Pengaruh Kalor Terhadap Suhu Dan Wujud Zat, Rumus, Grafik, Pola Soal Dan Pembahasan
Setiap ada perbedaan suhu antara dua sistem, maka akan terjadi perpindahan kalor. Kalor mengalir dari sistem bersuhu tinggi ke sistem yang bersuhu lebih rendah. Apa sajakah dampak kalor terhadap suatu sistem atau benda?
1. Kalor sanggup Mengubah Suhu Benda
Kalor merupakan salah satu bentuk energi, sehingga sanggup berpindah dari satu sistem ke sistem yang lain alasannya ialah adanya perbedaan suhu. Sebaliknya, setiap ada perbedaan suhu antara dua sistem maka akan terjadi perpindahan kalor. Sebagai contoh, es yang dimasukkan ke dalam gelas berisi air panas, maka es akan mencair dan air menjadi dingin. Karena ada perbedaan suhu antara es dan air maka air panas melepaskan sebagian kalornya sehingga suhunya turun dan es mendapatkan kalor sehingga suhunya naik (mencair).
Pernahkah kalian mengamati sebuah besi yang diberi kalor, contohnya dibakar? Tentu kalian sering mengamatinya. Besi tersebut akan menjadi lebih panas. Lebih panas ini berarti suhunya naik. Contoh ini pertanda bahwa kalor sanggup mengubah suhu zat. Pengaruh ini banyak penggunaannya dalam kehidupan sehari-hari. Contohnya memasak air, memanasi besi untuk melubangi kayu atau karet dan memanaskan benda waktu pagi pada terik matahari.
Kalor yang diharapkan untuk menaikkan suhu zat ini dipengaruhi oleh massa benda m, kenaikan suhu Δt dan jenis zat. Jenis zat diukur dengan besaran yang dinamakan kalor jenis dan disimbulkan c. Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diserap zat bermassa 1 g untuk menaikkan suhu sebesar 1oC. Hubungan besaran-besaran ini sanggup dituliskan sebagai berikut.
Q = mc∆T ………. Pers. (1) |
Keterangan:
Q = kalor yang diserap benda (kal)
m = massa benda (g)
c = kalor jenis (kal/goC)
∆T = kenaikan suhu (oC)
Perkalian massa dan kalor jenisnya disebut dengan kapasitas kalor yang dilambang dengan C dan dirumuskan sebagai berkut.
C = mc ………. Pers. (2) |
Keterangan:
C = kapasitas kalor (kal/oC)
m = massa benda (g)
c = kalor jenis (kal/goC)
Poin Penting! |
□ Kalor merupakan bentuk energi yaitu energi panas. Karena bentuk energi maka dalam sistem SI, kalor mempunyai satuan joule. Kesetaraannya: 1 kal = 4,2 joule atau 1 joule = 0,24 kal □ Berarti dalam sistem SI, kalor jenis sanggup didefinisikan sebagai kalor yang diharapkan 1 kg benda biar suhunya naik 1K. |
Contoh Soal 1:
Batang logam bermassa 2 kg mempunyai suhu 25oC. Untuk menaikkan suhunya menjadi 75oC diharapkan kalor sebesar 5 × 104 kal. Jika suhunya dinaikkan menjadi 125oC maka berapakah kalor yang dibutuhkan?
Penyelesaian:
Diketahui:
m = 2 kg = 2.000 g
∆T1 = 75oC – 25oC = 50oC → Q1 = 5 × 104 kal
∆T2 = 125oC – 25oC = 100oC → Q2 = ?
Kalor jenis benda sanggup ditentukan dari keadaan pertama.
Q1 = mc∆T1
5 × 104 = 2.000 × c × 50
5 × 104 = 100.000 × c
c = 5 × 104/105
c = 5 × 10-1
c = 0,5 kal/goC
berarti kalor yang diharapkan untuk menaikkan suhu ∆T2 sebesar:
Q2 = mc∆T2
Q2 = 2.000 × 0,5 × 100
Q2 = 100.000
Q2 = 105 kal
Konsep kesebandingan
Kalor untuk menaikkan suhu sebanding dengan kenaikan suhunya.
Q ∆T
Berarti sanggup diperoleh:
Q2 | = | ∆T2 |
Q1 | ∆T1 |
Q2 | = | 100 | × 5 × 104 = 105 kal |
50 |
2. Kalor sanggup Mengubah Wujud Zat
Kalor yang diberikan pada zat sanggup mengubah wujud zat tersebut. Perubahan wujud yang terjadi ditunjukkan oleh Gambar di bawah ini. Cobalah mengingat kembali pelajaran SMP, dan carilah teladan dalam kehidupan sehari-hari yang mengatakan perubahan wujud zat alasannya ialah dipengaruhi kalor.
Kalian niscaya sudah mengetahui bahwa wujud zat ada tiga yaitu padat, cair dan gas. Pernahkah kalian melihat es yang mencair atau air yang sedang menguap? Ternyata perubahan wujud zat itu membutuhkan kalor. Banyaknya kalor untuk mengubah wujud 1 g zat dinamakan kalor laten. Kalor laten ada dua jenis,
■ Pertama: kalor lebur untuk mengubah dari padat ke cair. Kalor lebur zat sama dengan kalor bekunya.
■ Kedua: kalor uap yaitu kalor untuk mengubah dari cair menjadi gas. Kalor uap zat sama dengan kalor embun. Kalor laten ini disimbulkan L.
Dari klarifikasi di atas maka sanggup ditentukan kalor yang diharapkan zat bermassa m untuk mengubah wujudnya yaitu sebagai berikut:
Q = mL ………. Pers. (3) |
Keterangan:
Q = kalor (kal)
m = massa benda (g)
L = kalor laten (kal/g)
Contoh Soal 2:
Di atas piring terdapat 100 g es bersuhu 0OC. Kalor lebur es diketahui sebesar 80 kal/g. Jika pada es tersebut diberikan kalor sebesar 6000 kal maka berapa persenkah es yang sudah melebur?
Penyelesaian:
m0 = 100 g
L = 80 kal/g
Q = 6000 kal
Massa es yang melebur sanggup ditentukan sebagai berikut.
Q = mL
6000 = m × 80
m = 6000/80
m = 75 g
Massa es yang melebur ialah 75 g berarti prosentasenya sebesar:
m | = | 75 | × 100% = 75% |
m0 | 100 |
Poin Penting! |
□ Sesuai dengan kalor jenis, dalam sistem SI, kalor laten sanggup didefinisikan sebagai kalor yang diharapkan untuk mengubah wujud 1 kg zat. □ Kalor jenis air: 1 kal/goC = 4200 joule/kgK □ Kalor lebur es: 80 kal/g = 3,36 × 105 J/kg |
Perubahan Suhu dan Wujud Zat
Baru saja kalian telah berguru bahwa kalor sanggup merubah suhu atau wujud zat. Berarti kalau suatu benda diberi kalor yang cukup sanggup terjadi kedua perubahan itu. Perubahan benda ini sanggup digambarkan dengan derma grafik Q-T. Contoh perubahan ini sanggup dipakai perubahan air dari bentuk padat (es) sampai bentuk gas (uap). Grafik Q-T nya sanggup dilihat pada gambar di bawah ini.
Pada gambar grafik di atas, terlihat bahwa air sanggup mengalami tiga kali perubahan suhu dan dua kali perubahan wujud. Pada ketika mencair (Q2) dan menguap (Q4) membutuhkan kalor perubahan wujud Q = mL. Sedangkan kalor Q1, Q3 dan Q5 merupakan kalor perubahan suhu Q = mcΔT. Untuk lebih memahami perubahan zat alasannya ialah dampak kalor sanggup kalian cermati teladan berikut.
Contoh Soal 1:
20 g es bersuhu –5oC dan tekanan 1 atm diberi kalor sampai menjadi air bersuhu 80oC. Kalor jenis air 1 kal/goC, kalor jenis es 0,5 kal/goC dan kalor lebur es 80 kal/g. Berapakah kalor yang diberikan pada es tersebut?
Penyelesaian:
Pada tekanan 1 atm air mencair pada suhu 0oC dan menguap pada suhu 100oC. Berarti untuk menghitung kalornya sanggup dibuatkan grafik Q-t menyerupai pada gambar berikut ini.
Kalor yang diharapkan sebesar:
Q = Q1 + Q2 + Q3
Q = mscsΔTs + mL + macaΔTa
Keterangan:
ms = massa es cs = kalor jenis es ΔTs = perubahan suhu es | ma = massa air ca = kalor jenis air ΔTa = perubahan suhu air |
Q = (10 × 0,5 × 5) + (20 × 80) + (20 × 1 × 80o)
Q = 50 + 1600 + 1600
Q = 3250 kal