Kalor Dan Perubahan Wujud Zat, Rumus, Pola Soal Dan Pembahasan
Apa itu Kalor?
Pada dasarnya, kalor yaitu perpindahan energi kinetik dari satu benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Kalor dilambangkan dengan karakter Q. Banyaknya kalor yang diberikan pada suatu benda sebanding dengan kenaikan suhu (∆T), massa benda (m) dan kalor jenis bendanya (c). Ditulis dengan persamaan berikut.
Q = mc∆T ………. Pers. (1) |
Keterangan:
Q = jumlah kalor yang diberikan (kalori atau joule)
m = massa benda (g atau kg)
c = kalor jenis (kal/goC atau J/kgoC)
∆T = perubahan suhu (oC)
Asas Black
Bila dua zat yang suhunya tidak sama dicampur maka zat yang bersuhu tinggi akan melepaskan kalor sehingga suhunya turun dan zat yang bersuhu rendah akan menyerap kalor sehingga suhunya naik hingga terjadi kesetimbangan termal. Karena kalor merupakan suatu energi maka berdasar aturan kekekalan energi diperoleh kalor yang dilepaskan sama dengan kalor yang diserap.
Konsep tersebut sering disebut dengan azaz Black, yang secara matematis sanggup dinyatakan:
Qlepas = Qterima | ………. Pers. (2) |
(mc∆T)lepas = (mc∆T)terima |
Keterangan:
Qlepas = besar kalor yang diberikan (J)
Qterima = besar kalor yang diterima (J)
Kalor dan Perubahan Wujud Zat
Seringkali kita temukan kejadian-kejadian menarik di sekitar kita. Misalnya saja, air yang dipanaskan secara terus-menerus akan bermetamorfosis uap, es kalau dibiarkan di atas meja sanggup mencair, dan kapur barus yang dibiarkan sanggup habis tak bersisa. Kejadian tersebut merupakan salah satu pola imbas kalor terhadap wujud benda.
Kita semua telah mengetahui bahwa wujud benda atau zat ada tiga macam, yakni cair, padat, dan gas. Apabila suatu zat mendapatkan atau melepaskan kalor, maka wujudnya sanggup bermetamorfosis wujud lain. Misalnya, es yang mendapatkan kalor dari lingkungan akan bermetamorfosis cair dan air yang mendapatkan kalor dari hasil pemanasan akan bermetamorfosis uap atau gas.
Ketika suatu zat bermetamorfosis wujud lain, diharapkan atau dilepaskan sejumlah kalor. Kalor yang diharapkan atau dilepaskan per satuan massa pada ketika terjadi perubahan fase atau wujud disebut kalor laten. Berdasarkan definisi tersebut, kalor laten sanggup dicari dengan persamaan berikut.
Q = mL ………. Pers. (3) |
Keterangan:
L = kalor laten (J/kg)
Q = kalor yang diserap atau dilepas (J)
m = massa benda (kg)
Sekarang coba perhatikan air yang sedang dipanaskan. Kalian tahu bahwa air akan mendidih ketika suhunya 100oC pada tekanan 1 atmosfer (atm) atau kurang dari 100oC untuk tekanan yang lebih tinggi.
Jika air yang sudah mendidih terus dipanaskan, maka air akan bermetamorfosis uap atau gas, akan tetapi suhunya tidak akan bertambah.Contoh lainnya yaitu es yang sedang mencair. Ketika mencair, suhu es dalam bentuk padat akan sama dengan suhu ketika gres menjadi air.
Dua pola tersebut menawarkan bahwa pada ketika terjadi perubahan wujud atau fase benda, tidak ada perubahan suhu atau kenaikan suhu yang terjadi. Ini tidak hanya terjadi pada ketika air menguap atau es mencair, tetapi terjadi pada semua jenis perubahan wujud, menyerupai mencair, membeku, menguap, menyublim, melenyap, ataupun mengembun.
Review Fisika! |
Di SMP, kalian telah mengenal perubahan wujud atau fase benda. Perubahan wujud dari fase satu ke fase lainnya memiliki nama yang berbeda. Perhatikan dan pelajarilah diagram perubah wujud benda berikut ini.  |
Perubahan wujud zat selain alasannya yaitu perembesan kalor, sanggup juga terjadi alasannya yaitu pelepasan kalor. Setiap terjadi perubahan wujud terdapat nama-nama tertentu. Berikut ini yaitu nama perubahan wujud zat tersebut.
No. | Nama | Perubahan | ||
Dari wujud | Ke wujud | Kalor | ||
1. | Mencair | Padat | Cair | Diserap |
2. | Menguap | Cair | Gas | Diserap |
3. | Menyublim | Padat | Gas | Diserap |
4. | Membeku | Cair | Padat | Dilepas |
5. | Mengembun | Gas | Cair | Dilepas |
6. | Menyublim | Gas | Padat | Dilepas |
Nah, menurut perubahan wujud tersebut, kalor laten memiliki beberapa jenis. Apabila benda/zat mengalami perubahan fase/wujud daripadat menjadi cair (mencair) kalor latennya disebut kalor lebur, sedangkan ketika membeku disebut kalor beku (LB). Besarnya kalor lebur sama dengan kalor beku.
Kemudian, bila benda atau zat mengalami perubahan fase atau wujud dari cair ke uap (menguap), kalor laten yang menyertainya disebut kalor uap (LU), sedangkan ketika mengembun disebut kalor embun yang besarnya sama dengan kalor uap.
Sementara kalau terjadi perubahan fase atau wujud dari padat menjadi gas (menyublim) atau sebaliknya, kalor laten yang menyertainya disebut kalor sublimasi.
Info Fisika! |
Besarnya kalor lebur atau kalor beku air yaitu 79,9 kkal/kg atau 333 kJ/kg. Besarnya kalor uap atau kalor embun untuk air yaitu 539 kkal/kg atau 2.260 kJ/kg. |
Persamaan kalor laten sangat diharapkan untuk menuntaskan soal-soal terkait dengan Asas Black. Untuk mengetahui penggunaan persamaan kalor laten, perhatikan dan pahamilah pola soal di bawah ini.
Contoh Soal dan Pembahasan
1. Hitunglah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur besi bermassa 3 kg dari suhu 10oC hingga 80oC? Diketahui cbesi = 450 J/kgoC
Penyelesaian:
Diketahui:
m = 3 kg
∆T = 80oC – 10oC = 70oC
cbesi = 450 J/kgoC
Ditanyakan: Q
Jawab:
Untuk mencari banyaknya kalor yang dibutuhkan, kita sanggup memakai persamaan berikut.
Q = mc∆T
Q = 3 × 450 × 70
Q = 9,45 × 104 J
= 94,5 kJ
Jadi, kalor yang dibutuhkan yaitu 94,5 kJ.
2. Anis menyiapkan minuman es teh untuk pekerja di rumahnya dalam suatu wadah. Ia mencampur 0,5 kg es yang bersuhu – 5oC dengan 1 kg air teh yang suhunya 20oC. Apabila pertukaran kalor hanya terjadi pada kedua benda, ces = 2.100 J/kgoC, dan cair = 4.200 J/kgoC berapa suhu tamat minuman tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui:
mes = 0,5 kg
Tes = -5oC
Cces = 2.100 J/kgoC
mair = 1 kg
Tair = 20
ccair = 4.200 J/kg C
Ditanyakan: TC
Jawab:
Untuk mencari suhu adonan (TC) kita sanggup menerapkan asas black, yaitu sebagai berikut.
Qair = Qes
mair × cair × (Tair –TC) = mes × ces × (TC – Tes)
1 × 4.200 × (20 – TC) = 0,5 × 2.100 × (TC – (-5)
4.200 × (20 – TC) = 1.050 (TC + 5)
4 × (20 – TC) = (TC + 5) → kedua ruas dibagi 1.050
80 – 4TC = TC + 5
TC + 4TC = 80 – 5
5TC = 75
TC = 75/5
TC = 15
Jadi, suhu tamat minuman tersebut yaitu 15oC.
3. Perak memiliki titik didih pada suhu 961oC, kalor lebur sebesar 88 kJ/kg, dan kalor jenisnya 230 J/kgoC. Hitunglah kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan 16,5 kg perak yang temperatur awalnya yaitu 20oC.
Penyelesaian
Diketahui:
mAg = 16,5 kg (Ag = Agentum, nama ilmiah perak)
LB = 88 kJ/kg = 8,8 × 104 J/kg
TAg = 20oC
Titik lebur perak (TL) = 961oC
cAg = 230 J/kgoC
Ditanyakan: Q
Jawab:
Untuk menuntaskan soal ini, kita harus ingat bahwa suatu benda akan melebur sehabis suhunya mencapai titik didih. Padahal untuk mencapai titik didih juga diharapkan kalor. Jadi, soal ini harus diselesaikan dengan dua cara.
□ Cara pertama adalah mencari kalor untuk menaikkan suhu hingga mencapai titik didihnya.
□ Cara kedua adalah mencari kalor leburnya.
Kalor yang diharapkan untuk menaikkan suhu dari 20oC hingga 961oC yaitu sebagai berikut.
Q1 = mc∆T
Q1 = 16,5 × 230 × (961 – 20)
Q1 = 3,61 × 106 J
Kalor lebur perak dicari dengan persamaan berikut.
Q2 = mLB
Q2 = 16,5 × (8,8 × 104)
Q2 = 1,452 × 106 J
Jumlah kalor total untuk melebur perak dari suhu 20oC yaitu sebagai berikut.
Qtot = Q1 + Q2
Qtot = (3,61 × 106) + (1,452 × 106)
Qtot = 5,062 × 106 J
Jadi, kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan perak tersebut yaitu 5,062 × 106 J.
4. 100 gram air bersuhu 70oC disiramkan pada balok es bersuhu 0oC hingga semua es melebur. Jika kalor lebur es 0,5 kkal/kg dan kalor jenis air 1 kkal/kgoC, tentukan massa es yang melebur.
Penyelesaian:
Diketahui:
ma = 100 g = 0,1 kg
Ta = 40oC
Ca = 1 kkal/kg
LB-es = 0,5 kkal/kg
Ditanyakan: mes
Jawab:
Dalam kasus ini, air melepaskan kalor dan es mendapatkan kalor, sehingga berlaku Asas Black. Suhu air sama dengan suhu es yakni 0oC.
Qair = Qes
maca∆T = mesLB
0,1 × 1 × (40 – 0) = mes × 0,5
0,5mes = 4
mes = 4/0,5
mes = 8 kg
Jadi, massa es yang disiram yaitu 8 kg.