KALOR

·       Kalor didefinisikan sebagai energy yang berpindah karena adanya perpindahan suhu.

·       Benda yang menerima kalor suhunya akan naik, dan benda yang melepaskan kalor suhunya akan turun.

·       Benda jika terus dipanaskan akan mengalami perubahan wujud atau fase. Selama mengalami perubahan wujud suhu tetap.

·       Kalor yang diserap digunakan untuk melakukan perubahan wujud

·       Jia terus dipanaskan akan mengalami kenaikan suhu dan pemuaian

·       Banyaknya alor yang diterima atau dilepaskan sbeuah benda sebanding dengan massa (m) dan perubahan suhu (∆T) benda.

Q ~ m.∆T

·       Perbandingan kalor dengan massa dikalikan perubahan suhu (m ∆T) adalah tetap untuk sebuah benda, dan disebut kalor jenis untuk benda tersebut.

Q = m. c . ∆T

·       Satuan kalor selain joule adalah kalori

·       1 kal = 4,186 joule atau 1 kkal = 4186 joule

·       Jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu suatu benda sebesar 1^oC atau 1 K disebut KAPASITAS PANAS ( C ) dengan satuan J/K.

C = c m

Q = C ∆T

 

PERUBAHAN WUJUD

·       Setiap zat dapat memiliki wujud (fase) padat, cair, atau gas.Yangmenentukan wujud suatu gas adalah suhu dan tekanan zat tersebut.

·       

GAS

Ada 6 proses perubahan wujud.

                                       

                                        Menyublim                               Menguap

Menyublim                                         Mengembun

CAIR

PADAT

                              mencair

                              membeku

Suhu benda saat terjadi perubahan wujud tersebut:

       1.          Titik beku ketika zat sedang membeku

       2.          Titik lebur /titik leleh ketika zat sedang melebur atau mencair

       3.          Titik didih ketika zat sedang menguap

       4.          Titik embun ketika zat sedang mengembun

·       Besarnya kalor (Q) yang diperlukan suatu zat untuk melakukan perubahan suatu wujud hanya tergantung pada massa zat (m).

·       Q ∞ m

·       Kalor yang diperlukan tiap satuan massa saat terjadi perubahan zat disebut KALOR LATEN (L)

·       Q = L m

·       Kalor late nada dua macam:

                           1.          Kalor Lebur = Kalor Beku

-        Kalor lebur merupakan banyaknya kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud 1 kgzat padat menjadi zat cair

-        Kalor beku merupakan banyaknya kalor yang dilepaskan untuk mengubah 1 kg zat cair menjadi zat padat

-        Kedua jenis kalor ini disimbolkan dengan (Ql)

                           2.          Kalor Uap = Kalor Didih

-        Kalor uap adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud 1 kg zat cair menjadi gas

-        Kalor didih adalah banyaknya kalor yang dilepasan oleh 1 kg gas menjadi zat cair

-        Kedua jenis kalor ini disimbolkan sebagai (Qu)

PERPINDAHAN KALOR

·       Kalor adalah energy yang merambat karena perbedaan suhu

·       Media perambatan kalor dapat berupa zat padat, zat cair, dan gas

·       Selain itu kalor juga dapat ditangkap dan dipancarkan tanpa media perambatan

1.                  KONDUKSI

-        Konduksi merupakan perpindahan kalor melalui zat perantara tanpa disertai perpindahan partikel suatu zat

-        Laju konduksi didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang mengalir tiap satuan waktu. Besarnya laju konduksi:

ü Sebanding dengan luas penampang (A) dalam satuan m²

ü Sebanding dengan perbedaan suhu (∆T) dalam satuan ^oC atau K

ü Berbanding terbalik dengan panjang (L) dalam satuan meter

ü Sebanding dengan konduktivitas termal zat (k) dalam satuan J/s.m.^oC atau J/s.m.K

-        Konduktivitas termal merupakan karakteristik suatu zat

-        Zat yang memiliki konduktivitas termal besar disebut konduktor yang baik, sedangkan benda yang konduktivitasnya kecil disebut isolator yang baik

                           2.          KONVEKSI

-        Konveksi merupakan perpindahan kalor melalui zat perantara dengan disertai perpindahan partikel suatu zat. Konveksi terjadi pada fluida, yaitu zat cair dan gas. Banyaknya kalor yang dipindahkan ke fluida setiap satuan waktu disebut laju konveksi yang besarnya:

ü Sebanding dengan luas permukaan/penampang ( A ) benda yang bersentuhan dengan fluida satuannya m²

ü Sebanding dengan perbedaan suhu (∆T) dalam satuan K

ü Sebanding dengan koefisien konveksi (h) dalam satuan W/m²K

= h A ∆T

-        Besarnya nilai koefisien onveksi (h) bergantung pada visositas fluida, kecepatan fluida, perbedaan temperature antara permukaan dan fluida, kapasitas pana fluida, rapat massa fluida, dan bentuk permuaan kontak

                           3.          RADIASI

-        Radiasi merupaan perpindahan kalor tanpa melalui media. Setiap benda yang suhunya lebih tinggi dari lingkungan akan memancarkan kalor secara radiasi.

-        Kalor per satuan waktu ) yang dipancarkan sebuah benda besarnya sebanding dengan:

ü Luas permukaan (A) dalam satuan m²

ü Pangkat 4 suhu mutlak (T⁴) dalam satuan K⁴

ü Konstanta Stefan Boltzman (σ = 5,67 x 10^-8 W/m²K²)

= σ e A T4

-        Emivisitas ( e ) sebuah benda bergantung pada warna dan kekasaran permukaan benda

-        Benda hitam sempurna, e = 1. Benda putih sempurnaa, e = 0. Semakin kasar permukaan benda, maka semakin besar nilai e.

-        Contoh radiasi alor dalam kehidupan sehari-hari antara lain:

ü Pancaran kalor api unggun

ü Pancaran kalor dari lampu

ü Pancaran kalor pada cahaya matahari

ASAS BLACK

·       Dalam system yang terisolasi, berlaku hukum kekelana energy

·       Jika terjadi transfer energy melalui kalor dimana benda bersuhu tinggi melepasan kalor dan benda bersuhu rendah menyerap kalor ssehingga tercapai kesetimbangan termal, maka besarnya kalor yang dilepaskan sama dengan kalor yang diserap.

Qlepas = Qterima

CONTOH SOAL

 

1.                  Berapa besar kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebatang besi yang massanya 10 kg dari 20° C menjadi 100° C, jika kalor jenis besi 450 J/kg?

Diketahui : m = 10 kg

                     ∆T = 100 – 20 = 80° C

                     c = 450 J/kg

Ditanyakan : Q = ...?

Jawab :

Q = m × c × ∆T

= 10 × 450 × 80

= 360 kJ

Jadi, kalor yang dibutuhkan sebatang besi tersebut sebesar 360 kJ.

2.                  Sepotong besi yang memiliki massa 3 kg, dipanaskan dari suhu 20° C hingga 120° C. Jika kalor yang diserap besi sebesar 135 kJ. Tentukan kapasitas kalor besi dan kalor jenis besi?

Diketahui :  m = 3 kg

                    ∆T = 120° – 20° = 100° C

                    Q = 135 Kj = 135 x 10³ J

Ditanyakan :         a. C = ...?

                    b. c = ...?

Jawab :

a. Kapasitas kalor besi                                           b. Kalor jenis besi

                                                                     

C =                                                                       c = Cm

   =                                                                          =1350 J/⁰ C x 3kg                  

   = 1350 J/°C                                                        = 450 J/kg °

3. Air sebanyak 0,5 kg yang bersuhu 100° C di tuangkan ke dalam bejana dari aluminium yang memiliki massa 0,5 kg. Jika suhu awal bejana sebesar 25° C, kalor jenis aluminium 900 J/kg °C, dan kalor jenis air 4.200 J/kg °C, maka tentukan suhu kesetimbangan yang tercapai! (anggap tidak ada kalor yang mengalir ke lingkungan).                   SUHU AKHIR YG DICAPAI

Diketahui :          mbjn = 0,5 kg

                              m_air = 0,5 kg

                               T_air = 100° C

                        T_bejana = 25° C

                              C_air = 4.200 J/kg °C

                         c_bejana = 900 J/kg °C

Ditanyakan : T_termal = ...?

Jawab :

Q_lepas = Q_terima

m × c_air × ∆T _air = m × c_bejana × ∆T _bejana

0,5 × 4.200 × (100 – T_termal) = 0,5 × 900 × (Ttermal – 25)

210.000 – 2.100 T_termal = 450 T_termal – 11.250

2.550 Ttermal = 222.250

Ttermal =

         = 87,156° C

Jadi, suhu kesetimbangannya adalah 87,156° C.

4. Diketahui suhu permukaan bagian dalam dan luar sebuah kaca jendela yang memiliki panjang 2 m dan lebar 1,5 m berturut turut 27° CNdan 26° C. Jika tebal kaca tersebut 3,2 mm dan konduktivitas termal kaca sebesar 0,8 W/m °C, maka tentukan laju aliran kalor yang lewat jendela tersebut!

Diketahui:        d = 3,2 mm = 3,2 × 10-3 m2

                                        A = 2 ×1,5 = 3 m²

                        ∆t = 27 – 26 = 1° C

                        k = 0,8 W/m °C

Ditanyakan : H = ...?

Jawab :

H         = k × A ×

            = 0,8 × 3 ×

5. Sebuah plat tipis memiliki total luas permukaan 0,02 m2. Plat tersebut di panaskan dengan sebuah tungku hingga suhunya mencapai 1.000 K. Jika emisitas plat 0,6, maka tentukan laju radiasi yang dipancarkan plat tersebut!

Diketahui:        A = 0,02 m2

                        T = 1.000 K

                        e = 0,6

                        σ= 5,67× 10^-8 W/mK4

Ditanyakan : H = ...?

Jawab :

H = Ae􀁖 T4

= 0,02 × 0,6 × (5,67× 10^-8) × (1.000)⁴

= 6.804 W

Jadi, laju radiasi yang dipancarkan plat sebesar 6.804 W.

6. Berapa banyak kalor yang diperlukan untuk mengubah 2 gram es pada suhu 0° C menjadi uap air pada suhu 100° C? (cair = 4.200 J/kg °C,c_lebut = 336 J/g, dan c_uap = 2.260 J/g)

Diketahui:       m = 2 g = 2 × 10-3 kg

                        ∆T = 100° – 0° = 100° C

                        cuap = 2.260 J/g

                        c_Lebur = 336 J/g

                        cair = 4.200 J/kg °C

Ditanyakan : Qtot = ...?

Jawab :

Kalor lebur

Q1 Proses Lebur

Q1 = m L

= 2 × 336

= 672 J

Q2 Proses menaikkan suhu

Q2 = m cair ∆T

= 2 × 10-3 × 4.200 × 100

= 840 J

Q3 Proses penguapan

Q1 = m c_u

= 2 × 2.260

= 4.420 J

Qtotal = Q1 + Q2 + Q3

= 672 + 840 + 4.420

= 6.032 J

Jadi, kalor yang dibutuhkan sebesar 6.032 J

Kalor (Energi Panas)

           Kalor dikenal sebagai bentuk energi yaitu energi panas dengan notasi Q

Satuan Kalor :

           Satuan kalor adalah kalori (kal) atau kilo kalori (k kal)

1 kalori/kilo kalori adalah : jumlah kalor yang diterima/dilepaskan oleh 1 gram/1 kg air untuk menaikkan/menurunkan suhunya 1⁰ C.

Kesetaraan antara satuan kalor dan satuan energi.

           Kesetaraan satuan kalor dan energi mekanik ini ditentukan oleh PERCOBAAN JOULE.

1 joule = 0,24 kal

1 kalori = 4,2 joule

          

                                                                atau

Harga perbandingan di atas disebut TARA KALOR MEKANIK.

Kapasitas kalor atau Harga air / Nilai air (H)

            Kapasitas kalor suatu zat ialah banyaknya kalor yang diserap/dilepaskan untuk menaikkan/menurunkan suhu 1⁰ C

            Jika kapasitas kalor/Nilai air = H maka untuk menaikkan/menurunkan suhu suatu zat sebesar Dt diperlukan kalor sebesar :

	Q = H . Dt

 

Q   dalam satuan k kal atau kal

H   dalam satuan k kal / ⁰C atau kal / ⁰C

Dt  dalam satuan ⁰C

Kalor Jenis (c)

            Kalor jenis suatu zat ialah : banyaknya kalor yang diterima/dilepas untuk menaikkan/menurunkan suhu 1 satuan massa zat sebesar 1⁰ C.

            Jika kalor jenis suatu zat = c, maka untuk menaikkan/menurunkan suatu zat bermassa m, sebesar Dt  ⁰C, kalor yang diperlukan/dilepaskan sebesar :

	Q = m . c . Dt

 

Q    dalam satuan k kal atau kal

m    dalam satuan kg atau g

c     dalam satuan k kal/kg ⁰C atau kal/g ⁰C

                 Dt   dalam satuan ⁰C

                 Dari persamaan di atas dapat ditarik suatu hubungan :

                               H . Dt = m . c . Dt

H = m . c

 

                                                              

Perubahan wujud.

            Semua zat yang ada di bumi ini terdiri dari 3 tingkat wujud yaitu :

-        tingkat wujud padat

-        tingkat wujud cair

-        tingkat wujud gas

Kalor Laten (L)

            Kalor laten suatu zat ialah kalor yang dibutuhkan untuk merubah satu satuan massa zat dari suatu tingkat wujud ke tingkat wujud yang lain pada suhu dan tekanan yang tetap.

Jika kalor laten = L, maka untuk merubah suatu zat bermassa m seluruhnya ke tingkat wujud yang lain diperlukan kalor sebesar :

Q = m . L

                                                   Dimana :

Q  dalam kalori atau k kal

m  dalam gram atau kg

L  dalam kal/g atau k kal/kg

-        Kalor lebur ialah kalor laten pada perubahan tingkat wujud padat menjadi cair pada titik leburnya.

-        Kalor beku ialah kalor laten pada perubahan tingkat wujud cair menjadi padat pada titik bekunya.

-        Kalor didih (kalor uap) ialah kalor laten pada perubahan tingkat wujud cair menjadi tingkat wujud uap pada titik didihnya.

Dibawah ini akan digambarkan dan diuraikan perubahan wujud air (H₂O) dari fase padat, cair dan gas yang pada prinsipnya proses ini juga dijumpai pada lain-lain zat.

Gambar perubahan wujud air.

 

              Suhu                                                                         

                                                                                                E

  100^o C                                                           D

                        B             C

      

      0^o C

            A      

                                                                                                            waktu

I.         

Q = m x ces x Dt

Di bawah suhu 0⁰ C air berbentuk es (padat) dan dengan pemberian kalor suhunya akan naik sampai 0⁰ C. (a-b) Panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu es pada fase ini adalah :

II.      Tepat pada suhu 0⁰ C, es mulai ada yang mencair dan dengan pemberian kalor suhunya tidak akan berubah (b-c). Proses pada b-c disebut proses MELEBUR (perubahan fase dari padat menjadi cair).

Panas yang diperlukan untuk proses ini adalah :

Q = m . Kl

                                                                  Kl = Kalor lebur es.

III.    Setelah semua es menjadi cair, dengan penambahan kalor suhu air akan naik lagi  (c-d)

Proses untuk merubah suhu pada fase ini membutuhkan panas sebesar :

	Q = m . cair . Dt

 

            Pada proses c-d waktu yang diperlukan lebih lama daripada proses a-b, karena kalor jenis air (c_air) lebih besar daripada kalor jenis es (c_es).

IV.    Setelah suhu air mencapai 100⁰ C, sebagian air akan berubah menjadi uap air dan dengan pemberian kalor suhunya tidak berubah (d-e). Proses d-e adalah proses MENDIDIH (Perubahan fase cair ke uap).

Panas yang dibutuhkan untuk proses tersebut adalah :

	Q = m . Kd

 

      Kd = Kalor didih air.

Suhu 100⁰ C disebut TITIK DIDIH AIR.

V.      Setelah semua air menjadi uap air, suhu uap air dapat ditingkatkan lagi dengan pemberian panas (e-f) dan besarnya yang dibutuhkan :

	Q = m . cgas . Dt

 

Proses dari a s/d f sebenarnya dapat dibalik dari f  ke a, hanya saja pada proses dari f ke a benda harus mengeluarkan panasnya.

Ø  Proses e-d disebut proses MENGEMBUN (Perubahan fase uap ke cair)

Ø  Proses c-b disebut MEMBEKU (Perubahan fase dari cair ke padat).

Besarnya kalor lebur = kalor beku

Pada keadaan tertentu (suhu dan tekanan yang cocok) sesuatu zat dapat langsung berubah fase dari padat ke gas tanpa melewati fase cair. Proses ini disebut sebagai SUBLIMASI.

Contoh pada kapur barus, es kering, dll. Pada proses perubahan fase-fase di atas dapat disimpulkan bahwa selama proses, suhu zat tidak berubah karena panas yang diterima/dilepas selama proses berlangsung dipergunakan seluruhnya untuk merubah wujudnya.

Hukum Kekekalan Energi Panas (Kalor)

Jika 2 macam zat pada tekanan yang sama, suhunya berbeda jika dicampur maka : zat yang bersuhu tinggi akan melepaskan kalor, sedangkan zat yang bersuhu lebih rendah akan menyerap kalor.

Jadi berlaku : Kalor yang diserap = kalor yang dilepaskan

Pernyataan di atas disebut “Asas Black” yang biasanya digunakan dalam kalorimeter, yaitu alat pengukur kalor jenis zat.

Rambatan Kalor.

Panas dapat dipindahkan dengan 3 macam cara, antara lain :

a.     Secara konduksi (Hantaran)

b.     Secara konveksi (Aliran)

c.      Secara Radiasi (Pancaran)

a.     KONDUKSI.

H = k . A .

Pada peristiwa konduksi, atom-atom zat yang memindahkan panas tidak berpindah tempat tetapi hanya bergetar saja sehingga menumbuk atom-atom disebelahnya, (Misalkan terdapat pada zat padat) Banyaknya panas per satuan waktu yang dihantarkan oleh sebuah batang yang panjangnya L, luas penampang A dan perbedaan suhu antara ujung-ujungnya Dt, adalah :

k adalah koefisien konduksi panas dari bahan dan besarnya tergantung dari macam bahan. Bila k makin besar, benda adalah konduktor panas yang baik. Bila k makin kecil, benda adalah isolator panas.

b.     KONVEKSI.

Pada peristiwa ini partikel-partikel zat yang memindahkan panas ikut bergerak. Kalor yang merambat per satuan waktu adalah :

	H = h . A . Dt

 

                                                                                        h = koefisien konveksi

      misalkan pada zat cair dan gas.

c.      RADIASI.

Adalah pemindahan panas melalui radiasi energi gelombang elektromagnetik. Energi panas tersebut dipancarkan dengan kecepatan yang sama dengan gelombang-gelombang elektromagnetik lain di ruang hampa (3 x 10⁸ m/det)

Banyaknya panas yang dipancarkan per satuan waktu menurut Stefan Boltzman adalah :

W	=	Intensitas radiasi yang dipancarkan per satuan luas, dinyatakan dalam : J/m2.det atau watt/m2
e	=	Emisivitas (Daya pancaran) permukaan
t	=	Konstanta umum = 5,672 x 10 –8
T	=	Suhu mutlak benda

W = e . t . T 4

Besarnya harga e tergantung pada macam permukaan benda 0 £ e £ 1

-        

e = 1

Permukaan hitam sempurna (black body)

-        Sebagai pemancar panas ideal.

-        Sebagai penyerap panas yang baik.

-        Sebagai pemantul panas yang jelek.

	e = 0

 

-        Terdapat pada permukaan yang lebih halus.

-        Sebagai pemancar panas yang jelek.

-        Sebagai penyerap panas yang jelek.

-        Sebagai pemantul yang baik.

Botol thermos dibuat dengan dinding rangkap dua dan diantaranya terdapat ruang hampa serta dinding-dindingnya dilapisi dengan perak, maksudnya adalah :

-               Karena adanya ruang hampa tersebut, praktis pemindahan panas lewat konduksi dan konveksi tidak terjadi.

-        Lapisan mengkilap dari perak dimaksudkan untuk memperkecil terjadinya pemindahan panas secara radiasi. (Permukaan mengkilap e = 0)