Tag: Kalor

  • Ringkasan Materi Kalor

    Ringkasan Materi Kalor

    Kalor

    Kalor adalah energi yang mengalir bari sebuah benda/sistem ke benda/sistem lain karena terdapat peberdaan suhu (Tida setimbang Termal). Perpindahan kalor terjadi secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah, hingga akhirnya terjadi kesetimbangan termal.

    Satuan kalor yang sering digunakan:

    1. 1 J = 0,24 kal
    2. 1 kal = 4,2 J

    Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu sebesar 1 K pada 1 kg benda.

    c =\frac{Q}{m\Delta T}

    c = kalor jenis (J/kg K)
    Q = energi kalor (J)
    m = massa benda (kg)
    ΔT = perubahan suhu (K)

    Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu sebesar 1 K.

    C=\frac{Q}{\Delta T}

    C = kapasitas kalor (J/K)

    Energi kalor dapat dirumuskan:

    Q=mc\Delta T
    Q=C\Delta T

    A. Azas Black

    Azas Black menjelaskan kekekalan energi kalor:

    Banyaknya kalor yang dilepas sama dengan banyak kalor yang diterima.

    Q_l=Q_t

    Ql= Kalor lepas (J)
    Qt= Kalor Terima

    Suhu akhir (campuran) adalah suhu yang dihasilkan oleh benda yang berbeda suhu yang telah mencapai kesetimbangan termal. Azas Black dapat dirumuskan:

    m_1c_1(T_1-T_c) = m_2c_2(T_c-T_2)

    m = massa benda (kg)
    c = kalor jenis (J/kg K)
    Tc = suhu campuran (K)

    Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kalor. Kalorimeter bekerja berdasarkan azas Black. Kalorimeter adalah sistem terisolasi, sehingga tidak ada energi kalor yang terbuang ke lingkungan.

    B. Perubahan Wujud oleh Kalor

    Kalor dapat menyebabkan perubahan wujud.

    Bagan Perubahan Wujud karena Kalor
    1. Peleburan, proses perubahan zat cair menjadi zat padat.
    2. Pembekuan, proses perubahan zat padat menjadi zat cair.
    3. Penguapan, proses perubahan zat cair menjadi gas.
    4. Pengembunan, proses perubahan gas menjadi zat cair.
    5. Pengkristalan/ deposisi, proses perubahan gas menjadi zat padat.
    6. Penyumbliman, proses perubahan zat padat menjadi gas.

    Kalor laten adalah kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud zat tanpa kenaikan suhu tiap satuan massa. Kalor laten terdiri dari kalor lebur/beku dan kalor uap/embun.

    Energi kalor yang dihasilkan kalor laten dapat dirumuskan:

    Q=mL

    Q = energi kalor (J)
    m = massa benda (kg)
    L = kalor laten (J/kg)

    Pada perubahan wujud air dari es menjadi uap, terjadi peleburan dan penguapan.

    1. Penguapan air terjadi di permukaan air pada suhu sembarang.
    2. Mendidih adalah peristiwa penguapan di seluruh bagian air, terjadi pada suhu 100oC pada tekanan 1 atm.
    3. Tekanan mempengaruhi titik didih dan titik beku air.

    Tekanan berbanding lurus dengan titik didih dan berbanding terbalik dengan titik beku air.

    Grafik Perubahan Wujud Zat Suhu dan terhadap Waktu

    C. Perpindahan Kalor

    Kalor berpindah menurut tiga cara, yaitu konduksi, konveksi dan radiasi.

    Ilustrasi Perpindahan Kalor Konveksi Konduksi dan Radiasi

    1. Konduksi

    Konduksi adalah perpindahan kalor dengan zat perantara tanpa disertai perpindahan partikel partikel zat.

    Q= \frac{kAt∆T}{L}
    H=\frac{Q}{t}=\frac{kA∆T}{L}

    Q = energi kalor (J)
    H = laju perpindahan kalor (J/s)
    t = waktu perpindahan kalor (s)
    k = koefisien konduktivitas termal (W/mK)
    A = luas penampang (m2)
    L = panjang batang (m)
    ΔT = selisih suhu tinggi dengan suhu rendah (K)

    Proses konduksi yaitu:

    1. Pada benda non-logam, perpindahan terjadi akibat getaran partikel yang menumbuk partikel di sebelahnya, sehingga berlangsung lambat.
    2. Pada benda logam, perpindahan terjadi melalui elektron bebas pada lautan valensi ikatan logam yang mudah berpindah, sehingga berlangsung cepat.

    Contoh peristiwa konduksi:

    1. Alat masak memanaskan isinya dengan prinsip konduksi.
    2. Sendok apabila dipanaskan salah satu ujungnya, maka unjung lainnya akan terasa panas.

    2. Konveksi

    Konveksi terjadi pada zat yang merupakan fluida, yaitu air atau gas. Konveksi terjadi akibat perbedaan massa jenis.

    Jenis-jenis konveksi:

    1. Konveksi alamiah, terjadi akibat perbedaan massa jenis.
      • Contoh: pemanasan air, ventilasi udara, cerobong asap, angin darat dan angin laut.
    2. Konveksi paksa, terjadi akibat adanya tambahan seperti peniupan atau pemompaan zat yang dipanaskan ke suatu tempat.
      • Contoh: radiator mobil, pengering rambut, lemari es.

    3. Radiasi

    Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa zat perantara yang hanya melalui pancaran gelombang elektromagnetik.

    Q = eσAtT^4
    H= \frac{Q}{t}=eσAT^4
    I =\frac{Q}{At}=eσT^4

    Q = energi kalor (J)
    H = laju perpindahan kalor (J/s)
    t = waktu perpindahan kalor (s)
    I = intensitas radiasi (W/m2)
    e = koefisien emisivitas
    σ = tetapan Stefan-Boltzmann (5,67 x 10-8 W/m2.K4)
    A = luas permukaan (m2)
    T = suhu mutlak benda (K)

    Radiasi dipancarkan oleh seluruh benda yang memiliki suhu, dan dipengaruhi oleh warna permukaan. Warna permukaan mempengaruhi nilai emisivitas benda (e):

    1. Nilai emisivitas benda berkisar 0 ≤ e ≤ 1.
    2. Warna hitam memiliki nilai e = 1, yang merupakan penyerap dan pemancar kalor yang baik.
    3. Warna putih memiliki nilai e = 0 , yang merupakan penyerap dan pemancar kalor yang buruk.

    Contoh peristiwa radiasi:

    1. Sinar matahari dapat memancar ke bumi karena radiasi.
    2. Api unggun memancarkan panas secara radiasi.
    3. Panel surya dan rumah kaca menyerap panas dari radiasi.
  • Contoh Soal PPG – Kinematika dan Dinamika Gerak serat Suhu dan Kalor

    Contoh Soal PPG – Kinematika dan Dinamika Gerak serat Suhu dan Kalor

    Latihan Soal PPG Kinematika dan Dinamika

    Latihan Soal PPG Kinematikan dan Dinamika, Pesawat Sederhana dan Kinematika Gerak Disertai Pembahasan dengan indikator di bawah ini:

    1. Disajikan data atau narasi tentang pemanfaatan energi dalam proses biologis makhluk hidup tertentu, peserta dapat menganalisis transformasi energi pada proses biologis tersebut.
    2. Disajikan kasus pengaturan suhu pada makhluk hidup atau dalam teknologi sederhana, peserta dapat menganalisis keterkaitannya dengan kalor untuk perubahan wujud.
    3. Disajikan data atau narasi tentang pemanfaatan bahan dalam kehidupan, peserta dapat menganalisis hubungan antara pemanfaatan bahan dengan sifat bahan

    Sebelum ke pembahasan mari sama-sama mencoba menjawab soal melalui aplikasi di bawah. Silahkan langsung pilih jawaban yang benar saja.

    PPG IPA – Kinematika dan Dinamika Gerak, serta Suhu dan kalor

    Materi : Kinematika dan Dinamika Gerak, serta Suhu dan kalor

    Pembahasan Soal

    Coming Soon!!!

  • Materi Fisika SMA – Rumus Kapasitas Kalor

    Materi Fisika SMA – Rumus Kapasitas Kalor

    AhmadDahlan.Net – Es batu yang di panaskan dengan suhu tertentu, lama kelamaan akan mencair. Dalam ilmu Fisika, es yang di panaskan tersebut akan menyerap kalor dan mengalami kenaikan suhu. Banyaknya kalor yang diserap es ini dikatakan sebagai kapasitas kalor. Berikut penjelasan yang lebih lengkap mengenai kapasitas kalor.

    A. Pengertian Kapasitas Kalor

    Kalor merupakan merupakan energi panas yang berpindah dari benda ber suhu rendah menuju benda ber suhu tinggi. Kapasitas kalor merupakan banyaknya kalor yang diserap suatu benda dalam menaikkan suhu suatu benda sebanyak 1 K. Berdasarkan sistem international (SI) satuan untuk kapasitas kalor adalah J/K.

    B. Persamaan Kapasitas Kalor

    Secara umum, kapasitas kalor suatu zat dapat dihitung menggunakan persamaan :

    C=\frac{Q}{∆T}

    Sebelumnya diketahui nilai Q dapat dihitung menggunakan persamaan :

    Q=m.c.∆T

    Sehingga, apabila di substitusikan ke persamaan umum kapasitas kalor, diperoleh persamaan :

    C=\frac{m.c.∆T}{∆T}
    C=m.c

    Keterangan,
    C : kapasitas kalor (J/K)
    Q : kalor (J)
    ∆T : perubahan suhu (0C)
    m : massa (kg)
    c : kalor jenis (J/kg0C)

    C. Contoh Soal

    SOAL 1

    Air yang mula-mula bersuhu 13 0C dipanaskan hingga bersuhu 30 0C. Jika kapasitas kalor air tersebut adalah 2 J/K, tentukan banyaknya kalor yang diserap air tersebut?

    Pembahasan

    Dik :
    T1 = 13 0C
    T2 = 30 0C
    C = 2 J/K

    Dit :
    Q = ?

    Pembahasan :

    1. Mencari perubahan suhu air 

    ∆T=T_2-T_1
    ∆T=30\ ^0C-13\ ^0C
    ∆T=17\ ^0C=290\ K

    2. Mencari banyaknya kalor yang diserap

    C=\frac{Q}{∆T}
    Q=C.∆T
    Q=(2\ J/K)(290\ K)
    Q=580\ J

    SOAL 2

    Sebuah benda bersuhu 5 ⁰C menyerap kalor sebesar 1500 joule, kemudian suhunya menjadi naik menjadi 32 ⁰C. Berapa kapasitas kalor benda tersebut?

    Pembahasan

    Dik :
    T1 = 5 ⁰C
    T2 = 32 ⁰C
    Q = 1500 J

    Dit :
    C = ?

    Pembahasan :

    1 . Menghitung perubahan suhu

    ∆T=T_2-T_1
    ∆T=32\ ^oC-5\ ^oC=27\ ^oC
    ∆T=300\ K

    2. Menghitung kapasitas kalor

    C=\frac{Q}{∆T}
    C=\frac{1500\ J}{300\ K}
    C=5\ J/K

  • Materi Fisika SMA – Rumus Kalor

    Materi Fisika SMA – Rumus Kalor

    AhmadDahlan.Net – Pernahkah kalian memanaskan air atau mencairkan es batu? Air yang dipanaskan serta peristiwa mencairnya es batu sama – sama melibatkan kalor dalam prosesnya. Kalor juga disebut dengan energi panas. Berikut penjelasan lengkap mengenai kalor.

    A. Pengertian Kalor

    Kalor merupakan energi panas yang berpindah dari zat yang bersuhu tinggi ke zat yang bersuhu rendah. Kalor juga dapat di definisikan sebagai proses transfer energi panas dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah.

    Satuan kalor dalam Standar Internasional adalah Joule (J). Selain itu, digunakan juga satuan kalori (kkal), dimana

    1 kkal = 4,18 Joule dan 1 Joule = 0,24 kkal

    B. Persamaan Kalor

    1. Persamaan Perpindahan Kalor

    Kalor secara umum dirumuskan sebagai : 

    Q=m×c×∆T

    Keterangan,
    Q : banyaknya kalor (J)
    m : massa (kg)
    c : kalor jenis (J/kg0C)
    ∆T : perubahan suhu (T2 – T1)

    2. Kalor Laten

    Kalor laten merupakan banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk mengubah wujud suatu benda. Contohnya es batu yang semula membeku akan berubah wujud menjadi cair apabila dipanaskan. Kalor laten terbagi menjadi 2, yaitu kalor uap dan kalor lebur.

    Secara umum, persamaan untuk kalor laten dituliskan sebagai berikut :

    Q=m×L

    atau

    Q=m×U

    Keterangan,
    Q : banyaknya kalor (J)
    m : massa (kg)
    L : kalor lebur (J/kg)
    U : kalor uap (J/kg)

    3. Kalor Jenis

    Kalor jenis diartikan sebagai banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu benda bermassa 1 kg sebanyak 10C. Secara umum kalor jenis dapat dihitung menggunakan persamaan :

    c=\frac{Q}{m∆T}

    Keterangan,
    Q : banyaknya kalor (J)
    m : massa (kg)
    c : kalor jenis (J/kg0C)
    ∆T : perubahan suhu (T2 – T1)

    C. Contoh Soal

    sebuah balok es yang bermassa 50 gram dipanaskan dari -5 0C hingga menjadi air bersuhu 60 0C. apabila diketahui kalor lebur es = 80 kal/g, kalor jenis es = 0,5 kal/g derajat celcius, dan kalor jenis air = 1 kal/g derajat celcius, maka kalor yang diperlukan dari proses awal hingga akhir adalah?

    Pembahasan

    Dik :
    m = 50 gram
    T1 = -5 0C
    T2 = 60 0C
    ces = 0,5 kal/g0C
    cair = 1 kal/g0C
    L = 80 kal/g

    Dit :
    Qtot = ?

    Pembahasan :

    Perhatikan grafik di bawah ini :

    1. Proses Q1 (Es mencair)

    Q_1=m×c_{es}×∆T
    Q_1=50\ g×0,5\ kal/g\ ^0C×(0\ ^0C-(-5\ ^0C))
    Q_1=50\ g×0,5\ kal/g\ ^0C×5\ ^0C
    Q_1=125\ kal

    2. Proses Q2 (es melebur)

    Q_2=m×L
    Q_2=50\ g×80\ kal/g
    Q_2=4000\ kal

    3. Proses Q3 

    Q_3=m×c_{air}×∆T
    Q_3=50\ g×1\ kal/g\ ^0C×(60\ ^0C-0\ ^0C)
    Q_3=50\ g×1\ kal/g\ ^0C×60\ ^0C
    Q_3=3000\ kal

    4. Menghitung Qtotal

    Q_{tot}=Q_1+Q_2+Q_3
    Q_{tot}=125\ kal+4000\ kal+3000\ kal
    Q_{tot}=7125\ kal

    Jadi, total kalor yang dibutuhkan adalah 7125 kalori.

  • Radiasi Termal

    Radiasi Termal

    AhmadDahlan.NET – Radiasi termal adalah proses perpindahan energi (kalor) dalam bentuk gelombang elektromagnetik yang diemesikan dari permukaan sebuah benda. Maka dari itu, Radiasi Termal dipancarkan ke segala arah dengan kecepatan radaisi setara dengan kecepatan cahaya. Selain itu bentuk Gelombang Elektromagnetik ini menunjukkan jika Radiasi Termal bisa dipancarkan baik dengan atau tanpa medium.

    Radiasi Termal

    Pada awalnya, fisikawan berpendapat bahwa hanya benda dengan suhu tinggi yang memancarkan radiasi seperti pada besi yang dipanaskan sampai berpendar pada suhu tinggi.

    Radiasi benda Hitam dari BEsa yang dipanaskan dengan suhu tinggi

    Seiring dengan perkembangan instrumen pengukuran GEM, akhirnya disadari bahwa semua benda akan memancarkan radiasi. Bentuk Radiasi termal yang dipancarkan dibedakan berdasarkan panjang gelombangnya. Jenisnya mulai dari panjang gelombang terpanjang (λ) atau Gelombang Macro sampai pada λ terpendek seperti Sinar Gamma (γ).

    Sumber radiasi benda

    Intensitas energi radiasi dari sebuah benda bergantung dari luas permukaan (A) dan suhu benda (T) berpangkat empat. Menurut Hukum Stefan-Boltzmann, Daya Radiasi benda adalah 

    P = \frac{Q}{t}= eσAT^4

    dimana σ adalah Konstanta Stefan-Boltzmann sebesar 5,67.10-8 Wm-2 K-4 dan e adalah emisivitas benda dengan nilai 0 sampai 1.

    Menurut Hukum Kirchoff tentang radiasi, Benda dengan warna gelap akan meradiasikan energi lebih cepat dibandingkan dengan benda berwarna terang. Karena bergantung warnanya, maka daya emisi dan absobsi radiasi dari sebuah benda akan selalu sama. Hukum Kirchoff juga menyatakan bahwa benda hitam sempurna memiliki nilai e = 1 dan untuk benda putih sempurna e = 0.

    Contoh Kasus!

    Sebuah benda bersuhu 127oC memiliki emisivitas benda 0,5. Jika luas permukaan benda adalah 400cm2, maka tentukan pancaran radiasi termal yang dipancarkan benda tersebut!

    P = eσAT^4
    P = (0,5)(5,67.10^{-8} Wm^{-2}K^{-4})(4 . 10^{-2} m^2)(400K)^4
    P = 29,0304 \ W/m^2
  • Mengapa Benda Panas yang Didiamkan di Udara Lama-lama Kok Jadi Dingin?

    Mengapa Benda Panas yang Didiamkan di Udara Lama-lama Kok Jadi Dingin?

    AhmadDahlan.NET – Tidak ada yang lebih nikmat dari secangkir kopi panas, namun terkadang kita lupa menyeruputnya. Hasilnya tentu saja kopi tersebut menjadi dingin. Lantas mengapa kopi panas yang didiamkan di Udara terbuka lama-lama akan menjadi dingin?

    Tidak hanya kopi sebernanya, hampir semua benda panas yang dibiarkan begitu saja akan berubah menjadi dingin. Hal ini sudah dibahas oleh Black dan Clausius seabad lalu. Pembahasan diabadikan sebagai hukum II Termodinamika versi Black-Clausius.

    Hukum tersebut berbunyi seperti ini :

    Ketika dua buah benda berbeda temperatur saling bersentuhan satu sama lain, maka kalor akan mengalir dari benda bersuhu panas ke benda bersuhu secara spontan. Pertukaran kalor ini akan berhenti sampai suhu ke dua benda tersebut sama.

    Kalor adalah salah satu bentuk energi panas yang diindikasikan melalui suhu dari suatu benda. Jika kita mencampurkan 1 liter air bersuhu 100oC dengan 1 liter air bersuhu 50oC, maka anda akan mendapatkan 2 liter air bersuhu 75oC.

    Demikian dengan kopi yang kita diamkan di atas meja, maka kopi tersebut akan kontak dengan udara sekitar yang berada pada suhu kamar. Panas dari kopi ini akan mengalir secara perlahan ke udara sampai akhirnya suhu kopi sama dengan suhu udara.

    Mengapa suhu udara tidak naik sama seperti pada saat mencampurkan air pada contoh di atas?

    Penyebanya adalah massa udara yang sangat besar di dalam kamar membuat udara bersifat seperti Reservoir panas bagi Kalor yang berasal dari kopi. Reservoir panas itu memiliki karakter menyimpan sejumlah panas tanpa menaikkan suhunya. Hal ini disebabkan oleh dua kemungkinan, yakni massa yang massif atau nilai kapasitas kalor dan kalor jenis yang sangat besar.

    Suhu udara di kamar-kamar yang adad di Indonesia sangat bervariasi. Jika anda tinggal di ketinggian sekitar permukaan laut mungkin suhu nya sekitar 30oC sampai 36oC. Ketika udara mendapatkan sedikit panas dari kopi maka, suhu udara di sekitar tidaklah naik sama sekali, karena panas tersebut digunakan oleh udara untuk bergerak atau ke hal-hal yang lain dibandingkan menaikkan suhunya.

    Jadi hal ini yang membuat kopi panas yang didiamkan akan dingin secara perlahan sampai suhunya sama dengan suhu ruanga.

    Menjaga Kopi Tetap Panas

    Karena kita menggunakan kopi sebagai pembuka dari topik ini dan kopi memang nikmat diminum hangat, maka ada baiknnya mencari jawaban cara agar tetap panas.

    Sebenarnya hanya ada satu cara mengjaga kopi tetap panas yakni dengan cara memberikan panas ke dalam kopi. Mungkin cara paling konvensional adalah memasaknya terus-menerus. Namun hal ini hanya akan merubah cita rasa kopi. Jika direbus semakin lama, maka minyak nabati yang terkandung dalam biji kopi juga akan keluar. Jika demikian, maka rasa kopi akan menjadi kecut.

    Hampir tidak ada cara lain memnbuat kopi menjadi panas setelah diangap dari kompor, namun kita tetap memiliki cara untuk mencegahnya tidak menjadi dingin. Menjaga tetap panas dan mencegah menjadi dingin adalah dua hal yang berbeda, meskipun tujuannya sama.

    Sebagaimana yang disebutkan oleh Hukum II Termodinamika. Agar terjadi pertukaran kalor secara spontan, maka ke dua benda harus saling bersentuhan. Dengan bersentuhan, kalor bisa mengalir antara dua benda baik sevara konduksi maupun konveksi.

    Selain bersentuhan, kalor juga sebenarnya bisa berpindah dengan radiasi, yakni perpindahan panas tanpa melalui perantara. Contoh konkretnya adalah panas dari matahari yang sampi ke Bumi sekalipun hanya ada ruang hampa antara matahri dan bumi.

    Ketiga hal ini perlu diperhatikan untuk menjaga Kopi kita tidak menjadi dingin. Teknologi untuk melakukan hal tersebut juga sudah ditemukan oleh manusia dan disebut dengan istilah Termos.

    Sekalipun tidak seideal namanya, namun Termos memiliki karakteristik sebagai isolator panas. Hal tersebut dibebakan oleh 3 lapisan termos yang mencegahnya melakukan trasnfer panas baik secara knduksi, konveksi dan radiasi.

  • Pengertian Kalor dan Internal Energi Zat

    Pengertian Kalor dan Internal Energi Zat

    AhmadDahlan.NET – Ketika kita memasukkan sebongkah es ke dalam segelas air, Air yang tadinya berada pada suhu kamar perlahan-lahan akan mengalami penurunan suhu sampai akhirnya suhu antar es dan air sama. Hal ini terjadi karena adanya perpindahan kalor dari air yang suhunya lebih tinggi ke dalam es. Perpindahan terjadi secara spontan ketika ke dua benda saling bersentuhan satu sama lain.

    Karena kita mengaosiasikan suhu tinggi itu lebih “panas”, maka kalor juga terkadang disebut sebagai energi panas namun lebih spesifik ke energi yang mengalir.

    Pengertian Kalor

    Kalor adalah energi yang dipindahkan (dialirkan) antaar dua buah benda yang memiliki suhu yang berbeda. Proses perpindahan energi terjadi karena perbedaan rata-rata energi kinetik dari setiap materi penyusun dari benda yang saling bertukar kalor.

    Kalor akan berpindah dari benda dengan temperatur yang tinggi ke benda yang temperatur yang lebih rendah secara spontan sampai akhirnya suhu kedua benda tersebut sama. Pada kondisi ini tidak akan lagi terjadi perpindahan kalor dan kondisi ini disebut sebagai kesetimbangan termal.

    A. Internal Energi dan Suhu

    Energi internal dari sebuah zat adalah total dari energi kinetik dari melokul-molekul penyusunnya. Energi ini bergantung dua hal yakni suhu benda (rata-rata energi kinetik setiap molekul) dan jumlah zat penyusun zat itu sendiri.

    Dengan demikian bisa disimpulkan jika sangat memungkinkan jika ada buah benda yang memiliki energi internal yang sama meskipun suhunya berbeda. Misalkan Benda A dan B memiliki internal energi yang sama akan tetapi benda A memiliki suhu yang lebih rendah dari benda B. Dengan demikian, maka Benda A pasti memiliki total energi dari jumlah zat penyusunnya lebih tinggi dibandingkan dengan dengan benda B.

    Pada saat duah benda saling bersentuhan satu sama lain, hanya terjadi pertukuran energi panas dari perbedaan suhu antara benda A dan benda B, sampai akhirnya kedua benda tersebut memiliki rerata energi kinetik energi yang sama dan ditandai dengan suhu yang sama.

    B. Satuan Kalor

    Kalor diamati melalui banyaknya energi yang berpindah dalam satuan Kalori. Satuan ini distandarisasi melalui besar energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram air sebanyak 1oC dari suhu 14,5oC ke 15,5oC. Titik ini dipilih karena terdapat perbedaan antara energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu air sebanyak 1oC dari setiap titiknya.

    Mudahnya seperti ini, energi yang dibutuhkan air untuk naik dari 3oC ke 4oC berbeda dengan energi yang dibutuhkan untuk pindah dari 4oC ke 5oC, begitu juga dari suhu 68oC ke 69oC. Meskipun demikian, perbedaannya tidak begitu jauh (<kurang dari 1%) untuk interval air di setiap titik dari 0oC sampai ke 100oC. Pada perhitungan yang tidak membutuhkan ketelitian tingkat tinggi, perbedaan ini dapat diabaikan dan dinggap sama saja untuk setiap setiap titiknya.

    Besar energi kemudian dinyatakan sebagai 1 kalori dengan demikian 1000 Kkal dapat difenisikan sebagai energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg air sebesar 1oC. 1 Kal kemudian dijadikan sebagai satuan standar internasional (SI) untuk sistem metrik.

    C. Kalor Jenis

    Pada saat sejumlah kalor mengalir ke sebuah zat dan diasumsikan tidak terjadi perpindahan wujud, maka seluruh kalor tersebut akan membuat suhu dari sebuah zat akan naik, demikian pula sebaliknya, jika sejumlah kalor keluar dari suatu zat maka suhunya akan turun.

    Besar perubahan suhu ini sebanding dengan jumlah energi yang diterima dengan persamaan :

    Q∝ΔT

    Selain itu semakin banyak massa benda yang dipanaskan maka semakin besar pula kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu sautu benda. Secara matermatis persamaan ini dapat ditulis :

    Q = mc .ΔT

    c dalam persamaan ini adalah karakteristik kuantitatif dari sebuah materi dalam mengkonversi panas yang diserap menjadi perubahan suhu yang selajutnya di sebut sebagai kalor jenis. Kalor jenis dinyatakan dalam satuan J/kgoC.

    Sebagaimana yang dimaksud dalam defenisi dari satuan kalori yang dijelaskan sebelumnya yakni 1 kal adalah jumlah energi yang dibutuhkan untuk memanaskan 1 gram agar naik 1oC, maka dengan demikian Kalor jenis air adalah 1 kal/goC atau 1 Kkal/KgoC.

    Setiap benda memiliki kalor jenis yang berbeda-beda dan dapat diketahui melalui percobaan. Adapun hasil percobaan menunjukkan beberapa nilai dari kalor jenis benda pada tabel berikut :

    Kalor JenisJ/KgoCKal/KgoC
    Air41801000
    Es2100500
    Alkohol2400570
    Raksa (cair)23056

    Eksperimen Joule

    James Prescoot Joule (1818 – 1889) membuat sebuah eksperimen dengan menggunakan kalorimeter untuk membuat hubungan antara energi panas dan energi mekanik. Rancangan kalorimeter seperti ditujukan pada gambar di bawah ini

    Kalorimeter Joule percobaan MAssa Jenis

    Pada eksperimen tersebut beban di sisi dan kanan digunakan untuk memutar baling-baling dari energi potensial yang ia miliki. Baling-baling yang terputar di dalam kalorimeter kemudian menaikkan suhu air di dalam dan karena dibuat terisolasi dari lingkungan maka poses perubahan energi potensial ke kinetik pada saat beban jatuh bebas diubah ke energi panas. Meskipun pada proses pengamatan kenaikkan suhu tersebut sangatlah sedikit untuk diamati. Berdasarkan data percobaan disimpulkan bahwa :

    1 kal = 4 186 J

    D. Kalor Laten

    Ketika sejumlah kalor digunakan untuk memanaskan es bersuhu -13oC ke suhu 0oC, maka panas yang diberikan akan digunakan untuk menaikkan suhu, segera pada saat suhu sudah 0oC, maka panas tidak lagi digunakan untuk menaikkan suhu tapi merubah fase air yang tadinya dalam fase padat ke zat cair di suhu yang sama.

    Kalor yang digunakan untuk merubah fase zat disebut sebagai kalor laten. Jumlah kalor yang dibutuhkan sebabding dengan jumlah massa zat yang dirubah fasenya :

    Q_L∝m

    Karakteristik kebutuhan kalor setiap zat berbeda dengan untuk berubah fase, disebut Kalor Laten (L), dengan demikian Persamaa Kalor Laten dapat ditulis :

    Q_L=Lm

    dimana perubahan fase gas umum terbagi atas dua jenis yakni Padat ke Cair disebut Kalor Laten Lebur (LL), sedangkan Cari ke gas disebut Kalor Laten Uap (LU). Sama dengan kalor jenis setiap, setiap benda memiliki kalor laten masing-masing seperti yang ditunjukkan pada tabel berikut :

    ZatTitik LeburKalor LeburTitik UapKalor Upa
    Air0oC79,7 kJ/kg100oC539 kJ/kg
    Amonia-77,8oC8 kJ/kg-33,4oC33 kJ/kg
    Timabl327oC5,9 kJ/kg1750oC208 kJ/kg
    Besi1538oC69,1 kJ/kg6340oC1520 kJ/kg

    Catatan : Baik kaloir jenis dan kalor laten, nilai yang tertera pada tabel berlaku pada kondisi STP yakni tekanan 1 atm, dan suhu ruangan 27oC. Nilai-nilai tersebut dipengaruhi oleh banya parameter seperti tekanan udara, gravitasi dan suhu udara. Untuk membahas pengaruh variabel lebih jauh akan dikaji pada bagian Termodinamika.

    Contoh Soal

    1. Sebongkah es batu dipanaskan dari suhu -15oC ke suhu 120oC. Jika proses tersebut terjadi pada keadaan STP, maka jumlah energi panas yang diserap es tersebut adalah ….
    2. Sebuah pemanas listrik dengan daya 300 watt digunakan untuk memanaskan 1 liter air dari suhu 10oC sampai ke 90oC. Jika efektifitas pemanas air adalah 70%, maka lama proses lama porses pemanasan adalah …
  • Membuat Persamaan Matematis Besaran Kalor Pada Asas Black

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

    1. Qlepas = Qterima

    Qlepas = Qterima

    m Cair ΔTlepas = m Cair ΔTterima

    T15,5 – Tx = Tx – T14,5

    2Tx = 15,5oC + 14,5oC

    Tx = 15oC

    2. – Qlepas = Qterima

    – Qlepas = Qterima

    – m CairΔTlepas = – m Cair ΔTterima

    – (Tx – T15,5) = Tx – T14,5

    – Tx + T15,5 = Tx – T14,5

    2Tx = 15,5oC + 14,5oC

    Tx = 15oC

    Secara matematis kedua metode yang digunakan menghasilkan nilai yang sama yakni 15oC. Hanya terdapat perbedaan Qlepas = Qterima yang menghasilkan T15,5 – Tx dan Qlepas = Qterima dan menghasilkan tinjauan perubahan temperature – (Tx – T15,5).

    T15,5 – Tx 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.

    – (Tx – T15,5) berasal asumsi bahwa kalor yang lepas ditandai dengan negatif. Tanda negatif ini menunjukkan bahwa kalor pada benda bersuhu tinggi kehilangan kalor (- Qlepas) ke benda bersuhu rendah, sehingga di benda bersuhu rendah bernilai positif.

    Secara matematis posisi Tx ini adalah posisi ke dua setelah proses pencampuran terjadi sedangkan T15,5 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 :

    Qlepas = Qterima

    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 :

    – Qlepas = Qterima

    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 Qlepas dan Qterima akan bertanda positif karena prinsipnya kalor selalu mengalir dari benda bersuhu tinggi ke rendah.

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

  • Hukum I Termodinamika – Kekekalan Energi

    Hukum I Termodinamika – Kekekalan Energi

    Ahmaddahlan.NET – Pada sejumlah air dimasukkan ke dalam panci kemudian dipanaskan, Air dalam panci yang keadaan awalnya berada dalam suhu kamar, mungkin 27oC sampai 33oC, perlahan-perlahan akan memanas. Pemanasan ini dilakukan dengan pemberian kalor dari luar sistem melalui nyala api ke dalam panci.

    Perubahan panas dalam panci (dQ) tentu saja tidak dapat diamati oleh mata manusia, namun kita dapat melihat indikator perubahan kalor di dalam panci melalui perubahan suhu yang terjadi (dT). Selain dari perubahan suhu, perubahan kalor juga menimbulkan dampak lain seperti perubahan tekanan (dP) dan perubahan Volume (dV).

    Hukum I Thermodinamika

    Dalam proses pemanasan air yang dilakukan, panas hanya dipindahkan dari lingkungan, api dari kompor gas, ke dalam sistem yakni air yang ada di dalam panci. Seketika ketika api dipadamkan, Panci adalah sebuah sistem tertutup maka kalor dalam panas akan segera keluar ke lingkungan kembali ketika suhu lingkungan lebih rendah dari suhu sistem.

    Hal ini menunjukkan bahwa tidak akan pernah ada energi yang hilang jika tinjaun dilakukan secara menyeluruh karena energi hanya meninggalkan sistem ke lingkungan. Dengan demikian Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnakan hanya dapat dipindahkan dari sistem ke sistem lain atau diubah dalam bentuk energi lain. Pernyataan ini dikenal sebagai hukum I Termodinamika atau hukum kekekalan Energi.

    Hukum I Termodinamika menyatakan bahwa setiap pemberikan kalor pada sistem akan membuat sistem memiliki energi untuk melakukan usaha (W) dan perubahan energi dalam

    Hukum I termodinamika menyatakan bahwa untuk setiap proses apabila kalor (Q) diberikan kepada sistem dan sistem melakukan usaha (W), maka akan terjadi perubahan energi dalam Δu.

    Δu = Q – W atau Q = Δu – W

    Δu = Perubahan Energi dalam (J)
    Q = Jumlah Kalor (J)
    W = Usaha Sistem (J)

    Hukum I Termodinamika

    Makna Fisis

    1. +Δu : Energi dalam naik
    2. -Δu : Energi dalam turun
    3. +Q : Sistem menerima panas
    4. – : Sistem mengeluarkan panas
    5. +W : sistem melakukan usaha
    6. -W : Sistem menerima usaha
  • Asas Black – Pengertian dan Contoh Kasus

    Asas Black – Pengertian dan Contoh Kasus

    AhmadDahlan.NET – Mandi dengan air hangat memang menjadi salah satu hal yang bisa membuat tubuh kembali segar, sayangnya bagi mereka yang tidak memiliki heater otomatis, mandi air hangat akan sedikit merepotkan. Pasalnya kita harus mencapurkan sejumlah besar air dingin dan sedikit air panas agar mendapatkan air hangat yang diinginkan. Secara tidak langsung yang kita lakukan untuk mendapatkan air hangat ini adalah implementasi dari Hukum II termodinamika terutama untuk Asas Black.

    Asas Black

    Panas memiliki karakteristik dapat saling bertukar secara alami dari benda yang bersuhu tinggi ke benda bersuhu lebih rendah. Kalor dari benda bersuhu tinggi akan terus menerus mengalir ke benda bersuhu rendah sampai akhirnya ke dua suhu benda tersebut sama. Jumlah kalor yang hilang dair benda bersuhu tinggi akan sama dengan jumlah kalor yang diterima benda dingin. Hal ini selanjutnya dikenal dengan asaz Black.

    Secara matematis, Asaz Black dapat ditulis :

    Qlepas = Qterima

    Menurut Black, Panas akan mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah sampai akhirnya ke dua benda tersebut mencapai kesetimbangan termal. Oleh karena itu hal ini tidak akan terjadi sebaliknya dimana panas pindah dengan sendirinya dari benda bersuhu rendah ke benda bersuhu tinggi. Dibutuhkan usaha dari luar untuk membalik kondisi tersebut dan hal ini selanjutnya diimplementasikan dalam bentuk refrigrator.

    Contoh Kasus Asas Black

    Misalkan dua zat cair masing berkalor jenis c1 dan c2 bermassa m1 dan m2. Jika keduanya dicampurkan lalu dianggap tidak ada kalor yang hilang ke lingkungan dam c2 memiliki suhu yang lebih tinggi dibandingkan c1, maka suhu akhirnya campuran dari kedua zat adalah …

    Qlepas = Qterima

    m2C2(TT-TM) = m1C1(TM-TR)

    m2C2TT – m2C2TM = m1C1TM – m1C1TR

    m1C1TM + m2C2TM = m2C2TT + m1C1TR

    TM = (m2C2TT + m1C1TR) / (m1C1+ m2C2)

    Dimana TM adalah suhu akhir campuran kedua zat cari tersebut. Jika kedua zat cari tersebut berasal dari zat yang sama (C1 = C2) maka suhu akhir keduanya adalah

    TM = (m2TT + m1TR) / (m1+ m2)

    untuk kasus dua benda dengan massa sama dan jenis yang sama hanya berbeda dari suhunya, maka suhu akhir campurannya adalah :

    TM = (TT + TR) / (2)

    Latihan Soal

    1. Misalkan suhu udara saat dingin sehingga kamu ingin mandi dengan air hangat bersuhu 40oC. Berapakah banyakkah air yang akan kalian panasakan hingga mendidih jika jumlah air yang kamu gunakan mandi adalah 80 L?