kalau orang yang gemuk ingin mengurangi lemak, maka ia harus banyak berolahraga, misalnya lari-lari di malam hari atau berenang di kolam renang. Pokoknya olahraga-lah…. Kenapa ya, si gemuk di suruh harus banyak olahraga. Semuanya kok mau jadi atlet….
Btw, dirimu suka makan khan ? ya, iyalah… paling hobi kalau soal makan. Pagi ngemil, sore pun ngemil… Kalau beli biskuit, dirimu biasa baca2 tulisan yang ada di bungkusan tidak ? Protein 30 kkal. lemak 20 kkal. karbohidrat 40 kkal. besi 10 kkal. batu 15 kkal. pasir 90 kkal… tuh maksudnya apa ya ? Hiks2… Bingungkah ? Met belajar ya…
Catatan :
Lebih
baik Mr.ozan pakai istilah kalor saja. Memang nama lain dari kalor
adalah panas, tapi nanti dirimu bisa bingung… Masalahnya kata panas
(dalam hal ini panas = kalor), mirip dengan kata panas dalam kalimat :
tubuh yang panas, air panas dkk. Jadi biar lebih aman, Mr.ozan pakai
kata kalor saja. Btw, dirimu jangan lupa ya, nama lain dari kalor tuh
panas…
Konsep Kalor
Pernah
minum es teh, es susu, es sirup dkk ? Nah, ketika membuat es teh,
biasanya kita mencampur air panas atau air hangat yang ada di dalam
gelas dengan es batu. Air panas atau air hangat memiliki suhu yang lebih
tinggi, sebaliknya es batu memiliki suhu yang lebih rendah. Setelah
bersenggolan beberapa saat, campuran es batu dan teh panas pun berubah
menjadi es teh (campuran es batu dan teh hangat telah mencapai suhu yang
sama). Proses yang sama terjadi ketika kita mencampur air panas dengan
air dingin. Setelah bersentuhan, air panas dan air dingin berubah
menjadi air hangat… (Campuran air panas dan air dingin telah mencapai
suhu yang sama). Btw, mengapa bisa terjadi seperti itu ? maksudnya,
mengapa setelah bersentuhan benda-benda tersebut bisa mencapai suhu yang
sama ? bingun, sebel, pusink… huft. he2…
Apabila
benda2 yang memiliki perbedaan suhu saling bersentuhan, akan ada aliran
kalor dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah.
Aliran kalor akan terhenti setelah kedua benda yang bersentuhan mencapai
suhu yang sama. Misalnya kalau kita mencampur air panas dengan air
dingin, biasanya kalor mengalir dari air panas menuju air dingin. Kalor
berhenti mengalir jika campuran air panas dan air dingin telah berubah
menjadi air hangat. Ketika kita memasukkan besi panas ke dalam air
dingin, kalor mengalir dari besi menuju air. Kalor akan berhenti
mengalir setelah besi dan air mencapai suhu yang sama. Ketika dokter
atau perawat menempelkan termometer ke tubuhmu (misalnya kalau dirimu
lagi demam), kalor mengalir dari tubuhmu menuju termometer. Kalor akan
berhenti mengalir kalau tubuhmu dan termometer telah mencapai suhu yang
sama. Kalau termometernya pakai air raksa, maka ketika tubuhmu dan
termometer mencapai suhu yang sama, air raksa tidak jalan-jalan lagi.
Angka yang ditunjukkan permukaan air raksa merupakan suhu tubuhmu saat
itu. Kalau termometer yang dipakai berupa termometer digital, angka pada
bagian tengah termometer akan terhenti setelah tubuhmu dan termometer
mencapai suhu yang sama. Angka yang ditunjukkan termometer adalah suhu
tubuhmu.
Biasanya kalor mengalir
dengan sendirinya dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang
bersuhu rendah. Aliran kalor cenderung menyamakan suhu benda yang
bersentuhan. Jangan tanya Mr.ozan mengapa demikian… dari sononya memang
sudah begitu. Mirip seperti kalau dirimu lihat cewek atau cowok cakep,
dirimu penasaran. Lagi kangen berat sama pacar, malamnya cuma bolak
balik di tempat tidur. Mengapa bisa demikian ? dari sononya sudah begitu
mengapa laki2 harus kawin dengan perempuan ? dari sononya sudah begitu…
mengapa tikus tidak pacaran dengan kucing ? dari sononya sudah begitu…
mengapa laki2 harus kawin dengan perempuan ? dari sononya sudah begitu…
mengapa tikus tidak pacaran dengan kucing ? dari sononya sudah begitu…
Pada
abad ke-18, para ilmuwan berpikir bahwa aliran kalor merupakan gerakan
suatu fluida, suatu jenis fluida yang tidak kelihatan (fluida tuh
zat yang dapat mengalir. Yang termasuk fluida adalah zat cair dan zat
gas. Misalnya air… air khan bisa mengalir. Atau udara… Udara juga bisa
mengalir). Fluida tersebut dinamakan Caloric. Teori mengenai Caloric ini akhirnya tidak digunakan lagi karena berdasarkan hasil percobaan, keberadaan si 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. Berikut
ini kilasan singkat percobaan yang dilakukan oleh om Jimi.
Tataplah
gambar di atas dengan penuh kelembutan. Pengaduk menempel dengan sumbu
putar. Sumbu putar dihubungkan dengan beban menggunakan tali. Ketika
beban jatuh, tali akan memutar sumbu sehingga pengaduk ikut2an 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.
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. Ingat rumus usaha alias kerja : Usaha
(W) = Gaya (F) x perpindahan (s) = Gaya berat beban (w) x perpindahan
beban (h) = massa beban (m) x percepatan gravitasi (g) x ketinggian (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).
Dirimu
jangan pake bingung dengan konsep usaha dan energi ini… Mirip seperti
ketika dirimu mendorong sepeda motor yang lagi mogok. Sepeda motor bisa
bergerak sejauh jarak tertentu (s) akibat adanya gaya dorong (F). Dalam
hal ini, sepeda motor bisa bergerak karena dirimu melakukan usaha alias
kerja pada sepeda motor tersebut. Ingat : Usaha alias kerja = W = Gaya
dorong (F) x Perpindahan (s). Nah, ketika mendorong sepeda motor, dirimu
kelelahan alias cape juga khan ? Hal itu disebabkan karena energi dalam
tubuhmu berkurang, di mana sebagian energi dalam tubuhmu dipindahkan ke
sepeda motor tersebut. Ketika bergerak, sepeda motor juga punya energi (energi kinetik = EK = ½ mv2.
m = massa motor, v = kecepatan motor). Energi sepeda motor ini
sebenarnya berasal dari energi tubuhmu. Kesimpulan : kita bisa
mengatakan bahwa ketika dirimu melakukan usaha/kerja pada motor, energi
dari tubuhmu dipindahkan pada sepeda motor. Kasus ini mirip dengan
percobaan om Jimi di atas. Ketika berputar dalam air, pengaduk melakukan
kerja/usaha pada air sehingga energi pengaduk dipindahkan ke air.
Adanya tambahan energi dari pengaduk ini yang membuat si air kepanasan
(suhu air meningkat).
Berdasarkan
hasil percobaannya, om Jimi Joule membuat perbandingan. Ketika ibu
kesayangan hendak memanaskan air di dapur, wadah yang berisi air
disentuhkan dengan nyala api yang menyembur dari kompor. Ketika nyala
api dan wadah yang berisi air bersentuhan, kalor mengalir dari api (suhu
tinggi) menuju air (suhu rendah). Oya, aliran kalor mampir sebentar di
wadah. Karena adanya aliran kalor dari api menuju air, maka air yang
pada mulanya kedinginan menjadi kepanasan (suhu air meningkat). Amati
gambar di bawah….
Setelah
membuat perbandingan antara meningkatnya suhu air karena bersentuhan
dengan api dan meningkatnya suhu air akibat adanya kerja yang dilakukan
oleh pengaduk, om Jimi menyimpulkan bahwa kalor sebenarnya merupakan pemindahan energi. Ingat ya, 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 benda2 yang bersentuhan mencapai suhu yang
sama. Berdasarkan penjelasan yang panjang pendek dan bertele2 di atas,
kita bisa menyimpulkan bahwa kalor merupakan energi yang berpindah dari satu benda ke benda yang lain akibat adanya perbedaan suhu.
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
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 Mr.ozan hanya membuat penalaran saja dan contoh yang
Mr.ozan pakai juga dekat dengan kehidupanmu, karenanya mudah2an dirimu
cepat paham. Kalau bingung dengan penjelasanMr.ozan, 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 Mr.ozan 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 :
Hubungan 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 Mr.ozan
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 :
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 :
). 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 :
Persamaan 1, persamaan 2 dan persamaan 3 bisa ditulis kembali sebagai berikut :
Persamaan ini menyatakan hubungan antara Kalor (Q) dengan massa benda (m), kalor jenis (c) dan perubahan suhu (delta T).
Keterangan :
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 :
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 :
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 :
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 Mr.ozan 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 :
Contoh soal 2 :
Berapakah kalor yang harus dilepaskan untuk menurunkan suhu lempeng besi yang bermassa 20 kg, dari 80 oC menjadi 20 oC ?
Panduan Jawaban :
Tanda 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….
Grafik
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.
Mr.ozan
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 Mr.ozan Tuh ada gambar kalorimeter…..
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.
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
Pahami perlahan-lahan… Sering2 latihan soal biar jadi mudah
Tidak ada komentar:
Posting Komentar