Membuat Persamaan Matematis Besaran Kalor Pada Asas Black

AhmadDahlan.NET – Mari kita asumsikan terlebih dahulu nilai kalor jenis dari zat cair konstan terhadap perubahan temperatur dan terjadi pada proses isometrik.

Air bermassa m dengan suhu 15,5^oC dicampurkan dengan air bermassa m dengan suhu 14,5^oC. Suhu air campuran dapat diketahui dengan menggunakan asas Black.

1. Q_lepas = Q_terima

Q_lepas = Q_terima

m C_air ΔT_lepas = m C_air ΔT_terima

T_15,5 – T_x = T_x – T_14,5

2T_x = 15,5^oC + 14,5^oC

T_x = 15^oC

2. – Q_lepas = Q_terima

– Q_lepas = Q_terima

– m C_airΔT_lepas = – m C_air ΔT_terima

– (T_x – T_15,5) = T_x – T_14,5

– T_x + T_15,5 = T_x – T_14,5

2T_x = 15,5^oC + 14,5^oC

T_x = 15^oC

Secara matematis kedua metode yang digunakan menghasilkan nilai yang sama yakni 15^oC. Hanya terdapat perbedaan Q_lepas = Q_terima yang menghasilkan T_15,5 – T_x dan Q_lepas = Q_terima dan menghasilkan tinjauan perubahan temperature – (T_x – T_15,5).

T_15,5 – T_x berasal dari asumsi bahwa kalor yang lepas sama dengan kalor yang dierima dimana kalor merupakan energi yang mengalir. Asumsi ini menghasilkan presepsi jika kalor akan selalu berbentuk positif tanpa ada nilai negatif sehingga Suhu yang tinggi akan selalu dikurang dengan dengan suhu yang rendah.

– (T_x – T_15,5) berasal asumsi bahwa kalor yang lepas ditandai dengan negatif. Tanda negatif ini menunjukkan bahwa kalor pada benda bersuhu tinggi kehilangan kalor (- Q_lepas) ke benda bersuhu rendah, sehingga di benda bersuhu rendah bernilai positif.

Secara matematis posisi T_x ini adalah posisi ke dua setelah proses pencampuran terjadi sedangkan T_15,5 adalah suhu awal sebelum dicampur. Hal ini sudah sesuai dengan kaidah ΔT yakni T₂-T₁.

Formula Matematis Pemodelan Fisis

Fisika adalah disiplin ilmu yang mempelajari fenomena alam dalam bentuk pemodelan untuk menemukan hukum, prinsip, konsep, teorema, dan potsulat yang berlaku pada fenomenan tersebut.

Dalam memudahkan proses memahami fenomena tersebut, diformulasikan bahasa matematika digunakan untuk memudahkan analsisi data. Dalam proses formulasi matematis, ada banyak batasan yang diberikan untuk membuat generalisasi yang diterima secara umum, namun untuk menghitung pada kejadian asli melalui pemodelan matematis, dibutuhkan banyak variable yang ikut mengambil bagian dalam menentukan nilai dari besaran yang dihitung.

Pada varibel yang nilainya terlalu kecil dan tidak berpengaruh pada hasil perhitungan, maka nilai-nilainya dapat diabaikan.

1. Asas Black

Asas Black menjelaskan fenomena mengenai pencampuran dua buah benda dengan beda suhu. Adapaun prinsip-prinsip pada Asas Black adalah :

1. Jika dua buah benda dengan berbeda suhu dicampurkan maka benda dengan suhu lebih tinggi akan memberikan kalornya ke benda bersuhu lebih rendah sampai suhunya sama.
2. Jumlah kalor yang diserap benda dingin sama dengan jumlah panas yang dilepas oleh benda bersuhu tinggi.
3. Jumlah kalor yang dilepas oleh bend ayang bersuhu rendah akan sama besarnya dengan kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan benda tersebut kembali ke suhu awalnya.

Dengan demikian dapat disimpulkan Defenisi Asas Black adalah :

“Jika dua benda berbeda dicampurkan, maka benda bersuhu tinggi akan melepas kalor yang diserap ke benda sehubu rendah sampai suhu kedua benda tersebut sama”

Karena tidak ada tanda negatif dari benda melepaskan maka bentuk matemtais dari asas Black adalah :

Q_lepas = Q_terima

Namun dalam kajian-kajian termodinamika dibuat kesepakatan jika benda panas kehilangan sejumlah kalor benda bersuhu panas, maka besar Q diberi simbol Negatif. Kendati kalor tidak ada yang bernilai negatif, tanda ini hanya ini memebri penjelasan jika sistem sedang kehilangan sejumlah energi dalam bentuk panas yang ditandai dengan penurunan suhu. Secara matematis pernyataan ini jika dihubungkan dengan asas black adalah :

– Q_lepas = Q_terima

2. Kalor

Air yang di ember, es yang ada di dalam kulkas dan awan yang ada di atas langit (kita asumsikan awannya terdiri dari uap air) adalah bentuk partikel dengan fasa dan energi yang berbeda. Hal ini dapat dilihat jika Es yang ada di dalam kulkas dikeluarkan kemudian dipanaskan maka fasa akan sama dengan air yang ada diember.

Jika pemanasan diberikan tidak dikondisikan maka ada kemungkinan suhu dari air akan berbeda. Jika pemanasan dilakukan cepat dan hanya ingin melihat es mencair menjadi air secara keseluruhan (kalor lebih sedikit) maka suhu air yang akan lebih rendah dari suhu air yang ada di ember. Jika dilakukan lebih lama maka suhunya akan lebih tinggi dari air yang lebih air di dalam ember.

Pada saat es dikeluarkan dari dalam kulkas dan dibiarkan dalam waktu yang cukup lama, kondisi akan mencair dan akan memiliki temperatur yang sama dengan air yang ada di dalam ember. Hal ini akan terjadi lebih cepat terjadi jika es masukkan ke dalam ember.

Hal yang membuat suhu es ini meningkat adalah kalor yang diserap udara yang suhu lebih tinggi dari es, jika dicelupkan maka suhu dari air yang ada di dalam ember. Kalor ini dapat didefenisikan sebagai energi yang mengalir ke benda. Segera setelah suhu ke dua benda ini sama maka tidak ada kalor yang saling bertukar.

Asumsi kalor hanya dapat ditinjau pada saat energi panas mengalir ini menjadi sebuah keharusan bahwa kalor akan keluar dan masuk dari satu lingkungan ke sistem. Setelah masuk ke dalam sebuah benda. Kalor tidak akan bisa lagi ditinjau kecuali jika benda kembali menyerap atau melepas panas.

Tentu saja, kalor dalam hal ini sulit untuk diamati pada kondisi rendah, jika kalor diberikan terlalu besar maka benda akan berpendar namun pendaran yang terlihat ini adalah emisi dari energi yang dimiliki benda karena suhu benda terlalu tertinggi, namun tanpa suhu tinggi inetraksi dalam bentuk energi yang mengalir dari lingkungan dan sistem tetap bisa terjadi.

Sekalipun tidak bisa terlihat, kita bisa membuat indikator yang dapat diamati ketika terjadi perubahan energi pada benda. Indikator tersebut adalah Temperatur. Sekalipun memiliki hubungan yang erat, kalor dan suhu adalah dua konsep yang berbeda.

Misalkan pemberian kalor pada reservoir panas, tidak merubah suhu benda tersebut akan tetapi energi dalam pada benda tersebut meningkat. Dari penjelasan ini kita dapat defenisikan bahwa kalor akan selalu bernilai positif, kecuali jika kita membuat kesepakatan dalam memilih acuan dari suatu fenoemman. Misalnya saja acuan sistem-lingkungan.

Dengan demikian baik Kalor lepas dan Kalor terima dalam persamaan Asa Black prinsipnya hanya akan disimbolkan pada Q_lepas dan Q_terima akan bertanda positif karena prinsipnya kalor selalu mengalir dari benda bersuhu tinggi ke rendah.

Q_lepas = Q_terima makna fisi dari persamaan ini adalah dua kejadian yang terjadi secara bersamaan dengan masing-masing tinjauan berdasarkan suhunya.