Kelas X | Energi Listrik

Energi listrik dapat berubah menjadi bentuk energi lain. Untuk mengubah energi listrik menjadi energi lain diperlukan alat listrik. Setrika merupakan alat listrik yang memiliki hambatan, jika digunakan memerlukan tegangan, arus listrik, dan waktu penggunaan. Hambatan, tegangan, kuat arus, dan waktu itulah yang memengaruhi besar energi listrik. Bagaimanakah merumuskan hubungan energi listrik dengan hambatan, tegangan, kuat arus, dan waktu?

Besar energi listrik dapat ditulis dalam bentuk persamaan berikut.

W = V . I . t

Dengan:
W= besar energi listrik (joule)
V = besar tegangan listrik (volt)
I = besar kuat arus listrik (ampere)
t = selang waktu (sekon)

Berdasarkan rumus di atas dapat dikatakan bahwa besar energi listrik bergantung oleh tegangan listrik, kuat arus listrik, dan waktu listrik mengalir. Energi listrik akan makin besar, jika tegangan dan kuat arus makin besar serta selang waktu makin lama. 

Karena menurut Hukum Ohm V = IR, maka persamaan tersebut dapat diturunkan menjadi persamaan berikut.

Satuan energi listrik dalam SI adalah joule (J). Adapun, satuan energi listrik yang sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari adalah kWh (kilowatt hour atau kilowatt jam). Dalam hal ini
1 kWh = 1 kilo × 1 watt × 1 jam
1 kWh = 1.000 × 1 watt × 3.600 sekon
1 kWh = 3.600.000 watt sekon
1 kWh = 3,6 × 106 joule 

Selain itu dalam kehidupan sehari-hari, energi listrik sering dimanfaatkan sebagai pemanas (misalnya setrika, solder, atau heater).

Read More

Kelas X | Daya Listrik

Masih ingatkah kamu konsep daya saat belajar di SMP? Pengertian daya pada mekanika menjadi dasar penurunan daya pada listrik dinamik. Pada mekanika, yang dimaksud dengan daya adalah kecepatan melakukan usaha. Adapun, pada listrik dinamik, daya listrik adalah jumlah energi listrik yang digunakan tiap detik. Besar daya listrik dirumuskan sebagai berikut.

P =W / t

Karena W = V.I.t, maka persamaan daya listrik dapat ditulis sebagai berikut.

P = V . I

Adapun, menurut Hukum Ohm V = IR sehingga persamaan daya juga dapat ditulis sebagai berikut.

Dengan:

P = daya listrik satuannya watt (W)

V = tegangan listrik satuannya volt (V)

I = kuat arus listrik satuannya ampere (A)

R = hambatan listrik satuannya ohm ( Ω ) 

Satuan daya listrik dalam SI adalah watt (W). Untuk daya listrik yang besar menggunakan satuan kilowatt (kW) atau megawatt (MW), dimana

1 kW = 1.000 watt = 103 watt

1 MW= 1.000.000 watt = 106 watt 

Daya Listrik pada Suatu Alat Listrik

Alat listrik yang dijual di toko biasanya sudah tercantum daya dan tegangan yang dibutuhkan alat itu. Misalnya, lampu bertuliskan 60 W/220 V, setrika bertuliskan 300W/220 V, dan pompa air bertuliskan 125 W/220 V. Lampu bertuliskan 60 W/220 V artinya lampu akan menyala dengan baik, jika dipasang pada tegangan 220 volt dan selama 1 detik banyaknya energi listrik yang diubah menjadi energi cahaya 60 joule. 

Jika lampu dipasang pada tegangan lebih besar dari 220 V maka lampu akan rusak. Sebaliknya, jika dipasang pada tegangan kurang dari 220 V, lampu menyala kurang terang. Ada kalanya alat-alat listrik tidak mencantumkan daya listriknya, tetapi tertulis tegangan dan kuat arus. Misalnya, motor listrik bertuliskan 220 V- 0,5 A. Artinya motor akan bekerja dengan baik jika dipasang pada tegangan 220 volt dan akan mengalir arus listrik 0,5 ampere. 

Penggunaan Satuan kWh (kilowatt jam)

Alat untuk mengukur energi listrik yang digunakan dalam rumah tanggga disebut kWh-meter (meteran listrik). Alat itu terdiri atas sebuah motor yang kecepatan berputarnya bergantung daya alat listrik yang digunakan dan waktu penggunaan. Angka yang ditunjukkan merupakan integrasi besaran daya kali waktu atau energi listrik. Pernahkah kamu membayar rekening listrik rumahmu ke PLN? Pada dasarnya pelanggan PLN menggunakan energi listrik setiap bulannya. Besar kecil penggunaan energi itulah yang digunakan sebagai dasar untuk membayar rekening listrik. Banyaknya energi listrik (dalam satuan kWh) yang digunakan dapat dibaca pada meteran listrik. Adapun, harga per kWh ditentukan oleh PLN.

 

Read More

Kelas X | Rangkaian Hambatan Listrik: Paralel

Rangkaian Hambatan Listrik Susunan Paralel 

Karakteristik hambatan susunan paralel: 

1. Tegangan pada setiap hambatannya adalah sama yaitu sama dengan tegangan resistor penggantinya (V1 = V2 = V3 = Vtotal). Susunan paralel seperti pada gambar berikut.

2. Bertujuan untuk memperkecil hambatan rangkaian, maka nilai Rtotal untuk susunan paralel adalah: 

3. Khusus untuk dua buah resistor R1 dan R2 yang disusun paralel, nilai Rtotal­ dapat dihitung secara: 

4. Kuat arus yang melalui resistor dapat dihitung dengan hukum Ohm

5. Berfungsi sebagai pembagi arus, yaitu kuat arus yang melalui tiap-tiap resistor berbanding terbalik dengan hambatan listriknya 

Salah satu contoh hubungan paralel adalah peralatan listrik di rumah kita. Dalam susunan paralel, jika salah satu komponen rusak atau gagal, maka komponen-komponen lain dalam rangkaian masih tetap bekerja. 

6. Jika n buah resistor ekivalen, masing-masing dengan hambatan R ohm disusun paralel maka hambatan listrik resistor pengganti dinyatakan oleh:

Read More

Kelas X | Rangkaian Hambatan Listrik: Seri

Rangkaian Hambatan Listrik Susunan Seri 

Karakteristik hambatan susunan seri:

1. Rangkaian seri bertujuan untuk memperbesar hambatan rangkaian, nilai Rtotal untuk susunan seri adalah R1 + R2 + R3 = Rtotal

2. Kuat arus yang melewati setiap hambatan adalah sama. I1 = I2 = I3 = Itotal, seperti yang terlihat pada gambar. 

3. Beda potensial dapat dihitung dengan hukum ohm V= I.R, sehingga V1 = I1.R1, V2 = I2.R2, Vtotal= Itotal.Rtotal

4. Berfungsi sebagai pembagi tegangan. V1 : V2 : V3 = R1 : R2 : R3 Kelemahan susunan seri adalah ketika salah satu komponen listrik pada rangkaian seri putus, maka rangkaian listrik menjadi terbuka, sehingga komponen lain yang masih baik ikut padam. Namun sekring sengaja dipasang seri dengan rangkaian komponen-komponen lain untuk tujuan pengaman. 

5. Jika n buah resistor ekivalen, masing-masing dengan hambatan R ohm disusun seri maka hambatan listrik resistor pengganti dinyatakan oleh:

Read More

Kelas X | Membaca Alat Ukur Listrik

Pembacaan alat ukur listrik dalam rangkaian listrik

Pada dasarnya pembacaan alat ukur baik itu amperemeter dan voltmeter adalah sama. Yang perlu diperhatikan adalah batas ukur yang digunakan. Batas ukur adalah batas nilai maksimal yang bisa diukur oleh suatu alat ukur. 

Cara untuk membaca hasil pengkuran adalah:

Amperemeter ada yang mempunyai batas ukur dan skala terbatas. Misalnya sebuah amperemeter batas ukurnya 5A dengan skala 1–10. Jika saat digunakan jarum menunjukkan angka 4 pada skala, besar kuat arus listrik yang terukur adalah sebagai berikut.

Dengan demikian, arus listrik yang terukur sebesar 2 A.

 

Read More

Kelas X | Alat Ukur Listrik

1. Amperemeter

Amperemeter (ammeter): adalah alat ukur kuat arus listrik. Untuk mengukur arus yang mengalir melalui resistor pada rangkaian, amperemeter dipasang secara seri dengan resistor itu.

Simbol amperemeter dalam rangkaian adalah;

Dengan demikian, pada amperemeter dan resistor akan mengalir arus yang sama. Idealnya, amperemeter memiliki hambatan yang sangat kecil sehingga hanya sedikit perubahan yang terjadi pada arus yang diukur. Amperemeter memiliki skala penuh atau batas ukur maksimum, sedangkan kuat arus listrik yang akan diukur mungkin melebihi batas ukur maksimum amperemeter. Galvanometer adalah komponen utama yang menyusun amperemeter analog. Agar amperemeter dapat digunakan, maka dipasang suatu hambatan yang paralel dengan galvanometer sehingga kelebihan arus akan mengalir ke hambatan paralel (hambatan shunt) atau Rsh

Arus maksimum yang melalui galvanometer adalah Im, sehingga arus yang melalui Rsh adalah I-Im. Resistor RG dan Rsh dipasang secara pararel, maka beda potensial antara a dan b sama besar. Dengan demikian,berlaku

Dengan RG resistor galvanometer dan

2. Voltmeter

Voltmeter adalah alat pengukur beda potensial (tegangan) antara dua titik. Untuk mengukur beda potensial pada ujung-ujung resistor maka voltmeter dipasang pararel dengan resistor itu.

Voltmeter juga memiliki resistansi sehingga pemasangan voltmeter akan mengurangi hambatan antara titik a dan b. Akibatnya, arus yang mengalir pada rangkaian meningkat dan mempengaruhi tegangan pada titik a-b. Idealnya, voltmeter mempunyai hambatan yang sangat besar sehingga efeknya pada rangkaian menjadi minimal.

Agar voltmeter dapat digunakan untuk mengukur tegangan yang lebih besar maka batas ukur maksimum voltmeter dapat diperbesar dengan menambah hambatan yang dipasang seri dengan galvanometer penyusun voltmeter itu. 

 

Untuk menghitung besar Rs maka tegangan sebesar V dibagi menjadi dua, yaitu tegangan pada galvanometer Vm dan tegangan pada ujung-ujung resistor Rs yaitu Vs. Jadi, V = Vm + Vs. Resistor Rs dan RG disusun seri sehingga diperoleh resistor ekivalen R = Rs + RG. Untuk resistor susunan seri, berlaku

Dengan RG adalah resistor galvanometer dan n = V / Vm menunjukkan perbandingan antara tegangan skala penuh dan tegangan skala penuh galvanometer.

 

3. Ohmmeter

Ohmmeter adalah alat pengukur hambatan atau resistansi resistor. Untuk membuat ohmmeter, galvanometer dihubungkan seri dengan baterai dan resistor Rs.

Ketika terminal-terminal x dan y dihubungkan ke resistor R yang tidak diketahui, arus I yang mengalir melalui galvanometer adalah

Read More

Kelas X | Hambatan Kawat Penghantar

Hasil eksperimen menunjukkan bahwa hambatan kawat penghantar R berbanding lurus dengan panjang kawat lurus l dan berbanding terbalik dengan luas penampang kawat A. Secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut.

Besaran ρ dikenal sebagai hambatan jenis atau resistivitas yang nilainya bergantung pada jenis bahan penghantar.

Dalam suatu batas perubahan suhu tertentu, perubahan hambatan jenis sebanding dengan besar perubahan suhu (Δt),

Karena hambatan R berbanding lurus dengan hambatan jenis ρ, maka perubahan nilai hambatan akan mengikuti hubungan,

Sehingga,

Dengan:

Rt = hambatan pada suhu t⁰C,

R0 = hambatan mula-mula,

α = Koefisien suhu hambatan jenis (per ⁰C)

Δt = perubahan suhu (⁰C) 

Koefisien suhu hambatan jenis (α) tergantung pada jenis bahan. Meskipun hambatan jenis sebagian besar logam bertambah akibat kenaikan suhu, namun bahan tertentu hambatan jenis justru akan semakin kecil akibat kenaikan suhu. Hal ini terjadi pada bahan semikonduktor yaitu, karbon, grafit, germanium, dan silikon.

Read More

Kelas X | Hambatan Listrik

Dalam suatu rangkaian listrik tentu terdapat hambatan. Hambatan/resistansi merupakan karakteristik umum dari suatu rangkaian. Berikut akan dijelaskan secara lebih detail karakteristik hambatan komponen-komponen dalam rangkaian listrik.

 

Hambatan Kawat Penghantar

Besarnya hambatan kawat penghantar dipengaruhi oleh tiga faktor, yaitu Hambatan jenis penghantar, panjang penghantar, dan luas penampang penghantar 

Hambatan Resistor 
Dalam suatu rangkaian, kadangkala digunakan resistor sebagai penghambat arus. Resistor digunakan agar tidak membuang banyak biaya dalam pembuatan suatu hambatan. Besarnya resistansi suatu resistor dapat kita tentukan secara langsung menggunakan alat ukur hambatan (ohmmeter) atau bisa juga dilakukan penghitungan manual menggunakan kode warna resistor. Terkait dengan kode warna resistor, akan dijelaskan seperti berikut

Kode Warna Resistor

Warna	Angka I	Angka II	Faktor Pengali	Toleransi
Hitam	0	0	100
Coklat	1	1	101
Merah	2	2	102
Jingga	3	3	103
Kuning	4	4	104
Hijau	5	5	105
Biru	6	6	106
Ungu	7	7	107
Abu	8	8	108
Putih	9	9	109
Emas				5 %
Perak				10 %
Tak berwarna				20 %

Read More

Kelas X | Gaya Gerak Listrik dan Tegangan Jepit

Gaya Gerak Listrik (GGL)

Pernahkah kamu memerhatikan tulisan 1,5 V pada baterai, atau 6 V dan 12 V pada akumulator? Besaran 1,5 V, 6 V atau 12 V yang tertulis pada badan baterai atau akumulator menunjukkan beda potensial listrik yang dimilikinya. Hal itu sering disebut gaya gerak listrik (GGL). Untuk membantumu memahami pengertian gaya gerak listrik, perhatikan gambar di bawah ini dan perhatikan pula penjelasannya.

Jika sakelar (sk) ditutup, elektron di kutub negatif baterai akan bergerak melalui penghantar menuju kutub positif. Selama dalam perjalanannya, elektron mendapat tambahan energi dari gaya tarik kutub positif. Namun, energi itu akan habis karena adanya tumbukan antarelektron; di dalam lampu tumbukan itu mengakibatkan filamen berpijar dan mengeluarkan cahaya. Sesampainya di kutub positif, elektron tetap cenderung bergerak menuju ke kutub negatif kembali. 

Namun, hal itu sulit jika tidak ada bantuan energi luar. Energi luar tersebut berupa energi kimia dari baterai. Energi yang diperlukan untuk memindah elektron di dalam sumber arus itulah yang disebut gaya gerak listrik (GGL). Pada gambar di atas tegangan terukur pada titik AB (misalnya menggunakan voltmeter) ketika sakelar terbuka merupakan GGL baterai. Adapun tegangan terukur ketika sakelar tertutup merupakan tegangan jepit. Nilai tegangan jepit selalu lebih kecil daripada gaya gerak listrik.

 

Perbedaan GGL dan Tegangan Jepit

Beda potensial dan sebuah sumber tegangan dapat diketahui jika dihubungkan dengan hambatan, misalnya lampu, radio, atau alat elektronik yang lain. Apakah ini berarti, jika sumber tegangan tidak dihubungkan dengan hambatan, tidak mempunyai potensial? Walaupun arus tidak mengalir, sebuah sumber tegangan tetap memiliki beda potensial. Ketika mempelajari alat ukur listrik, kalian telah mengetahui bahwa setiap alat ukur mempunyai hambatan dalam. Demikian pula sumber tegangan. Sumber tegangan, misalnya baterai, aki (accu), dan sumber tegangan lain, juga mempunyai hambatan dalam. Hambatan dalam ini menyebabkan adanya beda potensial di antara kutub-kutubnya, walaupun arus tidak mengalir.

 

Ketika arus tidak mengalir, beda potensial di antara kedua kutub (disebut juga polaritas) sumber tegangan disebut gaya gerak listrik (ggl). Namun, jika arus listrik mengalir, beda potensial pada polaritas sumber tegangan disebut tegangan jepit (V, ). Lalu, bagimanakah hubungan gaya gerak listrik dengan tegangan jepit. Perhatikan Gambar hambatan dalam pada baterai (r) tersusun seri dengan hambatan luar (R).

 

 

 

Kita tahu bahwa di dalam sumber tegangan, misalnya baterai, terdapat hambatan dalam (disimbolkan dengan huruf r). Jika arus mengalir, hambatan dalam ini akan menghambat arus. Akibatnya, tegangan yang seharusnya dihasilkan (ggl) berkurang sebesar IR. Tegangan akhir yang biasanya kita ukur inilah yang disebut tegangan jepit. Jadi, hubungan antara tegangan jepit dengan gaya gerak listrik diberikan dengan persamaan:

V_jepit = ε – Ir

 

Jika tegangan jepit ini dihubungkan dengan sebuah hambatan luar R, maka besar arus yang mengalir dalam rangkaian adalah :

I = V_jepit / Rtotal = E / (R+r)

 

Keterangan:

V_jepit = tegangan jepit (volt)

E = gaya gerak listrik (volt)

I = kuat arus (A)

R = hambatan luar (ohm)

r = hambatan dalam (ohm)

 

Walaupun ggl dan tegangan jepit merupakan dua hal yang berbeda, tetapi dalam pemakaiannya sering dianggap sama. Ini terjadi karena hambatan dalam pada sumber tegangan diangggap tidak ada.

Read More

Kelas X | Tegangan Listrik

Tegangan listrik (Voltage) adalah perbedaan potensial listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dan dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur energi potensial dari sebuah medan listrik yang mengakibatkan adanya aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik. Tergantung pada perbedaan potensial listriknya, suatu tegangan listrik dapat dikatakan sebagai ekstra rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi. Secara definisi tegangan listrik menyebabkan obyek bermuatan listrik negatif tertarik dari tempat bertegangan rendah menuju tempat bertegangan lebih tinggi. Sehingga arah arus listrik konvensional di dalam suatu konduktor mengalir dari tegangan tinggi menuju tegangan rendah.

Agar terjadi aliran muatan (arus listrik) dalam suatu rangkaian tertutup, maka haruslah ada beda potensial/beda tegangan di kedua ujung rangkaian. Beda potensial listrik adalah energi tiap satu satuan muatan.

Jika energi tiap muatan habis akibat penggunaan, maka di kedua ujung rangkaian tidak akan ada beda potensial (beda potensial bernilai nol). Akibatnya komponen-komponen elektronika seperti lampu, trafo, dan lain sebagainya tidak akan dapat berfungsi sebagaimana mestinya. Perhatikanlah gambar berikut. Adanya beda potensial pada ujung ujung sumber tegangan, menyebabkan lampu dalam rangkaian tertutup tersebut dapat menyala. Pada lampu terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kalor dan cahaya.

Untuk mengukur langsung beda potensial listrik pada lampu, maka dipasang alat ukur tegangan/beda potensial seperti terlihat pada gambar. Pada gambar tersebut, alat ukur tegangan dipasang paralel dengan komponen yang hendak diukur beda potensialnya.

Read More

Kelas X | Arus Listrik

Arus listrik adalah gerakan atau aliran muatan listrik. Berdasarkan perjanjian arah arus listrik diambil sesuai arah gerakan muatan positif. Arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial yang lebih rendah, sedangkan elektron mengalir dari potensial rendah ke potensial yang lebih tinggi. Syarat terjadinya arus listrik:

1. Terdapat beda potensial antara kedua ujung konduktor 

2. Terjadi dalam rangkaian tertutup (seluruh elemen terhubung) 

 

Gambar tersebut menunjukkan rangkaian listrik sederhana. Rangkaian listrik tersebut merupakan susunan alat-alat listrik yang terdiri dari sumber arus, kawat penghantar, lampu atau alat listrik, dan saklar. Pada gambar 1a saklar dalam keadaan terbuka dan rangkaian tersebut disebut rangkaian terbuka. Pada rangkaian terbuka maka arus listrik tidak dapat mengalir sehingga lampu tidak menyala. Pada gambar 1b saklar dalam keadaan tertutup dan rangkaian tersebut disebut rangkaian tertutup. Pada rangkaian tertutup 1b maka arus listrik mengalir melalui rangkaian sehingga lampu menyala.

Kuat arus listrik didefinisikan sebagai banyaknya muatan yang mengalir melalui suatu penampang konduktor tiap detik. 

Jika ada muatan sebesar melewati suatu penampang konduktor dalam interval waktu, maka besar kuat arus listrik yang mengalir dalam konduktor itu adalah: 

dalam SI (Sistem Internasional) satuan arus adalah ampere (A).

Satu ampere didefinisikan sebagai muatan satu coulomb yang melewati suatu permukaan dalam waktu 1 detik. Muatan listrik satu electron adalah 1,6 x 10-19C. Jika besarnya muatan listrik yang melalui pengantar dalam waktu tertentu adalah Q Coulomb, maka jumlah electron yang melalui penghantar adalah: 

Read More

Kelas X | Azas Black

Pernahkah Anda mandi dan airnya kedinginan? Apa yang Anda lakukan? Kemudian pernahkah anda membuat teh manis dan terlalu panas? Apa yang Anda lakukan? Tentunya anda akan menuangkan sejumlah air panas pada air mandi anda. Dan Anda akan mendinginkan teh manis dengan menambahkan es. 

Kejadian-kejadian yang pernah Anda lakukan diatas ternyata sangat sesuai dengan konsep fisika. Apabila dua zat atau lebih mempunyai suhu yang berbeda dan terisolasi dalam suatu system, maka kalor akan mengalir dari zat yang suhunya tinggi ke zat yang suhunya rendah. Jika air panas dicampur dengan air dingin, sehingga diperoleh campuran yaitu air hangat. Ini berarti air panas turun suhunya, karena memberikan kalor kepada air yang dingin. Sedangkan air dingin naik suhunya karena ia menyerap kalor dari air panas. 

Jika sistem ini terisolir, yaitu aliran kalor bebas dari pengaruh lingkungan, maka berlaku hukum kekekalan energy kalor (asas black) yaitu: “ Jumlah kalor yang dilepas oleh zat yang panas sama dengan jumlah kalor yang diserap oleh zat yang dingin.”

Rumus asas Black
Q_lepas = Q_serap
 

Keterangan: 

Q_lepas = kalor yang dilepaskan oleh benda bersuhu tinggi

Q_serap = kalor yang diserap oleh benda bersuhu rendah

Read More

Kelas X | Perpindahan Kalor: Radiasi

Perpindahan Kalor Secara Radiasi

Radiasi merupakan proses peripandahan kalor yang tidak memerlukan medium (perantara). Radiasi ini biasanya dalam bentuk Gelombang Elektromagnetik (GEM) yang berasal dari matahari. Namun demikian dalam kehidupan sehari-hari proses radiasi juga berlaku saat kita berada didekat api unggun, seperti pada gambar.

Bagaimanakah proses radiasinya? matahari adalah sumber cahaya di bumi, sinarnya masuk ke bumi melewati filter yang disebut atmosfer, sehingga cahaya yang masuk ke bumi adalah cahaya yang tidak berbahaya. Cahaya yang masuk ke bumi melalui lapisan atmosfer itu dikenal dengan gelombang elektromagnetik yang terbagi ke dalam gelombang pendek dan gelombang panjang. Seperti Radio, TV, Radar, Inframerah, Cahaya Tampak, Ultraviolet, Sinar X dan Sinar Gamma.

Sinar Gelombang Elektromagnetik tersebut dibedakan berdasarkan panjang gelombang dan frekuensinya. Semakin besar panjang gelombang semakin kecil frekuensinya. Energi radiasinya tergantung dari besarnya frekuensi dalam arti semakin besar frekuensi semakin besar energi radiasinya. Sinar Gamma adalah gelombang elektromagnetik dan sinar radioaktif dengan energi radiasi terbesar.

Dalam kasus ini, terdapat hal yang disebut radiasi benda hitam, yang memaparkan bahwa semakin hitam benda tersebut maka energi radiasi yang dikenainya juga makin besar. Hal ini adalah fakta sehari-hari. Saat kita menjemur pakaian hitam dan putih dibawah sinar matahari berwarna dengan jenis dan tebal yang sama, maka pakaian warna hitam akan lebih cepat kering dibandingkan dengan pakaian berwarna putih.

Oleh karena itu, warna hitam dikatakan sempurna menyerap panas, sedangkan warna putih mampu memantulkan panas atau cahaya dengan sempurna. Sehingga emisivitas bahan (kemampuan menyerap panas) untuk warna hitam e = 1 sedangkan warna putih e = 0. Untuk warna lainnya berkisar antara 0 dan 1.

Besarnya energi radiasi benda hitam tergantung pula pada tingkat derajat suhunya. Seperti yang terlihat dari rumus energi radiasi berikut:

Keterangan:
P = Energi radiasi setiap waktu (watt)
Q = Kalor (joule)
t = waktu (s)
e = emisivitas bahan
A = luas penampang (m^2)
T = suhu (kelvin)
o = konstanta stefan boltzmann (5,67 x 10^-8)

Read More

Kelas X | Perpindahan Kalor: Konveksi

Perpindahan Kalor Secara Konveksi

Konveksi adalah proses perpindahan kalor dengan disertainya perpindahan partikel. Konveksi ini terjadi umumnya pada zat fluid (zat yang mengalir) seperti air dan udara. Konveksi dapat terjadi secara alami ataupun dipaksa. 

Konveksi alamiah misalnya saat memasak air terjadi gelembung udara hingga mendidih dan menguap. Sedangkan konveksi terpaksa contohnya hair dryer yang memaksa udara panas keluar yang diproses melalui alat tersebut.

Bagaimanakah proses terjadinya konveksi saat memasak air? Air merupakan zat cair yang terdiri dari partikel-partikel penyusun air. Saat memasak air dalam panci, api memberikan energi kepada panci dalam hal ini termasuk proses konduksi.

Kemudian panas yang diperoleh panci kemudian dialirkan pada air. partikel air paling bawah yang pertama kali terkena panas kemudian lama kelamaan akan memiliki  massa jenis yang lebih kecil karena sebagian berubah menjadi uap air.

Sehingga saat massa jenisnya lebih kecil partikel tersebut akan berpindah posisi naik ke permukaan. Air yang masih diatas permukaan kemudian turun ke bawah menggantikan posisi partikel yang tadi. begitulah seterusnya hingga mendidih dan menguap terus menerus.

Besarnya energi konveksi atau bisa disebut laju konveksi ditentukan oleh persamaan berikut:

Keterangan:
Q = kalor (joule)
h = koefisien konveksi
t = waktu (s)
A = luas penampang (m^2)
T = Suhu (kelvin)

 

Read More

Kelas X | Perpindahan Kalor: Konduksi

Perpindahan Kalor Secara Konduksi

Siapkan sebuah lilin dan sepotong kawat tipis. Pegang salah satu ujung kawat lalu sentuhkan ujung kawat lain ke nyala lilin. Tunggu selama beberapa saat hingga tanganmu kepanasan. Mengapa tanganmu terasa panas ? Ketika salah satu ujung kawat bersentuhan dengan nyala lilin, kalor berpindah dari nyala lilin (suhu tinggi) menuju ujung kawat tersebut (suhu rendah). Adanya perpindahan kalor menyebabkan suhu ujung kawat yang bersentuhan dengan api meningkat. Perbedaan suhu antara ujung kawat yang bersentuhan dengan nyala lilin dengan ujung kawat lainnya menyebabkan kalor berpindah dari ujung kawat yang bersentuhan dengan api menuju ujung kawat yang disentuh tangan. Adanya perpindahan kalor menyebabkan suhu ujung kawat yang disentuh meningkat. Kalor selanjutnya berpindah menuju tangan yang lebih dingin. Akibatnya tangan anda terasa panas.

Ketika salah satu bagian benda yang mempunyai suhu tinggi bersentuhan dengan benda bersuhu rendah, kalor berpindah dari benda bersuhu tinggi menuju bagian benda bersuhu rendah. Adanya tambahan energi menyebabkan atom dan molekul penyusun benda bergerak semakin cepat. Ketika bergerak, molekul tersebut memiliki energi kinetik (EK = ½ mv²). Molekul-molekul yang bergerak lebih cepat (energi kinetiknya lebih besar) menumbuk molekul yang berada di sebelahnya. Molekul tadi menumbuk lagi molekul lain yang berada di sebelah. Demikian seterusnya. Jadi molekul-molekul saling bertumbukan, sambil  memindahkan energi. Perpindahan kalor yang terjadi melalui tumbukan antara molekul pernyusun benda dinamakan perpindahan kalor secara konduksi.

Rumus perpindahan kalor secara konduksi

Benda yang terletak di sebelah kiri memiliki suhu yang lebih tinggi (T₁) sedangkan benda yang terletak di sebelah kanan memiliki suhu yang lebih rendah (T₂). Karena adanya perbedaan suhu (T₁ – T₂), kalor berpindah dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah (arah aliran kalor ke kanan). Benda yang dilewati kalor memiliki luas penampang (A) dan panjang (l).

Berdasarkan hasil percobaan, kalor yang berpindah selama selang waktu tertentu (Q/t) berbanding lurus dengan perbedaan suhu (T₁ – T₂), luas penampang (A), sifat suatu benda (k = konduktivitas termal) dan berbanding terbalik dengan panjang benda. Rumus laju perpindahan kalor secara konduksi :

Keterangan : Q/t = laju perpindahan kalor, k = konduktivitas termal, A = luas penampang, T₁ = suhu tinggi, T₂ = suhu rendah, l = panjang benda.

Penerapan perpindahan kalor secara konduksi

Mengapa ubin terasa lebih sejuk daripada karpet ? Ubin memiliki konduktivitas termal yang lebih besar daripada karpet. Karenanya ubin merupakan penghantar kalor yang bagus, sedangkan karpet merupakan penghantar kalor yang buruk. Ketika kita menginjak karpet, kalor mengalir dari kaki menuju karpet. Hal ini terjadi karena suhu tubuh kita lebih tinggi dari suhu karpet. Karpet merupakan penghantar kalor yang buruk karenanya kalor yang mengalir dari kaki kita menumpuk di permukaan karpet sehingga karpet menjadi lebih hangat. Ketika kita menginjak ubin atau keramik, kalor mengalir dari kaki menuju ubin atau keramik. Karena ubin merupakan penghantar kalor yang baik maka kalor tidak tertahan di permukaan ubin. Kalor mengalir dengan lancar sehingga kaki kita terasa dingin. Jika rumahmu berada di daerah dingin, sebaiknya alasi lantai kamarmu dengan karpet agar tubuhmu tidak kehilangan kalor. Sebaliknya, jika rumahmu berada di daerah panas, sebaiknya jangan alasi lantai kamarmu dengan karpet karena bukan kesejukan yang dirimu rasakan tapi kegerahan.

Tidur di lantai rumah tanpa alas dapat menyebabkan sakit. Mengapa? Hal ini disebabkan banyaknya kalor yang berpindah dari tubuh menuju lantai. Kalor adalah energi yang berpindah. Ketika tubuhmu kehilangan banyak kalor, maka energi di dalam tubuhmu berkurang. Jika kekurangan energi maka anda bisa sakit!

Apa fungsi jendela dan pintu ? Mengapa pintu dan jendela sebaiknya terbuat dari kayu ? Pada malam hari, suhu udara di luar rumah lebih rendah daripada suhu udara di dalam rumah. Adanya perbedaan suhu udara ini menyebabkan kalor berpindah dari dalam rumah ke luar rumah. Karenanya, biasanya pada malam hari kita menutup pintu atau jendela. Selain bertujuan menghalau penjahat, salah satu fungsi jendela atau pintu adalah menahan kalor agar tidak keluar dari dalam rumah. Biasanya pintu atau jendela terbuat dari kayu. Konduktivitas termal kayu cukup kecil sehingga bisa berperan sebagai isolator termal. Fungsi lain dari jendela atau pintu adalah menahan udara. Udara yang terperangkap pada sisi dalam jendela atau pintu berfungsi sebagai isolator yang baik (penghambat kalor yang hendak kabur). Konduktivitas termal udara sangat kecil. Semakin kecil konduktivitas termal suatu benda, semakin sulit kalor berpindah secara konduksi melalui benda tersebut.

Read More