Download - Kalor
![Page 1: Kalor](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022080823/55cf8f15550346703b98c3d3/html5/thumbnails/1.jpg)
KalorPengertian kalor
Adalah energi panas yang mengalir dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu
lebih rendah. Sebelum memahami kalor kita harus mengetahui energi panas. Energi panas adalah
energi total partikel-partikel penyusun zat. Pada suhu yang sama, zat yang massanya lebih besar
mempunyai energi panas yang lebih besar pula. Besi yang lebih besar memiliki massa yang lebih
besar. Besi ini memiliki energi panas yang lebih besar meskipun suhunya sama dengan suhu yang
dimiliki besi yang lebih kecil.
Pengertian Kalor
Secara alami kalor selalu mengalir dari benda yang bersuhu lebih tinggi (panas) ke benda yang
bersuhu lebih rendah (dingin). Kita tidak mungkin berharap dingin apabila kita berdiri di dekat api.
Kalor diukur dalam satuan kalori. Satu kalori adalah jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk
menaikkan suhu sebesar 1 Co dari 1 gram air. Akan dibutuhkan 500 kalori untuk memanaskan 500
gram air dari 20 oC menjadi 21 oC. Namun, satuan kalor dalam SI adalah joule. Satu kalorisama
dengan 4,184 joule, dan sering dibulatkan menjadi 4,2 joule.
Tubuhmu mengubah beberapa makanan yang kita makan menjadi energi panas. Energi panas yang
disediakan oleh makanan diukur dalam kalori (kilokalori). Satu kilokalori (kkal) makanan sama dengan
1000 kalori. Kita menggunakan kilo kalori untuk makanan karena kalori terlalu kecil untuk dipakai
mengukur energi pada makanan yang kita makan.
Kalor Jenis
Pada saat kita mencebur ke sungai atau danau di siang hari yang panas, apakah air terasa lebih
dingin? Meskipun banyak energi pancaran yang dipindahkan dari matahari ke air, suhu air itu masih
lebih dingin daripada suhu sekitarnya.
Jumlah energi panas yang diperlukan oleh 1 kg bahan untuk menaikkan suhunya sebesar 1 kelvin
disebut kalor jenis. Setiap bahan memiliki kalor jenis yang berbeda. Satuan kalor jenisadalah joule
per kilogram per kelvin [J/(kg.K)], atau dalam joule per kilogram per celsius derajat [J/(kg.Co)].
Mengapa demikian? Hal ini dikarenakan bahwa perubahan suhu 1 kelvin sama dengan 1 celsius
derajat.
Tabel Kalor Jenis Beberapa Bahan
![Page 2: Kalor](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022080823/55cf8f15550346703b98c3d3/html5/thumbnails/2.jpg)
Dari tabel diatas terlihat bahwa kalor jenis air lebih tinggi dibandingkan dengan kalor jenis beberapa
bahan lainnya. Air, alkohol, dan bahan-bahan lain yang memiliki kalor jenis tinggi dapat menyerap
banyak energi panas dengan sedikit perubahan suhu. Kalor jenis dari suatu bahan bergantung pada
susunan kimia dari bahan itu.
Penghitungan Kalor
Perubahan energi panas (kalor yang diterima atau kalor yang diberikan) suatu benda tidak dapat
diukur secara langsung, namun dapat dihitung. Kalor jenis dapat dipakai untuk penghitungan
kalor tersebut. Misalnya, kita meletakkan benda yang panas di kalorimeter seperti gambar dibawah.
Dengan mengukur kenaikan suhu air dalam kalorimeter kita dapat menghitung kalor yang diterima air.
Sekarang anggap saja kita mengambil 32 g sendok perak dari sebuah panci yang berisi air dengan
suhu 60 oC dan biarkan dingin hingga mencapai suhu kamar, yaitu sekitar 27 oC. Kita memiliki cukup
informasi untuk menemukan kalor yang dikeluarkan oleh sendok dengan menggunakan persamaan di
bawah ini.
Q = m × C × ΔT
Dimana :
Q = perubahan energi panas
m = massa
C = kalor jenis
ΔT = perubahan suhu
Simbol Δ (delta) berarti “perubahan,” jadi ΔΤ adalah perubahan suhu. “Perubahan” yang ditunjukkan
oleh Q, merupakan simbol perubahan energi panas (benda menerima kalor atau melepas kalor).
ΔT = T akhir – T awal
Apabila ΔΤ positif, Q juga positif; ini berarti bahwa benda mengalami kenaikan suhu dan
mendapat energi panas (menerima kalor). Apabila DT negatif, Q juga negatif; benda kehilangan
energi panas (melepas kalor) dan mengalami penurunan suhu.
![Page 3: Kalor](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022080823/55cf8f15550346703b98c3d3/html5/thumbnails/3.jpg)
Pengaruh Kalor Terhadap Suatu Zat
Adanya pengertian, bahwa kalor bukanlah aliran fluida, melainkan merupakan suatu bentuk energi, yang dapat diperoleh dari perubahan energi mekanik, maka akan kita perhatikan apakah kalor tersebut akan mempengaruhi suatu benda atau temperatur dari suatu benda atau zat.
Apabila suatu benda diberikan kalor, maka pada zat tersebut dapat terjadi perubahan seperti :a. terjadi pemuaianb. terjadi perubahan wujudc. terjadi kenaikan suhu
Ternyata kalor dapat menyebabkan benda berubah wujud atau menyebabkan benda mengalami perubahan suhu. Adanya pengaruh kalor terhadap perubahan wujud atau suhu, diteliti lebih lanjut oleh Joseph Black. Beberapa hal yang dikemukakan oleh Joseph Black berkaitan dengan perubahan suhu benda, ternyata dapat digunakan untuk menentukan besar kalor yang diserap oleh suatu zat.
Pemuaian
Pemberian kalor pada sustu zat selain dapat menaikkan atau menurunkan suhu zat, dapat juga merubah wujud suatu zat, atau menyebabkan benda mengalami pemuaian. Umumnya semua zat akan memuai jika ia mengalami kenaikan suhu, kecuali beberapa zat yang mengalami penyusutan saat terjadi kenaikan suhu, pada suatu interval suhu tertentu. Kejadian penyusutan wujud zat saat benda mengalami kenaikan suhu disebut anomali, seperti terjadi pada air. Air saat dipanaskan dari suhu 0 °C menjadi 4 °C justru volumenya mengecil, dan baru setelah suhunya lebih besar dari 4 °C volumenya membesar.
Anomali Air
Hal tersebut diatas tidak berlaku sepenuhnya pada air, pada air terjadi perkecualian. Misalnya volume air akan berkurang bila suhunya dinaikkan dari 0 °C, peristiwa ini disebut dengan anomali air. Peristiwa anomali air dapat diterangkan dengan meninjau bangun kristal es. Dari pengamatan kristal es disimpulkan bahwa kedudukan molekul-molekul H2O teratur seperti bangun kristal es, yang penuh dengan rongga-rongga. Sedangkan molekul H2O dalam bentuk cair (air) lebih rapat dibandingkan dalam bentuk es, oleh karena itu es terapung dalam air. Bila air mulai 4 °C didinginkan molekul air mulai mengadakan persiapan untuk membentuk bangun
![Page 4: Kalor](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022080823/55cf8f15550346703b98c3d3/html5/thumbnails/4.jpg)
berongga tersebut. °C. Volume air terkecil pada suhu 4 °C, dan pada 0 °C terjadi loncatan volume dari air 0 °C sampai es 0 °C, dimana pada suhu 0 °C volume es > volume air
Pada umumnya zat akan memuai menurut aturan sebagai berikut.
1) Pemuaian Panjang (Linier)Suatu batang panjang mula-mula lo dipanaskan hingga bertambah panjang Δl, bila perubahan suhunya Δt maka,
α = 1/lo . Δt/ΔlΔl = α lo . Δtα = koefisien muai panjang suatu zat ( per °C )
Sehingga panjang batang suatu logam yang suhunya dinaikkan sebesar Δt akan menjadi
lt = lo + Δllt = lo ( l + α . Δt )
Tabel Beberapa koefisien Muai Panjang Benda
Benda a (K-1)
Besi 1,2x10-5
Tembaga 1,7x10-5
Kaca 8,5x10-6
Kuningan 1,8x10-5
Soal
Suatu batang logam yang terbuat dari aluminium panjangnya 2 m pada suhu 30 °C. Bila koefisien muai panjang aluminium 25 x 10–6 /°C.Berapakah pertambahan panjang batang aluminium tersebut bila suhunya dinaikkan menjadi 50 °C.
Jawab :
Δl = lo . α . Δt= 2 . ( 25 x 10 -6 ) . (50 – 30 )= 10 -3 mΔl = 0,1 cm
Soal
Jika besi sepanjang 20 m dengan koefisien muai panjang 1,2. 10-5 /K dipanaskan dari suhu 00C hingga 1000C, maka tentukan pertambahan panjangnya !
Jawab :
∆l = lo .a. ∆t∆l = 20 . 1,2.10-5. (100– 0)∆l =2,4.10-3 mCatatan :
![Page 5: Kalor](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022080823/55cf8f15550346703b98c3d3/html5/thumbnails/5.jpg)
Perubahan suhu dalam satuan derajat Celcius senilai dengan perubahan suhu pada Kelvin. Namun perlu diingat bahwa suhu derajat Celcius tidak senilai dengan Kelvin.
2) Pemuaian Bidang ( Luas )
Suatu bidang luasnya mula-mula Ao , terjadi kenaikkan suhu sebesar Δt sehingga bidang bertambah luas sebesar ΔA, maka dapat dituliskan :
β = 1/Ao. ΔA / ΔtΔA = Ao β Δtβ = Koefisien muai luas suatu zat ( per °C ) dimana β = 2 α
Sehingga luas bidang yang suhunya dinaikkan sebesar t akan menjadiAt = Ao + ΔAAt = Ao ( 1 + β Δt )
Soal
Plat besi luasnya 4 m2 pada 20 °C. Bila suhunya dinaikkan menjadi 100 °C maka berapa luasnya sekarang ?
Jawab:
α = 11 x 10-6/ °Cβ = 22 x10-6/ °CAt = Ao (1 + β . Δt ) = 4 .[1 + 22 . 10-6 . (100 - 20 ) ] = 4 [ 1 + 1760 . 10-6 ] = 4 [ 1 + 0,00176 ] = 4,00704 m2
Soal
Kaca seluas 2 m2 , dengan koefisien muai panjang 8,5.10-6 K, mengalami pemanasan dari suhu 20 °C hingga 120 °C. Tentukan luas akhir dari kaca !
Jawab :
At =Ao (1+ b.∆t)At =2 (1+ 2 x 8,5.10-6.(120 – 20 )At =2,66 m2
3) Pemuaian Ruang ( volume )
Volume mula-mula suatu benda Vo , kemudian dipanaskan sehingga suhunya naik sebesar Δt, dan volumenya bertambah sebesar ΔV ini dapat ditunjukkan dalam rumus :
γ = 1/Vo. ΔV/ΔtΔV = γ . Vo . Δt
![Page 6: Kalor](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022080823/55cf8f15550346703b98c3d3/html5/thumbnails/6.jpg)
γ = koefisien muai ruang suatu zat ( per °C )γ = 3 α
sehingga persamaan volumenya menjadiVt = Vo + ΔtVt = Vo ( 1 + γ . Δt )
Soal
Sebuah balok kuningan mempunyai panjang 5 m, tinggi 2 m, dan lebar 1 m pada suhu 20 °C. Jika kalor jenis kuningan 1,8 . 10-5 /K, tentukan volume kuningan pada suhu 120 °C !
Jawab :
Vt =Vo (1+ g.∆t)Vt =(5 x 2 x 1) (1+3.x1,8.10-5.(120 – 20 )Vt =10,054 m3
a) Pemuaian Volume zat Cair
Zat cair yang hanya mempunyai koefisien muai volume ( γ ). Bila volume mula-mula suatu zat cair V0kemudian zat cair itu dipanaskan sehingga suhunya naik sebesar Δt dan volumenya bertambah besar ΔV, maka dapat ditulis sebagai berikutVt = γ . Vo . Δtdan volumenya sekarang menjadiVt = Vo + ΔVVt = Vo ( 1 + γ Δt )Hal ini tidak berlaku bagi air dibawah 4 °C, ingat anomali air.
b) Pemuaian Volume Gas
Khusus untuk gas, pemuaian volume dapat menggunakan persamaan seperti pemuaian zat cair,
Vt = Vo ( 1 + γ Δt )
Perubahan volume gas tidak hanya menggunakan persamaan tersebut di atas, namun ada besaran-besaran lain yang perlu diperhatikan seperti tekanan dan temperatur. Persamaan yang berlaku dalam pemuaian gas dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut.
Pada saat tekanan konstan, berlaku hukum Gay Lussac :
Pada saat temperatur konstan, berlaku hukum Boyle :
P1.V1 = P2.V2
Pada saat volume konstan, berlaku hukum Charles :
![Page 7: Kalor](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022080823/55cf8f15550346703b98c3d3/html5/thumbnails/7.jpg)
Pada saat kondisi ideal dengan mol konstan, berlaku hukum Boyle-Gay Lussac :
dengan keterangan,V = volume (liter atau m3)T = temperature (K)P = tekanan (N/m2 atau atm atau Pa)
Soal
Suatu gas mula-mula volumenya V, berapa besarkah suhu harus dinaikkan supaya volumenya menjadi 2 kali volume mula-mula, dengan tekanan tetap.
Jawab
Diketahui :Vo = V dan Vt = 2VDitanya : Dt ....?
Vt = Vo ( 1 + 1/ 273 Δt )2V = V ( 1+ 1/ 273 Δt )2 = ( 1 + 1/ 273 Δt )1 = 1/ 273 ΔtΔt = 273 °C
Jadi suhu gas tersebut harus dinaikkan sebesar 273 °C
Perubahan Wujud
Ketika sejumlah kalor diterima atau dilepas oleh suatu zat, maka ada dua kemungkinan yang terjadi pada suatu benda, yaitu benda akan mengalami perubahan suhu, atau mengalami perubahan wujud. Kenaikan suhu suatu benda dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan yang mengkaitkan dengan kalor jenis atau kapasitas kalor. Sedangkan pada saat benda mengalami perubahan wujud, maka tidak terjadi perubahan suhu, namun semua kalor saat itu digunakan untuk merubah wujud zat, yang dapat ditentukan dengan persamaan yang mengandung unsur kalor laten. Besar kalor laten yang digunakan untuk mengubah wujud suatu zat dirumuskan :
Q = m.L
Dengan keterangan,Q : kalor yang diterima atau dilepas (Joule atau kal)m : massa benda (kg atau gram)L : kalor laten (J/kg atau kal/gr)
![Page 8: Kalor](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022080823/55cf8f15550346703b98c3d3/html5/thumbnails/8.jpg)
Tabel kalor lebur dan kalor didih beberapa zat
Nama Zat Titik lebur (°C)
Kalor lebur (J/kg)
Titik didih Kalor didih (J/kg)
Air (es) 0 3,34.105 100 2,26.105
Raksa -39 1,18.104 356,6 2,94.105
Alkohol -115 1,04.104 78,3 8,57.106
Hidrogen -2599 5,58.104 -252 3,8.105
Adanya kalor laten berupa kalor lebur dan kalor didih sangat sering dijumpai dalam kehidupan, seperti meleburnya es cream pada suhu normal, atau mendidihnya air sebelum dikonsumsi untuk kehidupan sehari-hari. Perubahan wujud ini dapat dijelaskan dengan teori kinetik, yang menyatakan bahwa saat mencapai titik lebur atau titik didih, kecepatan getar zat akan bernilai maksimum, sehingga kalor yang diterima tidak digunakan untuk menambah kecepatan, namun digunakan untuk melawan gaya ikat antar molekul zat. Sehingga saat molekul-molekul itu dapat melepaskan ikatannya, maka zat akan berubah wujud melebur atau mendidih.
Soal
Tentukan kalor yang diperlukan untuk meleburkan 10 kg es pada suhu 0 °C. jika kalor lebur es 3,35. 105 J/kg !
Jawab
Q = m . LQ = 10 kg . 3,35. 10 5 J/kgQ = 3,35. 106 J
Soal
Berapakah banyaknya kalor yang diperlukan untuk mengubah 2 gram es pada suhu 0 °C menjadi uap air pada suhu 100 °C ? (c air = 4.200 J/kg K, L es = 336 J/ g, L uap = 2.260 J/g)
Jawab
Diketahui :m es = 0 °Ct air = 0 °Ctdidih = 100 °Cc air = 4.200 J/kg KL es = 336 J/ GajahmungkurL uap = 2.260 J/gDitanya : Q total……..?
Jawab :Q1 = m es x L es
= (2) x (336) = 672 Joule
Q2 = m es x c air x ∆t
![Page 9: Kalor](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022080823/55cf8f15550346703b98c3d3/html5/thumbnails/9.jpg)
= (2 x 10-3)(4.200)(100) = 840 Joule
Q3 = mes x L uap
= (2) (2.260) = 4.520 Joule
JadiQ total = Q1 + Q2 + Q3
= 672 + 840 + 4.520 = 6.032 Joule
Asas Black
Asas Black adalah suatu prinsip dalam termodinamika yang dikemukakan oleh Joseph Black.
Asas ini menjabarkan:
Jika dua buah benda yang berbeda yang suhunya dicampurkan, benda yang panas
memberi kalor pada benda yang dingin sehingga suhu akhirnya sama
Jumlah kalor yang diserap benda dingin sama dengan jumlah kalor yang dilepas benda
panas
Benda yang didinginkan melepas kalor yang sama besar dengan kalor yang diserap bila
dipanaskan
Bunyi Asas Black adalah sebagai berikut:
"Pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat yang suhunya lebih tinggi sama
dengan banyaknya kalor yang diterima zat yang suhunya lebih rendah"
Rumus Asas Black
Secara umum rumus Asas Black adalah
Qlepas = Qterima
Keterangan:
Qlepas adalah jumlah kalor yang dilepas oleh zat
Qterima adalah jumlah kalor yang diterima oleh zat
dan rumus berikut adalah penjabaran dari rumus diatas :
![Page 10: Kalor](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022080823/55cf8f15550346703b98c3d3/html5/thumbnails/10.jpg)
(M1 X C1) (T1-Ta) = (M2 X C2) (Ta-T2)
Cara cepat/mudah
(M1 X T1 + M2 X T2) / (M1 + M2)
Keterangan :
M1 = Massa benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi
C1 = Kalor jenis benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi
T1 = Temperatur benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi
Ta = Temperatur akhir pencampuran kedua benda
M2 = Massa benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah
C2 = Kalor jenis benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah
T2 = Temperatur benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah
Catatan : Pada pencampuran antara dua zat, sesungguhnya terdapat kalor yang hilang ke
lingkungan sekitar. Misalnya, wadah pencampuran akan menyerap kalor sebesar hasil kali
antara massa, kalor jenis dan kenaikan suhu wadah dan rumus cepat di atas hanya berlaku
untuk dua jenis zat cair yang sejenis (air dengan air) dan wadahnya dianggap tidak ikut
menyerap.
Perpindahan Kalor
1. Konduksi
Proses perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa diikuti perpindahan bagian-bagian zat itu disebut konduksi
atau hantaran. Misalnya, salah satu ujung batang besi kita panaskan. Akibatnya, ujung besi yang lain akan
terasa panas.
Coba perhatikan gambar berikut:
Pada batang besi yang dipanaskan, kalor berpindah dari bagian yang panas ke bagian yang dingin. Jadi, syarat
terjadinya konduksi kalor pada suatu zat adalah adanya perbedaan suhu. Berdasarkan kemampuan
menghantarkan kalor, zat dapat dikelompokkan menjadi dua golongan, yaitu konduktor dan isolator. Konduktor
![Page 11: Kalor](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022080823/55cf8f15550346703b98c3d3/html5/thumbnails/11.jpg)
adalah zat yang mudah menghantarkan kalor (penghantar yang baik). Isolator adalah zat yang sulit
menghantarkan kalor (penghantar yang buruk).
2. KonveksiProses perpindahan kalor melalui suatu zat yang disertai dengan perpindahan bagian-bagian yang dilaluinya disebut konveksi atau aliran. Konveksi dapat terjadi pada zat cair dan gas.a. Konveksi pada Zat CairSyarat terjadinya konveksi padaz at cair adalah adanya pemanasan. Hal ini disebabkan partikel-partikel zat cair ikut berpindah tempat.b. Konveksi pada Gas
Konveksi terjadi pula pada gas, misalnya udara. Seperti halnya pada air, rambatan (aliran) kalor dalam gas
(udara) terjadi dengan cara konveksi. Beberapa peristiwa yang terjadi akibat adanya konveksi udara adalah
sebagai berikut.1) Adanya angin laut. Angin laut terjadi pada siang hari. Pada siang hari, daratan lebih cepat menjadi panas daripada lautan sehingga udara di daratan naik dan digantikan oleh udara dari lautan.2). Adanya angin darat, Angin darat terjadi pada malam hari. Pada malam hari, daratan lebih cepat menjadi dingin daripada lautan. Dengan demikian, udara di atas lautan naik dan digantikan oleh udara dari daratan.
3) Adanya sirkulasi udara pada ruang kamar di rurnah4) Adanya cerobong asap pabrik.
3. Radiasi
Proses perpindahan kalor tanpa zat perantara disebut radiasi atau pancaran. Kalor diradiasikan dalam bentuk
gelombang elektromagnetik, gelombang radio, atau gelombang cahaya. Misalnya, radiasi panas dari api
Apabila kita berdiam di dekat api unggun, kita merasa hangat. Kemudian, jika kita memasang selembar tirai di
antara api dan kita, radiasi kalor akan lerhalang oleh tirai itu. Dengan demikian, kita dapat mengatakan bahwa:
Kalor dari api unggun atau matahari dapat dihalangi oleh tabir sehingga kalor tidak dapat merambat. Ada
beberapa benda yang dapat menyerap radiasi kalor atau menghalanginya. Alat yang digunakan untuk
mengetahui atau menyelidiki adanya radiasi disebut termoskop, seperti yang tampak pada gambar berikut:
Dari hasil penyelidikan dengan menggunakan termoskop, kita dapat mengetahui bahwa:1) Permukaan yang hitam dan kusam adalah penyerap atau permancar radiasi kalor yang baik.2) Permukaan yang putih dan mengkilap adalah penyerap atau pemancar radiasi yang buiruk.
4. Mencegah Perpindahan Energi Kalor
Energi kalor dapat dicegah untuk berpindah dengan mengisolasi ruang tersebut. Misalnya, pada penerapan
beberapa peralatan rumah tangga, seperti termos dan setrika listrik.a. Termos
![Page 12: Kalor](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022080823/55cf8f15550346703b98c3d3/html5/thumbnails/12.jpg)
Mengapa permukaan di dalam botol termos mengilap? Dindinnya berlapis dua ruang di antara kedua dinding
itu dihampakan. Dengm demikian, zat cair yang ada di dalamnya tetap panas untuk waktu yang relatif lama.
Termos dapat mencegah perpindahan kalor, baik secara konduksi, konveksi, maupun radiasi.
b. Setrika Listrik
Mengapa pakaian yang disetrika menjadi halus atau tidak kusut? Di dalam setrika listrik terdapat filamen dari
bahan nikelin yang berbentuk kumparan. Kurnparan nikelin ini ditempatkan pada dudukan besi. Ketika listrik
mengalir, filamen setrika listrik menjadi panas. Panas ini dikonduksikan pada dudukan besi dan akhirnya
dikonduksikan pada pakaian yang disetrika. Dengan demikian, setrika mengkonduksi kalor pada pakaian yang
disetrika.