Hukum Kekekalan Energi Kalor, Rumus, Pola Soal Dan Pembahasan
Kalian telah mempelajari bahwa energi tidak sanggup diciptakan dan tidak pernah musnah, tetapi energi sanggup berubah bentuk dari satu bentuk energi ke bentuk energi lain. Sebagai contoh, energi mekanik sanggup bermetamorfosis energi listrik. Kemudian, energi listrik sanggup berubah lagi menjadi energi cahaya, dan seterusnya. Demikian juga, energi dalam bentuk kalor berasal dari bentuk energi lain.
Apa itu kalor?
Kalor yaitu energi yang dipindahkan dari benda yang mempunyai temperatur tinggi ke benda yang mempunyai temperatur lebih rendah sehingga pengukuran kalor selalu berafiliasi dengan perpindahan energi.
Bagaimana Hukum Kekekalan Energi untuk Kalor?
Energi yaitu abadi sehingga benda yang mempunyai temperatur lebih tinggi akan melepaskan energi sebesar QLepas dan benda yang mempunyai temperatur lebih rendah akan melepaskan energi QTerima dengan besar yang sama. Secara matematis, pernyataan tersebut sanggup ditulis sebagai berikut.
QLepas = QTerima ………. Pers. (1)
(mc∆T)Lepas = (mc∆T)Terima
Keterangan:
QLepas = jumlah kalor yang dilepaskan oleh zat (Joule)
QTerima = jumlah kalor yang diterima oleh zat (Joule)
m = massa benda (g atau kg)
c = kalor jenis (kal/goC atau J/kgoC)
∆T = perubahan suhu (oC)
Persamaan (1) menyatakan aturan kekekalan energi pada pertukaran kalor yang disebut sebagai Asas Black. Nama aturan ini diambil dari nama seorang ilmuwan Inggris sebagai penghargaan atas jasa-jasanya, yakni Joseph Black (1728 – 1799). Pengukuran kalor sering dilakukan untuk memilih kalor jenis suatu zat.
Info Fisika! |
Joseph Black mengira bahwa kapasitas panas merupakan jumlah panas yang sanggup ditampung oleh suatu benda. Hal ini bergotong-royong merupakan ukuran ihwal jumlah tenaga yang diharapkan untuk menaikan temperatur suatu benda dalam jumlah tertentu. Misalnya, untuk menaikkan temperatur 1 kg (2,2 lb) air sebesar 1°C (1,8°F) dibutuhkan lebih banyak panas daripada menaikkan temperatur 1 kg besi dengan kenaikan temperatur yang sama. |
Jika kalor jenis suatu zat diketahui, kalor yang diserap atau dilepaskan sanggup ditentukan dengan mengukur perubahan temperatur zat tersebut. Kemudian, dengan memakai persamaan:
Q = mc∆T
Besarnya kalor sanggup dihitung. Ketika memakai persamaan ini, perlu diingat bahwa temperatur naik berarti zat mendapatkan kalor, dan temperatur turun berarti zat melepaskan kalor. Hukum kekekalan energi untuk kalor sanggup diamati dengan memakai kalorimeter.
Poin Fisika |
Kalor mempunyai satuan kalori dan joule. Untuk konversi satuan kalor dari joule ke kalori atau sebaliknya yaitu sebagai berikut. 1 kalori = 4,18 Joule 1 Joule = 0,24 kalori |
Apa itu kalorimeter?
Kalorimeter yaitu alat yang dipakai untuk mengukur kalor. Salah satu bentuk kalorimeter, tampak pada gambar di bawah ini.
Kalorimeter ini terdiri atas sebuah ember logam dengan kalor jenisnya telah diketahui. Bejana ini biasanya ditempatkan di dalam ember lain yang agak lebih besar. Kedua ember dipisahkan oleh materi penyekat, contohnya gabus atau wol.
Kegunaan ember luar yaitu sebagai pelindung supaya pertukaran kalor dengan lingkungan di sekitar kalorimeter sanggup dikurangi. Kalorimeter juga dilengkapi dengan batang pengaduk. Pada waktu zat dicampurkan di dalam kalorimeter, air di dalam kalorimeter perlu diaduk supaya diperoleh temperatur merata dari percampuran dua zat yang suhunya berbeda.
Batang pengaduk ini biasanya terbuat dan materi yang sama ibarat materi ember kalorimeter. Zat yang diketahui kalor jenisnya dipanaskan hingga temperatur tertentu. Kemudian, zat tersebut dimasukkan ke dalam kalorimeter yang berisi air dengan temperatur dan massanya yang telah diketahui. Selanjutnya, kalorimeter diaduk hingga suhunya tetap.
Bagaimana memakai kalorimeter untuk menghitung kalor?
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, aturan kekekalan energi untuk kalor sanggup diamati dengan memakai kalorimeter, sehingga pengukuran besarnya kalorpun sanggup dihitung. Caranya yaitu sebagai berikut:
Sejumlah massa zat cair dipanaskan. Kemudian, zat cair tersebut dimasukkan ke dalam kalorimeter. Suhu zat cair tersebut diukur dengan termometer dan dicatat. Selanjutya, sejumlah massa zat cair dengan suhu yang lebih rendah dimasukkan ke dalam kalorimeter dan diaduk dengan pengaduk hingga kedua zat cair bercampur secara merata.
Kemudian, suhu zat cair yang tercampur diukur dan dicatat. Selama pengadukan berlangsung, terjadi perpindahan kalor. Zat cair yang bersuhu lebih tinggi melepaskan kalornya, sedangkan zat cair yang bersuhu lebih rendah menyerap kalor dari zat cair yang bersuhu tinggi sehingga pada alhasil mencapai suhu kesetimbangan yang disebut dengan setimbang termal.
Contoh Soal Hukum Kekekalan Energi untuk kalor
1. Sebanyak 300 gram air dipanaskan dari 30oC menjadi 50oC. Jika massa jenis air yaitu 1 kal/goC atau 4.200 J/kgK, tentukan:
a. banyaknya kalor yang diterima air tersebut (dalam kalori)
b. banyaknya kalor yang diterima air tersebut (dalam joule)
Penyelesaian:
Diketahui:
Diketahui:
m = 300 g
c = 1 kal/goC
∆T = 50oC – 30oC = 20oC
Ditanyakan: Q dalam kalori dan joule
Jawab:
a. Banyaknya kalor yang diterima air dihitung dengan memakai rumus atau persamaan berikut ini.
Q = mc∆T
Q = (300 g)(1 kal/goC)(20oC)
Q = 6.000 kal
Jadi, banyaknya kalor yang diterima air tersebut yaitu 6.000 kalor.
b. Dari kesetaraan kalori dan joule diketahui bahwa:
1 kalori = 4,2 joule sehingga:
Q = 6.000 × 4,2 joule = 25.200 joule.
2. Sepotong aluminium bermassa 200 g dan bersuhu 20oC dimasukkan ke dalam 100 g air yang bersuhu 80oC. Dengan mengabaikan pertukaran kalor dengan lingkungan, hitung suhu final gabungan kalau kalor jenis aluminium 900 J/kgK dan kalor jenis air 4.200 J/kgK.
Penyelesaian:
Diketahui:
mAir = 100 g
TAir = 80oC
cAir = 4.200 J/kgK
mAl = 200 g
TAl = 20oC
cAl = 900 J/kgK
Ditanyakan: suhu final (TA) gabungan = …?
Jawab:
QLepas = QTerima
≫ mAir × cAir × ∆TAir = mAl × cAl × ∆TAl
≫ mAir × cAir × (TAir – TA) = mAl × cAl × (TA – TAl)
≫ 100 × 4.200 × (80 – TA) = 200 × 900 × (TA – 20)
≫ 420.000(80 – TA) = 180.000(TA – 20)
≫ 42(80 – TA) = 18(TA – 20)
≫ 3.360 – 42TA = 18TA – 360
≫ 18TA + 42TA = 3.360 + 360
≫ 60TA = 3.720
≫ TA = 3.720/60
≫ TA = 62
Jadi, suhu final sesudah terjadi kesetimbangan termal yaitu 62oC.
Latihan Soal Kekekalan Energi untuk kalor
1| Es sebanyak 100 gram mempunyai temperatur –10°C. Kemudian, pada es tersebut diberikan kalor sehingga seluruh es mencair menjadi air dengan temperatur 20°C. Berapa kalori kalor yang diberikan pada es tersebut?
2| Air sebanyak 1.000 gram yang mempunyai temperatur 15°C dipanaskan dengan energi sebesar 2.000 kalori. Jika kalor jenis air 1 kal/g°C, tentukanlah temperatur air sesudah pemanasan tersebut.
3| Berapakah kalor yang dibutuhkan untuk mencairkan es sebanyak 200 gram yang bertemperatur 0°C? Diketahui kalor laten peleburan air 80 kal/g.
4| Ke dalam 50 gram air yang bersuhu 40°C, dimasukkan es sebanyak 10 gram. Jika temperatur es mula-mula 0°C, tentukanlah temperatur final dari gabungan es dan air ini, kalau dianggap tidak ada kalor yang hilang.
5| Jelaskan aturan Asas Black yang Anda ketahui dan sebutkan contohnya dalam kehidupan sehari-hari.