Kalor

Satuan kalor adalah kalori (disingkat kal). Kalori adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu 1 gram air sebesar 1 Co (Tepatnya dari 14,5 oC menjadi 15,5 oC). Jumlah kalor yang diperlukan berbeda2 untuk suhu air yang berbeda. Untuk jumlah kalor yang sama, kenaikan suhu air sebesar 1 oC hanya terjadi antara suhu 14,5 oC sampai 15,5 oC. Satuan kalor yang sering digunakan, terutama untuk menyatakan nilai energi makanan adalah kilokalori (kkal). 1 kkal = 1000 kalori. Nama lain dari 1 kkal = 1 Kalori (huruf K besar).

Satuan kalor untuk sistem Bristish adalah Btu (British thermal unit = satuan termal Inggris). 1 Btu = jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 pound air sebesar 1 Fo (Tepatnya dari 63 oF menjadi 64 oF) .

Kalor memiliki keterkaitan dengan energi (Dalam hal ini, kalor merupakan “energi yang berpindah”), karenanya kita perlu mengetahui hubungan antara satuan kalor dengan satuan energi. Berdasarkan percobaan yang dilakukan oleh om Jimi dan percobaan2 sejenis lainnya, diketahui bahwa usaha alias kerja sebesar 4,186 Joule setara dengan 1 kalori kalor.

1 kalori = 4,186 Joule

1 kkal = 1000 kalori = 4186 Joule

1 Btu = 778 ft.lb = 252 kalori = 1055 Joule

(1 kalori = 4,186 Joule dan 1 kkal = 4186 dikenal dengan julukan tara kalor mekanik)

Catatan :

Kalori bukan satuan Sistem Internasional. Satuan Sistem Internasional untuk kalor adalah Joule. Gunakan tara kalor mekanik di atas untuk mengoprek Joule ke kal dan kkal, atau sebaliknya kal dan kkal dioprek menjadi Joule.

Contoh soal 1 :

Pada bungkusan sebuah biskuit terdapat tulisan : karbohidrat = 10 kkal. Berapakah tambahan energi yang diperoleh tubuh jika biskuit tersebut dimakan ?

Panduan Jawaban :

1 kkal = 1000 kalori = 4.186 Joule

10 kkal = (10)(4186 Joule) = 41.860 Joule

Catatan :

Tubuh kita tidak mengubah semua karbohidrat menjadi energi. Sebagian energi pasti terbuang selama berlangsungnya proses pencernaan….. Efisiensinya sebesar 20 %. Jadi hanya 20 % yang dipakai tubuh, 80 % energi terbuang.

Contoh soal 2 :

Setelah menghabiskan banyak cemilan, seorang gadis yang sangat cantik baru sadar kalau ia telah kelebihan makan 200 Kalori (huruf K besar). Si gadis ingin mengurangi kelebihan energi yang diperolehnya dari cemilan. Karenanya ia memutuskan untuk mengangkat batu dari permukaan tanah hingga ketinggian 1 meter. Jika massa batu = 10 kg, berapa kalikah si gadis harus mengangkat batu tersebut ?

Panduan Jawaban :

1 Kalori = 1 kkal = 1000 kalori = 4186 Joule

200 kkal = (200)(4186 Joule) = 837.200 Joule

Ketika mengangkat batu, si gadis melakukan usaha alias kerja pada batu. Besarnya usaha yang dilakukan adalah :

Usaha (W) = Gaya (F) x Perpindahan (s) = Gaya berat (w) x ketinggian (h) = massa (m) x percepatan gravitasi (g) x Ketinggian (h)

Usaha (W) = (10 kg)(10 m/s2)(1 m)

Usaha (W) = 100 N.m = 100 Joule

Untuk mengangkat batu setinggi 1 meter, besarnya usaha yang dilakukan = 100 Joule. Pertanyaannya, berapa kali si gadis harus mengangkat batu…

837.200 Joule / 100 Joule = 8372.

Hahaha….. si gadis harus mengangkat batu 8372 kali ;) sampai teler

Catatan :

Pertama, tidak semua makanan diubah menjadi energi. Selama proses pencernaan, pasti ada energi yang terbuang. Kedua, jika gadis tersebut mengangkat batu bermassa 10 kg hingga ketinggian 1 meter maka ia harus mengangkat batu tersebut sebanyak 8372 kali. Jika gadis tersebut tidak ingin mengangkat batu sebanyak 8372 kali, ia bisa menambah massa batu atau menambah ketinggian.

PERSAMAAN KALOR

Jika benda yang memiliki perbedaan suhu saling bersentuhan, dengan sendirinya kalor mengalir dari benda yang memiliki suhu tinggi menuju benda yang memiliki suhu rendah. Kalor akan berhenti mengalir jika kedua benda mencapai suhu yang sama. Kita bisa mengatakan bahwa aliran kalor menyebabkan perubahan suhu pada benda yang bersentuhan. Berdasarkan penjelasan singkat ini, bisa disimpulkan bahwa kalor (Q) memiliki keterkaitan dengan suatu benda dan perubahan suhu (delta T) yang dialami benda tersebut. Ingat ya, setiap benda pasti mempunyai massa (m) dan jenis benda juga berbeda-beda.

Pada kesempatan ini, kita mencoba menyelidiki bagaimana hubungan antara jumlah kalor (Q) dengan besarnya perubahan suhu (delta T), massa benda dan jenis benda. Untuk membantu menurunkan hubungan ini, alangkah baiknya jika kita tinjau 2 benda yang memiliki perbedaan suhu saling bersentuhan. Misalnya kita memanaskan air menggunakan nyala api kompor.

Catatan :

Perlu diketahui bahwa gurumuda hanya membuat penalaran saja dan contoh yang gurumuda pakai juga dekat dengan kehidupanmu, karenanya mudah2an dirimu cepat paham. Kalau bingung dengan penjelasan gurumuda, dirimu bisa melakukan percobaan (di rumah atau di sekolah).

Hubungan antara Kalor (Q) dan Perubahan suhu (delta T)

Misalnya kita ingin memanaskan segelas air. Setelah dipanaskan, suhu air pasti bertambah (air mengalami perubahan suhu). Apabila nyala api kecil, perubahan suhu yang dialami air juga kecil. Sebaliknya jika ketika memanaskan air, nyala api lebih besar, perubahan suhu yang dialami air pasti lebih besar (air lebih cepat panas)

Untuk membantu memahami persoalan ini, coba lakukan percobaan kecil2an berikut ini. Sediakan dua gelas air, termometer dan pemanas air (gunakan pemanas yang bisa dikontrol, misalnya kompor dll). Percobaan 1 : Masukan segelas air dalam sebuah wadah dan panaskan air tersebut selama 5 menit. Gunakan termometer untuk mengukur suhu akhir (suhu air setelah dipanaskan selama 5 menit). Catat suhu air tersebut… Percobaan 2 : Kalau wadahnya masih panas, dinginkan terlebih dahulu. Buang saja air yang sudah kepanasan tadi dan ganti dengan segelas air yang masih dingin. Kali ini nyala api diperbesar 2 kali… Silahkan panaskan air tersebut selama 5 menit. Setelah itu ukur suhu akhir air… Bandingkan suhu akhir air yang diperoleh pada percobaan 2 dengan percobaan 1. Manakah yang mengalami perubahan suhu yang lebih besar ? Kalau percobaan dilakukan dengan baik dan benar, dirimu pasti setuju kalau gurumuda mengatakan bahwa perubahan suhu air dalam percobaan 2 lebih besar daripada perubahan suhu air pada percobaan 1.

Nyala api dalam percobaan mewakili jumlah kalor (Q). Pada percobaan 1, nyala api kecil (Q kecil). Sebaliknya pada percobaan 2, nyala api besar (Q besar). Apabila Q kecil, perubahan suhu juga kecil. Sebaliknya jika Q besar, perubahan suhu juga besar. Semakin besar Q, semakin besar perubahan suhu benda. Kita bisa mengatakan bahwa jumlah kalor (Q) sebanding dengan perubahan suhu yang dialami benda. Secara matematis bisa ditulis sebagai berikut :

kalor-a1Hubungan antara jumlah kalor (Q) dan massa benda (m)

Sekarang mari kita tinjau hubungan antara jumlah kalor (Q) dan massa benda (m). Mula-mula kita memanaskan segelas air, setelah itu kita memanaskan 2 gelas air. Jika nyala api sama dan suhu air mula2 juga sama, manakah yang lebih cepat panas : segelas air atau 2 gelas air ? Jika dirimu pernah memanaskan air, dirimu akan setuju kalau gurumuda mengatakan segelas air akan lebih cepat panas daripada 2 gelas air. Dengan kata lain, untuk kenaikan suhu yang sama, segelas air membutuhkan selang waktu yang lebih singkat dibandingkan dengan 2 gelas air. Jika kita ingin agar selang waktu kenaikan suhu segelas air dan 2 gelas air sama, maka ketika memanaskan 2 gelas air, nyala api harus diperbesar 2 kali.

Besarnya nyala api mewakili jumlah kalor (Q) sedangkan segelas air dan 2 gelas air mewakili massa air tersebut. Segelas air mempunyai massa (m) yang lebih kecil, sedangkan 2 gelas air mempunyai massa (m) yang lebih besar. Untuk kenaikan suhu yang sama, segelas air (m kecil) membutuhkan nyala api yang lebih kecil (Q kecil) sedangkan 2 gelas air (m besar) membutuhkan nyala api yang lebih besar (Q besar). Kita bisa mengatakan bahwa jumlah kalor (Q) sebanding dengan massa air. Secara matematis, hubungan antara jumlah kalor (Q) dan massa (m) dapat ditulis sebagai berikut :

kalor-b

Hubungan antara jumlah kalor (Q) dan Jenis benda (m)

Untuk membantu menurunkan hubungan antara kalor (Q) dan jenis benda, lakukan percobaan berikut ini. Siapkan sepotong besi dan sepotong kayu (usahakan panjangnya harus sama). Panaskan besi dan kayu tersebut dengan nyala lilin. Walaupun nyala lilin sama, biasanya besi akan lebih cepat panas daripada kayu (malah kayu bisa kebakar ;) ). Pada dasarnya, jika jenis benda berbeda maka perubahan suhu yang dialami benda juga berbeda-beda. Hal ini disebabkan karena sifat setiap benda berbeda. Kita bisa mengatakan bahwa kalor (Q) sebanding dengan jenis benda. Secara matematis, hubungan antara jumlah kalor (Q) dan jenis benda dapat ditulis sebagai berikut :

kalor-cPersamaan 1, persamaan 2 dan persamaan 3 bisa ditulis kembali sebagai berikut :

kalor-d1

Persamaan ini menyatakan hubungan antara Kalor (Q) dengan massa benda (m), kalor jenis (c) dan perubahan suhu (delta T).

Keterangan :

kalor-e

KALOR JENIS (c – huruf c kecil)

Kalor jenis (c) = banyaknya kalor (Q) yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu (T) satu satuan massa (m) benda sebesar satu derajat. Secara matematis, kalor jenis dinyatakan melalui persamaan di bawah :

kapasitas-kalor-2

Keterangan :

c = kalor jenis

Q = kalor (J)

m = massa benda (Kg)

delta T = perubahan suhu = suhu akhir (T2) – suhu awal (T1). Satuannya K

(J = Joule, K = Kelvin)

Satuan kalor jenis benda (c)

Kita bisa menurunkan satuan Kalor Jenis dengan mengoprek persamaan kalor jenis :

kapasitas-kalor-3

Satuan Sistem Internasional untuk kalor jenis benda adalah J/Kg.K

KAPASITAS KALOR BENDA (C – huruf C besar)

Kapasitas kalor (C) = banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu seluruh benda sebesar satu derajat. Dengan demikian, benda yang mempunyai massa m dan kalor jenis c mempunyai kapasitas kalor sebesar :

C = mc

Keterangan :

C = kapasitas kalor

m = massa benda (Kg)

c = kalor jenis (J/Kg.K)

Satuan kapasitas kalor benda (C)

Untuk menurunkan satuan kapasitas kalor (C), kita oprek saja persamaan kapasitas kalor (C) di atas :

kapasitas-kalor-4

Satuan Sistem Internasional untuk kapasitas kalor benda = J/K (J = Joule, K = Kelvin)

Catatan :

Pertama, skala celcius dan skala Kelvin mempunyai interval yang sama. Karenanya selain menggunakan Co, kita juga bisa menggunakan K. Mengenai hal ini sudah gurumuda jelaskan pada pokok bahasan Termometer dan Skala suhu (bagian terakhir).

Kedua, kkal bisa diubah menjadi Joule menggunakan tara kalor mekanik (tuh di atas).

Tabel Kalor Jenis benda (Pada tekanan 1 atm dan suhu 20 oC)

Catatan :

Kalor jenis benda biasanya bergantung pada suhu. Btw, apabila perubahan suhu tidak terlalu besar maka besar kalor jenis bisa dianggap tetap
Jenis Benda Kalor Jenis (c)
J/kg Co kkal/kg Co
Air 4180 1,00
Alkohol (ethyl) 2400 0,57
Es 2100 0,50
Kayu 1700 0,40
Aluminium 900 0,22
Marmer 860 0,20
Kaca 840 0,20
Besi / baja 450 0,11
Tembaga 390 0,093
Perak 230 0,056
Raksa 140 0,034
Timah hitam 130 0,031
Emas 126 0,030

Contoh soal 1 :

Berapakah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebuah kawat tembaga yang bermassa 2 kg, dari 20 oC sampai 80 oC ?

Panduan Jawaban :

kalor-gContoh soal 2 :

Berapakah kalor yang harus dilepaskan untuk menurunkan suhu lempeng besi yang bermassa 20 kg, dari 80 oC menjadi 20 oC ?

Panduan Jawaban :

kalor-hTanda negatif menunjukkan bahwa kalor tersebut dilepas

KALOR LATEN

Apabila kita memanaskan suatu benda, air misalnya, semakin lama si air bersentuhan dengan sumber panas (misalnya nyala api), suhu air semakin bertambah. Dalam hal ini air mengalami perubahan suhu akibat adanya tambahan kalor dari nyala api. Perlu diketahui bahwa adanya tambahan kalor tidak selamanya menyebabkan perubahan suhu. Hal ini biasanya terjadi selama proses perubahan wujud suatu benda. Untuk membuktikan hal ini, dirimu bisa melakukan percobaan kecil2an berikut ini…

Siapkan es batu secukupnya, termometer dan pemanas (gunakan saja pemanas listrik kalau ada). Masukan termometer ke dalam wadah yang berisi es batu dan tunggu sampai permukaan air raksa berhenti bergerak. Selanjutnya, nyalakan pemanas listrik. Karena mendapat tambahan kalor dari pemanas listrik maka es batu perlahan-lahan mencair. Seiring dengan mencairnya es batu, permukaan air raksa dalam termometer akan bergerak naik. Meskipun es batu selalu mendapat tambahan kalor, pada suatu titik tertentu, permukaan air raksa akan berhenti bergerak selama beberapa saat. Es batu memang tetap mencair, tapi suhunya tidak berubah. Biasanya hal ini terjadi pada titik es alias titik beku normal air. Pada tekanan atm, titik es berada pada 0 oC. Ingat ya, titik es berubah terhadap tekanan, karenanya termometer yang dirimu pakai belum tentu menunjuk angka 0 oC.

Setelah parkir sebentar di titik es, permukaan air raksa akan jalan-jalan lagi. Semakin banyak kalor yang diserap air, semakin panas air tersebut. Bertambahnya suhu air ditunjukkan oleh kenaikan permukaan air raksa dalam termometer. Walaupun tetap mendapat tambahan kalor, ketika suhu air mencapai titik uap alias titik didih normal air, permukaan air raksa akan berhenti jalan-jalan (suhu air tetap). Pada tekanan atm, titik uap berada pada 100 oC. Tambahan kalor yang diperoleh air dari pemanas listrik tidak membuat suhu air berubah. Tambahan kalor tersebut hanya mengubah air menjadi uap. Amati grafik di bawah….

kalor-iGrafik ini menunjukkan proses perubahan suhu dan perubahan wujud air setelah pendapat tambahan kalor (pada tekanan 1 atm). Penambahan kalor dari b – c tidak menyebabkan perubahan suhu, tetapi hanya meleburkan es menjadi air. Demikian juga penambahan kalor dari d – e hanya mengubah air menjadi uap. Air hanya salah satu contoh saja. Pada dasarnya semua benda akan mengalami proses yang sama jika benda tersebut dipanaskan.

Tambahan kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 kg benda dari wujud padat menjadi cair disebut kalor peleburan. Kalor peleburan juga berkaitan dengan jumlah kalor yang dilepaskan untuk mengubah wujud benda dari cair menjadi padat. Lambang kalor lebur = LF (F = fusion). Perlu diketahui bahwa kalor yang terlibat dalam perubahan wujud benda tidak hanya bergantung pada kalor peleburan saja, tetapi juga massa benda tersebut. Secara matematis bisa ditulis seperti ini :

Q = m LF

Keterangan :

Q = Jumlah kalor yang diperlukan atau dilepaskan selama proses pencairan atau pembekuan

m = massa benda

LF = Kalor peleburan

Tambahan kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 kg benda dari wujud cair ke gas dinamakan kalor penguapan. Kalor penguapan juga berkaitan dengan jumlah kalor yang dilepaskan untuk mengubah wujud benda dari gas menjadi cair. Lambang kalor penguapan = LV (v = vaporization). Secara matematis, kalor yang diperlukan atau kalor yang dilepaskan selama proses penguapan atau pengembunan bisa ditulis sebagai berikut :

Q = m LV

Keterangan :

Q = Jumlah kalor yang diperlukan atau dilepaskan selama proses penguapan atau pengembunan

m = massa benda

LF = Kalor penguapan

Kalor Peleburan dan Kalor Penguapan dikenal juga dengan julukan Kalor Laten. Lambang kalor Laten = L

Catatan :

Setiap benda mempunyai titik lebur dan titik didih yang berbeda-beda. Kalor peleburan dan kalor penguapan setiap benda juga berbeda2. Lihat tabel di bawah.
Benda Titik lebur Kalor lebur (LF) Titik didih Kalor penguapan (LV)

K oC J/Kg Kkal/Kg = Kal/g K oC J/Kg Kkal/Kg = Kal/g
Helium - - - - 4,126 -268,93 20,9 x 103 5
Hidrogen 13,84 -259,31 58,6 x 103 14,1 20,26 -252,89 452 x 103 108,5
Nitrogen 63,18 -210 26 x 103 6,2 77,38 -195,8 200 x 103 48
Oksigen 54,36 -218,79 14 x 103 3,3 90,15 -183 210 x 103 51
Etanol 159 -114 104,2 x 103 239,75 351,15 78 850 x 103 204
Amonia 195,35 -77,8 33 x 103 8,0 239,75 -33,4 137 x 103 33
Raksa 234 -39 11,8 x 103 2,8 630 357 272 x 103 65,3
Air 273,15 0 334 x 103 79,5 373,15 100 2256 x 103 539
Sulfur 392 119 38,1 x 103 9,1 717,75 444,60 326 x 103 78,2
Timbal 600,5 327,3 24,5 x 103 5,9 2023 1750 871 x 103 209
Perak 1233,95 960,80 88,3 x 103 21,2 2466 2193 2336 x 103 560,6
Besi 2081,15 1808 289 x 103 69,1 3296,15 3023 6340 x 103 1520
Tembaga 1356 1083 134 x 103 32,2 1460 1187 5069 x 103 1216,6
Emas 1336,15 1063,00 64,5 x 103 15,5 2933 2660 1578 x 103 378,7

Contoh soal 1 :

Berapakah tambahan kalor yang diperlukan untuk mengubah 5 kg es batu menjadi air ?

Panduan Jawaban :

Q = mLF —- LF air = 79,5 kkal/kg (lihat tabel)

Q = (5 kg) (79,5 kkal/kg)

Q = 397,5 kkal = 397,5 Kalori (huruf K besar) = 397,5 x 103 kalori (huruf k kecil)

1 kkal = 1000 kalori = 4.186 Joule

397,5 kkal = 397,5 x 4.186 Joule = 1.663.935 Joule = 1,66 kJ (kilo Joule)

Untuk mengubah 5 kg es batu menjadi air, diperlukan tambahan kalor sebesar 397 kkal atau tambahan energi sebesar 1,66 Joule

Contoh soal 2 :

Berapakah jumlah kalor yang harus dilepaskan untuk mengubah 5 kg air menjadi es ?

Panduan Jawaban :

Q = mLF —- LF air = 79,5 kkal/kg (lihat tabel)

Q = (5 kg) (79,5 kkal/kg)

Q = 397,5 kkal = 397,5 Kalori (huruf K besar) = 397,5 x 103 kalori (huruf k kecil)

1 kkal = 1000 kalori = 4.186 Joule

397,5 kkal = 397,5 x 4.186 Joule = 1.663.935 Joule = 1,66 kJ (kilo Joule)

Untuk mengubah 5 kg air menjadi es, kalor yang harus dilepaskan = 397 kkal atau pengurangan energi sebesar 1,66 Joule

Contoh soal 3 :

Berapakah energi yang diperlukan untuk mencairkan 2 kg emas ?

Panduan jawaban :

Q = mLF —- LF emas = 64,5 x 103 J/kg (lihat tabel)

Q = (2 kg) (64,5 x 103 J/kg)

Q = 129 x 103 Joule

Catatan :

Perubahan wujud suatu benda dapat dijelaskan secara lengkap menggunakan Teori Kinetik Gas.

KEKEKALAN ENERGI (KALOR)

Ketika benda2 yang memiliki perbedaan suhu saling bersentuhan, kalor akan mengalir dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Ingat ya, kalor adalah energi yang berpindah. Apabila benda-benda yang bersentuhan berada dalam sistem yang tertutup, maka energi akan berpindah seluruhnya dari benda yang memiliki suhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Sebaliknya apabila benda yang bersentuhan tidak berada dalam sistem tertutup, maka tidak semua energi dari benda bersuhu tinggi berpindah menuju benda yang bersuhu rendah.

Gurumuda pakai contoh saja… Misalnya kita mencampur air panas (suhu tinggi) dengan air dingin (suhu rendah). Apabila air panas dan air dingin dicampur dalam sebuah wadah terbuka (misalnya ember), maka tidak semua energi air panas berpindah menuju air dingin. Demikian juga air dingin tidak menerima semua energi yang disumbangkan oleh air panas. Sebagian energi air panas pasti berpindah ke udara. Jika kita ingin agar semua energi air panas dipindahkan ke air dingin maka kita harus mencampur air panas dan air dingin dalam sistem tertutup. Sistem tertutup yang dimaksudkan di sini adalah suatu sistem yang tidak memungkinkan adanya pertukaran energi dengan lingkungan. Contoh sistem tertutup adalah termos air panas. Dinding bagian dalam dari termos air panas biasanya terbuat dari bahan isolator (untuk kasus ini, isolator = bahan yang tidak menghantarkan panas. Temannya isolator tuh konduktor. Konduktor = bahan yang menghantarkan panas). Ssttt… dalam kenyataannya memang banyak sistem tertutup buatan yang tidak sangat ideal. Minimal ada energi yang berpindah keluar, tapi jumlahnya juga sangat kecil.

Lanjut ya… Apabila benda-benda yang memiliki perbedaan suhu saling bersentuhan dan benda-benda tersebut berada dalam sistem tertutup, maka ketika mencapai suhu yang sama, energi yang diterima oleh benda yang memiliki suhu yang lebih rendah = energi yang dilepaskan oleh benda yang bersuhu tinggi. Karena energi yang berpindah akibat adanya perbedaan suhu = kalor, maka kita bisa mengatakan bahwa dalam sistem tertutup, kalor yang dilepaskan = kalor yang diterima. secara matematis bisa ditulis sebagai berikut :

Q lepas = Q terima

Q yang hilang = Q yang dicuri ;)

Q yang dibuang = Q yang dipungut ;)

Ini adalah kekekalan energi kalor. Prinsip pertukaran energi dengan cara demikian merupakan dasar dari kalorimetri (kalorimetri = teknik alias prosedur pengukuran kuantitatif suatu pertukaran kalor). Alat ukurnya dikenal dengan julukan si kalorimeter. Pernah lihat kalorimeter-kah ? mudah2an di sekolahmu ada kalorimeter air. Kalorimeter biasanya dipakai untuk menentukan kalor jenis suatu benda. Mau praktikum ? Praktikum aja di blog gurumuda ;) Tuh ada gambar kalorimeter…..

Biar paham, kita oprek beberapa contoh soal

Contoh soal 1 :

Karena kepanasan, diriku ingin menikmati teh hangat. Setelah mencuri sepotong es batu bermassa 0,2 kg dari warung di sebelah kos, es batu tersebut dicampur dengan teh hangat yang sedang menanti sentuhan es batu dalam sebuah gelas. Massa teh hangat = 0,2 kg. Anggap saja suhu es batu = -10 oC, sedangkan suhu si teh hangat = 40 oC. Setelah bersenggolan dan bersentuhan selama beberapa saat, es batu dan air hangat pun berubah menjadi es teh yang sejuk dan mengundang selera… Pertanyaannya, berapakah suhu es teh ? Kalau bingun, tanya saja ke warung terdekat… pasti diomelin ;) anggap saja es batu dan teh hangat dicampur dalam sistem tertutup.

Panduan jawaban :

Ssttt… pahami jalan cerita-nya ya. Jangan pake hafal. Tidak akan ada soal yang sama.

T = suhu

Massa es batu = 0,2 kg

Massa teh hangat = 0,2 kg

Kalor jenis (c) air = 4180 J/kg Co

Kalor jenis (c) es = 2100 J/kg Co

Kalor Lebur (LF) air = 334 x 103 J/Kg

Suhu es batu (Tes batu) = -10 oC

Suhu teh hangat (T teh hangat) = 40 oC

Suhu campuran = ?

Langkah pertama : Perkirakan keadaan akhir

Kalor yang harus dilepaskan oleh air untuk menurunkan suhu 0,2 kg teh hangat, dari 40 oC sampai 0 oC

Q lepas = (massa teh hangat)(kalor jenis air)(T awal – T titik lebur air)

Q lepas = (0,2 kg) (4180 J/Kg Co) (40 oC – 0 oC)

Q lepas = (0,2 kg) (4180 J/Kg Co) (40 oC)

Q lepas = 33.440 Joule = 33,44 kJ

Kalor yang diterima oleh 0,2 kg es batu untuk menaikan suhunya dari -10 oC sampai 0 oC

Q terima = (massa es batu)(kalor jenis es)( T titik lebur air – T awal)

Q terima = (0,2 kg) (2100 J/Kg Co) (0 oC – (-10 oC))

Q terima = (0,2 kg) (2100 J/Kg Co) (10 oC)

Q terima = 4200 Joule = 4,2 kJ

Kalor yang diperlukan untuk meleburkan 0,2 kg es batu (Kalor yang diperlukan untuk mengubah semua es batu menjadi air)

Q lebur = mLF

Q lebur = (0,2 kg) (334 x 103 J/Kg)

Q lebur = 66,8 x 103 Joule = 66,8 kJ

Berdasarkan hasil perhitungan di atas, diperoleh hasil sebagai berikut :

Q lepas = 33,44 kJ

Q terima = 4,2 kJ

Q lebur = 66,8 kJ

Ketika teh hangat melepaskan kalor sebanyak 33,44 kJ, suhu teh hangat berubah dari 40 oC menjadi 0 oC. Sebagian kalor yang dilepaskan (sekitar 4,2 kJ) dipakai untuk menaikkan suhu es batu dari -10 oC sampai 0 oC. hitung2an dulu ya… 33,44 kJ – 4,2 kJ = 29,24 kJ. Kalor yang tersisa = 29,24 kJ.

Nah, untuk meleburkan semua es batu menjadi air diperlukan kalor sebesar 66,8 kJ. Kalor yang tersisa hanya 29,24 kJ.

Kesimpulannya, kalor yang disumbangkan oleh teh hangat hanya digunakan untuk menaikan suhu es dari -10 oC sampai 0 oC dan meleburkan sebagian es batu. Sebagian es batu telah berubah menjadi air, sedangkan sebagiannya belum. Ingat ya, selama proses peleburan, suhu tidak berubah. Karenanya suhu akhir campuran es = 0 oC.

Catatan :

Dalam kehidupan sehar-hari, semua es batu akan mencair karena udara juga ikut2an menyumbang kalor. Untuk contoh soal di atas, kita menganggap campuran berada dalam sistem tertutup, sehingga suhu akhir akan tetap seperti itu.

Contoh soal 2 :

Massa teh panas = 0,4 kg, massa es batu = 0,2 kg. Anggap saja suhu es batu = -10 oC, sedangkan suhu si teh panas = 90 oC. Jika keduanya dicampur, berapakah suhu akhir campuran ? anggap saja campuran berada dalam sistem tertutup

Kalor jenis (c) air = 4180 J/kg Co

Kalor jenis (c) es = 2100 J/kg Co

Kalor Lebur (LF) air = 334 x 103 J/Kg

Langkah pertama : Perkirakan keadaan akhir

Kalor yang harus dilepaskan oleh air untuk menurunkan suhu 0,4 kg teh panas, dari 90 oC sampai 0 oC

Q lepas = (massa teh hangat)(kalor jenis air)(T awal – T titik lebur air)

Q lepas = (0,4 kg) (4180 J/Kg Co) (90 oC – 0 oC)

Q lepas = (0,4 kg) (4180 J/Kg Co) (90 oC)

Q lepas = 150.480 Joule = 150,48 kJ

Kalor yang diterima oleh 0,2 kg es batu untuk menaikan suhunya dari -10 oC sampai 0 oC

Q terima = (massa es batu)(kalor jenis es)(T titik lebur air – T awal)

Q terima = (0,2 kg) (2100 J/Kg Co) (0 oC – (-10 oC))

Q terima = (0,2 kg) (2100 J/Kg Co) (10 oC)

Q terima = 4200 Joule = 4,2 kJ

Kalor yang diperlukan untuk meleburkan 0,2 kg es batu (Kalor yang diperlukan untuk mengubah semua es batu menjadi air)

Q lebur = mLF

Q lebur = (0,2 kg) (334 x 103 J/Kg)

Q lebur = 66,8 x 103 Joule = 66,8 kJ

Berdasarkan hasil perhitungan di atas, diperoleh hasil sebagai berikut :

Q lepas = 150,48 kJ

Q terima = 4,2 kJ

Q lebur = 66,8 kJ

Ketika teh panas melepaskan kalor sebanyak 150,48 kJ, suhu teh panas berubah dari 90 oC menjadi 0 oC. Sebagian kalor yang dilepaskan (sekitar 4,2 kJ) dipakai untuk menaikkan suhu es batu dari -10 oC sampai 0 oC. hitung2an lagi…. 150,48 kJ – 4,2 kJ = 146,28 kJ. Kalor yang tersisa = 146,28 kJ

Nah, kalor yang diperlukan untuk meleburkan semua es batu menjadi air hanya sebesar 66,8 kJ. 146,28 kJ – 66,8 kJ = 79,48 kJ. Ternyata kelebihan 79,48 kJ. Teh panas tidak perlu melepaskan semua kalor hingga suhunya berkurang menjadi 0 oC. Kesimpulannya : suhu akhir campuran pasti lebih besar dari 0 oC.

Ok, tancap gas…….

Langkah Kedua : Menentukan suhu akhir (T)

Kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu es batu dari -10 oC sampai 0 oC = 4200 Joule

Kalor yang diperlukan untuk meleburkan semua es batu menjadi air alias kalor laten = 66.800 Joule

Kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu air (air hasil peleburan semua es batu) dari 0 oC sampai T

= (massa es batu)(kalor jenis air)(T – 0 oC)

= (0,2 kg) (4180 J/Kg Co) (T)

= (836 T) J/Co

Kalor yang dilepaskan oleh te hangat untuk menurunkan suhunya dari 90 oC sampai T

= (massa air panas)(kalor jenis air)(90 oC – T)

= (0,4 kg) (4180 J/Kg Co) (90 oC – T)

= 1672 J/Co (90 oC – T)

= 150.480 J – (1672 T) J/Co

kalor-j