Sabtu, 13 Agustus 2016

Kalor

DR

Kalor adalah suatu bentuk energi yang secara alamiah dapat berpindah dari benda yang suhunya tinggi menuju suhu yang lebih rendah saat bersinggungan. Kalor juga dapat berpindah dari suhu rendah ke suhu yang lebih tinggi jika dibantu dengan alat yaitu mesin pendingin. Satuan kalor sama dengan satuan energi, yaitu joule atau kalori.

Baca Juga:
Kalor dapat menaikkan suhu suatu zat dan dapat mengubah wujud zat. Benda yang mendapat kalor suhunya naik, sedang yang melepas kalor suhunya turun. Besarnya kalor (Q) yang diperlukan oleh suatu benda sebanding dengan massa benda (m), bergantung pada kalor jenis (c), dan sebanding dengan kenaikan suhu

(Δt) -->  Q = m x c x Δt

Keterangan:   Q = kalor yang diperlukan atau dilepaskan (J)
m = massa benda (kg)
c = kalor jenis benda (J/kg0C)
Δt = kenaikan suhu (0C)

Satu kalori  (1 kal) dapat didefinisikan banyaknya kalor yang diperlukan tiap 1 gram air, sehingga suhunya naik 10C. Sedangkan satu kilokalori didefiniskan banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan 1 kg air, sehingga suhunya naik 10C.

1 kalori = 4,2 joule dan 1 joule = 0,24 kalori.
Kalor jenis suatu zat adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat sehingga suhunya naik sebesar 10C. Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh suatu benda sehingga suhunya naik 10C 
-->       C = m x c

Zat
Kalor jenis
Zat
Kalor jenis
k k a l / kg 0 C
J / kg 0 C
k k a l / kg 0 C
J / kg 0 C
Air 1,00 4190 Kaca 0,16 6700
Air raksa 0,03 138 Minyak tanah 0,52 2200
Alkohol 0,55 2300 Seng 0,09 390
Besi 0,11 460 Tembaga 0,09 3900
Emas 0,030 130 Timbal  0,03 130

Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud zat dinamakan kalor laten. Menguap dan melebur adalah peristiwa perubahan wujud yang membutuhkan kalor, sedang mengembun dan membeku adalah peristiwa perubahan wujud yang melepaskan kalor.
Penguapan merupakan peristiwa bergerak keluarnya molekul–molekul dari permukaan zat cair. Beberapa cara mempercepat penguapan, yaitu :
  1. Memanaskan
  2. Memperluas permukaan zat cair                   
  3. Meniupkan udara di atas permukaan zat cair
  4. Mengurangi tekanan 
Beberapa peristiwa penguapan, antara lain:
  1. Merebus air 100 0C.
  2. Menjemur pakaian basah menjadi kering.
  3. Penguapan gas freon dalam lemari es.
  4. Alkohol ataupun spiritus yang diteteskan pada kulit tangan dapat menguap.
Titik didih adalah suhu pada saat zat cair mendidih. Pada tekanan udara normal (76 cmHg) air mendidih pada suhu 1000C. Titik didih suatu zat dapat diubah-ubah dengan cara: tekanan ditambah maka titik didihnya naik, tekanan dikurangi, maka titik didihnya turun, dan menambahkan ketidakmurnian zat maka titik didihnya naik. Alat yang dapat mendidihkan air di atas 1000C adalah otoklaf dan pressure cooker. Untuk mengubah wujud cair menjadi gas pada titik didihnya diperlukan energi kalor. Jumlah energi kalor yang diperlukan untuk mengubah 1kg zat dari wujud cair menjadi gas pada titik didihnya disebut kalor didih atau kalor uap.

 Q = m x U

Keterangan:  Q = energi kalor yang diperlukan ( J )
m = massa zat ( kg )
U = kalor didih atau kalor uap ( J/kg )

Jumlah kalor yang dilepaskan untuk mengubah 1 kg zat dari wujud uap menjadi cair pada titik embunnya disebut kalor embun. Titik embun adalah suhu pada saat zat gas mengembun

Kalor uap = kalor embun

Nama zat
Titik didih (0C)
Kalor uap (J/kg)
Air 100 2.260.000
Es 100 2.260.000
Alkohol 78 1.100.000
Raksa 357 272.000
Tembaga 1.187 5.069.000
Perak 2.193 2.336.000
Emas 2.600 1.578.000
Timah hitam 1.750 871.000
Oksigen -183 213.000
Nitrogen -196 201.000

Suhu pada saat zat padat melebur disebut titik lebur. Apabila tekanan udara luar berubah-ubah, maka titik lebur zat juga akan mengalami perubahan. Untuk mengubah wujud padat menjadi cair pada titik leburnya diperlukan energi kalor. Jumlah energi kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 kg zat dari wujud padat menjadi cair pada titik leburnya disebut kalor lebur.

Q = m x L 
             
Keterangan:   
Q = energi kalor yang diperlukan (J)
m = massa zat (kg)
L = kalor lebur (J/kg)

Jumlah kalor yang dilepaskan untuk mengubah 1 kg zat dari wujud cair menjadi padat pada titik bekunya disebut kalor beku. Titik beku adalah suhu pada saat zat cair membeku

Kalor lebur = kalor beku

Nama zat
Titik lebur (0C )
Kalor alor le lebur ur (J/kg)
Air 0 336.000
Es 0 336.000
Alkohol  – 114 10.400
Raksa – 39 12.570
Tembaga 1.083 205.300
Timbal 327 24.930
Aluminium 660 402,2
Oksigen – 219 14.000
Nitrogen – 210 26.000

Kalor dapat berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Kalor berpindah dari suhu tinggi menuju ke suhu rendah secara:

1. Konduksi (hantaran) adalah perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Berdasarkan daya hantar kalor, benda dibedakan menjadi dua, yaitu:
  • Konduktor adalah zat yang memiliki daya hantar kalor baik. Contoh : besi, baja, tembaga, aluminium, dll
  • Isolator adalah zat yang memiliki daya hantar kalor kurang baik. Contoh : kayu, plastik, kertas, kaca, air, dll
2. Konveksi adalah perpindahan kalor pada suatu zat yang disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Konveksi terjadi karena perbedaan massa jenis zat, peristiwa konveksi, antara lain :
  • Pada zat cair karena perbedaan massa jenis zat, misal sistem pemanasan air, sistem aliran air panas.
  • Pada zat gas karena perbedaan tekanan udara, misal terjadinya angin darat dan angin laut, sistem ventilasi udara, untuk mendapatkan udara yang lebih dingin dalam ruangan dipasang AC atau kipas angin, dan cerobong asap pabrik 
  • Pada siang hari daratan lebih cepat panas daripada lautan. Hal ini mengakibatkan udara panas di daratan akan naik dan tempat tersebut diisi oleh udara dingin dari permukaan laut, sehingga terjadi gerakan udara dari laut menuju ke darat yang biasa disebut angin laut. Angin laut terjadi pada siang hari, biasa digunakan oleh nelayan tradisional untuk pulang ke daratan. 
  • Pada malam hari daratan lebih cepat dingin daripada lautan. Hal ini mengakibatkan udara panas di permukaan air laut akan naik dan tempat tersebut diisi oleh udara dingin dari daratan, sehingga terjadi gerakan udara dari darat menuju ke laut yang biasa disebut angin darat. Angin darat terjadi pada malam hari, biasa digunakan oleh nelayan tradisional untuk melaut mencari ikan.
3. Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa melalui zat perantara. Alat yang digunakan untuk menyelidiki sifat radiasi berbagai permukaan disebut termoskop diferensial. Kedua bola lampu dicat dengan warna yang sama, tetapi di antara bola tersebut diletakkan bejana kubus yang salah satu sisinya permukaannya hitam kusam dan sisi lainnya mengkilap. Beberapa contoh penerapan perpindahan kalor secara radiasi dalam kehidupan sehari-hari:
  • Pada siang hari yang panas, orang lebih suka memakai baju cerah daripada baju gelap. Hal ini bertujuan untuk mengurangi penyerapan kalor.
  • Cat mobil atau motor dibuat mengkilap untuk mengurangi penyerapan kalor.
  • Mengenakan jaket tebal atau meringkuk di bawah selimut tebal saat udara dingin badanmu merasa nyaman.
  • Dinding termos dilapisi perak.
Pemanfaatan kalor dalam kehidupan sehari-hari antara lain:
1. Termos
Termos berfungsi untuk menyimpan zat cair yang berada di dalamnya agar tetap panas dalam jangka waktu tertentu. Termos dibuat untuk mencegah perpindahan kalor secara konduksi, konveksi, maupun radiasi. Dinding termos dibuat sedemikian rupa, untuk menghambat perpindahan kalor pada termos, yaitu dengan cara:
  • permukaan tabung kaca bagian dalam dibuat mengkilap dengan lapisan perak yang berfungsi mencegah perpindahan kalor secara radiasi dan memantulkan radiasi kembali ke dalam termos,
  • dinding kaca sebagai konduktor yang jelek, tidak dapat memindahkan kalor secara konduksi, dan
  • ruang hampa di antara dua dinding kaca, untuk mencegah kalor secara konduksi dan agar konveksi dengan udara luar tidak terjadi.
2. Seterika
Seterika terbuat dari logam yang bersifat konduktor yang dapat memindahkan kalor secara konduksi ke pakaian yang sedang diseterika. Adapun, pegangan seterika terbuat dari bahan yang bersifat isolator.
3. Panci Masak
Panci masak terbuat dari bahan konduktor yang bagian luarnya mengkilap. Hal ini untuk mengurangi pancaran kalor. Adapun pegangan panci terbuat dari bahan yang bersifat isolator untuk menahan panas.
Soal No. 1
Air bermassa 100 gram berada pada suhu 20° C dipanasi hingga suhu 80° C. Jika kalor jenis air adalah 1 kal/gr ° C tentukan jumlah kalor yang diperlukan, nyatakan dalam satuan kalori!


Pembahasan
Data soal:
m = 100 gram
c = 1 kal/gr°C
T1 = 20°C
T2 = 80°C
Kalor yang diperlukan:
Q = m x c x Δ T
Q = 100 x 1 x (80−20)
Q = 100 x 60
Q = 6000 kalori
Soal No. 2
Air bermassa 100 gram berada pada suhu 20° C dipanasi hingga mendidih. Jika kalor jenis air adalah 4200 J/kg ° C tentukan jumlah kalor yang diperlukan, nyatakan dalam satuan joule!
Pembahasan
m = 100 gram = 0,1 kg
c = 4200 J/kg °C
T1 = 20°C
T2 = 100°C
Kalor yang diperlukan:
Q = m x c x Δ T
Q = 0,1 x 4200 x (100−20)
Q = 420 x 80
Q = 33600 joule
Soal No. 3
Es massa 200 gram bersuhu − 5°C dipanasi hingga suhunya menjadi − 1° C, jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/gr ° C. Tentukan berapa kalori kalor yang diperlukan dalam proses tersebut!
Pembahasan
m = 200 gram
c = 0,5 kal/gr°C
T1 = −5°C
T2 = −1°C
Kalor yang diperlukan:
Q = m x c x Δ T
Q = 200 x 0,5 x [−1−(−5)]
Q = 100 x 4
Q = 400 kalori
Soal No. 4
Es bermassa 150 gram berada pada suhu 0°C dipanasi hingga seluruhnya melebur menjadi air yang bersuhu 0 °C. Tentukan jumlah kalor yang diperlukan untuk proses tersebut! (Kalor lebur es = 80 kal/g)
Pembahasan
Data soal:
m = 150 gram
L = 80 kal/gr
Kalor untuk melebur seluruh es:
Q = m x L
Q = 150 x 80
Q = 12000 kalori
Soal No. 5
Es bermassa 250 gram bersuhu − 5° C dipanasi hingga melebur menjadi air bersuhu 0°C. Jika kalor jenis es 0,5 kal/gr°C, dan kalor lebur es adalah 80 kal/gr, tentukan kalor yang diperlukan untuk proses tersebut!
Pembahasan
Data soal:
m = 250 gram
ces = 0,5 kal/gr°C
Les = 80 kal/gram
Proses 1, menaikkan suhu es, kalor yang diperlukan:
Q1 = m x c x ΔT
Q1 = 250 x 0,5 x 5
Q1 = 625 kalori kalori
Proses 2, meleburkan seluruh es, kalor yang diperlukan:
Q2 = m x L = 250 x 80 = 20000 kalori
Jumlah kalor seluruhnya yaitu Q1 + Q2
Q = 625 + 20000
Q = 20625 kalori
Soal No. 6
Es bermassa 200 gram bersuhu − 5° C dipanasi hingga melebur menjadi air bersuhu 100°C. Jika kalor jenis es 0,5 kal/gr°C, kalor jenis air adalah 1 kal/gr°C dan kalor lebur es adalah 80 kal/gr, tentukan jumlah kalor yang diperlukan untuk proses tersebut!
Pembahasan
Data soal:
mes = mair = 200 gram
ces = 0,5 kal/gr°C
cair = 1 kal/gr°C
Les = 80 kal/gram
Proses 1, menaikkan suhu es, kalor yang diperlukan:
Q1 = m x c x ΔT
Q1 = 200 x 0,5 x 5
Q1 = 500 kalori
Proses 2, meleburkan seluruh es, kalor yang diperlukan:
Q2 = m x L = 200 x 80 = 16000 kalori
Proses 3, menaikkan suhu air dari 0 hingga 100
Q3 = m x c x ΔT
Q3 = 200 x 1 x 100
Q3 = 20000
Keseluruhan jumlah kalor yang diperlukan adalah jumlah dari Q1, Q2 dan Q3:
Q = 500 + 16000 + 20000
Q = 36500 kalori
(thanks to Faris,...)
Soal No. 7
Air bersuhu 20°C dengan massa 200 gram dicampur dengan air bersuhu 90°C bermassa 300 gram. Tentukan suhu akhir campuran!
Pembahasan
Data soal:
m1 = 200 gram
m2 = 300 gram
c1 = c2 = 1 kal/gr°C
ΔT1 = t − 20
ΔT2 = 90 − t
Asas pertukaan kalor/asas black
Qlepas = Qterima
m2 x c2 x ΔT2 = m1 x c1 x ΔT1
300 x 1 x (90 − t) = 200 x 1 x (t − 20)
27000 − 300t = 200t − 4000
27000 + 4000 = 300t + 200t
31000 = 500t
t = 31000 / 500
t = 62°C
Soal No. 8
Sepotong logam dengan kalor jenis 0,2 kal/gr°C bermassa 100 gram bersuhu 30°C dimasukkan pada bejana berisi air yang bersuhu 90°C bermassa 200 gram. Jika kalor jenis air adalah 1 kal/gr°C dan pengaruh bejana diabaikan tentukan suhu akhir logam!
Pembahasan
Data soal:
m1 = 100 gram
m2 = 200 gram
c1 = 0,2 kal/gr°
c2 = 1 kal/gr°C
ΔT1 = t − 30
ΔT2 = 90 − t
Asas pertukaan kalor/asas black
Qlepas = Qterima
m2 x c2 x ΔT2 = m1 x c1 x ΔT1
200 x 1 x (90 − t) = 100 x 0,2 x (t − 30)
18000 − 200t = 20 t − 600
18000 + 600 = 200t + 20t
18600 = 220t
t = 18600 / 220
t = 84,5 °C
Soal No. 9
Peristiwa-peristiwa berikut berkaitan dengan proses perpindahan kalor:
1) besi yang dibakar salah satu ujungnya, beberapa saat kemudian ujung yang lain terasa panas.
2) terjadinya angin darat dan angin laut
3) sinar matahari sampai ke bumi
4) api unggun pada jarak 3 meter terasa panas
5) asap sisa pembakaran bergerak melalui cerobong dapur
6) air yang direbus, bagian bawah mengalir ke atas.
7) gelas kaca diisi air panas, bagin luar gelas ikut terasa panas.
8) pakaian yang lembab disetrika menjadi kering
Pilahkan peristiwa-peristiwa di atas berdasarkan kaitannya dengan perpindahan kalor secara konduksi, konveksi dan radiasi!
Pembahasan
1) besi yang dibakar salah satu ujungnya, beberapa saat kemudian ujung yang lain terasa panas → konduksi
2) terjadinya angin darat dan angin laut→ konveksi
3) sinar matahari sampai ke bumi → radiasi
4) api unggun pada jarak 3 meter terasa panas → radiasi
5) asap sisa pembakaran bergerak melalui cerobong dapur → konveksi
6) air yang direbus, bagian bawah mengalir ke atas → konveksi
7) gelas kaca diisi air panas, bagin luar gelas ikut terasa panas→ konduksi
8) pakaian yang lembab disetrika menjadi kering→ konduksi
Soal No. 10
Perhatikan grafik berikut: Air bermassa 500 gram mengalami penurunan suhu dari D menjadi C. Jika kalor jenis air 4200 J/kg°C, tentukan jumlah kalor yang dilepaskan oleh air, nyatakan dalam satuan kilojoule!
Pembahasan
Q = m x c x Δ T
Q = 0,5 x 4200 x 50
Q = 105000 joule
Q = 105 kJ
BeSmart
-Semoga Bermanfaat-
Diposkan oleh di
Label: , ,

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Langganan: Posting Komentar (Atom)