Pengaruh Kalor Terhadap Perubahan Suhu Benda

Suhu menyatakan tingkat panas benda. Benda memiliki tingkat panas tertentu karena di dalam benda terkandung energi panas. Untuk menaikkan suhu 200 g air, memerlukan energi panas yang lebih besar daripada 100 g air. Pada suhu yang sama, zat yang massanya lebih besar mempunyai energi panas yang lebih besar pula.

Energi panas yang berpindah dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah disebut kalor. Sebagai bentuk energi, dalam SI kalor mempunyai satuan joule (J). Satuan kalor yang populer (sering digunakan pada bidang gizi) adalah kalori dan kilokalori.

Energi panas yang disediakan oleh makanan diukur dalam kilokalori, sering disingkat kkal atau Kal (dengan K huruf kapital). Satu Kal makanan sama dengan 1.000 kalori. Kita menggunakan kilokalori untuk makanan, karena kalori terlalu kecil untuk dipakai mengukur energi pada makanan yang dimakan (agar bilangan yang dikomunikasikan tidak terlalu besar).

Satu kalori adalah jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram air hingga naik sebesar 1°C Satu kalori sama dengan 4,184 J, sering dibulatkan menjadi 4,2 J

1. Kalor dan Perubahan Suhu Benda
Secara umum, suhu benda akan naik jika benda itu mendapatkan kalor. Sebaliknya, suhu benda akan turun jika kalor dilepaskan dari benda itu. Air panas jika dibiarkan lama-kelamaan akan mendingin mendekati suhu ruang. Hal ini menunjukkan bahwa sebagian kalor dilepaskan benda tersebut ke lingkungan. Berikut ini menunjukkan kalor jenis beberapa bahan.

ZAT (kkal/kg°C) (J/kg°C) ZAT (kkal/kg°C) (J/kg°C)
Air 1,00 4,19 x10³ Besi 0,11 4,6 x 10²
Alkohol 0,58 2,43 x10³ Tembaga 0,093 3,9 x 10²
Minyak tanah 0,52 2,2 x 10² Kuningan 0,09 3,8 x 10²
Air Raksa 0,033 1,4 x 10² Perak 0,056 2,3 x 10²
Es 0,5 2,09 x 10³ Emas 0,03 1,3 x 10²
Alumunium 0,22 9,2 x 10² Timbal 0,03 1,3 x 10²
Kaca 0,16 6,7 x 10² Pasir (Grafit) 0.158 6,64 x 10²

Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk menaikkan suhunya sebesar  1°C
Q = m x c x ∆T
Q = banyaknya kalor satuan joule (J)
c = kalor jenis zat satuan J / kg °C
m = massa zat satuan kg
∆ T = perubahan suhu satuan °C

Pengaruh kalor terhadap suatu benda selain akan meningkatkan suhu suatu benda bisa mengakibatkan terjadinya perubahan wujud zat.

  1. Kalor dapat  menaikkan atau menurunkan  suhu. Semakin besar kenaikan suhu maka kalor yang diterima semakin banyak. Semakin kecil kenaikan suhu maka kalor yang diterima semakin sedikit. Maka hubungan kalor (Q) berbanding lurus atau sebanding dengan kenaikan suhu (∆ T) jika massa  (m) dan kalor jenis zat (c) tetap.
  2. Semakin besar massa zat (m) maka kalor (Q) yang diterima semakin banyak. Semakin kecil massa zat (m) maka kalor (Q) yang diterima semakin sedikit. Maka hubungan kalor (Q) berbanding lurus atau sebanding dengan massa zat (m) jika kenaikan suhu (∆ T) dan kalor jenis zat (c) tetap.
  3. Semakin besar kalor jenis zat (c) maka kalor (Q) yang diterima semakin banyak. Semakin kecil kalor jenis zat (c) maka kalor (Q) yang diterima semakin sedikit. Maka hubungan kalor (Q) berbanding lurus atau sebanding dengan kalor jenis zat (c)  jika kenaikan suhu (∆ T) dan massa zat (m) tetap.

Pengaruh Kalor Terhadap Perubahan Suhu Benda
Besarnya kalor (Q) yang diberikan pada sebuah benda sebanding dengan kenaikan suhu benda itu (Δt). Dapat dituliskan:

Q ≈ Δt
Keterangan:
Q = kalor (joule)
Δt = perubahan suhu (K) atau (°C)

Semakin lama pemanasan berarti kalor yang diterima air semakin besar dan suhu air semakin tinggi.

Hubungan Kalor dan Massa Benda
Jumlah kalor (Q) yang diserap benda untuk menaikkan suhu yang sama adalah sebanding dengan massa benda itu. Dapat dituliskan:

Q ≈ m
Keterangan:
Q = kalor (joule)
m = massa zat (kg)

Hubungan Kalor dan Jenis Zat
Untuk menaikkan suhu yang sama, jumlah massa zat sama, tetapi jenis zat berbeda membutuhkan kalor yang berbeda pula. Kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu bergantung pada jenis zat.
Dapat dituliskan:

Q≈c
Keterangan:
Q = kalor (joule)
c  = kalor jenis zat (j/kg°C)

Hubungan Kalor dan Jenis Zat

2. Kalor pada Perubahan Wujud Benda
Terjadinya perubahan wujud sering diamati dalam kehidupan sehari-hari. Contoh yang sering dijumpai, yaitu pada air mendidih kelihatan gelembunggelembung uap air yang menunjukkan adanya perubahan wujud dari air menjadi uap. Untuk mendidihkan air, diperlukan kalor. Jadi, untuk mengubah wujud zat cair menjadi gas diperlukan kalor.

Perubahan Wujud

Benda Cair Menjadi Uap
Kalor untuk mengubah wujud benda dari cair menjadi uap tergantung pada: massa zat dan kalor uap zat.  Dapat dituliskan:

Q = m.U
Keterangan:
Q = kalor (joule)
m = massa zat (kg)
U = kalor uap (j/kg)

Kalor didih atau kalor uap adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk mengubah dari wujud cair menjadi wujud gas pada titik didihnya.

Zat Titik Didih (°C) Kalor Didih (joule/kg)
Tembaga 1,187 5,07 x 10⁶
Air 100 2,26 x 10⁶
Air raksa 358 2,97 x 10⁵
Alkohol 78,3 8,54 x 10⁵
Oksigen -183 2,13 x 10⁵
Nitrogen -196 2,01 x 10⁵

Contoh Soal
Berapa jumlah kalor yang diperlukan untuk menguapkan 2 kg air pada suhu 100 oC, jika kaolr uap air 2260 kJ/kg ?
Penyelesaian:
Diketahui:     m =  2 kg
                      U =  2260 kJ/kg
Ditanya:        Q = ……….. ?
Jawab:           Q = m.U
                      Q = 2 kg x 2260 kJ/kg
                      Q = 4520 kJ
Jadi kalor yang diperlukan sebanyak  4520 kJ

Benda Padat Menjadi Cair
Kalor untuk mengubah wujud benda dari padat menjadi cair tergantung pada: massa zat dan kalor lebur zat, dapat dituliskan:

Q= m.L
Keterangan:
Q = kalor (joule)
m = massa zat (kg)
L = kalor lebur (j/kg)

Kalor lebur adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk mengubah dari wujud padat menjadi cair pada titik leburnya.

Zat Titik Lebur (°C) Kalor Lebur (joule/kg)
Alkohol -144 1,05 x 10⁴
Air (es) 0 3,36 x 10⁵
Tembaga 1.083 1,34 x 10⁵
Air Raksa -39 1,20 x 10⁴
Alumunium 660 4,03 × 10⁵
Oksigen -219 1,4 x 10⁴
Nitrogen -210 2,6 x 10⁴

Contoh Soal
Hitung banyaknya kalor yang diperlukan untuk meleburkan 500 gram es yang bersuhu – 10°C menjadi air yang bersuhu 0°C. Kalor jenis es = 2100 J/kg°C, kalor lebur es = 336000J/kg
Penyelesaian:
Diketahui:     m =  500 gram = 0,5 kg
                      ces =  2100 J/kg°C
                      Les =  336000 J/kg
Ditanya:        Q = ……….. ?
Jawab:           Q₁ = m.c.Δt (kalor untuk menaikkan suhu es dari – 10°C sampai 0°C)
                      Q₁ = 0,5 kg x 2100J/kg°C x 10 °C
                      Q₁ = 10500 J
                      Q₂ = m.L (kalor untuk meleburkan es pada titik leburnya 0°C)
                      Q₂ = 0,5 kg x 336000 J/kg
                      Q₂ = 168000 J
                      Q = Q₁ + Q₂
                      Q = 10500 J + 168000 J = 178500 J
Jadi kalor yang diperlukan sebanyak  178500 J.

AZAS BLACK
Jika benda bersuhu tinggi dicampur dengan benda bersuhu rendah maka benda yang bersuhu tinggi akan melepas kalor dan benda yang bersuhu rendah menerima kalor.

Jumlah kalor yang dilepas oleh benda bersuhu tinggi sama dengan jumlah kalor yang diterima benda yang bersuhu rendah. Atau dapat dituliskan:

Besar kalor lepas = Besar kalor terima
Qlepas = Qterima

Contoh Soal
Air sebanyak 200 gram bersuhu 40°C dicampur dengan 500 gram air yang bersuhu 80°C. Berapakah suhu air campuran tersebut ?
Penyelesaian:
Diketahui: m1 = 200 gram
m² = 500 gram
t₁ = 40 °C
t₂= 80 °C
Ditanya: ta = ……….. ?
Jawab: Qterima = Qlepas
m1 x c1 x ∆t1 = m2 x c2 x ∆t2 (c1 dan c2 sama)
m1x ∆t1 = m2 x ∆t2
m1 x (ta – t1 ) = m2 x (t2 – ta )
200 x (ta – 40 ) = 500 x (80 – ta )
200.ta – 8000 = 40000 – 500.ta
700.ta = 48000
ta = 68,5 °C
Jadi suhu air campuran 68,5 °C.

Kalor Laten
Kalor laten di definisikan sebagai kalor yang diperlukan oleh satu kilogram zat untuk berubah wujud. Kalor latn juga disebut kalor tersembunyi. Jenis-jenis kalor laten antara lain sebagai berikut.

  1. Kalor uap. Kalor uap didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk merubah wujud dari cair menjadi gas.
  2. Kalor embun. Kalor embun didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang dilepaskan oleh 1 kg zat untuk merubah wujud dari gas menjadi cair.
  3. Kalor lebur. Kalor lebur didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk merubah wujud dari padat menjadi cair.
  4. Kalor beku. Kalor beku didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang dilepaskan oleh 1 kg zat untuk merubah wujud dari cair menjadi padat
Category:
Ilmu Pengetahuan
Tags:

,