Kalor dan Pembahasan Soal Ujian

KALOR DAN PEMBAHASAN SOAL UJIAN

Pengertian Kalor

Kalor dapat diartikan sebagai energi yang diterima ataupun dilepas oleh suatu zat sehingga suhu zat tersebut akan naik atau turun. jadi kalor merupakan salah satu bentuk energi. Salah satu contoh kalor yang sangat penting peranannya dalam kehidupan sehari-hari adalah panas matahari. Menurut Lavoiser satuan kalor adalah kalori. Jadi secara umum satu kalori dapat diartikan banyaknya kalor yang dibutukan untuk menaikkan suhu dari satu gram air sebesar 1 C. Sedangkan menurut Josept Black kenaikan suhu benda bisa digunakan untuk menentukan kalor yang tersimpan dalam benda tersebut. sehingga banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh benda untuk mengubah suhunya sebesar 1 C atau 1 K  disebut kapasitas kalor. Jadi hubungan kalor, kapasitas kalor dan perubahan suhu benda dinyatakan oleh persamaan sebagai berikut:

Perambatan Kalor

Jika ada dua buah benda yang bersentuhan maka akan terjadi yang namanya perpindahan kalor dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Akan tetapi sebuah benda yang bersuhu lebih tinggi daripada suhu lingkungannya, maka benda tersebut akan merambatkan energi sampai terjadinya kesetimbangan termal, yang artinya bahwa suhu benda sama dengan suhu lingkungan. Adapun hubungan anatara banyaknya kalor yang diserap oleh benda terhadap kalor jenis benda yang dijabarkan dalam persamaan sebagai berikut:

Dari penjabaran diatas dapat disimpulkan bahwa semakin besar kalor jenis suatu benda, maka kemampuan benda tersebut menyerap kalor semakin besar.

2  

      Kalor Jenis

Kalor jenis dapat diartikan sebagai banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh suatu zat untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1 C.

      Kapasitas Kalor

Kapasitas kalor diartikan sebagai banyaknya kalor yang dibutuhkan suatu benda untuk menaikkan suhu 1 C

P          Perubahan Wujud Zat

P          Perubahan wujud zat ada 3 yaitu: padat, cair dan gas.

1.      Kalor penguapan atau pengembunan

Perbedaan antara kalor uap dan kalor embun yaitu:

Kalor uap dapat didefinisikan sebagai kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud 1 kg zat cair menjadi uap. Sedangkan kalor embun diartikan sebagai kalor yang dilepaskan untuk mengubah wujud 1 kg uap menjadi cair. Kalor embun/kalor uap suatu zat jika dilambangkan L, maka untuk menguatkan atau mengembungkan zat yang massanya memerlukan kalor sebanyak:

Q = m Lu

                                                 

Dimana  Lu dilambangkan sebagai kalor uap (J/Kg)

2.      Kalor Peleburan dan Pembekuan

Kalor lebur yaitu kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud 1 kg zat padat menjadi cair, sedangkan kalor beku adalah kalor yang dilepaskan untuk mengubah wujud 1 kg zat cair menjadi padat. Salah satu contohnya yaitu es batu yang dpanaskan pada suhu 0 C dan tekanan udara 1 atmosfer maka dipastikan es batu akan mulai mencair, maka pada saat es batu mencair dibutuhkan kalor. Sebaliknya jika air didinginkan maka air itu akan membeku. Jadi peristiwa pembekuan tersebut akan diikuti pelepasan kalor.

Jika kalor lebur atau kalor beku suatu zat adalah L untuk melebur atau membeku zat yang massanya m, maka akan memerlukan kalor yaitu:

Q = m Lb

3.      Perubahan Wujud Es menjadi Uap

Sejumlah es batu yang pada suhunya dibawah 0 C dipanaskan sampai suhu naik diatas 100 C maka sejumlah es batu tersebut seluruhnya akan berubah wujud menjadi uap.

Hukum Kekalan Energi kalor

Hukum kekalan energi kalor diajukan oleh Joseph Black. Pada percobaannya dengan mencampurkan dua zat, hasilnya yaitu banyaknya kalor yang dilepas oleh suatu zat yang mempunyai suhu lebih tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diserap oleh zat yang mempunyai suhu lebih rendah. Hukum kekalan energi sering disebut dengan asas black yang dinyatakan dengan persamaannya sebagai berikut:

                                                                                                                                      

Adapun beberapa kalor jenis untuk beberapa zat pada suhu C, dapat dilihat pada tabel dibawah ini:

Nama Zat	Kalor Jenis (J/Kg )
Aluminium	900
Alkohol	2400
Tembaga	390
Gelas	840
Besi/Baja	450
Timbal	130
Raksa	140
Perak	230
Kayu	1700
Es	2100
Air	4186

Cara Perpindahan Kalor

Ada 3 cara perpindahan kalor yaitu

1.    Konduksi

Arti dari konduksi yaitu suatu perpindahan kalor yang dilakukan melalui zat perantara akan tetapi selama terjadi perpindahan kalor tidak diikuti dari partikel-partikel zat perntara. Secara matematis dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:

Dari persamaan diatas dapat disimpulkan bahwa perpindahan kalor secara konduksi berbanding lurus terhadap luas penampang, koefisien konduksi termal serta beda suhu antara kedua ujung logam dan berbanding terbalik dengan panjang logam penghantar logam.

2.    Konveksi

Pengertian konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai dengan gerakan partikel – partikel zat perantaranya.

Perpindahan kalor secara konveksi dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:

3.    Radiasi

Arti radiasi yakni proses perpindahan kalor yang tidak membutuhkan zat perantara

Besarnya energi persatuan waktu dipancarkan permukaan sebuah benda kelingkungannya dikemukakan oleh Josef Stefan melalui persamaan sebagai berikut:

Sedangkan untuk benda yang sempurna, e =1. Untuk benda lain harga e kurang dari satu. Maka dapat disimpulkan bahwa harga e bergantung dari warna benda serta kekasarannya. 

Contoh Soal 1

Berapa kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 gram es -40⁰C menjadi 1 gram uap 120⁰C. Apabila kalor jenis es = 0,5kal/g⁰C, kalor jenis air = 1kal/g⁰C, kalor lebur es = 80 kal/g, dan kalor didih air = 540 kal/g.

jawab:

Diketahui:

m        = 1 gram          

c_air       = 1kal/g⁰C

c_es       = 0,5kal/g⁰C

L_lebur   = 80 kal/g

L_didih   = 540 kal/g.

Ditanyakan: Q.......?

Penyelesaian:

Q₁ = m c_es (T₂-T₁) = 1 . 0,5 . (0-(-40))  = 0,5 . 40 = 20 kal

Q₂ = m L_lebur          = 1 . 80                    = 80 kal

Q₃ = m c_air (T₂-T₁) = 1 . 1. (100-0)       = 100 . 0  = 100 kal

Q₄ = m L_didih          = 1 . 540                 = 540 kal

Q₅ = m c_air (T₂-T₁) = 1 . 1 . (120-100)  = 70 kal

Q_terima = Q_{1 +} Q_{2 +} Q_{3 +}  Q_{4 +} Q₅

           = 20 kal + 80 kal + 100 kal + 540 kal + 70 kal

           =  810 kal

Contoh Soal 2

Jika sebuah mobil terios bermassa 1200 kg bergerak dengan kelajuan 20 m/s direm sampai berhenti. Anggaplah seluruh energi kinetik mobil terios tersebut diubah menjadi energi kalor dalam rem cakram yang mempunyai massa 25 kg. Cakram tersebut dibuat dari besi dengan kalor jenis 450 J/kg⁰C. Hitung kenaikan suhu pada rem cakram mobil terios?

jawab:

Diketahui:

m_mobil    = 1200 kg

v           = 20 m/s

m_cakram  = 25 kg

c_besi     = 450 J/kg⁰C

Ditanyakan: delta T.....?

Penyelesaian:

Ek = Q

   ½ . m . v²  =   m_cakram . c_besi . delta T

     ½ . 1200 . 20²  =  25 . 450 . delta T 

 600 . 400 =  11250 delta T

     delta T = 21,33 ⁰C

Contoh Soal 3

Air 100 kg dipanaskan oleh pemanas listrik 5 kW. Hitunglah waktu yang diperlukan untuk memanaskan air tersebut dari suhu 20 ⁰C menjadi 50 ⁰C jika diketahui c_air sebesar 4.200 J/kg⁰C.

jawab:

Diketahui:

m           = 100 kg

T₁          = 50⁰C

T₂          = 20⁰C

P           = 5 kW = 5000 W

c_air         = 4.200 J/kg⁰C.

Ditanyakan:  t ....?

Penyelesaian:

W_listrik = Q

    P . t = Q

          5000 . t = m c_air (T₂-T₁)

          5000 . t = 100 kg . 4.200 J/kg⁰C . (50⁰C-20⁰ C)

         t = 126 x 10⁵/5000

         t = 2520 sekon 

 

4)   Aluminium bermassa 3Kg dengan suhu 25  menerima kalor sebesar 270KJ. Kalor jenis Aluminium = 900J/Kg , maka berapakah suhu akhir aluminium?

5)   Sebuah logam x dimasukkan kedalam kalorimeter, dimana massa logam X sebesar 0,5Kg, suhu mula-mulanya 100°C. Kalorimeter terbuat dari bahan polisterina. Dan didalam kalorimeter terdapat air sebanyak 2Kg, dimana suhunya 25°C. Setelah logam X tersebut dimasukkan didalam kalorimeter, maka diperolehlah kesetimbangan termal. Pada suhu 32°C, maka berapakah massa logam X tersebut.?

Demikianlah uraian mengenai Kalor, semoga bermanfaat. Terima kasih telah berkunjung ke portal kami.