BAB 7 KAlOR(1)

KALOR
Kalor menyatakan bentuk energi. Pernyataan ini pertama kali dibuktikan oleh Robert Von Mayer melalui percobaan berikut ini : Botol diisi dengan air dingin, kemudian digonoang-goncangkan selama beberapa menit, Apa yang dapat anda rasakan pada air tersebut?
Kalor adalah bentuk energi yang berpindah dari benda yang lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah ketika kedua benda bersentuhan. Hasul percobaan menunjukkan bahwa air terasa hangat.
Hangatnya air dalam botol karena memperoleh kalor (panas) yang berasal dari perubahan energi kinetik (gerak) air tersebut. Energ kalor dapat ditimbulkan dari berbagai bentuk energi, seperti energi kimia, energi listrik, energi kinetik, energi nuklir dan sebagainya.
Satuan kalor dalam sistem Internasional (SI) dinyatakan dalam Joule (J). Satuan kalor lainnya adalah kalori.
1 kilo kalori = 1000 kalori = 10 kubik kalori.

Menurut James Prescott Joule:
1 kalori = 4,2 joule atau 1 joule = 0,24 kalori

1 Kkal = 4,2 x 10 joule, angka ini disebut tara kalor mekanik.
Tara kalor mekanik adalah bilangan yang menyatakan kesetaran antara satu kalor dan satuan energi. “Satu kalori didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 gram air sehingga suhunya naik 10 C."

Kalor Dapat Mengubah Suhu Benda
Kalor adalah salah satu bentuk energi yang dapat berpindah karena adanya perbedaan suhu. Kalor dapat menyebabkan perubahan suhu suatu bënda.
Dalam Fisika, pengertian kalor berbeda dengan suhu. Kalor sebagai bentuk energi menyatakan jumlah (kuantitas) panas, sedangkan suhu menyatakan ukuran derajat panas. Secara ilmiah, kalor berpindah dari benda yang suhunya tinggi menuju benda yang suhunya rendah bila kedua benda dicampur.
Karena kalor sebagai bentuk energi, maka berlaku hukum kekekalan energi untuk kalor. Menurut Joseph Black, kalor yang diterima sama dengan kalor yang dilepas. Pernyataan ini disebut Asas Black.

Kalor yang diterima = kalor yang dilepaskan
Qterima = Qlepas
(m . c. At)terima = (m . c. At)lepas

Kalor yang diterima/dilepaskan sebanding dengan massa zat, penurunan/kenaikan suhu dan kabr jenis zat.
Dirumuskan:

Q = m . c. At

Keterangan:
Q = kalor, satuannya Joule (J)
m = massa, satuannya kg
c = kalorjenis, satuannya J/kg°C
At = selisih suhu, satuannya °C



Kalor jenis suatu zat adalah bilangan yang menunjukkan banyak kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1°C dan 1 kg zat. Bila dinyatakan dengan rumus:

C= Q/ m. At


Kapasitas Kalor
Kapasitas kalor suatu zat adlah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu zat itu sebesar 1°C. Jika dinyatakan dengan rumus dapat di tulis:

H = Q/At

Keterangan:
H = Kapasitas kalor, satuan Joule/°C



Hubungan antara kapasitas kalor dan kalorjenis zat dapat ditulis:

H = Q/At = mxcxt/At = m xc

C = H/m

Untuk menentukan kalorjenis zat dapat digunakan alat yang disebut kalorimeter.


Contoh Soal:
1. Berapa energi kalor yang diperlukan oleh 1,5 kg alumunium jika dipanaskan dan 20°C sampai 60°C dan kalorjenis alumunium 9 x 10 J/kg°C?

Penyelesaian :
Diketahui :
m = 1,5 kg
c = 9 x 10kuadrat J/kg°C = 900 J/kg°C
At = 60°C - 20°C = 40°C

Ditanya •: Q=....?

Jawab :
Q = m.c.At
Q = 1,5x900x40
Q =d54.000 Joule
Tanda + berarti memerlukan kalor.


2. Berapa kalor yang dilepaskan oleh alkohol jika suhunya turun dan 75° menjadi 25°C. Massa alkohol 8
kg dan kalor alkohol 2300 J/kg°C.
Penyelesaian:
Diketahui :
m = 8 kg
c = 2300 J/kg°C
At 25° - 75° = -50°C

Ditanya Q =....?
Jawab
0 = m . c. At
= 8.2300 x -50
= -920.000 Joule

Tanda-berarti melepaskan kalor.



3. Untuk menaikkan suhu benda dan 30°C menjadi 80°C diperlukan kalor sebanyak 80.000 Joule. Bila massa benda yang dipanaskan 5 kg.

a) Berapa kapasitas kalor benda itu?
b) Berapakah kalor jenisnya?

Penyelesaian:
Diketahui :
Q = 80000 Joule
m = 5kg
Dt = 80°C - 30°C = 50°C

Ditanya
a) H = ........?
b) c = ........?


Jawab :
a) H = Q/At = 80.000 = 1600 J/°C
L’t 50
b) c = c/m = 1600/5 = 320 J/kg°C




4. Pada 0,5 kg panci alumunium yang bersuhu 15°C diberikan kalor sebesar 22.500 J. Berapakah suhu akhir panci alumunium tersebut? (Kalorjenis alumunium = 900 KIkg°C)

Penyelesaian:
Diketahui :
Massa panci alumunium m = 0,5 k9
Suhu awal = 15°C
Kalor yang diberikan Q = 22.500 J
Kalorjenis alumunium c = 900 J/kg°C

Ditanya : Suhu akhir panci

Jawab Oleh karena panci alumunium menerima kalor, maka suhunya akan naik.
Kenaikan suhu (At) dapat dihitung dengan persarnaan

Q = m.c.At

At = Q/mxc = 22.500J/(0,5 kg) (900 JIkg°C) = 50°C

Suhu akhir = suhu awal + kenaikan suhu At
= 15°C + 50°C = 65°C

Kalor Dapat Mengubah Wujud Zat
Kita telah mengetahui bahwa zat terdiri atas tiga tingkat wujud zat, yaitu padat, cair dan gas. Akibat perubahan energi kalor yang terjadi pada zat itu, zat dapat mengalami perubahan wujud. Misalnya sepotong es jika dipanaskan akan berubah menjadi air dan jika dipanaskan terus air berubah menjadi uap. Pada peristiwa ini terjadi perubahan wujud dari cair yang disebut melebur dan perubahan wujud dari cair menjadi gas yang disebut menguap. Perubahan-perubahan wujud zat ini ada yang memerlukan kalor dan ada yang membebaskan kalor. Perubahan wujud suatu zat tidak selalu mengikuti kaidah tersebut, tetapi ada zat tertentu yang langsung mengalami perubahan wujud dan padat langsung menjadi gas tanpa melalui wujud cair, yang disebut menyublim. Contoh: kapur barus, yodium dan naftalena.

Untuk memahami peristiwa perubahan wujud, perhatikan diagram perubahan wujud zat di bawah ini:







Ketika zat sedang mengalami perubahan wujud, suhu zat tetap meskipun terus diberi kalor. Kalor yang diserap itu tidak dipakai untuk menaikkan suhu, tetapi dipakai untuk mengubah wujud zat, Kalor yang dipakai untuk mengubah wujud zat disebut kalor laten (tersembunyi).
Pada zat padat molekul-mo)ekulnya sangat rapat dan mempunyai gaya tarik-menarik antar molekul yang cukup besar. Ketika jumlah kalor diberikan pada balok es, energi getaran molekul-molekul bertambah dan rnengakibatkan molekul-molekul itu lepas dan ikatannya. Pada akhirnya es (zat padat) berubah menjadi air (zat cair).

Pada Waktu Menguap Zt Memerlukan Kalor
Menguap adalah perubahan wujud dari cair menjadi gas. Bila zat dipanaskan, molekul-molekul zat cair itu bergerak makin cepat dan bebas, sehingga dapat meninggalkan permukaan zat cair tersebut. Penistiwa ini disebut penguapan. Pada saat menguap memerlukan kalor. Penguapan dapat terjadi pada berbagai suhu
Untuk mempercepat proses penguapan dapat dilakukan dengan 4 cara, yaitu:
a. Pemanasan/diberi kalor
b. Memperluas permukaan zat cair
c. Mengalirkan (meniupkan) udara ke permukaan zat cair.
d. Mengurangi tekanan uap di atas permukaan zat cair.
Pengembunan adalah proses kebalikan dan penguapan yaltu perubahan wujud dari cair ke gas. Bila ke dalam gelas yang berisi air kita masukkan sepotong es, maka pada dinding luar gelas terjadi pengembunan (terdapat butir-butir air). Butir-butir air terjadi dan uap di udara mengenai dinding gelas sehingga mengalami pendinginan. Uap air ini melepaskan kalor dan terjadilah pengembunan pada dindin gelas. Jadi saat mengembun zat melepaskan kalor.

Zat Mendidih Dengan Suhu Tetap Asalkan Tekanan Tidak Berubah
Mendidih adalah peristiwä penguapan di seluruh bagian zat cair dan terjadi pada titik didih. Suhu zat cair saat mendidih disebut titik didih. Titik didih normal adalah suhu zat cair yang mendidih pada tekanan 76 cmHg (1 atmosfer). Misalnya titik didih normal air adalah 100°C.
Bilã tekanan udara kurang dari 1 atmosfer, maka zat cair dapat mendidih di bawah titik didih normalnya dan kenaikan tekanan pada permukaan air akan menaikkan titik didihnya. Jadi titik didih zat bergantung pada tekanan udara di atas permukaan zat itu. Banyaknya kalor yang diperlukan selama mendidih sebanding dengan massa zat dan kalor uapnya.
Persamaannya dapat ditulis:

Q = m x U

Keterangan:
Q = kalor yang diperlukan, satuannya joule
m = massa zat, satuannya kg
U = kalor uap, satuannya joule/kg


Kalor uap adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk menguap pada titik didihnya. Kalor embun adalah banyaknya kalor yang dilepaskan pada zat berubah dan wujud uap menjadi cair pada titik didihnya.

Kalor uap = kalor embun

Contoh Soal:
Hitunglah banyak kalor yang diperlukan untuk menguapkan 3 kg air pada suhu 100°C. Dimana kalor uap air adalah 2260 KJ/kg.

Penyelesaian:
Diketahui :
m = 3 kg
U = 2260 KJ/kg
Ditanya Q = .....?

Jawab :
Q = m.U
= 3x2260
= 6780 KJ = 6780000 Joule

Pada Waktu Zat Melebur Diperlukan Kalor dan Suhunya Tetap
Melebur adalah peristiwa perubahan wujud dari padat menjadi cair dan terjadi pada titik leburnya. Banyaknya kalor yang diperlukan untuk melebur sebanding dengan massa zat dan bergantung pada jenis zatnya.

Jumlah kalor yang diperlukan untuk melebur dapat ditulis dengan persamaan:

Q = mxL

Keterangan:
Q = kalor yang diperlukan, satuan JOule
m = massa zat, satuan kg
L = kalor lebur, satuan J/kg

Contoh soal:
Berapa banyaknya kalor yang diperlukan untuk meleburkan es 2 kg dan suhu 0°C menjadi air pada suhu 0°C?

Penyelesaian:
Diketahui :
m = 2 kg
L = 336000 J/kg

Ditanya Q = ........?
Jawab
Q = mxL
= 2 x 336000 = 672000 Joule

Kalor lebur adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk mengubah satu satuan massa zat padat menjadi zat cair pada titik leburnya. Titik lebur adalah suhu zat ketika melebur.

Pada waktu membeku, zat melepaskan kalor dan terjadi pada titik bekunya. Banyak kalor yang dilepaskan oleh satu satuan massa zat cair menjadi titik bekunya disebut kalor beku. Titik beku adalah suhu zat ketika membeku. Titik lebur zat sama dengan titik bekunya.

Tabel Nilai Kalor Lebur Berbagai Zat




Pemanfaatan Sifat Kalor




Manfaat sifat kalor dalam kehidupan sehari-hari antara lain : untuk memasak makanan atau air, membuat es, penyulingan air dan mensterilkan alat-alat kedokteran (otokiaf). Peralatan yang memanfaatkan prinsip kerja kalor, antara lain alat penyulingan air, alat canting untuk membatik, panci tekan (pressure cooker), lemari es. Cara kerja alat penyulingan yaitu air tak murni dalam labu didih dipanaskan sampai titik didihnya sehingga menjadi uap.

Kemudian uap air murni hasil penguapan tersebut dialirkan melalui pipa yang diselubungi oleh kondesor yang secara terus-menerus dialiri air dingin, sehingga uap air murni dalam pipa ni mengembun menghasilkan air murni dan ditampung dalam gelas.

Contoh soal:

1. 0,2 kg tembaga yang suhunya 100° C dimasukkan ke dalam 0,256 kg air yang suhunya 31°C, sehingga suhu air naik menjadi 36°C. Berapa kalorjenis tembaga, bila kalor jenis air 4200 J/Kg°C?

Penyelesaian:
Diketahui :

mt 0,2 kg
t = 100°C
ma = 0,256kg
ta = 31°C
tc = 36°C
Ca = 4200 J/kg°C
Ditanya : c =....?

Jawab :
Q yang dilepas tembaga = Q yang diterima air

mt x ct x (tt-tc) = ma x ca x (tc-ta)
O,2 x Ct x (lOO-36) = 0,256 x 4200 x (36-31)
12,8 x ct = 5376
ct = 5376/12,8
Ct = 420 J/kg°C
Jadi, kalorjenis tembaga adalah 420 J/kg°C


2. Sejumlah 50 gram suatu zat padat dipanaskan sehingga menghasilkan grafik seperti gambar berikut.



Berapakah:

a. titik lebur benda
b. kalor yang dibutuhkan untuk mencairkan zat c. kalor lebur (L)


Jawab:
a. Titik lebur dapat diperoleh dengan mengamati grafik garis lurus mendatar yang menunjukkan terjadinya pencairan pada benda. Jadi titik lebur benda 250°C.

b. Kalor yang diperlukan agar terjadi pencairan diperoleh dan selisih kalor pada garis mendatar pada grafik.
Q = 1000 joule - 500 joule = 500 joule
c. Kalor lebur L = Q/m

Massa zat 50 gram = 50/100 kg = 0,05 kilogram

L = 500 j/0,05 kg = 10.000 J/kg




3. Berapa banyaknya energi kalor yang di perlukan untuk mengubah 5 kg es dan suhu -5°C menjadi air pada suhu 40°C? kalor lebur es = 336.000 J/kg, kalor jenis air = 4.200 J/kg°C, dan kalor jenis es = 2100 J/kg°C.

Penyelesaian:
Diketahui
m = 5kg
tes = -5°C
ta = 40°C
L = 336.000 J/kg
Ca = 4200 J/kg°C
Ces 2100 J/kg°C

Jawab



Q1 = Mes x Ces x At
= 5x2100x(0-(-5))
= 5x2100x5=52500Joule

Q2 = Mes x L
5x336000
= 1680000 Joule

Q3 = Ma x Ca x At
5x4200x(40-0)
= 840000 Joule

Qt = Q1 + Q2 + Q3
= 52500 + 1680000 + 840000
= 2572500 Joule
Jadi, kalor yang diperlukan sebanyak 2572500 Joule.