Kalor adalah energi yang dipindahkan dari benda yang memiliki temperatur tinggi ke benda yang memiliki temperatur lebih rendah sehingga pengukuran kalor selalu berhubungan dengan perpindahan energi. Energi adalah kekal sehingga benda yang memiliki temperatur lebih leb ih tinggi akan melepaskan energi sebesar QL dan benda yang memiliki temperatur lebih rendah akan menerima energi sebesar QT dengan besar yang sama. Secara matematis, pernyataan tersebut dapat ditulis sebagai berikut. QLepas = QTerima …….. (7– 15) 15) Persamaan (7 – 15) 15) menyatakan hukum kekekalan energi pada pertukaran kalor yang disebut sebagai Asas Black. Nama hukum ini diambil dari nama seorang ilmuwan Inggris sebagai penghargaan atas jasa-jasanya, yakni Joseph Black (1728 – 1799). 1799). Pengukuran kalor sering dilakukan untuk menentukan kalor jenis suatu zat. Jika kalor jenis suatu zat diketahui, kalor yang diserap atau dilepaskan dapat ditentukan dengan mengukur perubahan temperatur zat tersebut. Kemudian, dengan menggunakan persamaan
Q = m c ΔT besarnya kalor dapat dihitung. Ketika menggunakan persamaan ini, perlu diingat bahwa temperatur naik berarti zat menerima kalor, dan temperatur turun berarti zat melepaskan kalor. Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kalor. Salah satu bentuk kalorimeter, tampak pada Gambar 7.5. Kalorimeter ini terdiri atas sebuah bejana logam dengan kalor jenisnya telah diketahui. Bejana ini biasanya ditempatkan di dalam bejana lain yang agak lebih besar. Kedua bejana dipisahkan oleh bahan penyekat, misalnya gabus atau wol. Kegunaan bejana luar adalah sebagai pelindung agar pertukaran kalor dengan lingkungan di sekitar kalorimeter dapat dikurangi. Kalorimeter juga dilengkapi dengan batang pengaduk. Pada waktu zat dicampurkan di dalam kalorimeter, air di dalam kalorimeter perlu diaduk agar diperoleh temperatur merata dari percampuran dua zat yang suhunya berbeda. Batang pengaduk ini biasanya terbuat dan bahan yang sama seperti bahan bejana kalorimeter. Zat yang diketahui kalor jenisnya dipanaskan sampai temperatur tertentu. Kemudian, zat tersebut dimasukkan ke dalam kalorimeter yang berisi air dengan temperatur dan massanya yang telah diketahui. Selanjutnya, kalorimeter diaduk sampai suhunya tetap.
Gambar 7.5 Kalorimeter sebagai alat ukur kalor.
Contoh soal
o
1. Suatu bola besi dengan massanya 500 gram dipanaskan sampai suhu 100 C. Bola besi tersebut dimasukkan ke dalam kaleng aluminium yang massanya 200 gram dan berisi air yang massanya o o 600 gram yang mula-mula suhunya 18 C. Kalor jenis air adalah 4,18 kJ/kg. C sedang kalor jenis o o aluminium adalah 0,900 kJ/kg. C. Suhu kesetimbangan akhir campuran adalah 20 C. Berapakah kalor jenis besi tersebut? Penyelesaian: oC
o
o
Pertambahan suhu air adalah 20 – 18 – 18 C = 2 C , maka kalor yang diserap air adalah: Qa= macaΔTa o
o
= (0,6 kg).(4,18 kJ/kg. C).(2 C) = 5,02 kJ Dengan cara sama, jumlah kalor yang diserap kaleng aluminium adalah: Qk = mk ck ΔT ΔTk o
o
= (0,2 kg).(0,900 kJ/kg. C).(2 C) = 0,36 kJ o
o
o
Perubahan suhu pada bola besi adalah 100 C – 20 – 20 C = 80 C, dan kalor yang dilepaskan oleh bola besi adalah: Q b= m bc bΔT b o
o
= (0,5 kg).( c b ).(80 C) = 40. c b kg. C Berdasarkan asas Black, jumlah kalor yang diberikan oleh bola besi sama dengan jumlah kalor yang diterima oleh air dan kaleng aluminium sebagai wadahnya sehingga: o
40. c b kg. C = 5,02 kJ + 0,36 kJ = 5,38 kJ Nilai kalor jenis bola c b yaitu: o
o
c b = (5,38kJ)/(40 kg. C)= 0,1345kJ/kg. C 3
o
o
2. Jika teh 200 cm pada suhu 95 C dituangkan ke dalam cangkir gelas 150 g pada suhu 25 C, berapa suhu akhir (T ) dari campuran ketika dicapai kesetimbangan, dengan menganggap tidak ada kalor yang mengalir ke sekitarnya? Penyelesaian: o
Teh sebagian besar berupa air, memiliki kalor jenis (C (C )) 4.186 J/kg C. 3
-6
3
V = V = 200 cm = 200 × 10 m ,
3
3
-6
massa, m = ρ.V ρ.V = = (1,0 × 10 kg/m )(200 × 10
3
m ) = 0,20 kg
Dengan menerapkan Hukum Kekekalan Energi, maka: kalor yang hilang dari teh = kalor yang diterima cangkir o
o
mteh.cteh (95 C – T – T )) = mcangkir .ccangkir (T – 25 – 25 C) di mana T adalah T adalah temperatur yang masih belum diketahui. o
o
o
o
(0,20 kg)(4.186 J/kg C)(95 C – T – T )) = (0,15 kg)(840 J/kg C)(T C)(T – 25 – 25 C) 79.534 J – J – (837,2) (837,2)T T = = (126)T (126)T – 3.150 – 3.150 J o
T = T = 85 C o
Teh berkurang suhunya sebesar 10 C dalam mencapai kesetimbangan dengan cangkir. 3. Sebuah kalori meter dengan kapasitas 80 J/oC mula-mula diisi dengan 200 gram air dengan o suhu 100 C. Kemudian ke dalam kalorimeter dimasukkan lagi sebuah logam yang bermassa 100 o gram dengan suhu 40 C. Setelah tercapai kesetimbangan termal diperoleh suhu akhir campuran o 60 C. o
Berapakah kalor jenis logam tersebut? (kalor jenis air = 1 kal/gr C). Penyelesaian: o
o
Diketahui: CK = 80 j/ C = 19,2 kal/ C ma = 200 gram o
ta = tk = 100 C mL = 100 gram o
tL = 400 C o
Ca = 1 kal/hgr C o
t = 60 C Ditanya: CL = …? Jawab: Kalor yang dilepaskan oleh:
a) Kalori meter Q1 = CK . Δt Q1 = 19,2 . (10-60) = 768 kal. b) air Q2 = ma . Ca . Δt Q2 = 200 . 1 . (100-60) = 8000 kal Kalor yang diserap logam: Q3 = mL . CL . Δt Q3 = 100 . CL . (60-40) = 2000 CL Azas Black: Q1 + Q2 = Q3 768 + 8000 = 2000 CL 8768 = 2000 CL o
CL = 4,384 kal/gr C
o
o
200 gram air bersuhu 80 C dicampurkan dengan 300 gram air bersuhu 20 C. Tentukan suhu campurannya! Pembahasan Data yang diperlukan: m1 = 200 gram m2 = 300 gram ΔT1 = 80 − t ΔT2 = t − 20 Suhu akhir = t = ......?
Qlepas = Qterima m1c1ΔT1 = m2c2ΔT2 (200)(1) (80 − t) = (300)(1)(t − 20)
(2)(1)(80 − t) = (3)(1)(t − 20) 160 − 2t = 3t − 60 5t = 220 o t = 44 C Read more: http://fisikastudycenter.com/fisika-x-sma/6-suhu-dan-kalor#ixzz2LBUO2zEV
Sepotong es bermassa 100 gram bersuhu 0°C dimasukkan kedalam secangkir air bermassa 200 gram bersuhu 50°C.
Jika kalor jenis air adalah 1 kal/gr°C, k al/gr°C, kalor jenis es 0,5 kal/gr°C, kalor lebur es 80 kal/gr dan cangkir dianggap tidak menyerap kalor, berapa suhu akhir campuran antara es dan air tersebut? Pembahasan Soal di atas tentang pertukaran kalor / Asas Black. Kalor yang dilepaskan air digunakan oleh es untuk mengubah wujudnya menjadi air dan sisanya digunakan untuk menaikkan suhu es yang sudah mencair tadi.
dengan Q1 adalah kalor yang dilepaskan air, Q2 adalah kalor yang digunakan es untuk melebur/mencair dan Q3 adalah kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu es yang telah mencair.
Read more: http://fisikastudycenter.com/fisika-x-sma/6-suhu-dan-kalor#ixzz2LBUYX4yT
o
Dalam botol termor terdapat 230 gram kopi pada suhu 90 C ditambahkan susu sebanyak 20 gram o bersuhu 5 C. Berapakah suhu campuran? (misalnya tidak ada kalor pencampuran maupun kalor o yang terserap botol termos: C = Ckopi=C susu = 1,00kal/g C) a. 5oC o
b. 20 C o
c. 47 C o
d. 83 C o
e. 90 C Pembahasan : Menurut Azas Black : " Banyaknya kalor yang dilepas = banyaknya kalor yang dilepas" Q lepas (kopi) = Q serap (susu) m k. Ck. ΔT = ms.Cs.ΔT (230)(1)(90- Tc) = (20)(1) (Tc-5) 20700-230Tc
= 20Tc - 100
250Tc = 20800 o
Tc = 20800/250 = 83,2 C o
Jadi, suhu campurannya adalah 83,2 C
