BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Adapun latar belakang pembuatan makalah ini adalah karena selama ini

pengetahuan mengenai kerja dan kalor sangat kurang apalagi penerapannya dalam

ilmu kimia.

Melalui makalah ini kami sebagi itm penulis berusaha mengupas mengenai

kerja dan kalor serta hal yang berhungan dengan kedua hal tersebut.

Kalor dan kerja sama-sama berdimensi tenaga (energi). Kalor merupakan

tenaga yang dipindahkan (ditransferkan) dari suatu benda ke benda lain karena adanya

perbedaan temperatur. Dan bila transfer tenaga tersebut tidak terkait dengan

perbedaan temperatur, disebut kerja (work).

Pada abad ke-18, para ilmuwan berpikir bahwa aliran kalor merupakan

gerakan suatu jenis fluida yang tidak kelihatan. Fluida tersebut dinamakan Caloric.

Teori mengenai Caloric ini akhirnya tidak digunakan lagi karena berdasarkan hasil

percobaan, keberadaan caloric ini tidak bisa dibuktikan.

Untuk lebih memahami mengenai kerja dan kalor ini anda dapat melihat pada

bagian pembahasan dalam makalah ini.

B. Rumusan Masalah

1. apa yang dimaksud dengan kerja dan kalor?

2. bagaimana hubungan kerja dan kalor?

3. bagaimana hubungan kalor dan energi?

C. Batasan Masalah

Pembahasan mengenai kerja dan kalor mempunyai cakupan yang sangat luas.

Jadi adapun batasan masalah dalam makalah ini adalah merujuk pada rumusan maslah

yang telah di cantumkan di atas yaitu mengenai pengertian kerja dan kalor, hubungan

kerja dan kalor, serta hubungan kalor dan kerja.

KERJA DAN KALOR 1

D. Tujuan

Adapun tujuan dari pembuatan makalah ini adalah membahas mengenai kerja

dan kalor serta hubungan antara keduanya dan juga hubungan keduanya dengan

energi.

KERJA DAN KALOR 2

BAB II

PEMBAHASAN

Kalor dan kerja sama-sama berdimensi tenaga (energi). Kalor merupakan

tenaga yang dipindahkan (ditransferkan) dari suatu benda ke benda lain karena adanya

perbedaan temperatur. Dan bila transfer tenaga tersebut tidak terkait dengan

perbedaan temperatur, disebut kerja (work).

KONSEP KALOR Pada abad ke-18, para ilmuwan berpikir bahwa aliran kalor merupakan

gerakan suatu jenis fluida yang tidak kelihatan. Fluida tersebut dinamakan Caloric.

Teori mengenai Caloric ini akhirnya tidak digunakan lagi karena berdasarkan hasil

percobaan, keberadaan caloric ini tidak bisa dibuktikan.

Pada abad ke-19, seorang pembuat minuman dari Inggris yang bernama James

Prescott Joule (1818-1889) mempelajari cara bagaimana agar air yang ada di dalam

sebuah wadah bisa dipanaskan menggunakan roda pengaduk. Pengaduk menempel

dengan sumbu putar. Sumbu putar dihubungkan dengan beban menggunakan tali.

Ketika beban jatuh, tali akan memutar sumbu sehingga pengaduk ikut-ikutan berputar.

Jika jumlah lilitan tali sedikit dan jarak jatuhnya beban kecil, maka kenaikan suhu air

juga sedikit. Sebaliknya, jika lilitan tali diperbanyak dan benda jatuh lebih jauh, maka

kenaikan suhu air juga lebih besar.

KERJA DAN KALOR 3

Ketika pengaduk berputar, pengaduk melakukan usaha alias kerja pada air.

Besarnya kerja alias usaha yang dilakukan oleh pengaduk pada air sebanding dengan

besarnya kerja alias usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi terhadap beban hingga

beban jatuh sejauh h. Ketika melakukan kerja terhadap air, pengaduk menambahkan

energi pada air (ingat konsep usaha dan energi). Karenanya kita bisa mengatakan

bahwa kenaikan suhu air disebabkan oleh energi yang dipindahkan dari pengaduk

menuju air. Semakin besar kerja yang dilakukan, semakin banyak energi yang

dipindahkan. Semakin banyak energi yang dipindahkan, semakin besar kenaikan suhu

air (air semakin panas).

Ketika berputar dalam air, pengaduk melakukan kerja/usaha pada air sehingga

energi pengaduk dipindahkan ke air. Adanya tambahan energi dari pengaduk ini yang

membuat suhu air meningkat.

Joule menyimpulkan bahwa kalor sebenarnya merupakan pemindahan energi.

kalor bukan energi (kalor bukan suatu jenis energi tertentu). Kalor adalah energi

yang berpindah. Jadi ketika kalor mengalir dari benda yang bersuhu tinggi menuju

benda yang bersuhu rendah, sebenarnya energi-lah yang berpindah dari benda yang

bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Proses perpindahan energi akan

terhenti ketika benda-benda yang bersentuhan mencapai suhu yang sama.

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 berbeda-beda 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) .

Secara umum untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda

yaitu dengan mengukur suhu benda tersebut. Jika suhunya tinggi maka kalor yang

dikandung oleh benda sangat besar, begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah maka

kalor yang dikandung sedikit.

KERJA DAN KALOR 4

Dari hasil percobaan yang sering dilakukan besar kecilnya kalor yang

dibutuhkan suatu benda(zat) bergantung pada 3 faktor:

1. massa zat

2. jenis zat (kalor jenis)

3. perubahan suhu

Sehingga secara matematis dapat dirumuskan :

Q = m.c.(T2 – T1)

Dimana :

Q adalah kalor yang dibutuhkan (J)

m adalah massa benda (kg)

c adalah kalor jenis (J/kgC)

(T2 – T1)adalah perubahan suhu (C)

Kalor dapat dibagi menjadi 2 jenis:

Kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu

Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud

Dalam pembahasan kalor ada dua kosep yang hampir sama tetapi berbeda

yaitu kapasitas kalor (H) dan kalor jenis (c).

Kapasitas kalor benda (C)

Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan

suhu benda sebesar 1 derajat celcius.

C = mc

Keterangan :

C = kapasitas kalor

KERJA DAN KALOR 5

m = massa benda (Kg)

c = kalor jenis (J/Kg.K)

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

Kalor Jenis (c)

Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1

kg zat sebesar 1 derajat celcius. Alat yang digunakan untuk menentukan besar kalor

jenis adalah kalorimeter.

c = Q/m.(T2 – T1) atau Q = m. c. (T2 – T1)

Keterangan :

c = kalor jenis

Q = kalor (J)

m = massa benda (Kg)

ΔT = perubahan suhu = suhu akhir (T2) – suhu awal (T1).

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

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

Jenis BendaKalor 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

KERJA DAN KALOR 6

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

Asas Black

Menurut asas Black apabila ada dua benda yang suhunya berbeda kemudian

disatukan atau dicampur maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bersuhu tinggi

menuju benda yang bersuhu rendah. Aliran ini akan berhenti sampai terjadi

keseimbangan termal (suhu kedua benda sama). Secara matematis dapat dirumuskan :

Q lepas = Q terima

Yang melepas kalor adalah benda yang suhunya tinggi dan yang menerima

kalor adalah benda yang bersuhu rendah. Bila persamaan tersebut dijabarkan maka

akan diperoleh :

m1.c1.(T2 – T1)= m2.c2(.T2 – T1)

http://www.gurumuda.com/kalor-kalor-jenis-kapasitas-kalor

KONSEP KERJA

ds

F

KERJA DAN KALOR 7

Mula-mula gas ideal menempati ruang dengan volume V dan tekanan p. Bila

piston mempunyai luas penampang A maka gaya dorong gas pada piston F = pA.

Dimisalkan gas diekspansikan (memuai) secara quasistatik, (secara pelan-pelan

sehingga setiap saat terjadi kesetimbangan), piston naik sejauh dy, maka usaha yang

dilakukan gas pada piston :

dW = F ds

= p A ds

Simbol dW digunakan untuk jumlah kecil dari kerja dan merupakan fungsi

yang tidak pasti, karena kerja yang dilakukan tergantung pada jalannya reaksi.

Terdapat berbagai jenis kerja, yang didefinisikan dengan persamaan:

Kerja mekanik dW = F ds

Kerja ekspansi dW = p dV

Kerja gravitasi dW = mgdh

Kerja permukaan dW = γdA

Kerja listrik dW = єdq

Dimana F adalah gaya, p adalah tekanan yang dilakukan terhadap system oleh

sekeliling, m adalah massa, g adalah percepatan gravitasi, γ adalah tegangan

permukaan, dan є adalah perbedaan potensial, V adalah volume system, h adalah

ketinggian, A adalah luas penampang, dan q adalah muatan.

Tanda yang akan digunakan selanjutnya adalah (a) kerja adalah positif jika

system melakukan kerja terhadap sekeliling ; (b) kerja adalah negative jika kerja

dilakukan terhadap system oleh sekeliling.

Kerja total yang dilakukan system dapat diperoleh dengaan mengintegrasikan

persamaan diatas. Sebagai contoh, Bila volume dan tekanan mula-mula Vi dan pi dan

volume dan tekanan akhir Vf dan pf , maka usaha total yang dilakukan gas :

W = p Dv

(Dogra. 2009. Kimia Fisik dan Soal-Soal. Hal:294-297)

KERJA DAN KALOR 8

P pi i

pf f f

VVi Vf

Kerja yang dilakukan gas pada saat ekspansi dari keadaan awal ke keadaan

akhir adalah luas dibawah kurva dalam diagram pV.

P P P i pi i pi i

pf f pf f pf f f

V V Vi Vf Vi Vf Vi Vf

Tampak bahwa usaha yang dilakukan dalam setiap proses tidak sama,

walaupun mempunyai keadaan awal dan keadaan akhir yang sama.

“Usaha yang dilakukan oleh sebuah sistem bukan hanya tergantung pada

keadaan awal dan akhir, tetapi juga tergantung pada proses perantara antara

keadaan awal dan keadaan akhir”.

Dengan cara yang sama,

“kalor yang dipindahkan masuk atau keluar dari sebuah system tergantung

pada proses perantara di antara keadaan awal dan keadaan akhir”.

KERJA DAN KALOR 9

http://opensource.telkomspeedy.com/repo/abba/v12/sponsor/Sponsor-Pendamping/

Praweda/Fisika/

KERJA EKSPANSI ATAU KOMPRESI

Pada saat gas berekspansi, tekanan gas meningkat dan dihasilkan gaya normal pada

dinding torak. Jika p adalah tekanan yang bekerja pada daerah batas gas dan torak,

maka gaya yang dihasilka gas dan mengenai dinding torak dapat dinyatakan sebagai

bentuk perkalian tekanan p dengan luas permukaan torak A atau pA . kerja yang

dihasilkan system pada saat torak bergerak sejauh dx adalah bentuk perkalian A.dx

seperti tampak pada persamaan δW= p.A.dx setara dengan perubahan volume system,

d V . Dengan demikian, kerja ekspansi dapat dituliskan sebagai δW= p. d V .

Mengingat d V bernilai positif ketika volume bertambah, maka kerja pada daerah

batas bergerak adalah positif saat gas berekspansi. Untuk proses kompresi, maka d V

adalah negative, maka perhitungan kerja berdasarkan persamaan δW= p. d V juga

akan menghasilkan nilai negative. Tanda positif dan negative ini sesuai dengan

kesepakatan tanda untuk kerja .

( Moran. 2002. Termodinamika Teknik. Jakarta : Erlangga)

KESEPAKATAN TANDA UNTUK KERJA DAN KALOR

PROSES TANDA

Kerja dilakukan oleh system pada lingkungan -

kerja dilakukan pada system oleh lingkungan +

Kalor diserap oleh system dari lingkungan (proses endotermik) +

Kalor diserap oleh lingkungan dari system (proses eksotermik) -

( Chang, Raymond. 2005. Kimia Dasar. Jakarta : Erlangga )

KERJA DAN KALOR 10

HUBUNGAN ANTARA KALOR, KERJA DAN ENERGI

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 Joule dan

percobaan-percobaan 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)

Kalori bukan satuan Sistem Internasional. Satuan Sistem Internasional untuk kalor

adalah Joule.

http://www.gurumuda.com/kerja-suhu-kalor-sistem-lingkungan-energi-dalam

Dalam termodinamika, kita selalu menganalisis proses perpindahan energi

dengan mengacu pada suatu sistem. Sistem adalah sebuah benda atau sekumpulan

benda yang hendak diteliti. Benda-benda lainnya di alam semesta dinamakan

lingkungan.

Sebelum membahas mengenai hubungan antara energi, kerja dan kalor. Kami

akan sedikit memberikan gambaran mengenai energi ini. Yang dimaksud dengan

energi disini adalah energi dalam (ΔU). Adapun yang dimaksud denagn energi dalam

ini sendiri adalah jumlah seluruh energi kinetik atom atau molekul, ditambah jumlah

seluruh energi potensial yang timbul akibat adanya interaksi antara atom atau

molekul.

Energi dalam sistem akan berubah jika sistem menyerap atau membebaskan

kalor. Jika sistem menyerap energi kalor, berarti lingkungan kehilangan kalor, energi

dalamnya bertambah (ΔU > 0), dan sebaliknya, jika lingkungan menyerap kalor atau

sistem membebasakan kalor maka energi dalam sistem akan berkurang (ΔU < 0),

dengan kata lain sistem kehilangan kalor dengan jumlah yang sama.

Energi dalam juga akan berubah jika sistem melakukan atau menerima kerja.

Walaupun sistem tidak menyerap atau membebaskan kalor, energi dalam sistem akan

berkurang jika sistem melakukan kerja, sebaliknya akan bertambah jika sistem

menerimakerja.

KERJA DAN KALOR 11

Sebuah pompa bila dipanaskan akan menyebabkan suhu gas dalam pompa

naik dan volumenya bertambah. Berarti energi dalam gas bertambah dan sistem

melakukan kerja. Dengan kata lain, kalor (q) yang diberikan kepada sistem sebagian

disimpan sebagai energi dalam (ΔU) dan sebagian lagi diubah menjadi kerja (w).

Secara matematis hubungan antara energi dalam, kalor dan kerja dalam hukum I

termodinamika dapat dinyatakan sebagai berikut:

ΔU = q + W

Persamaan ini menyatakan bahwa perubahan energi dalam (ΔU) sama dengan

jumlah kalor yang diserap (q) ditambah dengan jumlah kerja yang diterima sistem

(w). Rumusan hukum I termodinamika dapat dinyatakan dengan ungkapan atau kata-

katasebagaiberikut:

”Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu

bentuk ke bentuk yang lain, atau energi alam semesta adalah konstan.”

Karena itu hukum ini disebut juga hukum kekekalan energi.

Berdasarkan hukum I termodinamika, kalor yang menyertai suatu reaksi hanyalah

merupakan perubahan bentuk energi. Energi listrik dapat diubah menjadi bentuk

energi kalor. Energi kimia dapat diubah menjadi energi listrik dan energi listrik dapat

diubah menjadi energi kimia.

http://community.um.ac.id/showthread.php?75280-Azas-Kekekalan-Energi

Selain membahas hubungan kalor dengan energi dalam, dalam hal ini

hubungan kalor dengan energi listrik juga akan disinggung sedikit. Energi listrik dapat

berubah menjadi energi kalor dan juga sebaliknya energi kalor dapat berubah menjadi

energi listrik. Alat yang digunakan mengubah energi listrik menjadi energi kalor

adalah ketel listrik, pemanas listrik, dll. Besarnya energi listrik yang diubah atau

diserap sama dengan besar kalor yang dihasilkan. Sehingga secara matematis dapat

dirumuskan:

W = Q

Kita ketahui bahwa:

KERJA DAN KALOR 12

Q = m.c. (t2 - t1)

Sehingga dapat didapatkan persamaan sebagai berikut :

I.R.I.t = m.c.(t2 - t1)

Dimana :

I = kuat arus listrik (A)

R = Hambatan (ohm)

t = waktu yang dibutuhkan (sekon)

m = massa (kg)

c = kalor jenis (J/ kg C)

t1 = suhu mula - mula (C)

t2 = suhu akhir (C)

Untuk menghitung energi listrik digunakan persamaan sebagai berikut :

W = P.t

Dimana :

W = energi listrik (J)

P = daya listrik (W)

t = waktu yang diperlukan (s)

Bila rumus kalor yang digunakan adalah:

Q = m.c.(t2 - t1)

maka diperoleh persamaan:

P.t = m.c.(t2 - t1)

http://id.shvoong.com/exact-sciences/physics/1922136-hubungan-antara-kalor-

dengan-energi

KERJA DAN KALOR 13

CONTOH SOAL:

1. Berapa kerja yang dilakukan terhadap system jika gas dikompresi melawan

tekanan konstan 5 atm dan gas dikompresi dari 5 dm3 menjadi 1 dm3 pada 300K.

Nyatakan W dalam kJ.

Jawab:

W = p dV

Karena p konstan, maka

W = (5 atm)(1-5)dm3 = -20 atm dm3

= - (20 atm dm3)(1,0132 x 102 J atm-1 dm-3)

= -2,026 kJ

2. Hitunglah besarnya kerja (dalam Joule) yan g dilakukan  suatu sistem yang

mengalami ekspansi melawan tekanan 2 atm dengan perubahan volume 10 liter.

Jawab: Kerja (W) = P x ΔV

= 2 atm x 10 liter

= 20 L atm

= 20 L atm x 101,32 J/L. atm

= 2026,4 J

= 2,0264 kJ

KERJA DAN KALOR 14

BAB III

PENUTUP

A. Kesimpulan

Dari pembahasan makalah diatas, maka kesimpulan yang dapat di ambil

adalah:

Kalor merupakan tenaga yang dipindahkan (ditransferkan) dari suatu benda ke

benda lain karena adanya perbedaan temperatur.

Satuan kalor adalah kalori (disingkat kal). Kalori adalah jumlah kalor yang

diperlukan untuk menaikan suhu 1 gram air sebesar 1 Co

Dari hasil percobaan yang sering dilakukan besar kecilnya kalor yang

dibutuhkan suatu benda(zat) bergantung pada 3 faktor: (a) massa zat, (b) jenis

zat (kalor jenis), (c) perubahan suhu. Sehingga secara matematis dapat

dirumuskan :

Q = m.c.(T2 – T1)

Pertukaran energi antara sistem dan lingkungan selain dalam bentuk kalor

disebut kerja.

Persamaan ini menyatakan bahwa perubahan energi dalam (ΔU) sama dengan

jumlah kalor yang diserap (q) ditambah dengan jumlah kerja yang diterima

sistem (w). Rumusan hukum I termodinamika dapat dinyatakan dengan

ungkapan atau kata-kata sebagai berikut.

”Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari

satu bentuk ke bentuk yang lain, atau energi alam semesta adalah konstan.”

B. Saran

Kerja dan kalor saling berhubungan antara yang satu dengan lainnya. Selain

kedua hal ini, energi juga mempengaruhi. Dalam makalah ini telah kami bahas

mengenai hal tersebut. Jika terdapat kesalahan dalam pembuatan makalah ini, kami

mengucapkan mohon maaf yang sebesar-besarnya. Kami dengan senang hati

menerima kritik dan saran dari teman-teman agar kedepannya kami akan lebih baik

lagi dalam pembuatan makalah.

KERJA DAN KALOR 15

Semoga makalah ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.

DAFTAR PUSTAKA

Chang, Raymond. 2005. Kimia Dasar. Jakarta : Erlangga

Dogra. 2009. Kimia Fisik dan Soal-Soal. Jakarta: Universitas Indonesia

Moran. 2002. Termodinamika Teknik. Jakarta : Erlangga

http://www.gurumuda.com/kalor-kalor-jenis-kapasitas-kalor

http://opensource.telkomspeedy.com/repo/abba/v12/sponsor/Sponsor-Pendamping/

Praweda/Fisika/

http://www.gurumuda.com/kerja-suhu-kalor-sistem-lingkungan-energi-dalam

http://community.um.ac.id/showthread.php?75280-Azas-Kekekalan-Energi

http://id.shvoong.com/exact-sciences/physics/1922136-hubungan-antara-kalor-

dengan-energi/

KERJA DAN KALOR 16