Kalor

2

KALOR DAN PERPINDAHAN KALOR

1. Kuantitas Kalor

Kalor adalah energi termal yang mengalir dari benda

bertemperatur tinggi ke benda bertemperatur rendah. Satuan kalor adalah Joule, kalori dan BTU (British Thermal Unit), dimana

1 Kal = 4,186 Joule .

Satu kilogram kalori adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 10 C untuk 1 kilogram air. Kapasitas kalor

C adalah banyaknya kalor yang diserap benda untuk menaikkan suhu satu satuan suhu (SI = 1 K)

C = Q/T C = dQ/dT dimana satuan kapasitas panas (C) adalah kal/oC, Joule/kelvin.

Untuk memperoleh suatu harga kapasitas yang khas didefinisikan kapasitas kalor spesifik (kalor jenis) c, yaitu kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda per satuan massa per satuan suhu.

dimana satuan kapasitas panas jenis (c) adalah kal/gram. oC atau J kg-1 K-1.Jumlah kalor yang harus diberikan kepada sebuah benda bermassa m dan mempunyai kalorjenis c, untuk menaikan temperaturnya adalah :

f

i

T

T

cdTmQ

Tm

Qc

m

Cc

;

4

Persamaan ini digunakan dalam prinsip kerja Kalorimeter. Kalorimeter digunakan untuk mengukur jumlah kalor. Ada dua jenis kalorimeter yaitu kalorimeter air dan kalorimeter arus kontinu.

Berdasarkan prinsip bahwa kalor yang diberikan sama dengan kalor yang diterima, maka persamaan yang berlaku adalah :

dimana : L = logam tertentu, a = air, k = kalorimeter, w =

keadaan akhir

))(()( akwkkaawLLL TTcmcmTTcm

5

2. Perpindahan Kalora. Konduksi Konduksi panas/hantaran adalah perpindahan energi termal atau kalor dalam molekul zat yang berdekatan tanpa perubahan molekul itu sendiri, akibat perbedaan temperatur. H ≡ Q / t

H = - k A (dT/dx) H = k A (T2-T1) / L

dimana : H = Arus Kalor [joule/s]

k = konduktivitas termal zat [(kkal/detik.m).oC ; J/s.m.K]

T2 T1

A

L

T2 T1

b.Konveksi

Konveksi adalah perpindahan panas dari suatu tempat ketempat yang lain yang dibawa oleh fluida panas itu. Jika fluida yang dipanaskan itu dipompa /didorong oleh bahan lain disebut konveksi paksa, kalau fluida mengalir karena perbedaan kerapatan disebabkan perbedaan temperatur disebut konveksi alamiah/bebas

Laju aliran panas konveksi dinyatakan oleh : H = hc A t hc ; koefisien konveksi

7

c. Radiasi Radiasi adalah perpindahan energi melalui gelombang elektromagnetik. Pemancaran energi ini tidak memerlukan media material penghantar. Energi ini disebut energi radiasi dalam bentuk gelombang elektromagnetik, tetapi dengan intensitas berbeda. Benda hitam (Black Body) adalah benda yang mampu menyerap hampir seluruh energi radiasi yang menimpanya. Jumlah energi radiasi yang dipancarkan persatuan waktu persatuan luas oleh benda hitam adalah

dimana :

I : daya yang dipancarkan ke satu satuan luas = dP/dAe : daya pancar permukaan bahan (emisivitas); 0<e<1 : Konstanta radiasi Stefan-Boltzman (5,67 x 10-8 Watt/ m2.K4 )

T : temperatur (Kelvin)

4ATeI

Kalor dan Usaha

Kalor adalah energi yang mengalir dari satu benda ke benda yang lain karena adanya perbedaan temperatur diantara kedua benda tersebut.Usaha (kerja) adalah energi yang di transmisikan dari sebuah sistem ke sistem yang lain sedemikian rupa sehingga perbedaan temperatur tidak terlibat secarea langsung.

2

1

.V

V

pdVW

pdVpAdssdFdW

PA

A

ds

pi

vi

pf

vf

1

2b

a

P

V

Temperatur. Panas Dan Termodinamika 9

HUKUM KE-1 TERMODINAMIKA

Termodinamika mempelajari fenomena panas, energi dan kerja yang dilakukan pada suatu proses termodinamika. Dalam hal ini benda menjadi fokus perhatian disebut sistem, sedang yang lainnya disekitarnya disebut lingkungan. Sistem dipisahkan dari lingkungan oleh dinding pembatas (Boundary). Proses termodinamika terjadi pada sistem yang bergerak dari suatu keadaan kesetimbangan ke kesetimbangan lainnya, yang berinteraksi dengan lingkungan. Bila suatu zat diubah dari keadaan 1 ke 2 kemudian panas (Q) dan kerja (W) yang dilakukan diukur, ternyata selisih Q-W sama untuk semua lintasan yang menghubungkan 1 dengan 2. Selisih Q-W menyatakan perubahan energi dalam zat tersebut.

UQ

W U =Q - W

U2 - U1 = Q - W

dU = dQ - dW

Besarnya harga Q dan W tergantung pada lintasan sedangkan U tidak tergantung pada lintasan (jenis proses) dan hanya pada keadaan awal dan akhir saja.Persamaan diatas menyatakan hukum ke-1 Termodinamika, dengan perjanjian : Q (+) bila kalor masuk sistem/gas Q (-) bila kalor keluar sistem/gas W (+) bila sistem/gas melakukan kerja W(-) bila sistem/gas dikenai kerja ∆U (+) energi dalam sistem/gas naik∆U (-) energi dalam sistem/gasturun

Temperatur. Panas Dan Termodinamika 11

Proses Adiabatik Proses yang terjadi pada suatu sistem dimana tidak ada panas yang

masuk maupun keluar, (Q = 0), yaitu jika sistem diisolasi dari pengaruh panas. Dalam hal ini berlaku persamaan :

U = U2 - U1 = - W

Kerja W yang dilakukan terhadap zat berubah semua menjadi energi dalam U

Proses IsochorikProses yang terjadi pada sistem dengan volume konstan (V=0, maka W=0). Q = U = U2 - U1

Semua panas Q yang masuk digunakan untuk menaikan energi dalam U, dimana Q = n cv dT. Sehingga : dU = n cv dT

Proses Isotermik Proses yang terjadi pada sistem dengan temperatur T konstan U = U2 - U1 = 0 ; Q = W = p (V2 - V1)

Proses Siklus Energi dalam sistem, U = U2 - U1 = 0, sehingga Q = W

Proses IsobarikProses yang terjadi pada suatu sistem dengan tekanan P konstan , dalam hal ini berlaku persamaan : dQ - dW = dU dimana : dQ = n cp dT dW = P dV = nR dT sehingga, n cp dT - nR dT = n cv dT cp - R = cv = cp / cv = tetapan Laplace Untuk gas monoatomik, = 1,67 , gas dwiatomik, = 1,4

ContohPada tekanan atmosfer 1.00 gram air mempunyai volume 1.00

cm3 dan bila dididihkan akan menjadi 1671 cm3 uap dengan kalor penguapan air adalah 539 cal/gram. Hitung kerja yang dilakukan dan energi dalam selama proses penguapan.

Solusi : GunakanKalor air Q=mL (L kalor penguapan) = 1.00 gram . 539 cal/gram = 539 cal Kerja yang dilakukan sistemW=p(V2-V1)= (1.013x105N/m2)(1671-1)x10-6m3 = 169,5J (positif) = 41 calU =Q – W = 539-41 cal =498 cal