.jpeg)
Tampilkan postingan dengan label Materi Kelas XI. Tampilkan semua postingan
Tampilkan postingan dengan label Materi Kelas XI. Tampilkan semua postingan
Gelombang Mekanik
Gelombang adalah getaran/usikan yang merambat. Dalam kehidupan sehari-hari banyak kita dapati berbagai contoh gelombang, antara lain : gelombang cahaya, gelombang bunyi, gelombang radio, gelombang air laut dsb.
Berdasarkan medium perambatannya, gelombang dikelompokkan menjadi dua :
- Gelombang mekanik, yaitu gelombang yang memerlukan medium perambatan. Gelombang yang termasuk gelombang mekanik adalah gelombang bunyi. Bunyi dapat kita dengar karena merambat melalui udara. Apabila tidak ada medium untuk merambat, bunyi tidak dapat kita dengar. Oleh karena itu, ledakan benda-benda langit tidak terdengar sampai ke bumi.
- Gelombang elektromagnetik, yaitu gelombang yang tidak memerlukan medium perambatan. Cahaya termasuk gelombang elektromagnetik. Oleh karena itu, cahaya dapat sampai ke bumi meskipun melewati ruang hampa
Berdasarkan arah arah getarnya, gelombang dikelompokkan menjadi dua :
- Gelombang transversal, yaitu gelombang yang arah getarnya tegak lurus terhadap arah perambatannya. Pada gelombang transversal, yang merambat adalah bentuk bukit dan lembah. Contoh gelombang transversal adalah gelombang permukaan air dan gelombang tali.
- Gelombang longitudinal, yaitu gelombang yang arah getarnya sejajar dengan arah perambatannya. Pada gelombang longitudinal yang merambat adalah rapatan dan renggangan. Contoh gelombang longitudinal adalah gelombang bunyi dan gelombang pada slingki (pegas) yang digerakkan maju mundur pada arah mendatar
Berdasarkan amplitudonaya, gelombang dikelompokkan menjadi dua ;
- Gelombang berjalan, yaitu gelombang yang amplitudonya tetap setiap titik yang dilalui gelombang.
- Gelombang stasioner (gelombang tegak), yaitu gelombang yang amplitudonya berubah-ubah
Gelombang berjalan dan gelombang tegak dibahas pada bab tersendiri.
Besaran Gelombang
Besaran gelombang yang dibahas adalah, panjang gelombang, amplitudo, frekuensi, periode, dan cepat rambat gelombang. Perhatikan gambar di bawah in
Simpangan gelombang ( y ) didefinisikan sebagai jarak sebuah titik dari posisi seimbangnya. Simpangan gelombang maksimum ( ymaks ) disebut amplitudo gelombang ( A ). Satu panjang gelombang ( λ ) terdiri atas sebuah bukit dan sebuah lembah gelombang. Pada gelombang longitudinal satu gelombang terdiri rapatan dan genggangan.
Waktu untuk menempuh satu panjang gelombang di sebut periode ( T ). Adapun banyaknya gelombang yang terjadi setiap satuan waktu disebut frekuensi ( f ). Periode dan frekuensi dirumuskan sebagai berikut : 
Berdasar rumus di atas, hubungan periode dan frekuensi adalah :
Cepat rambat gelombang ( v ) dirumuskan dengan :
Keterangan :
v = cepat rambat gelombang, m/s
λ = panjang gelombang, m
T = periode, s
f = frekuensi, Hz
n = banyak gelombang
t = waktu, s
Karakteristik gelombang mekanik adalah sebagai berikut :
- Pemantulan gelombang (Refleksi). Gelombang akan dipantulkan jika mengenai medium pantul (penghalang). Arah pantulan gelombang ditentukan oleh arah datangnya gelombang. Gelombang mengalami pemantulan jika gelombang mengenai suatu penghalang yang rigid (keras). Apabila penghalang berbahan lunak, gelombang tidak akan dipantulkan melainkan akan diserap. Contohnya bahan yang menyerap gelombang misalnya busa, kain, dan tisu.
- Pembiasan gelombang (Refraksi). Pembiasan gelombang mekanik relatif sulit diamati. Peristiwa pembiasan lebih mudah diamati pada gelombang elektromagnetik (cahaya). Pembiasan terjadi gelombang menjalar dari medium satu ke medium lain yang memiliki kerapatan berbeda. Pembiasan ada dua macam yaitu mendekati garis normal dan pembiasan yang menjauhi garis normal. Yang pertama terjadi bila sinar datang merambat melalui medium lebih rapat ke medium kurang rapat, sedangkan yang kedua terjadi bila sinar datang merambat dari medium kurang rapat ke medium lebih rapat.
- Pelenturan gelombang (Difraksi). Pelenturan gelombang terjadi apabila muka gelombang melewati suatu celah sempit. Hal ini terjadi karena muka gelombang terpotong sehingga terjadi pelenturan. Contoh pelenturan gelombang yaitu ketika gelombang air laut masuk di antara dua karang.
- Pemaduan gelombang (Interferensi). Pemaduan dapat dilakukan pada dua gelombang atau lebih. Jenis pemaduan adan dua acam, ayitu interferensi konstruktif dan interferensi destruktif. Interferensi konstruktif terjadi ketika gelombang yang berinterferensi memiliki fase yang sma sehingga dapat saling menguatkan. Adapun interferensi destruktif terjadi ketika gelombang yang berpaduan memiliki fase yang berbeda sehingga dapat saling melemahkan.
Perpindahan Kalor
Kalor adalah salah satu bentuk energi yang dapat berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Kalor berpindah dari benda atau sistem bersuhu tinggi ke benda atau sistem bersuhu rendah. Perpindahan kalor dari satu benda ke benda lain dapat melalui tiga cara, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi (pancaran)
Konduksi
Konduksi merupakan perpindahan kalor yang tidak disertai dengan perpindahan partikel penghantarnya. Perpindahan kalor secara konduksi dapat berlangsung melalui dua proses sebagai berikut.
a. Kalor berpindah melalui tabrakan antarpartikel. Pemanasan pada suatu zat menyebabkan partikel penyusun zat bergerak lebih cepat, sehingga memungkinkan terjadinya tumbukan antarpartikel. Pada tumbukan ini terjadi perpindahan energi antarpartikel sekaligus terjadi perpindahan kalor.
b. Kalor berpindah melalui elektron-elektron bebas. Pada bagian zat yang dipanaskan, energi pada elektron-elektron bebas bertambah dan dipindah dengan cepat ke elektron-elektron di sekitarnya melalui tumbukan. Pada proses ini kalor dapat berpindah dengan cepat.
a. Kalor berpindah melalui tabrakan antarpartikel. Pemanasan pada suatu zat menyebabkan partikel penyusun zat bergerak lebih cepat, sehingga memungkinkan terjadinya tumbukan antarpartikel. Pada tumbukan ini terjadi perpindahan energi antarpartikel sekaligus terjadi perpindahan kalor.
b. Kalor berpindah melalui elektron-elektron bebas. Pada bagian zat yang dipanaskan, energi pada elektron-elektron bebas bertambah dan dipindah dengan cepat ke elektron-elektron di sekitarnya melalui tumbukan. Pada proses ini kalor dapat berpindah dengan cepat.
Laju perpindahan kalor bergantung pada panjang (L), luas penampang (A), konduktivitas termal (k) atau jenis bahan, dan beda suhu (ΔT). Oleh karena itu, banyak kalor yang dapat berpindah selama waktu tertentu ditulis dengan persamaan berikut.
Keterangan :
k = konduktivitas bahan, watt per meter kelvin (W/m K)
H = laju kalor, joule per sekon (J/s)
A = luas penampang, meter persegi (m^2)
ΔT = perbedaan suhu kedua ujung batang, kelvin
L = panjang batang, meter (m)
Q = kalor yang merambat, joule (J)
t = waktu, sekon (s)
Konveksi
Konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai perpindahan partikel-partikel zat. Perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan partikel-partikel zat alir secara bebas disebut konveksi bebas. Hal ini karena adanya perbedaan massa jenis zat alir, contoh saat kita merebus air. Sementara itu, perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan partikel karena perpindahan tekanan yang dibuat dengan pompa disebut dengan konveksi paksaan. Contoh ventilasi kamar, cerobong asap, pengaturan katup udara, dan kipas angin. Besarnya laju kalor yang mengalir pada penghantar dirumuskan sebagai berikut.
Keterangan:
h = tetapan konveksi, watt per meter persegi kelvin (W/m^2.K)
ΔT = perbedaan suhu kedua tempat berbeda, kelvin (K)
H = laju kalor, joule per sekon (J/s)
Q = kalor yang merambat, joule (J)
t = waktu, sekon (s)
h = tetapan konveksi, watt per meter persegi kelvin (W/m^2.K)
ΔT = perbedaan suhu kedua tempat berbeda, kelvin (K)
H = laju kalor, joule per sekon (J/s)
Q = kalor yang merambat, joule (J)
t = waktu, sekon (s)
Radiasi
Radiasi merupakan peristiwa memancarnya panas dari suatu benda dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Jadi, radiasi adalah pancaran energi dari permukaan sebuah benda dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang yang merambat tanpa memerlukan zat perantara (medium) seperti gelombang cahaya dan gelombang radio. Sumber energi terbesar di bumi berasal dari matahari. Energi matahari dapat sampai ke bumi dalam bentuk pancaran panas. Pancaran panas semacam ini dinamakan radiasi.
Keterangan:
σ = tetapan Boltzmann = 5,67 × 10–8 W/m2 K4
H = laju kalor, joule per sekon (J/s)
Q = kalor yang merambat, joule (J)
t = waktu, sekon (s)
T = suhu benda, kelvin (K)
σ = tetapan Boltzmann = 5,67 × 10–8 W/m2 K4
H = laju kalor, joule per sekon (J/s)
Q = kalor yang merambat, joule (J)
t = waktu, sekon (s)
T = suhu benda, kelvin (K)
Persamaan tersebut berlaku untuk benda dengan permukaan hitam sempurna. Agar persamaan tersebut berlaku untuk setiap permukaan, persamaannya harus diubah menjadi :
Besaran e merupakan emisivitas benda, yaitu suatu ukuran yang menunjukkan besar pemancaran radiasi kalor suatu benda dibandingkan dengan benda hitam sempurna. Nilai e diantara 1 dan 0 (0 < e < 1) dan bergantung pada sifat permukaan benda. Benda pemantul sempurna (penyerap paling jelek) memiliki nilai e = 0, sedang benda penyerap sempurna sekaligus pemancar sempurna yaitu benda hitam sempurna nilai e = 1. Emisivitas tubuh manusia ± 0,98.
Radiasi kalor mempunyai sifat-sifat berikut.
a. Permukaan yang gelap merupakan pemancar energi radiasi yang paling baik.
b. Kecepatan radiasi suatu benda bertambah besar apabila suhunya naik.
c. Panjang gelombang yang terdapat dalam radiasi semakin pendek, jika suhu benda semakin tinggi.
Penerapan konsep radiasi dalam kehidupan sehari-hari antara lain:
a. pembakaran pada alat pemanggang (oven);
b. pengeringan tembakau atau kopi;
c. efek rumah kaca.
a. Permukaan yang gelap merupakan pemancar energi radiasi yang paling baik.
b. Kecepatan radiasi suatu benda bertambah besar apabila suhunya naik.
c. Panjang gelombang yang terdapat dalam radiasi semakin pendek, jika suhu benda semakin tinggi.
Penerapan konsep radiasi dalam kehidupan sehari-hari antara lain:
a. pembakaran pada alat pemanggang (oven);
b. pengeringan tembakau atau kopi;
c. efek rumah kaca.
Kalor melalui sambungan
dua logam yang berbeda jenis
Kalor yang melalui dua buah logam yang berbeda
jenisnya ada dua macam, yaitu disusun seri (sambung ujung-ujungnya) dan paralel
. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar di bawah ini!
Sambungan seri
Pada sambungan ini berlaku :
Sambungan paralel
Pada sambungan ini berlaku :
Kalor
Kalor adalah energi panas zat yang dapat berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah. Satu kalori adalah kalor yang dibutuhkan oleh 1 gram air untuk menaikkan suhunya 1°C. 1 kalori = 4,184 joule ≈ 4,2 joule sehingga 1 joule = 0,24 kalori. Nilai-nilai tersebut dinamakan tara kalor mekanik.
Kalor jenis zat adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan atau melepaskan suhu satu kilogram massa suatu zat sebesar 1°C atau 1 kelvin.
Keterangan:
Q = kalor yang dibutuhkan, joule (J)
m = massa zat, kilogram (kg)
ΔT= perubahan suhu gas, derajat celcius (°C)
c = kalor jenis zat, joule per kilogram derajat celcius (J/kg°C)
Q = kalor yang dibutuhkan, joule (J)
m = massa zat, kilogram (kg)
ΔT= perubahan suhu gas, derajat celcius (°C)
c = kalor jenis zat, joule per kilogram derajat celcius (J/kg°C)
Kapasitas kalor benda adalah banyaknya kalor yang diperlukan zat untuk menaikkan suhu sebesar 1°C atau 1 K. Selain itu, kapasitas kalor juga didefinisikan sebagai kemampuan suatu benda untuk menerima atau melepas kalor sehingga dapat menaikkan atau menurunkan suhu benda sebesar 1°C atau 1 K.
Keterangan:
Q = kalor yang dibutuhkan, joule (J)
C = kapasitas kalor, joule per derajat celcius (J/°C)
ΔT = perubahan suhu, derajat celcius (°C)
Q = kalor yang dibutuhkan, joule (J)
C = kapasitas kalor, joule per derajat celcius (J/°C)
ΔT = perubahan suhu, derajat celcius (°C)
Grafik proses perubahan wujud zat dari es menjadi uap air pada tekanan 1 atm
Proses A – B Ada perubahan suhu. Membutuhkan energi sebesar :
Proses B – C
Tidak ada perubahan suhu, tetapi ada perubahan wujud dari es menjadi air. Membutuhkan energi sebesar :
Proses C – D
Ada perubahan suhu. Membutuhkan energi sebesar :
Proses D – E
Tidak ada perubahan suhu, tetapi ada perubahan wujud dari air menjadi uap. Membutuhkan energi sebesar:
Proses E – F
Ada perubahan suhu. Membutuhkan kalor sebesar :
Ada perubahan suhu. Membutuhkan kalor sebesar :
Keterangan:
ces = kalor jenis es (J/kg°C)
Les = kalor lebur es (J/kg)
cair = kalor jenis air (J/kg°C)
U = kalor uap (J/kg)
cuap = kalor jenis uap (J/kg°C)
Les = kalor lebur es (J/kg)
cair = kalor jenis air (J/kg°C)
U = kalor uap (J/kg)
cuap = kalor jenis uap (J/kg°C)
Asas Black
Jika dua zat yang suhunya berbeda dicampurkan, akan terjadi perpindahan kalor dari zat bersuhu tinggi ke zat bersuhu rendah. Dalam peristiwa ini, ada zat yang melepas dan menyerap kalor. Besar kalor yang dilepas sama dengan kalor yang diserap. Konsep nilai kalor yang dilepas dan diserap ini tertuang dalam asas Black berikut ini.
Selamat Belajar, Semoga Bermanfaat
Suhu
Suhu adalah besaran yang menunjukkan derajat atau tingkat panas suatu benda. Suhu benda dapat diukur menggunakan termometer, Berbagai jenis termometer dibuat berdasarkan sifat termometrik zat. Sifat termometrik zat diantaranya pemuaian zat padat, pemuaian zat cair, pemuaian gas, tekanan zat cair, tekanan udara, regangan zat padat, hambatan zat terhadap arus listrik, dan intensitas cahaya (radiasi benda). Beberapa macam termometer, antara lain : termometer alkohol dan termometer raksa, termometer hambatan, termometer bimetal, termokopel, termometer gas, dan pirometer.
Skala suhu pada termometer dapat dibuat dengan cara menetapkan dua suhu tertentu. Kedua suhu tersebut harus memenuhi dua syarat, yaitu tidak berubah-ubah nilainya serta mudah diadakan setiap saat dan di berbagai tempat. Kedua suhu tersebut dinamakan titik tetap atas dan titik tetap bawah. Skala termometer yang digunakan adalah skala Celcius, skala Reamur, skala Fahrenheit, skala Kelvin.
Konversi skala termometer
Keterangan :
A = titik didih air pada termometer X
B = suhu yang diketahui pada termometer X
C = titik beku es pada termometer X
D = titik didih air pada termometer Y
E = suhu yang diketahui pada termometer Y
F = titik beku es pada termometer Y
B = suhu yang diketahui pada termometer X
C = titik beku es pada termometer X
D = titik didih air pada termometer Y
E = suhu yang diketahui pada termometer Y
F = titik beku es pada termometer Y
Pemuaian
Suhu dapat memengaruhi keadaan suatu benda. Pemuaian merupakan contoh pengaruh suhu terhadap benda. Apabila suatu benda menyerap kalor, benda tersebut akan memuai. Besar pemuaian tergantung dari jenis benda, ukuran semula, dan perubahan suhunya.
Muai Panjang
Keterangan:
L = panjang benda setelah dipanaskan, meter (m)
L0 = panjang benda mula-mula, meter (m)
α = koefisien muai panjang benda, per derajat celcius (/°C)
ΔL = pertambahan panjang benda, meter (m)
ΔT = perubahan suhu benda, derajat celcius (°C)
L0 = panjang benda mula-mula, meter (m)
α = koefisien muai panjang benda, per derajat celcius (/°C)
ΔL = pertambahan panjang benda, meter (m)
ΔT = perubahan suhu benda, derajat celcius (°C)
Muai Luas
Keterangan:
A = luas benda setelah dipanaskan, meter persegi (m2)
A0 = luas benda mula-mula, meter persegi (m2)
β = koefisien muai luas benda, per derajat celcius (/°C)
ΔA = pertambahan luas benda, meter persegi (m2)
ΔT = perubahan suhu benda, derajat celcius (°C)
A0 = luas benda mula-mula, meter persegi (m2)
β = koefisien muai luas benda, per derajat celcius (/°C)
ΔA = pertambahan luas benda, meter persegi (m2)
ΔT = perubahan suhu benda, derajat celcius (°C)
Muai Volume
Keterangan:
V = volume benda setelah dipanaskan, meter kubik (m3)
V0= volume benda mula-mula, meter kubik (m3)
γ = koefisien muai volume benda, per derajat celcius (/°C)
ΔV= pertambahan volume benda, meter kubik (m3)
ΔT= perubahan suhu benda, derajat celcius (°C)
V0= volume benda mula-mula, meter kubik (m3)
γ = koefisien muai volume benda, per derajat celcius (/°C)
ΔV= pertambahan volume benda, meter kubik (m3)
ΔT= perubahan suhu benda, derajat celcius (°C)
Rumus di atas berlaku untuk pemuaian zat padat, sedangkan zat cair hanya mengalami muai volume. Pada umumnya, volume zat cair bertambah jika mengalami kenaikan suhu dan akan menyusut jika mengalami penurunan suhu. Namun, air memiliki suatu keistimewaan. Air menyusut jika didinginkan sampai 4°C. Jika didinginkan lagi sampai di 0°C, air justru memuai. Hal inilah yang disebut anomali air. Rumus yang digunakan sama dengan muai volume untuk zat padat.
Pemuaian zat gas berlaku :
Keterangan:
V = volume gas setelah dipanaskan, meter kubik (m3)
V0 = volume gas mula-mula, meter kubik (m3)
ΔV = pertambahan volume gas, meter kubik (m3)
ΔT = perubahan suhu gas, derajat celcius (°C)
V0 = volume gas mula-mula, meter kubik (m3)
ΔV = pertambahan volume gas, meter kubik (m3)
ΔT = perubahan suhu gas, derajat celcius (°C)
