Pengaruh Dan Hubungan Kalor Terhadap Suhu Benda, Rumus, Pola Soal Dan Pembahasan
Sendok yang dipakai untuk menyeduh kopi panas, akan terasa hangat. Leher Anda jikalau disentuh akan terasa hangat. Apa sesungguhnya yang berpindah dari kopi panas ke sendok dan dari leher ke syaraf kulit? Sesuatu yang berpindah tersebut merupakan energi/kalor.
Pada dasarnya kalor ialah perpindahan energi kinetik dari satu benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Pada waktu zat mengalami pemanasan, partikel-partikel benda akan bergetar dan menumbuk partikel tetangga yang bersuhu rendah.
Hal ini berlangsung terus menerus membentuk energi kinetik rata-rata sama antara benda panas dengan benda yang semula dingin. Pada kondisi menyerupai ini terjadi keseimbangan termal dan suhu kedua benda akan sama.
Dari klarifikasi di atas, maka sanggup kita simpulkan pengertian atau definisi kalor ialah sebagai berikut.
Kalor merupakan salah satu bentuk energi yang sanggup berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah jikalau kedua benda tersebut saling disentuhkan. |
Karena kalor merupakan suatu bentuk energi, maka satuan kalor dalam SI ialah Joule dan dalam CGS ialah erg.
1 Joule = 107 erg
Dahulu sebelum orang mengetahui bahwa kalor merupakan suatu bentuk energi, maka orang sudah mempunyai satuan untuk kalor ialah kalori.
1 kalori = 4,18 joule atau 1 Joule = 0,24 kal
Pengaruh Kalor Terhadap Suhu
Dari gambar di atas, terlihat bahwa jikalau satu gelas air panas dicampur dengan satu gelas air dingin, sesudah terjadi keseimbangan termal menjadi air hangat. Hal tersebut sanggup terjadi alasannya ialah pada dikala air panas dicampur dengan air hambar maka air panas melepaskan kalor sehingga suhunya turun dan air hambar menyerap kalor sehingga suhunya naik.
Dengan demikian jikalau terdapat suatu benda yang mendapatkan kalor suhunya akan naik. Faktor apakah yang mensugesti banyaknya kalor yang diserap oleh suatu zat? Untuk lebih jelasnya lakukan acara di bawah ini!
Percobaan Pengaruh Kalor terhadap Suhu Benda
Kegiatan 1
Masukkan air secukupnya ke dalam alat pemanas (gambar (a)). Ukurlah suhu air mula-mula dan alhasil masukkan dalam tabel. Hubungkan alat pemanas dengan sumber listrik PLN dan catatlah suhu air tiap 3 menit selama 9 menit (0 menit, 3 menit, 6 menit dan 9 menit). Masukkan alhasil dalam tabel. Bagaimana hubungan antara banyaknya kalor yang diserap air dan lamanya waktu peresapan kalor tersebut?
Kegiatan 2
Masukkan air ke dalam alat pemanas I dan alat pemanas II dengan volum yang tidak sama (gambar (b)). Ukurlah suhu air mula-mula yang berada dalam alat pemanas I dan alat pemanas II. Hubungkan alat pemanas I dan alat pemanas II dengan sumber listrik PLN dan catatlah suhunya sesudah 10 menit (sebelum air mendidih) dan alhasil masukkan dalam tabel. Bagaimanakah hubungan antara massa air dengan banyaknya kalor yang diserap?
Catatan: Air yang bervolum lebih banyak, mempunyai massa yang lebih besar.
Kegiatan 3
Masukkan air secukupnya ke dalam alat pemanas I dan minyak kelapa dengan massa yang sama dengan massa air ke dalam alat pemanas II menyerupai gambar (c) di atas. Ukurlah suhu mula-mula dari air dan minyak kelapa tersebut dan alhasil masukkan dalam tabel. Hubungkan alat pemanas I dan alat pemanas II dengan sumber listrik PLN dan catatlah suhu air dan suhu minyak kelapa sesudah 10 menit (sebelum mendidih) dan alhasil masukkan dalam tabel. Bagaimanakah hubungan antara jenis zat yang dipanaskan dengan banyak kalor yang diserap?
Kesimpulan
Dari ketiga acara di atas buatlah kesimpulan mengenai faktor-faktor apa sajakah yang mensugesti banyaknya kalor yang diserap oleh suatu benda!
Hubungan Kalor dengan Suhu Benda
Sewaktu Anda memasak air, Anda membutuhkan kalor untuk menaikkan suhu air hingga mendidihkan air. Nasi yang hambar sanggup dihangatkan dengan penghangat nasi. Nasi butuh kalor untuk menaikkan suhunya. Berapa banyak kalor yang diharapkan air dan nasi untuk menaikkan suhu hingga mencapai suhu yang diinginkan?
Secara induktif, makin besar kenaikan suhu suatu benda, makin besar pula kalor yang diserapnya. Selain itu, kalor yang diserap benda juga bergantung massa benda dan materi penyusun benda. Secara matematis sanggup di tulis menyerupai berikut.
Q = mc∆T |
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)
Contoh Soal 1:
Berapa besar kalor yang diharapkan untuk menaikkan suhu sebatang besi yang massanya 10 kg dari 20oC menjadi 100oC, jikalau kalor jenis besi 450 J/kgoC?
Penyelesaian:
Diketahui:
Diketahui:
m = 10 kg
T1 = 20oC
T2 = 100oC
c = 450 J/kg oC
Ditanyakan: Q?
Jawab:
Q = mc∆T
Q = mc(T2 – T1)
Q = 10 × 450 × (100 – 20)
Q = 10 × 450 × 80
Q = 360.000 J = 360 kJ
Jadi, kalor yang dibutuhkan sebatang besi tersebut sebesar 360 kJ.
Kalor Jenis dan Kapasitas Kalor
Kalor sanggup diberikan kepada benda atau diambil darinya. Kalor sanggup diberikan pada suatu benda dengan cara pemanasan dan sebagai salah satu dampak ialah kenaikan suhunya. Kalor sanggup diambil dari suatu benda dengan cara pendinginan dan sebagai salah satu dampak ialah penurunan suhu.
Jadi, salah satu dampak dari tunjangan atau pengurangan kalor ialah perubahan suhu yang diberi lambang Δt.
Hasil percobaan di atas mengatakan bahwa, dari pemanasan air dan minyak kelapa dengan massa air dan minyak kelapa yang sama, dengan selang waktu pemanasan yang sama ternyata banyaknya kalor yang diserap oleh air dan minyak kelapa tidak sama.
Untuk membedakan zat-zat dalam hubungannya dengan imbas kalor pada zat-zat itu dipakai konsep kalor jenis yang diberi lambang “c”.
Kalor jenis suatu zat didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diharapkan atau dilepaskan untuk menaikkan atau menurunkan suhu satu satuan massa zat itu sebesar satu satuan suhu.
Jika suatu zat yang massanya m memerlukan atau melepaskan kalor sebesar Q untuk mengubah suhunya sebesar ΔT, maka kalor jenis zat itu sanggup dinyatakan dengan persamaan:
c | = | Q |
m∆T |
Satuan-satuan kalor jenis antara lain sebagai berikut.
● J/kgoC
● J/kg K
● kkal/kgoC
● kal/goC
Data pada tabel berikut ini menyatakan nilai kalor jenis dari beberapa zat yang banyak dijumpai dalam kehidupan sehari-hari.
Tabel Kalor Jenis Beberapa Zat dalam J/kg K
Nama Zat | Kalor Jenis | Nama Zat | Kalor Jenis |
Air | 4.180 | Kuningan | 376 |
Air laut | 3.900 | Raksa | 140 |
Aluminium | 903 | Seng | 388 |
Besi | 450 | Spritus | 240 |
Es | 2.060 | Tembaga | 385 |
Kaca | 670 | Timbal | 130 |
Dari persamaan Q = mcΔT, untuk benda-benda tertentu nilai dari mc ialah konstan. Nilai dari mc disebut juga dengan kapasitas kalor yang diberi lambang "C" (huruf kapital).
Kapasitas kalor didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diharapkan atau dilepaskan untuk mengubah suhu benda sebesar satu satuan suhu.
Persamaan kapasitas kalor sanggup dinyatakan dengan:
C | = | Q | atau | Q = C∆T |
∆T |
Satuan dari C ialah J/K. Dari persamaan Q = mcΔT dan Q = C∆T diperleh persamaan berikut.
C = mc |
Keterangan:
C = kapasitas kalor (J/K)
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)
Contoh Soal 2:
Kalor yang dibutuhkan oleh 3 kg zat untuk menaikkan suhunya dari 10oC hingga 80oC ialah 9,45 kJ. Berapakah kalor jenis zat tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui:
m = 3 kg
∆T = 80oC – 10oC = 70oC
Q = 9,45 kJ = 94.500 J
Ditanyakan: c
Jawab:
c | = | Q |
m∆T |
c | = | 94.500 J |
3 kg × 70oC |
c | = | 94.500 J |
210 kgoC |
c | = | 450 J/kgoC |
Jadi kalor jenis zat tersebut ialah 450 J/kgoC.
Contoh Soal 3:
Berapakah kapasitas kalor dari 5 kg suatu zat yang mempunyai kalor jenis 2 kal/goC?
Penyelesaian:
Diketahui:
m = 5 kg = 5.000 g
c = 2 kal/goC
Ditanyakan: C
Jawab:
C = m × c
C = 5.000 g × 2 kal/goC
C = 10.000 kal/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:
Qdilepaskan = Qdiserap |
Contoh Soal 4:
Air sebanyak 0,5 kg yang bersuhu 100oC dituangkan ke dalam ember dari aluminium yang mempunyai massa 0,5 kg. Jika suhu awal ember sebesar 25oC, kalor jenis aluminium 900 J/kgoC, dan kalor jenis air 4.200 J/kgoC, maka tentukan suhu final kesetimbangan yang tercapai! (anggap tidak ada kalor yang mengalir ke lingkungan).
Penyelesaian:
Diketahui:
Diketahui:
mbjn = 0,5 kg
mair = 0,5 kg
Tair = 100oC
Tbjn = 25oC
cair = 4.200 J/kgoC
cbjn = 900 J/kgoC
Ditanyakan: Ta (suhu akhir)
Jawab:
Qdilepaskan = Qdiserap
mair × cair × ∆Tair = mbjn × cbjn × ∆Tbjn
0,5 × 4.200 × (100 – Ta) = 0,5 × 900 × (Ta – 25)
210.000 – 2.100Ta = 450Ta – 11.250
450Ta + 2.100Ta = 210.000 + 11.250
2.550Ta = 222.250
Ta = 222.250/2.550
Ta = 87,156oC
Jadi, suhu final gabungan atau suhu kesetimbangan termalnya ialah 87,156oC.