui kebenarannya!
Panduan Menambahkan Soal Baru & Gambar:
1. Menambahkan Gambar:
Ganti URL gambar pada tag
Ganti URL gambar pada tag
<img src="URL_GAMBAR_ANDA" alt="Deskripsi Gambar">
2. Menambahkan Soal Baru:
Copy blok
Copy blok
<div class="soal-interaktif" id="soalX">, ganti X dengan nomor soal,
dan tambahkan fungsi JavaScript sesuai pola.
Skor Anda
0 / 20
1 Pemuaian
Materi yang dipanaskan memuai dan menyusut jika didinginkan. Peristiwa ini disebut ...
Jawaban Benar: pemuaian
Langkah-langkah:
1. Perhatikan fenomena: benda yang dipanaskan akan bertambah ukurannya (memuai)
2. Benda yang didinginkan akan menyusut ukurannya
3. Peristiwa ini disebut pemuaian
1. Perhatikan fenomena: benda yang dipanaskan akan bertambah ukurannya (memuai)
2. Benda yang didinginkan akan menyusut ukurannya
3. Peristiwa ini disebut pemuaian
2 Pemuaian Kabel
Perhatikan kabel telepon pada musim dingin dan musim panas. Pada musim panas kabel akan lebih ...
Jawaban Benar: memuai / panjang
Langkah-langkah:
1. Pada musim panas, suhu udara lebih tinggi
2. Kabel telepon terbuat dari logam yang memuai jika dipanaskan
3. Akibatnya kabel akan memuai (lebih panjang) pada musim panas
1. Pada musim panas, suhu udara lebih tinggi
2. Kabel telepon terbuat dari logam yang memuai jika dipanaskan
3. Akibatnya kabel akan memuai (lebih panjang) pada musim panas
3 Panjang Timbal
Sebatang logam timbal dengan panjang mula-mula 1,5 meter dinaikkan suhunya dari 10°C menjadi 30°C. Koefisien muai panjang timbal adalah 29 × 10⁻⁶ /°C. Tentukan panjang timbal itu sekarang!
Jawaban Benar: 1,50087 m
Langkah-langkah:
1. Diketahui: L₀ = 1,5 m, ΔT = 30°C - 10°C = 20°C, α = 29 × 10⁻⁶/°C
2. Rumus: ΔL = L₀ × α × ΔT
3. ΔL = 1,5 × 29 × 10⁻⁶ × 20
4. ΔL = 1,5 × 580 × 10⁻⁶ = 0,00087 m
5. L = L₀ + ΔL = 1,5 + 0,00087 = 1,50087 m
1. Diketahui: L₀ = 1,5 m, ΔT = 30°C - 10°C = 20°C, α = 29 × 10⁻⁶/°C
2. Rumus: ΔL = L₀ × α × ΔT
3. ΔL = 1,5 × 29 × 10⁻⁶ × 20
4. ΔL = 1,5 × 580 × 10⁻⁶ = 0,00087 m
5. L = L₀ + ΔL = 1,5 + 0,00087 = 1,50087 m
4 Pertambahan Panjang Baja
Sebuah benda yang terbuat dari baja memiliki panjang 1000 cm. Berapakah pertambahan panjang baja itu, jika terjadi perubahan suhu sebesar 50°C? (α baja = 12 × 10⁻⁶ /°C)
Jawaban Benar: 0,6 cm
Langkah-langkah:
1. Diketahui: L₀ = 1000 cm, ΔT = 50°C, α = 12 × 10⁻⁶/°C
2. Rumus: ΔL = L₀ × α × ΔT
3. ΔL = 1000 × 12 × 10⁻⁶ × 50
4. ΔL = 1000 × 600 × 10⁻⁶
5. ΔL = 0,6 cm
1. Diketahui: L₀ = 1000 cm, ΔT = 50°C, α = 12 × 10⁻⁶/°C
2. Rumus: ΔL = L₀ × α × ΔT
3. ΔL = 1000 × 12 × 10⁻⁶ × 50
4. ΔL = 1000 × 600 × 10⁻⁶
5. ΔL = 0,6 cm
5 Pertambahan Panjang Kuningan
Sebuah kuningan memiliki panjang 1 m. Tentukanlah pertambahan panjang kuningan tersebut jika temperaturnya naik dari 10°C sampai 40°C. (α kuningan = 19 × 10⁻⁶ /°C)
Jawaban Benar: 0,00057 m
Langkah-langkah:
1. Diketahui: L₀ = 1 m, ΔT = 40°C - 10°C = 30°C, α = 19 × 10⁻⁶/°C
2. Rumus: ΔL = L₀ × α × ΔT
3. ΔL = 1 × 19 × 10⁻⁶ × 30
4. ΔL = 570 × 10⁻⁶
5. ΔL = 0,00057 m
1. Diketahui: L₀ = 1 m, ΔT = 40°C - 10°C = 30°C, α = 19 × 10⁻⁶/°C
2. Rumus: ΔL = L₀ × α × ΔT
3. ΔL = 1 × 19 × 10⁻⁶ × 30
4. ΔL = 570 × 10⁻⁶
5. ΔL = 0,00057 m
6 Luas Pelat Besi
Pada suhu 30°C sebuah pelat besi luasnya 10 m². Apabila suhunya dinaikkan menjadi 90°C dan koefisien muai panjang besi sebesar 0,000012/°C, maka tentukan luas pelat besi tersebut!
Jawaban Benar: 10,0144 m²
Langkah-langkah:
1. Diketahui: A₀ = 10 m², ΔT = 90°C - 30°C = 60°C, α = 1,2 × 10⁻⁵/°C
2. Koefisien muai luas: β = 2α = 2 × 1,2 × 10⁻⁵ = 2,4 × 10⁻⁵/°C
3. Rumus: ΔA = A₀ × β × ΔT
4. ΔA = 10 × 2,4 × 10⁻⁵ × 60
5. ΔA = 10 × 1440 × 10⁻⁵ = 0,0144 m²
6. A = A₀ + ΔA = 10 + 0,0144 = 10,0144 m²
1. Diketahui: A₀ = 10 m², ΔT = 90°C - 30°C = 60°C, α = 1,2 × 10⁻⁵/°C
2. Koefisien muai luas: β = 2α = 2 × 1,2 × 10⁻⁵ = 2,4 × 10⁻⁵/°C
3. Rumus: ΔA = A₀ × β × ΔT
4. ΔA = 10 × 2,4 × 10⁻⁵ × 60
5. ΔA = 10 × 1440 × 10⁻⁵ = 0,0144 m²
6. A = A₀ + ΔA = 10 + 0,0144 = 10,0144 m²
7 Perubahan Luas Aluminium
Sebuah batang aluminium memiliki luas 100 cm². Jika batang aluminium tersebut dipanaskan mulai dari 0°C sampai 30°C, berapakah perubahan luasnya setelah terjadi pemuaian? (α = 24 × 10⁻⁶/K)
Jawaban Benar: 0,144 cm²
Langkah-langkah:
1. Diketahui: A₀ = 100 cm², ΔT = 30°C - 0°C = 30°C, α = 24 × 10⁻⁶/K
2. β = 2α = 48 × 10⁻⁶/K
3. Rumus: ΔA = A₀ × β × ΔT
4. ΔA = 100 × 48 × 10⁻⁶ × 30
5. ΔA = 100 × 1440 × 10⁻⁶
6. ΔA = 0,144 cm²
1. Diketahui: A₀ = 100 cm², ΔT = 30°C - 0°C = 30°C, α = 24 × 10⁻⁶/K
2. β = 2α = 48 × 10⁻⁶/K
3. Rumus: ΔA = A₀ × β × ΔT
4. ΔA = 100 × 48 × 10⁻⁶ × 30
5. ΔA = 100 × 1440 × 10⁻⁶
6. ΔA = 0,144 cm²
8 Volume Akhir Bola
Sebuah bola yang memiliki volume 50 m³ jika dipanaskan hingga mencapai temperatur 50°C. Jika pada kondisi awal kondisi tersebut memiliki temperatur 0°C, tentukanlah volume akhir bola tersebut setelah terjadi pemuaian (α = 17 × 10⁻⁶/K)
Jawaban Benar: 50,1275 m³
Langkah-langkah:
1. Diketahui: V₀ = 50 m³, ΔT = 50°C - 0°C = 50°C, α = 17 × 10⁻⁶/K
2. γ = 3α = 51 × 10⁻⁶/K
3. Rumus: ΔV = V₀ × γ × ΔT
4. ΔV = 50 × 51 × 10⁻⁶ × 50
5. ΔV = 50 × 2550 × 10⁻⁶ = 0,1275 m³
6. V = V₀ + ΔV = 50 + 0,1275 = 50,1275 m³
1. Diketahui: V₀ = 50 m³, ΔT = 50°C - 0°C = 50°C, α = 17 × 10⁻⁶/K
2. γ = 3α = 51 × 10⁻⁶/K
3. Rumus: ΔV = V₀ × γ × ΔT
4. ΔV = 50 × 51 × 10⁻⁶ × 50
5. ΔV = 50 × 2550 × 10⁻⁶ = 0,1275 m³
6. V = V₀ + ΔV = 50 + 0,1275 = 50,1275 m³
9 Volume Bejana
Sebuah bejana memiliki volume 1 liter pada suhu 25°C. Jika koefisien muai panjang bejana 2 × 10⁻⁵ /°C, maka tentukan volume bejana pada suhu 75°C!
Jawaban Benar: 1,003 liter
Langkah-langkah:
1. Diketahui: V₀ = 1 liter, ΔT = 75°C - 25°C = 50°C, α = 2 × 10⁻⁵/°C
2. γ = 3α = 6 × 10⁻⁵/°C
3. Rumus: ΔV = V₀ × γ × ΔT
4. ΔV = 1 × 6 × 10⁻⁵ × 50
5. ΔV = 300 × 10⁻⁵ = 0,003 liter
6. V = V₀ + ΔV = 1 + 0,003 = 1,003 liter
1. Diketahui: V₀ = 1 liter, ΔT = 75°C - 25°C = 50°C, α = 2 × 10⁻⁵/°C
2. γ = 3α = 6 × 10⁻⁵/°C
3. Rumus: ΔV = V₀ × γ × ΔT
4. ΔV = 1 × 6 × 10⁻⁵ × 50
5. ΔV = 300 × 10⁻⁵ = 0,003 liter
6. V = V₀ + ΔV = 1 + 0,003 = 1,003 liter
10 Pertambahan Panjang Baja
Karena suhunya dinaikkan dari 0°C menjadi 100°C, suatu batang baja yang panjangnya 1 m bertambah panjangnya 1 mm. Berapakah pertambahan panjang suatu batang baja yang panjangnya 60 cm jika dipanaskan dari 0°C sampai 120°C?
Jawaban Benar: 0,72 mm
Langkah-langkah:
1. Kasus 1: L₀ = 1000 mm, ΔT₁ = 100°C, ΔL₁ = 1 mm
2. Cari α: α = ΔL₁/(L₀ × ΔT₁) = 1/(1000 × 100) = 10⁻⁵/°C
3. Kasus 2: L₀ = 600 mm, ΔT₂ = 120°C
4. ΔL₂ = L₀ × α × ΔT₂ = 600 × 10⁻⁵ × 120
5. ΔL₂ = 720 × 10⁻³ = 0,72 mm
1. Kasus 1: L₀ = 1000 mm, ΔT₁ = 100°C, ΔL₁ = 1 mm
2. Cari α: α = ΔL₁/(L₀ × ΔT₁) = 1/(1000 × 100) = 10⁻⁵/°C
3. Kasus 2: L₀ = 600 mm, ΔT₂ = 120°C
4. ΔL₂ = L₀ × α × ΔT₂ = 600 × 10⁻⁵ × 120
5. ΔL₂ = 720 × 10⁻³ = 0,72 mm
11 Temperatur Batang Baja
Sebatang baja (α = 10⁻⁵/°C) panjangnya 100 cm pada temperatur 30°C. Jika panjang batang baja tersebut sekarang menjadi 100,1 cm, tentukanlah temperatur batang baja tersebut.
Jawaban Benar: 130 °C
Langkah-langkah:
1. Diketahui: L₀ = 100 cm, L = 100,1 cm, T₀ = 30°C, α = 10⁻⁵/°C
2. ΔL = L - L₀ = 100,1 - 100 = 0,1 cm
3. Rumus: ΔT = ΔL/(L₀ × α)
4. ΔT = 0,1/(100 × 10⁻⁵) = 0,1/0,001 = 100°C
5. T = T₀ + ΔT = 30 + 100 = 130 °C
1. Diketahui: L₀ = 100 cm, L = 100,1 cm, T₀ = 30°C, α = 10⁻⁵/°C
2. ΔL = L - L₀ = 100,1 - 100 = 0,1 cm
3. Rumus: ΔT = ΔL/(L₀ × α)
4. ΔT = 0,1/(100 × 10⁻⁵) = 0,1/0,001 = 100°C
5. T = T₀ + ΔT = 30 + 100 = 130 °C
12 Pertambahan Luas Permukaan Bola
Sebuah bola berongga yang terbuat dari perunggu (α = 18 × 10⁻⁶/°C) berada pada temperatur 0°C dan memiliki jari-jari 1 m. Jika bola tersebut dipanaskan sampai 80°C, tentukanlah pertambahan luas permukaan bola.
Jawaban Benar: 0,0362 m²
Langkah-langkah:
1. Diketahui: r₀ = 1 m, ΔT = 80°C, α = 18 × 10⁻⁶/°C
2. Luas awal: A₀ = 4πr₀² = 4π(1)² = 4π m²
3. β = 2α = 36 × 10⁻⁶/°C
4. ΔA = A₀ × β × ΔT = 4π × 36 × 10⁻⁶ × 80
5. ΔA = 4 × 3,14 × 2880 × 10⁻⁶ = 0,0362 m²
1. Diketahui: r₀ = 1 m, ΔT = 80°C, α = 18 × 10⁻⁶/°C
2. Luas awal: A₀ = 4πr₀² = 4π(1)² = 4π m²
3. β = 2α = 36 × 10⁻⁶/°C
4. ΔA = A₀ × β × ΔT = 4π × 36 × 10⁻⁶ × 80
5. ΔA = 4 × 3,14 × 2880 × 10⁻⁶ = 0,0362 m²
13 Konduksi Termal Baja
Sebuah batang baja luas permukaannya 125 m² dan tebalnya 10 cm. Beda temperatur antara kedua permukaan baja 2°C. Jika koefisien konduksi termal baja 50 W/mK, kalor yang dapat dihantarkan oleh baja tiap sekon sebesar
Jawaban Benar: 125.000 W
Langkah-langkah:
1. Diketahui: A = 125 m², L = 10 cm = 0,1 m, ΔT = 2°C, k = 50 W/mK
2. Rumus konduksi: H = k × A × (ΔT/L)
3. H = 50 × 125 × (2/0,1)
4. H = 6250 × 20
5. H = 125.000 W
1. Diketahui: A = 125 m², L = 10 cm = 0,1 m, ΔT = 2°C, k = 50 W/mK
2. Rumus konduksi: H = k × A × (ΔT/L)
3. H = 50 × 125 × (2/0,1)
4. H = 6250 × 20
5. H = 125.000 W
14 Energi Radiasi Tubuh
Perbedaan temperatur badan seseorang dengan lingkungannya adalah 10°C. Apabila koefisien emisivitas dari badan orang adalah 0,4 dan luas permukaan seluruh tubuhnya 500 cm², energi yang akan dipancarkan oleh seluruh tubuhnya selama 1 menit, jika diketahui konstanta Stefan-Boltzmann 5,672 × 10⁻⁸ W/m²K⁴ adalah
Jawaban Benar: 68 J
Langkah-langkah:
1. Diketahui: e = 0,4, A = 500 cm² = 0,05 m², ΔT = 10°C, t = 60 s, σ = 5,672 × 10⁻⁸
2. Gunakan pendekatan: Q = e × σ × A × T⁴ × t
3. Dengan T ≈ 300 K, T⁴ ≈ 8,1 × 10⁹
4. Q = 0,4 × 5,672 × 10⁻⁸ × 0,05 × 8,1 × 10⁹ × 60
5. Q ≈ 68 J
1. Diketahui: e = 0,4, A = 500 cm² = 0,05 m², ΔT = 10°C, t = 60 s, σ = 5,672 × 10⁻⁸
2. Gunakan pendekatan: Q = e × σ × A × T⁴ × t
3. Dengan T ≈ 300 K, T⁴ ≈ 8,1 × 10⁹
4. Q = 0,4 × 5,672 × 10⁻⁸ × 0,05 × 8,1 × 10⁹ × 60
5. Q ≈ 68 J
15 Panjang Batang L
Dua batang K dan L jenisnya sama. Pada suhu 20°C panjangnya berturut-turut 4 m dan 6 m. Saat dipanasi sampai suhu 50°C, ternyata batang K panjangnya menjadi 4,15 m. Jika besi L dipanasi sampai suhu 60°C, maka panjangnya menjadi
Jawaban Benar: 6,24 m
Langkah-langkah:
1. Batang K: L₀ = 4 m, ΔT = 50°C - 20°C = 30°C, ΔL = 4,15 - 4 = 0,15 m
2. α = ΔL/(L₀ × ΔT) = 0,15/(4 × 30) = 0,00125/°C
3. Batang L: L₀ = 6 m, ΔT = 60°C - 20°C = 40°C
4. ΔL = 6 × 0,00125 × 40 = 0,24 m
5. L = 6 + 0,24 = 6,24 m
1. Batang K: L₀ = 4 m, ΔT = 50°C - 20°C = 30°C, ΔL = 4,15 - 4 = 0,15 m
2. α = ΔL/(L₀ × ΔT) = 0,15/(4 × 30) = 0,00125/°C
3. Batang L: L₀ = 6 m, ΔT = 60°C - 20°C = 40°C
4. ΔL = 6 × 0,00125 × 40 = 0,24 m
5. L = 6 + 0,24 = 6,24 m
16 Kalor Hilang dari Tubuh
Seorang anak memiliki luas permukaan badan 14.000 cm² dan emisivitasnya 0,85. Temperatur kulit anak tersebut 37°C. Jika berdiri dalam ruang yang bersuhu 20°C, maka banyaknya kalor yang hilang dari orang tersebut per menit adalah (σ = 5,67 × 10⁻⁸ W/m²K⁴)
Jawaban Benar: 9.000 J
Langkah-langkah:
1. Diketahui: A = 14000 cm² = 1,4 m², e = 0,85, T₁ = 37°C = 310 K, T₂ = 20°C = 293 K
2. Rumus: Q = e × σ × A × (T₁⁴ - T₂⁴) × t
3. T₁⁴ = 310⁴ ≈ 9,24 × 10⁹, T₂⁴ = 293⁴ ≈ 7,37 × 10⁹
4. Q = 0,85 × 5,67 × 10⁻⁸ × 1,4 × (1,87 × 10⁹) × 60
5. Q ≈ 9.000 J
1. Diketahui: A = 14000 cm² = 1,4 m², e = 0,85, T₁ = 37°C = 310 K, T₂ = 20°C = 293 K
2. Rumus: Q = e × σ × A × (T₁⁴ - T₂⁴) × t
3. T₁⁴ = 310⁴ ≈ 9,24 × 10⁹, T₂⁴ = 293⁴ ≈ 7,37 × 10⁹
4. Q = 0,85 × 5,67 × 10⁻⁸ × 1,4 × (1,87 × 10⁹) × 60
5. Q ≈ 9.000 J
17 Pertambahan Panjang Besi
Sebatang besi yang panjangnya 80 cm, jika dipanasi sampai 50°C ternyata bertambah panjang 5 mm, maka berapa pertambahan panjang besi tersebut jika panjangnya 50 cm dipanasi sampai 60°C?
Jawaban Benar: 4,6875 mm
Langkah-langkah:
1. Kasus 1: L₀ = 800 mm, ΔT₁ = 50°C, ΔL₁ = 5 mm
2. α = ΔL₁/(L₀ × ΔT₁) = 5/(800 × 50) = 1,25 × 10⁻⁴/°C
3. Kasus 2: L₀ = 500 mm, ΔT₂ = 60°C
4. ΔL₂ = 500 × 1,25 × 10⁻⁴ × 60
5. ΔL₂ = 500 × 0,0075 = 4,6875 mm
1. Kasus 1: L₀ = 800 mm, ΔT₁ = 50°C, ΔL₁ = 5 mm
2. α = ΔL₁/(L₀ × ΔT₁) = 5/(800 × 50) = 1,25 × 10⁻⁴/°C
3. Kasus 2: L₀ = 500 mm, ΔT₂ = 60°C
4. ΔL₂ = 500 × 1,25 × 10⁻⁴ × 60
5. ΔL₂ = 500 × 0,0075 = 4,6875 mm
18 Volume Air yang Tumpah
Sebuah bejana tembaga dengan volume 100 cm³ diisi penuh dengan air pada suhu 30°C. Kemudian keduanya dipanasi hingga suhunya 100°C. Jika α tembaga = 1,8 × 10⁻⁵/°C dan γ air = 4,4 × 10⁻⁴/°C, berapa volume air yang tumpah saat itu?
Jawaban Benar: 0,414 cm³
Langkah-langkah:
1. Diketahui: V₀ = 100 cm³, ΔT = 100°C - 30°C = 70°C
2. α tembaga = 1,8 × 10⁻⁵, γ tembaga = 3α = 5,4 × 10⁻⁵
3. ΔV tembaga = V₀ × γ_tembaga × ΔT = 100 × 5,4 × 10⁻⁵ × 70 = 0,378 cm³
4. ΔV air = V₀ × γ_air × ΔT = 100 × 4,4 × 10⁻⁴ × 70 = 3,08 cm³
5. Air tumpah = ΔV air - ΔV tembaga = 3,08 - 0,378 = 0,414 cm³
1. Diketahui: V₀ = 100 cm³, ΔT = 100°C - 30°C = 70°C
2. α tembaga = 1,8 × 10⁻⁵, γ tembaga = 3α = 5,4 × 10⁻⁵
3. ΔV tembaga = V₀ × γ_tembaga × ΔT = 100 × 5,4 × 10⁻⁵ × 70 = 0,378 cm³
4. ΔV air = V₀ × γ_air × ΔT = 100 × 4,4 × 10⁻⁴ × 70 = 3,08 cm³
5. Air tumpah = ΔV air - ΔV tembaga = 3,08 - 0,378 = 0,414 cm³
19 Tekanan Gas
Gas dalam ruang tertutup mempunyai tekanan 1 cmHg. Jika kemudian gas tersebut ditekan pada suhu tetap sehingga volume gas menjadi ¼ volume mula-mula, berapa tekanan gas yang terjadi?
Jawaban Benar: 4 cmHg
Langkah-langkah:
1. Diketahui: P₁ = 1 cmHg, V₂ = ¼ V₁ (suhu tetap)
2. Hukum Boyle: P₁ × V₁ = P₂ × V₂
3. P₂ = P₁ × V₁/V₂ = 1 × V₁/(¼V₁)
4. P₂ = 1 × 4 = 4 cmHg
1. Diketahui: P₁ = 1 cmHg, V₂ = ¼ V₁ (suhu tetap)
2. Hukum Boyle: P₁ × V₁ = P₂ × V₂
3. P₂ = P₁ × V₁/V₂ = 1 × V₁/(¼V₁)
4. P₂ = 1 × 4 = 4 cmHg
20 Suhu Air Mulai Tumpah
Ke dalam sebuah gelas yang bervolume 50 cm³ dimasukkan air sebanyak 49 cm³ pada suhu 25°C, kemudian bersama-sama air dipanaskan. Pada suhu berapakah air akan mulai tumpah jika α gelas = 4 × 10⁻⁶/°C dan γ air = 5 × 10⁻⁴/°C
Jawaban Benar: 65,7 °C
Langkah-langkah:
1. Diketahui: V_gelas = 50 cm³, V_air = 49 cm³, T₀ = 25°C, α = 4×10⁻⁶, γ = 5×10⁻⁴
2. Syarat tumpah: V_air_akhir = V_gelas_akhir
3. V_air_akhir = 49 × (1 + γ × ΔT)
4. V_gelas_akhir = 50 × (1 + 3α × ΔT)
5. 49 + 49γΔT = 50 + 150αΔT
6. 49γΔT - 150αΔT = 1
7. ΔT = 1/(49γ - 150α) = 1/(49×5×10⁻⁴ - 150×4×10⁻⁶)
8. ΔT = 1/(0,0245 - 0,0006) = 1/0,0239 = 40,7°C
9. T = 25 + 40,7 = 65,7 °C
1. Diketahui: V_gelas = 50 cm³, V_air = 49 cm³, T₀ = 25°C, α = 4×10⁻⁶, γ = 5×10⁻⁴
2. Syarat tumpah: V_air_akhir = V_gelas_akhir
3. V_air_akhir = 49 × (1 + γ × ΔT)
4. V_gelas_akhir = 50 × (1 + 3α × ΔT)
5. 49 + 49γΔT = 50 + 150αΔT
6. 49γΔT - 150αΔT = 1
7. ΔT = 1/(49γ - 150α) = 1/(49×5×10⁻⁴ - 150×4×10⁻⁶)
8. ΔT = 1/(0,0245 - 0,0006) = 1/0,0239 = 40,7°C
9. T = 25 + 40,7 = 65,7 °C
Komentar