Bagaimana cara menentukan jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu suatu benda?

Kalor

Kalor adalah salah satu bentuk energi yang dapat berpindah dari benda yang satu benda yang lain. Setiap ada perbedaan suhu antara dua sistem, maka akan terjadi perpindahan kalor. Kalor mengalir dari sistem bersuhu tinggi ke sistem yang bersuhu lebih rendah.

Table of Contents Show

2. Jumlah Kalor yang Dibutuhkan untuk Menaikkan
2. Kalor dan Perubahan Wujud Zat
Video yang berhubungan

Satuan SI untuk kalor adalah joule (J). Satuan kalor lainnya adalah kalori.

1 kalori = banyak kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram air sebesar 1OC.

Kalor Jenis dan Kapasitas Kalor

Bagaimana menghitung berapa banyak kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu zat hingga mencapai suhu yang diinginkan?

Secara induktif, semakin besar kenaikan suhu suatu benda maka semakin besar pula kalor yang diserapnya. Selain itu, kalor yang diserap benda juga bergantung massa benda dan bahan penyusun benda.

Secara matematis untuk menghitung kalor dapat di tulis seperti berikut:

dengan :

Q = banyaknya kalor yang diserap/dilepas (J)

m = massa zat (kg)

c = kalor jenis benda (j/kgOC)

∆T = perubahan suhu (oC)

Kalor jenis benda (zat) menunjukkan banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk menaikkan suhunya sebesar satu satuan suhu (°C). Setiap benda (zat) memerlukan kalor yang berbeda-beda meskipun untuk menaikkan suhu yang sama dan massa yang sama.

Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat sebesar 1oC.

Kapasitas kalor dapat dirumuskan :

Hubungan kapasitas kalor dan kalor jenis adalah sebagai berikut:

Jadi hubungan banyaknya kalor, dengan kalor jenis, dan kapasitas kalor dapat dituliskan:

dengan:

Q = banyaknya kalor yang diserap/dilepas (J)

m = massa zat (kg)

c = kalor jenis benda (J/kgOC)

∆T = perubahan suhu (oC)

C = kapasitas kalor ( J/oC)

Hukum kekekalan Energi Kalor(Asas Black)

Jika dua zat atau lebih mempunyai suhu yang berbeda dan terisolasi dalam suatu sistem, maka kalor akan mengalir dari zat yang suhunya lebih tinggi ke zat yang suhunya lebih rendah. Dalam hal ini akan berlaku hukum kekekalan energi kalor. Bunyi Hukum kekekalan energi kalor yaitu, jumlah kalor yang hilang dari zat yang bersuhu tinggi sama dengan kalor yang diserap oleh zat yang suhunya lebih rendah. Hukum Kekekalan Energi Kalor juga biasa disebut dengan asas black.

Secara matematis hukum Kekekalan energi kalor dapat dituliskan sebagai berikut

Kalor Laten

Jika benda menerima kalor maka ada dua kemungkinan, yaitu suhu benda akan naik atau wujud benda benda tersebut berubah. Sebagai contohnya: Ketika es batu diberi sejumlah kalor maka suhu es batu tersebut tidak langsung berubah, justru terjadi perubahan wujud es batu menjadi cair. Ketika es batu berubah wujud suhunya tidak mengalami kenaikkan meski ada penambahan kalor. Kalor yang diberikan ke es tidak digunakan untuk mengubah suhu es, tetapi untuk mengubah wujud benda. Kalor ini disebut kalor laten. Kalor laten adalah kalor yang dibutuhkan 1 kg zat untuk berubah wujud.

Berikut ini beberapa jenis kalor laten:

1. Kalor uap dan kalor embun (cair-gas atau gas-cair)

Kalor uap adalah kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud 1 kg zat cair menjadi uap pada titik didihnya. Sedangkan kalor embun adalah kalor yang dilepas untuk mengubah wujud 1 kg uap menjadi cair pada titik leburnya.

Kalor uap suatu zat sama dengan kalor embun zat tersebut.

Rumus untuk menghitung banyaknya kalor yang diperlukan untuk menguapkan sejumlah zat adalah sebagai berikut:

dengan:

Q = Jumlah kalor (J)

m = massa zat (kg)

Lu = kalor uap (J/kg)

2. Kalor lebur dan kalor beku

Kalor lebur adalah kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud 1 kg zat padat menjadi cair pada titik leburnya. Sedangkan kalor beku adalah kalor yang dilepaskan untuk mengubah wujud 1 kg zat cair menjadi padat.

Besarnya kalor lebur suatu zat sama dengan kalor zat tersebut.

Rumus untuk menghitung banyaknya kalor yang diperlukan untuk melebur sejumlah zat adalah sebagai berikut:

dengan:

Q = Jumlah kalor (J)

m = massa zat (kg)

Lb = kalor beku(J/kg)

3. Kalor yang dibutuhkan untuk mengubah es menjadi uap

Agar lebih mudah dalam memahami cara menghitung banyaknya kalor untuk menguapkan es, perhatikan gambar grafik suhu air vs energi berikut:

dengan:

A : kalor yang diberikan pada es menyebabkan suhu es naik dari -30oC menjadi 0oC.

B : ketika es mencapai suhu 0oC, kalor yang diberikan tidak menaikkan suhu (suhunya tetap) akan tetapi menyebabkan es mencair. Meskipun kalor terus ditambahkan suhunya akan tetap sampai semua es telah mencair.

C : Setelah semua es mencair, kalor yang diberikan digunakan untuk menaikkan suhu air dari 0oC Sampai 100oC.

D : Saat suhu air mencapai 100oC, Kalor yang diberikan digunakan untuk mengubah wujud air dari fase cair ke fase gas. Sehingga suhu air akan tetap meskipun kalor terus ditambahkan. Suhunya akan naik ketika semua air telah menjadi uap

E : Karena semua air telah berubah fasenya menjadi uap maka kalor ditambahkan digunakan untuk menaikan suhu uap air.

Contoh Soal tentang kalor dan pembahasannya

6 5 dengan Q, dan perubahan suhu dinyatakan dengan DT perubahan suhu, maka hubungan kalor dengan perubahan suhu dapat dinyatakan dengan persamaan: Q ≈ Δ Δ Δ Δ ΔT Dengan demikian, kalor merupakan salah satu bentuk energi, karena kalor adalah energi panas yang mengalir dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Kalor diukur dengan satuan kalori. Satu kalori yaitu banyaknya energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu sebesar James Prescott Joule yang telah menemukan kesetaraan energi 1 kalori setara dengan 4,186 joule. Jendela Sains Gbr. 3.43 Salah satu faktor banyaknya kalor ketika pemanasan air berupa peningkatan suhu Gbr. 3.44 Memasak air memerlukan energi kalor, semakin lama memasaknya dan se- makin banyak airnya, maka energi kalor yang dibtuhkan pun semakin banyak. Gbr. 3.42 Alat percobaan Joule 1°C pada 1 gram air. Air yang massanya 1.000 gram dinaikkan suhunya dari 24°C menjadi 25°C dibutuhkan energi sebesar 1.000 kalori. Sedangkan berdasarkan satuan SI, energi kalor dinyatakan dengan joule J. Joule berasal dari percobaan James Prescott Joule, bahwa 1 kalori sebanding dengan 4,186 yang dibulatkan menjadi 4,2 joule 1 kalori = 4,2 joule sehingga 1 joule itu sebanding dengan 4,2 kalori 1 joule = 4,2 kalori.

2. Jumlah Kalor yang Dibutuhkan untuk Menaikkan

Suhu Zat Setelah kamu mengetahui perubahan suhu selama pemanasan sebagai salah satu faktor yang memengaruhi bayaknya kalor untuk menaikkan suhu suatu zat, maka dari kegiatan berikut ini kamu akan memahami faktor lainnya. Ketika memanaskan air semakin lama waktunya semakin tinggi kenaikan suhunya, dan semakin tinggi suhunya semakin banyak pula energi kalor yang diperlukannya. Dengan demikian perubahan suhu berpengaruh terhadap banyaknya energi kalor yang diperlukan. Selain perubahan suhu, ada dua faktor lagi yang dapat memengaruhi banyaknya energi kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu zat. Berikut ini uraian dua faktor yang lainnya itu. Di unduh dari : Bukupaket.com 6 6 Dari kegiatan yang sudah kamu lakukan, dapat diambil kesimpulan bahwa waktu yang diperlukan untuk menaikkan suhu zat cair dipengaruhi oleh jumlah zat cair. Semakin banyak zat cair maka semakin lama waktu yang diperlukan untuk menaikkan suhu zat. Dengan demikian, kalor yang diperlukan lebih banyak. Banyaknya benda yang dipanaskan pada umumnya dinyatakan dengan massa benda. Massa benda dilambangkan dengan m dengan satuan kilogram kg. Maka, banyaknya kalor yang dibutuhkan Q sebanding dengan massa benda atau secara bentuk persamaannya: Q ≈ m Banyaknya kalor yang diperlukan antara air dan minyak goreng yang sama massanya akan berbeda. Minyak goreng akan lebih cepat panas dibandingkan air, sehingga kalor yang dibutuh- Gbr. 3.46 Minyak kelapa memiliki kalor jenis lebih kecil dari air, sehingga apabila dipanaskan memerlukan energi kalor daripada air 0 1 2 3 4 5 6 7 8 6 2 5 8 5 4 5 0 4 6 4 2 3 8 3 4 3 0 s u h u T C waktu m e n i t Gbr. 3.45 Grafik perubahan suhu air dengan massa 50 ml. Banyaknya energi kalor dipengaruhi oleh massa zat. Coba kamu buatkan grafik yang serupa untuk air yang massanya 100 ml. kan air intuk mencapai suhu tersebut, lebih banyak. Dengan demikian faktor ketiga yang memengaruhi jumlah kalor yang dibutuhkan adalah jenis zat. Banyaknya kalor yang diperlukan setiap kilogram zat untuk menaikkan suhu satu Kelvin disebut kalor jenis. Banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhunya sebanding dengan kalor jenis benda itu. Kalor jenis dilambangkan dengan c, dan banyaknya kalor dengan Q, maka terbentuk persamaan: Q ≈ c Besarnya kalor jenis pada beberapa zat berbeda-beda. Satuan kalor jenis dalam SI adalah joule per kilogram Kelvin Jkg.K, atau dalam joule per kilogram derajat Celsius Jkg°C. Besarnya kalor jenis pada beberapa zat dapat kamu amati pada tabel berikut. Tabel 3.3 Kalor Jenis Beberapa Zat dalam Jkg.K Zat Jkg.K Air 4.184 Alkohol 2.450 Aluminium 920 Karbon grafit 710 Zat Jkg.K Pasir 664 Besi 450 Tembaga 380 Perak 235 Di unduh dari : Bukupaket.com 6 7 Dengan demikian, kalor yang diperlukan untuk menaikkan atau menurunkan suhu benda bergantung kepada massa m dengan satuannya kilogram kg, kalor jenis c dengan satuannya Jkg.K atau Jkg °C, dan perubahan suhu ΔT dengan satuannya Kelvin atau °C. Hubungan antara banyaknya kalor Q, massa benda m, kalor jenis c, dan perubahan suhu ΔT dapat dinyatakan dengan persamaan: Q = m.c. Δ Δ Δ Δ ΔT Tabel 3.4 Kalor Jenis Beberapa Zat dalam Jkg °C Zat Jkg °C Air 4.200 Alkohol 2.400 Es 2.100 Udara 1.000 Aluminium 900 Kaca 670 Raksa 140 Besi 460 tembaga 390 Perak 230 Contoh Soal: Sepotong besi 500 gram memiliki suhu 310 K. Besi itu dibiarkan hingga mencapai suhu kamar sekitar 300 K. Kalor jenis besi 450 J kg.K. Hitunglah kalor yang dilepaskan Jawaban: Diketahui: – massa besi m = 500 gram = 0,5 kg perubahan suhu DT = suhu akhir – suhu awal = 300 K – 310 K = –10 K, berarti negatif besi melepaskan energi kalor. – kalor jenis c = 450 Jkg.K Yang ditanyakan: – Banyak kalor yang dilepaskan besi Q ..... joule Maka: Q = m.c. DT = 0,5 x 450 x –10 = –2.250 joule, karena bernilai negatif, maka besi itu melepaskan kalor sebesar 2.250 joule. Apabila ΔT bernilai negatif, maka nilai Q negatif, yang berarti telah terjadi pelepasan energi kalor pada benda. Apabila ΔT bernilai positif, maka nilai Q positif, berarti telah terjadi penerimaan energi kalor pada benda. Jendela Sains termometer pengaduk tabung luar tabung dalam sebagai kalorimeter Gbr. 3.47 Kalorimeter sederhana, alat untuk mengetahui banyaknya kalor yang diterima atau dilepaskan suatu benda Selain dengan menggunakan rumus, untuk mengetahui banyaknya kalor yang diterima atau yang dilepaskan benda dapat meng- gunakan alat yang disebut kalorimeter. Besi misalnya dimasukkan ke dalam kalorimeter. Dengan memperhatikan perubahan suhu pada termometer, kamu dapat menghitung per- samaan tadi. Di unduh dari : Bukupaket.com 6 8 1. Sejumlah energi yang dimiliki benda untuk memindahkan suhu disebut .... 2. Kalor dapat mengalir dari benda yang bersuhu ... ke benda yang bersuhu .... 3. Energi total yang berupa energi kinetik dan energi potensial pada seluruh partikel suatu zat disebut .... Latihan