Pembejaran Tatap Muka : Kalor

KALOR

Sekarang kita belajar tentang KALOR ya guys...coba belajar mandiri ya, semangat !!

Orang sering mengatakan kalor sama dengan panas.Di dalam fisika, kalor dapat berupa perpindahan energi dari satu bagian ke bagian lain, atau dari satu benda ke benda lainnya ,melalui perubahan suhu yang nyata. Kalor merupakan perpindahan energi, yang mengalir dari benda dengan temperatur lebih tinggi ke benda dengan temperatur lebih rendah. Sehingga pengukuran kalor berkaitan dengan banyaknya energi yang pindah. Kalor boleh dikatakan sebagai bentuk energi yang pindah atau bergerak ,bila benda yang bertemperatur lebih tinggi bersentuhan dengan benda yang bertemperatur lebih rendah. Atau kita juga bisa menyimpulkan ,kalor adalah salah satu bentuk energi yang dapat menaikkan suhu benda, bila energi tersebut diberikan kepada benda. Namun ,naiknya suhu benda tidak selalu disebabkan oleh kalor. Artinya, kalau suatu benda berubah wujud karena diberi kalor, suhu benda akan tetap, sehingga kalor yang diberikan tadi digunakan untuk mengubah wujud zat. Dulu orang menduga bahwa kalor adalah zat alir tanpa berat dan tidak dapat dilihat, disebut zat kalorik, zat ini timbul bila ada bahan yang terbakar, panasnya diteruskan dari satu  benda ke benda yang lain dengan cara konduksi,ternyata teori ini tidak benar. Fluida kalorik tidak pernah terdeteksi. Setelah dua ahli melakukan penyelidikan,yaitu Count Rumford  dan Sir James Prescott Joule, berbagai fenomena yang berhubungan dengan kalor dapat dijelaskan dengan tepat tanpa perlu menggunakan model zat alir. Model kalor yang mutakhir menyatakan bahwa kalor berkaitan dengan usaha dan energi.

 Aliran kalor atau panas, dapat menembus ke segala arah, dan dapat terjadi diberbagai tingkatan, atau kondisi tertentu dalam setiap benda. Kalor mengalir secara konstan dari aliran darah ke udara di sekitar kita. Udara hangat dari tubuh kita akan menghangatkan ruangan dimana kita berada. Jika kamu meninggalkan ruangan, sebagian kecil energi terlepas( atau terkonveksi) ke udara, hal ini akan berlanjut, karena dinding ruangan tidak pernah mencapai keadaan isotermal secara sempurna. Proses serupa berlangsung pada kehidupan tanaman dan binatang, serta udara di sekitar kehidupan kita. Peristiwa tsb terjadi di Bumi, dimana panas di inti mengalir ke sekitar permukaan yang dingin. Satu-satunya daerah yang mungkin terbebas dari aliran kalor, adalah daerah isotermal dan daerah yang terisolasi total dari sekitarnya, berarti, sebuah keadaan “mati” dari seluruh perasaan dunia- tanpa ada proses dari apapun.

Karena kalor dimanisfetasikan sebagai perpindahan energi, satuan kalor sama dengan satuan energi, yaitu joule. Satuan yang lebih besar adalah kilojoule, dimana 1 kilojoule (1 kJ) = 1000 joule.

Sebelum kalor dikenal sebagai satu bentuk perpindahan energi, orang sudah mengenal satuan untuk kalor, satuan ini disebut kalori (kal), yang didefinisikan sebagai kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1 gram air, sebesar 1 derajat Celsius (yaitu dari 14,5^oC sampai 15,5^oC). Satuan lain yang sering digunakan adalah kilokalori (kkal), 1kkal = 1000 kal. Bisa pula dikatakan, 1 kkal adalah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1 kg air, sebesar 1^oC.  Biasanya satu kilokalori dikenal sebagai Kalori (menggunakan huruf K besar), satuan ini sering digunakan untuk menentukan nilai energi makanan, ada yang menyebutnya dengan “kalori makanan”.

James Prescott Joule  melakukan penyelidikan untuk membuktikan perpindahan energi . Joule menetapkan bahwa kerja yang dilakukan selalu sama dengan kalor yang diberikan. Secara kuantitatif , kerja 4,186 joule ternyata sama dengan dengan 1 kalori kalor. Nilai ini disebut dengan tara kalor mekanik.

Jadi   :      

         4,186 J   =  1 kal

4,186 x 10³ J  =  1 kkal

                1 J   =   0,24 kalori

Para ahli menyatakan bahwa kalor bukan sebagai zat, bahkan bukan sebagai bentuk energi. Kalor dinyatakan sebagai “perpindahan energi”, pada saat kalor mengalir dari materi panas ke materi yang lebih dingin, maka energi dipindahkan dari materi panas ke materi dingin. Kalor merupakan energi yang dipindahkan dari satu benda ke benda lainnya karena ada perbedaan temperatur. 

Kegiatan Penyelidikan

Pada kegiatan ini, kamu harus  menghitung kerja yang kalian lakukan. Caranya mudah saja. Turuni anak tangga yang ada di sekolahmu dengan cara berlari,sambil membawa stopwatch. Ukurlah ketinggian vertikal tangga ,ukur pula berat badanmu. Lakukan sekali lagi kegiatan ini, tapi tidak usah berlari dan naiki anak tangga itu.

Dari dua kegiatan, hitunglah berapa joule kerja yang telah kamu lakukan, lalu hitunglah berapa kalori makanan yang dibutuhkan untuk kerja tersebut, prediksikan olehmu ,apa fungsi dari waktu yang kalian catat.

 

 

 Kalor Jenis Zat

Bila kalor diberikan kepada suatu zat, kita katakan bahwa zat menerima kalor. Sebaliknya, jika kita mengambil kalor dari suatu zat, kita mengetahuinya bahwa zat itu melepaskan atau kehilangan kalor. Bagaimana caranya supaya kita dapat memberikan kalor pada suatu zat, yang termudah adalah dengan memanaskan zat tersebut. Dengan memanaskan suatu benda, berarti kalian telah memberikan energi dalam bentuk kalor, akibatnya suhu benda akan naik. Lalu bagaimana caranya untuk mengurangi kalor yang ada pada suatu benda. Kita bisa melakukannya dengan cara mendinginkan benda tersebut. Mendinginkan benda, sama saja artinya dengan mengambil energi dari benda itu, tentu yang kita ambil adalah energi kalornya, sehingga suhu benda menjadi berkurang. Bisa diduga ,bahwa akibat pemberian ataupun pengurangan kalor ,akan terjadi perubahan suhu. Dari hasil percobaan, diperoleh data bahwa perubahan suhu yang disebabkan oleh kalor yang sama jumlahnya ,yang diberikan kepada zat yang berbeda, akan menghasilkan perbedaan yang signifikan. Sebagai contoh, misalkan kita mendidihkan air sebanyak 1 kg , dan mendidihkan minyak goreng sebanyak 1 kg juga. Ternyata minyak goreng akan mengalami perubahan suhu yang lebih besar dibandingkan dengan perubahan suhu pada air, padahal keduanya sama-sama berjumlah 1 kg. Ternyata untuk jenis zat yang berbeda ,akan dibutuhkan kalor yang berbeda pula.Sehingga dari kenyataan ini timbul konsep kalor jenis. Kalor jenis suatu zat didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diberikan atau dilepaskan untuk menaikkan atau menurunkan suhu satu satuan massa zat itu sebesar satu satuan suhu. Bila dirumuskan, kalor jenis dinyatakan dengan persamaan :

dimana , c   =  kalor jenis zat,  Q = jumlah kalor (kalori atau joule) , m = massa benda (kg),  

   ∆T  =  perubahan suhu (^oC).

Satuan kalor jenis adalah   kalori/gr^oC  dalam sistem cgs, atau kkal/kg ^oC  dalam sistem mks, bisa juga joule/ kg ^oK.  Biasanya besaran c.m bernilai konstan, sehingga sangat beralasan bila c.m disebut sebagai kapasitas kalor, yang dapat diartikan sebagai kemampuan menerima atau melepaskan kalor untuk merubah suhu satu derajat. Dalam bentuk persamaan dapat ditulis sebagai :

dari persamaan ini, kita dapat mendefinisikan kapasitas kalor   suatu zat,  yang menyatakan bahwa Kapasitas kalor suatu zat adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan atau dilepaskan untuk mengubah suhu benda sebesar satu satuan suhu. Biasanya kapasitas kalor diberi lambang C, maka  C = c .m , dengan satuan C adalah J/K. Kalor pada suatu zat dapat ditulis dengan :

Kalor Jenis zat ( suhu 20⁰C dan tekanan 1 atm)

 

3. Sebatang Cuprum atau tembaga yang massanya 7,0 kg, temperaturnya dinaikkan sebesar 10^oK dengan menggunakan tungku listrik yang berdaya 2 kW. Waktu yang diperlukan selama pemanasan adalah 15 detik. Jika efisiensi pemanas tersebut 100 %. Hitunglah kalor jenis  , dan berapakah kapasitas kalor tembaga itu ?

Solusinya :

m  =  7,0 kg

∆T  =  10 ^oK

P  =  2 kW  = 2. 10³ watt

t  =  15 detik  dan  η =  100 %   , energi yang dihasilkan oleh tungku adalah :

Q  =  P . t  =  2 . 10³ J/s. 15 s   =  30. 10³ J  

c  =  Jadi kalor jenis tembaga adalah 429 J/kg^oK

Sedangkan kapasitas kalor tembaga dapat kita cari sbb :

C  =  m . c  =  7 .  4,29.10²  =  3000 J/K

Atau bisa juga dengan menggunakan rumus lain :

C =  Q/ ∆T  =  30.10³ / 10  =  3000J/K

Azas Black

Sebelumnya kita telah memahami bahwa transfer kalor akan terjadi bila energi berpindah dari benda yang bertemperatur tinggi ke benda yang bertemperatur rendah. Sehingga pengukuran kalor sama artinya dengan mempelajari energi yang pindah. Sedangkan kita mengetahui pula kalau energi itu bersifat kekal, maka energi yang hilang dari benda bersuhu tinggi ,akan muncul pada benda yang bersuhu rendah. Tidak mungkin sejumlah energi menjadi hilang atau bertambah tanpa penjelasan keberadaannya di suatu zat, kalau ada 1000 kalori menghilang dari suatu zat, pasti akan ada 1000 kalori muncul dari zat lain. Bagaimanakah kalor dapat kita ukur ?

Cara yang termudah untuk pengukuran kalor ini, dapat kamu lakukan dengan cara mencampurkan dua zat yang berlainan suhunya, sampai tercapai kesamaan suhu kedua zat tersebut. Cara ini pertama kali dilakukan oleh seorang ahli kimia Inggris bernama Joseph Black (1728 – 1799). Black melakukan cara ini berdasarkan atas suatu azas yang menyatakan bahwa, bila dua zat yang suhunya berbeda dicampur atau saling disentuhkan, maka suhu kedua zat tersebut akan menjadi sama.Dengan cara ini akan terjadi pertukaran kalor diantara kedua zat, sampai suhu kedua zat menjadi sama. Seandainya kalor jenis salah satu zat diketahui, tentu saja kalor jenis zat yang lain dapat dicari dengan menggunakan hukum kekekalan energi.

 

Jumlah kalor yang dilepas = Jumlah kalor yang diserap

Sehingga, jika dua buah benda yang suhunya berbeda dicampur, maka benda yang suhunya lebih tinggi akan melepaskan kalor, dan benda yang suhunya lebih rendah akan menyerap kalor, sehingga kalor yang dilepas sama dengan kalor yang diserap.

Kalor Laten

 

    Fase perubahan antara zat padat, zat cair, dan gas secara khusus melibatkan sejumlah besar energi bila kita bandingkan terhadap kalor jenis. Jika kalor ditambahkan dengan laju konstan ke sejumlah es, menyebabkan es melewati perubahan fase menjadi larutan air dan selanjutnya menjadi uap, energi yang dibutuhkan untuk menyelesaikan perubahan fase itu (energi ini disebut kalor laten lebur dan kalor laten uap) ditunjukkan oleh garis datar pada grafik temperatur terhadap waktu. Dari grafik di atas diperkirakan tekanannya adalah satu atmosfer standar. Misalkan sebuah balok es 1 kg pada suhu – 40^oC  dipanaskan dengan laju tetap sampai semua es berubah menjadi air, lalu air dipanaskan sampai 100^oC, serta diubah menjadi uap di atas 100^oC, semua terjadi pada tekanan 1 atm. Dari grafik terlihat, pada saat kalor ditambahkan ke es temperatur naik sampai 0^oC. Ketika 0^oC dicapai, temperatur tidak naik meski kalor ditambah. Sambil kalor ditambah terus, secara perlahan es berubah menjadi air tanpa ada perubahan suhu. Sesudah 334 kJ kalor diberikan, semua es berubah menjadi air dengan suhu 0^oC. Kalor ditambah terus, maka suhu air naik hingga mencapai 100^oC. Suhu kembali konstan sementara kalor yang ditambahkan mengubah air menjadi uap. Untuk mengubah 1 kg air menjadi uap, dibutuhkan kalor sebanyak 2260 kJ atau 539 kkal. Grafik kembali naik, ini menunjukkan suhu uap naik ketika kalor ditambah.

Kalor yang dibutuhkan untuk mengubah 1,0 kg zat padat menjadi cair disebut kalor lebur, dinyatakan dengan L_L. Kalor lebur air sama dengan 79,7 kal/g atau sekitar 334 kJ/kg.

Kalor yang dibutuhkan untuk mengubah zat cair menjadi uap disebut kalor penguapan, dinyatakan dengan L_U. Kalor penguapan air sama dengan 539 kal/g atau 2260 kJ/kg. Kalor lebur dan kalor penguapan disebut sebagai kalor laten.

Untuk proses kebalikannya, uap melepas 2260 kJ/kg pada saat berubah menjadi air, dan air melepas 334 kJ/kg pada saat berubah menjadi es.

Karena kalor yang menyebabkan perubahan fase adalah kalor laten , yang juga dipengaruhi massa total zat, maka kamu dapat merumuskannya sebagai

Tabel Kalor Laten ,pada 1 atm

Sebenarnya contoh soal di atas kondisinya dibuat sesederhana mungkin, sementara itu kondisi dalam praktek di laboratorium, harus ada berbagai faktor yang harus diperhitungkan. Salah satunya adalah kalor yang diserap oleh bejana air dan kalor yang diserap oleh termometer. Seharusnya kalor ini perlu diperhitungkan. Ada juga sejumlah kalor yang sudah terabaikan, yaitu kalor yang pindah ke udara ketika logam dipindahkan ke bejana, kalor ini sulit diperhitungkan. Akibatnya kita telah mengabaikan sejumlah kalor pada persoalan di atas. Cobalah simak persoalan yang lebih rumit berikut ini.

2. Suatu kalorimeter berisi es yang massanya 40 gram , bersuhu   -5^oC. Kapasitas kalor kalorimeter adalah 27 kal/^oC. Sejumlah alkohol yang bersuhu 60^oC dituangkan ke dalam kalorimeter . Ternyata suhu campurannya 9^oC. Berapa gram alkohol yang dituangkan ke dalam kalorimeter, bila kalor jenis es = 0,5 kal/gr^oC, kalor jenis alkohol = 0,58 kal/gr^oC ,dan kalor lebur es = 80 kal/gr  ?

Solusinya :

Kalorimeter yang digunakan di atas adalah alat untuk mengukur kalor. Kalorimeter biasanya dipakai untuk mencari kalor jenis suatu zat. Bagaimanakah prosedur penggunaan kalorimeter ? Dalam hal ini kita harus menguasai cara-cara mencampur dua zat  dalam satu wadah. Lalu kita dapat menentukan salah satu kalor jenis zat itu, karena kita sudah mengetahui satu dari kalor jenis zat yang kita campur. Agar sebuah praktek yang berdasarkan azas Black berhasil dengan baik, maka minimal Anda harus

memahami cara kerja kalorimeter yang paling sederhana.

Kalorimeter Campuran

Kalorimeter campuran terdiri dari 2 bejana :

1. bejana logam yang kalor jenisnya diketahui

2. bejana luar, dengan ukuran yang lebih besar,yang

    disebut jaket.

Posisi bejana logam terletak di bagian dalam bejana luar. Kedua bejana ini dipisahkan dengan bahan penyekat seperti gabus atau wol. Sehingga bejana luar berfungsi sebagai jaket atau pelindung, yang menyebabkan pertukaran kalor dengan luar kalorimeter bisa dikurangi. Komponen lain yang penting, adalah pengaduk yang berfungsi untuk meratakan suhu dalam kalorimeter.Pengaduk biasanya terbuat dari bahan yang sama dengan bahan  bejana kalorimeter.  Jika suatu zat dimasukkan ke dalam zat cair yang ada dalam kalorimeter dengan suhu yang berbeda , maka campuran tersebut harus diaduk, kita bisa mengaduknya dengan menggerakkan  batang pengaduk ke atas dan ke bawah. Lalu suhu akhir dapat diketahui dengan membaca termometer yang menyentuh campuran tersebut.

Prosedur penggunaan kalorimeter di laboratorium sekolah untuk menentukan kalor jenis zat , dapat diurutkan sebagai berikut :

1.  Panaskan zat yang akan dihitung kalor jenisnya, misalkan dengan merebusnya bersama air dalam suatu bejana ,sambil diukur suhunya.

2. Isi kalorimeter dengan air yang suhunya diketahui, timbang pula massa air tersebut.

3. Masukkan segera zat yang dipanaskan tadi kedalam kalorimeter, aduk kalorimeter sampai suhunya stabil.

4. Dengan menggunakan hukum kekekalan energi, hitung kalor jenis zat.

          Air memiliki kalor jenis paling besar dibandingkan dengan zat-zat lainnya, hal ini dikarenakan air membutuhkan kalor lebih banyak daripada zat lain untuk massa dan kenaikan suhu yang sama, airpun melepaskan kalor yang lebih besar dibandingkan zat-zat lainnya, pada saat suhunya diturunkan. Pelajarilah tabel berikut, untuk membandingkan kalor jenis air terhadap zat lainnya. 

Kalorimeter Bom

        Kalorimeter bom adalah alat yang lazim dipakai untuk mengukur panas dari pembakaran atau nilai kalor dari sebuah benda. Suatu bahan yang diketahui massanya, dibakar dengan kondisi standard. Panas hasil pembakaran yang  ditentukan di bawah kondisi tadi, dapat dihitung berdasarkan kenaikan suhu yang diamati, dengan memperhitungkan panas yang hilang. Proses pembakaran dimulai dalam atmosfer oksigen pada wadah dengan volume tetap, yang disebut kalorimeter bom, yaitu sebuah bejana yang dibuat untuk menahan tekanan tinggi. Kalorimeter Bom  ini dicelupkan kedalam sebuah bak berisi air yang diaduk, dan seluruh perlengkapan ini merupakan bejana kalorimeter. Bejana kalorimeter ini juga dicelupkan pada ruang air bagian luar. Suhu di dalam dan luar bejana terus dimonitor. Kalorimeter bom ini bisa digunakan untuk mengukur panas secara umum dengan berbagai aplikasi. Sekarang sudah tersedia kalorimeter bom dengan sistem digital seperti gambar di atas.

Berikut ini contoh  kalor jenis pembakaran  untuk beberapa zat :

Kalor Jenis Pembakaran Zat

Coba deh…

 Membuat kalorimeter sendiri

Kalorimeter digunakan untuk menentukan  panas yang dikeluarkan atau diterima suatu benda. Kalorimeter yang akan kamu buat di sini,dapat digunakan  untuk menghitung panas hasil reaksi pada tekanan tetap. Kalorimeter ini dapat kalian buat dari 2 buah  cangkir styrofoam  yang ditumpuk dengan sebuah plastik penutup yang diberi lubang kecil untuk memasukkan termometer. (Ini sangat sederhana, tapi sangat efektif!) Kunci untuk memperoleh hasil yang akurat ,dapat kamu awali dengan sebuah kalorimeter kering,yang digunakan untuk mengukur volume secara tepat, dan menentukan perubahan suhu dengan akurat.  Rancang percobaan kamu sendiri, misalkan dengan mencampurkan sebuah fluida dengan suatu zat yang dapat mengubah temperatur larutan (misalkan air + es). Catat variable-variabel yang ingin kamu peroleh dalam sebuah tabel.

Catatan :

Volume larutan harus diukur secara teliti dengan gelas ukur. Masukkan volume larutan seluruhnya, ke dalam kalorimeter kering. Jangan lupa menyelipkan batang pengaduk setiap kali percobaan.

Susun kalorimeter dengan termometer (0° sampai 50°C, dengan skala terkecil 0.1°C) yang ditumpu sebuah batang pemegang sedemikian rupa sehingga termometer tidak menyentuh dasar cangkir. Perhatikan bahwa termometer yang digunakan untuk kalorimeter berbeda dibandingkan dengan termometer biasa yang kurang teliti. Ikatkan kalorimeter pada klem sedemikian rupa sehingga stabil pada pengaduk. Hati-hati jangan memanaskan larutan, supaya styrofoam tidak leleh.

Coba deh…

Panaskan beberapa potong es batu, selidiki perubahannya mulai dari keadaan beku hingga proses penguapannya. Lakukan penyelidikan mulai dari – 5^oC hingga 100^oC.

Gambar di atas memperlihatkan perubahan fase es makroskopik dan mikroskopik secara serempak, pada tingkat makroskopik terlihat suhu berkembang sesuai dengan energi dan secara mikroskopik terlihat vibrasi molekul bertambah sesuai dengan energi kinetik.   

Selidiki ketika es sudah menjadi air,  bagaimana perubahan fase melibatkan perubahan energi dari zat, juga mempengaruhi energi dalamnya

Korelasi antara energi dengan temperatur, mengapa dibutuhkan kalor yang lebih banyak untuk mengubah air menjadi uap pada suhu 100^oC 

    Jawab ya guys pertanyaan-pertanyaan berikut ! 

1. Berapakah perubahan energi di air dari – 5^oC sampai 0^oC, 0^oC ke 100^oC, dan 100^oC

2. Bagaimana hubungan antara energi dalam dengan temperatur ?

3. Bagaimana hubungan antara Energi kinetik dan potensial ,serta ikatan antar molekul ?

4. Berapa titik beku dan titik didihnya ?

5. Kemana persediaan kalor pada es /air pada titik tersebut mengalir ?

6. Mengapa rata-rata energi kinetik konstan pada suhu 0^oC ?

7. Apakah yang dimaksud dengan kalor laten ?

8. Mengapa energi dalam bertambah pada titik peleburan/ didih ?

9. Mengapa dibutuhkan 5 kali energi yang lebih besar untuk mengubah air menjadi uap dibandingkan dengan yang diberikan pada proses pemanasan dari 0^oC ke 100^oC ?

10. Pada suhu 100^oC disamping untuk melepaskan ikatan, untuk apa lagi kalor digunakan ?

11. Mengapa energi potensial mencapai maksimum pada suhu 100^oC dan tiba-tiba menjadi nol?

12. Mengubah apakah kalor laten penguapan ? Apakah suhu sebanding dengan energi dalam ?

Contoh Soal  1: 

Membuat Es. Berapa jumlah kalor yang harus dikeluarkan sebuah kulkas untuk membuat 2,0  kg air pada suhu 20^oC menjadi es dengan suhu – 15^oC ?

 

Solusi :

Kulkas harus mengeluarkan kalor untuk menurunkan suhu air dari 20^oC menjadi 0^oC, setelah itu mengubahnya menjadi es, kemudian menurunkan suhu es dari 0^oC menjadi – 12^oC . Maka kalor total yang harus dikeluarkan :

Q  =  mc_air (20^oC – 0^oC)  +  mL_es  +  mc_es [0^oC – (- 15^oC)]

     =  (2,0 kg) (4186 J/kg.^oC) (20^oC)  +  (2,0 kg) (3,33 x 10⁵ J/kg)  +  

                     (2,0 kg)(2100 J/kg.^oC) (15^oC)

                 =  167440 J  + 666000 J  +  63000 J

                 =  896440 J  =  9,0 x 10⁵ kJ

 

Contoh Soal 2 :

Membuat air sirop segar .Mira akan menghidangkan minuman segar pada sebuah arisan. Ia mencampurkan potongan es 0,50 kg yang bersuhu – 10^oC ke dalam 3,0 kg air sirop yang bersuhu 20^oC. Jika kalor jenis sirop dianggap sama dengan kalor jenis air, berapakah suhu campuran es dan sirop tersebut ? Dalam bentuk apa campuran tersebut, air atau es ?

 

Solusi :

Sebelumnya kamu harus meneliti bentuk campuran akhir, apakah berupa es semua, campuran es + air sirop dengan suhu 0^oC, atau semuanya air sirop.

· Kalor yang dilepaskan 3 kg air sirop dari 20^oC menjadi 0^oC adalah :

   Q_sirop =  m_sc_s (20^oC – 0^oC)  =  (3,0 kg) (4186 J/kg^oC) (20^oC)  =  250.000 J

·  Kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan es dari – 10^oC ke 0^oC adalah :

    Q_es = m_esc_es[ 0^oC – (- 10^oC)] = (0,50 kg) (2100 J/kg.^oC) (10^oC)  =  10500 J

·  Kalor yang dibutuhkan untuk melebur es menjadi air pada suhu 0^oC :

    Q_L = m_esL_es  =  (0,50 kg) (3,33 x 10⁵ J/kg) =  166500 J

·  Jumlah total kalor yang dibutuhkan es  =  10500 J + 166500 J = 177000 J.

    Tentu saja energi ini tidak cukup untuk mengubah 3,0 kg air sirop  dari suhu 20^oC             menjadi  0^oC, sehingga campuran akhir akan berbentuk cair semuanya.

·   Suhu akhir dari campuran dapat kamu cari :

     Q_es  +  Q_L +  (0,50 kg) (4186 J/kg.^oC) (0^oC – T) = (3,0 kg) (4186 J/kg^oC) (20^oC – T)

     10500 J  +  166500 J  +  2093 T  = 251160 J – 12558 T

      14651 T  =  74160

      T  =  5,1 ^oC

 

Contoh Soal 3 :

Mencari Kalor Laten. Raksa padat sebanyak 1 kg pada titik leburnya dimasukkan ke dalam kalorimeter aluminium yang bermassa 0,50 kg , dan di dalam calorimeter tersebut terdapat 1,2 kg air yang bersuhu 20^oC. Jika suhu akhir campuran raksa dengan air adalah 16,5^oC. Tentukanlah kalor lebur raksa tersebut. (kalor jenis raksa = 0,033 kkal/kg^oC, titik lebur raksa terjadi pada suhu – 39^oC).

 

Solusi :

Berdasarkan azas Black, kalor yang diterima raksa akan sama dengan kalor yang dilepas oleh air dan kalorimeter.

m_HgL_Hg  +  m_Hg c_Hg [ 16,5^oC – (- 39^oC) ]  =

 m_ac_a(20^oC – 16,5^oC) + m_Al c_Al (20^oC – 16,5^oC)

maka ,bila nilai besaran di atas dimasukkan,akan diperoleh :

 

(1,0 kg) (L_Hg) + (1 kg) (0,033 kkal/kg^oC) (55,5^oC) =

(1,2 kg) (1 kkal/kg^oC) (3,5^oC) + (0,50 kg) (0,22 kkal/kg^oC) (3,5^oC)

(L_Hg) + (1,8315 kkal/kg)  =  4,2 kkal + 0,385 kkal

L_Hg = 2,8 kkal/kg

 

 

Cek Kompetensi :

1. Berapa besarnya kalor yang diperlukan, untuk menaikkan suhu 25 kg air dari 25^oC  sampai 90^oC ?

2. Seorang gadis telah menyantap kue lapis legit sebanyak 1000 kalori. Berapa usaha
    yang harus dilakukan si gadis agar energi ditubuhnya tetap seperti semula ?
3. Berapa jumlah kalor yang dibutuhkan untuk mengubah 100 gram es dari – 10^oC menjadi uap pada     100^oC, jika kalor jenis es 0,5 kal/g^oC, kalor jenis air 1 kal/g^oC, kalorlebur es 80 kal/g  dan kalor uap

    air 539 kal/g ?

4. Sebuah hitter yang dimasukkan ke dalam air, menyerap energi listrik sebesar 350 watt.

    Berapa waktu yang diperlukan untuk memanaskan semangkuk air kaldu sebanyak 250

    ml air, dari 20^oC sampai 45^oC ?

5. Berapa kilokalori kalor yang dihasilkan pada saat rem diinjak untuk menghentikan

    motormu  yang bermassa 250 kg dari kelajuan 60 km/jam ?

6. Pada lokasi kriminal yang sedang diinvestigasi, ahli forensik memperoleh data bahwa

    peluru timah 8,2 gram yang menumbuk pinggiran pintu meleleh ketika tumbukan.Jika

    peluru ditembakkan dari ruangan bersuhu 20^oC, berapakah kecepatan penembakan

    minimum dari pistol ?

7. Seorang anak mengambil es batu dari kulkas pada suhu – 8,5^oC ; lalu es tsb

    dimasukkan pada kalorimeter yang terbuat dari aluminium bermassa 100 gram, yang

    diisi dengan 300 gram air pada temperatur ruangan 20^oC. Jika akhir campuran

    seluruhnya berupa air dengan suhu 17^oC, tentukan massa es batu yang diambil anak

    itu?

8. Berapa waktu yang dibutuhkan sebuah cerek kopi 600 watt, yang mendidihkan 0,6 liter

    air bersuhu awal 8^oC , jika cerek terbuat dari 360 gram aluminium, dan tidak ada air

    yang menguap ?

9. Jelaskan mengapa luka bakar di kulit yang disebabkan oleh uap sering kali lebih parah

    daripada yang disebabkan oleh air bersuhu 100^oC ?

10. A cup contains 0.1 kg of ice and 0.2 kg of water in equilibrium. A second cup contains

    0.2 kg of ice and 0.1 kg of water in equilibrium. Which cup of water will attain room

    temperature earlier? Why?