a.Pengertian Kalor
Kalor merupakan salah satu bentuk energi, berarti kalor merupakan suatu besaran fisika yang dapat diukur. Alat yang digunakan untuk mengukur kalor disebut kalorimeter.
Satu kalori didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 gram air sehingga suhunya naik 1 oC
b. Kalor jenis dan kapasitas kalor
Kalor jenis suatu zat didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan atau dilepaskan untuk menaikkan atau menurunkan suhu satu satuan massa zat itu sebesar satu satuan suhu.
Q = m . c . T atau
c =
Dengan :
Q = kalor (J atau kal)
m = massa benda (kg atau gram)
T = perubahan suhu (K atau oC)
c = kalor jenis (J/kg.K atau kal/gramoC)
c.Kapasitas kalor dapat didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan atau dilepaskan untuk mengubah suhu benda sebesar satu satuan suhu.
C =
Dengan :
C = kapasitas kalor (J/K)
Q = kalor (J atau kal)
Contoh soal :
Sepotong tembaga yang massanya 5 kg dinaikkan suhunya sebesar 10 K dengan menggunakan pemanas listrik berdaya 1 kW. Ternyata untuk itu diperlukan waktu 20 detik. Anggap bahwa efisiensi pemanas itu 100%.
Berapakah kalor jenis tembaga menurut hasil percobaan ini ?
Berapakah kapasitas kalor tembaga itu ?
T = perubahan suhu (K atau oC)
Penyelesaian :
Dik. Dit:
m = 5 kg a. Energi kalor
T = 10 K b. Kalor jenis
P = 1 kW = 1000 W c. Kapasitas kalor
t = 20 s
a.Energi kalor yang dihasilkan pemanas adalah :
Q = W
= P . t
= 1000 . 20 = 20.000 joule
b.Kalor jenis tembaga :
c = = = 400 J/kg.K
b. Kapasitas kalor 5 kg tembaga
C = = = 2000 J/K
B.Pengaruh Kalor terhadap perubahan wujud zat
1.Menguap
Menguap adalah proses perubahan wujud zat dari zat cair menjadi zat gas disertai penyerapan energi
Kalor yang dibutuhkan untuk mengubah wujud 1 kg zat dari zat cair menjadi zat gas pada titik didihnya disebut kalor uap (U).
Besar kalor uap di rumuskan sebagai:
Q = M.U
Dengan:
Q = kalor dibutuhkan (J)
m = massa benda (kg)
c. Kalorimeter
Kalorimeter adalah alat untuk mengukur kalor
d. AsasBlack
Kalor yang diterima = kalor yang dilepaskan
Qterima = Qlepas
mtctΔTt = mlclΔTl
Dengan:
mt = massa benda panas (kg)
ml = massa benda dingin (kg)
ct = kalor jenis benda panas (kg/oC)
cl = kalor jenis benda dingin (kg/oC)
ΔTt = suhu benda panas (oC)
ΔTl = suhu benda dingim (oC)
U = kalor uap (J/kg )
Contoh soal :
Sepotong aluminium yang massanya 0,5 kg dan suhunya 100oC dicelupkan ke dalam air yang mempunyai massa 0,5 kg dan suhu 25oC. Bila suhu akhir menjadi 39oC dan kalor jenis air 4200 J/kgoC, tentukanlah kalor jenis aluminium (abaikan kalor yang diambil wadah air)!
Penyelesaian :
Dik:
Tal = 100 – 39 = 61oC
Ta = 39 –25 = 14oC
mal= 0,5 kg
ma = 0,5 kg
ca = 4200 J/kgoC
kalor yang dilepaskan aluminium :
Qal = mal . cal . Tal
= 0,5 . cal . 61
= 30,5 cal J
**kalor yang diterima air :
Qa = ma . ca . Ta
= 0,5 . 4200 . 14
= 29400 J
***Qal = Qa
30,5 cal = 29400
cal = 29400/30,5
= 963,9 J/kgoC = 9,6 . 102 J/kgoC
Faktor-faktor yang mepercepat penguapan
1.Dipanaskan
2. Memperluas permukaan
3. Mengurangi tekanan pada permukaan
4. Meniupkan udara dingin pada permukaan
5. Menyemburkan zat cair
C.Kalor Pada Perubahan Wujud
Beberap macam perubahan wujud dapat dilihat pada diagram di bawah ini :
Kalor laten adalah kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat untuk berubah wujud dari satu wujud ke wujud lainnya.
L =
Q = m . L
Dengan :
Q = kalor (joule atau kalori)
m = massa zat (kg atau gram)
L= kalor laten (J/kg atau kal/gram)
Beberapa istilah khusus kalor laten untuk perubahan wujud tertentu :
Kalor laten lebur atau kalor lebur.
Kalor laten beku atau kalor beku.
Kalor laten didih atau kalor didih.
Kalor laten embun atau titik embun.
Contoh soal :
1. Berapa kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 gram es – 50oC menjadi 1 gram uap 150oC ? Kalor jenis es = 0,5 kal/goC, kalor jenis air = 1 kal/goC, kalor lebur es = 80 kal/g, dan kalor didih air = 540 kal/g.
Penyelesaian :
m = 1 gram
To = - 50oC
Ta = 150oC
ces = 0,5 kal/goC
cair = 1 kal/goC
Ll =80 kal/g
Ld =540 kal/g
Qterima = ….?
Contoh soal :
1. Berapa kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 gram es – 50oC menjadi 1 gram uap 150oC ? Kalor jenis es = 0,5 kal/goC, kalor jenis air = 1 kal/goC, kalor lebur es = 80 kal/g, dan kalor didih air = 540 kal/g.
Penyelesaian :
m = 1 gram
To = - 50oC
Ta = 150oC
ces = 0,5 kal/goC
cair = 1 kal/goC
Ll =80 kal/g
Ld =540 kal/g
. Berapa kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 gram es – 50oC menjadi 1 gram uap 150oC ? Kalor jenis es = 0,5 kal/goC, kalor jenis air = 1 kal/goC, kalor lebur es = 80 kal/g, dan kalor didih air = 540 kal/g.
Penyelesaian :
m = 1 gram
To = - 50oC
Ta = 150oC
ces = 0,5 kal/goC
cair = 1 kal/goC
Ll =80 kal/g
Ld =540 kal/g
Qterima = ….?
Qterima = ….?
Latihan :
1. Berapa kalor yang dibutuhkan untuk me- naikkan suhu 100 gram es – 5oC menjadi uap 100oC? Diketahui kalor lebur es = 80 kal/g, kalor didih air = 540 kal/g, kaloD.Perpindahan Kalor
Ada tiga cara perpindahan kalor,yaitu :
1. Konduksi (hantaran)
Konduksi adalah perpindahan kalor tanpa disertai perpindahan partikel zat.
H = k .A
Dengan :
H =
= jumlah kalor yang mengalir tiap satu satuan waktu
k = koefisien konduksi termal (daya hantar panas)
A = luaspenampang
T = selisih temperatur antara kedua ujung batang
l = panjang batang
r jenis es = 0,5 kal/goC,dan kalor jenis air 1 kal/goC.
Contoh soal:
1. Sebuah jendela kaca ruang bangunan berpengatur suhu (ber-AC) panjangnya 2 m, tingginya 1 m, dan tebalnya 5 mm. Suhu permukaan dalam kaca 25oC dan suhu permukaan luar 35oC. Berapakah banyaknya kalor yang mengalir keluar dari ruang itu melalui jendela kaca tersebut? (koefisien konduksi termal kaca = 8.10-4 kJ/m.s.K)
Penyelesaian :
A = 2 x 1 = 2m2
l = 5 mm = 5x10-2m
T = 35 – 25= 10oCk =8 x10-4 kJ/m.s.K
H = k .A = (8 x 10-4) (2)
= 32. 10-4 . 102
Latihan :
1. Sebuah keping besi tebal 2 cm dengan luas penampang 5000 cm2, sisi yang satu bersuhu 150oC dan yang lain 140oC. Berapa kalor yang berpindah melalui keping setiap detik? (kbesi = 4,6 x10-3 kJ/msK)
= 32 .10-2 = 0,32 kJ/s
. Konveksi (aliran)
Konveksi adalah perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan partikel zat.
H = h .A . T
Dengan :
H = jumlah kalor yang mengalir tiap satu satuan waktu
A = luas permukaan
ΔT = perbedaan suhu
h = koefisien konveksi
Contoh soal:
1. Seseorang yang tanpa pakaian memiliki suhu tubuh 33oC di kamar yang suhunya 29oC. Bila luas permukaan badan orang itu 1,5 m2, berapa jumlah kalor yang dilepaskan badan orang tiap detik? (koefisien konveksi untuk tubuh manusia h = 7,1 J/smK)
Penyelesaian :
T = 33 – 29 = 4oC
A = 1,5 m2
h = 7,1 J/smK
H = h . A . T
= (7,1) (1,5) (4)= 42,6 J/s
3. Radiasi (pancaran)
Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa memerlukan medium zat antara.
W = e..T4
Dengan :
e = emisivitas benda (0
= konstanta Stefan –Boltzman
= 5,67 x10-8watt/m2K4
W = energi yang dipancarkan tiap satuan luas dalam Contoh soal:
1. Sebuah bola mempunyai suhu 600oC. Berapa energi yang dipancarkan benda persatuan luas tiap detiknya, jika bola dianggap hitam sempurna ?
Penyelesaian :
T = 600 + 273 = 873 K
W = e..T4
= (1) (5,67 x 10-8) (873)4
= 3,29 .104 watt/m2
Latihan :
Filamen wolfram suatu lampu (e = 0,3) mempunyai luas permukaan 2,52 x10-5 m2. Arus sebesar 0,1 A akan mengalir dalam filamen tersebut jika lampu dipasang pada tegangan 220 volt. Berapa suhu wolfram tersebut?
Sebuah lubang kecil dalam suatu perapian dapat dianggap sebagai benda hitam, luasnya 0,5 cm2 dan suhu perapian 1727oC. Berapa energi kalor yang dipancarkan keluar lubang tiap detik?
Latihan :
Filamen wolfram suatu lampu (e = 0,3) mempunyai luas permukaan 2,52 x10-5 m2. Arus sebesar 0,1 A akan mengalir dalam filamen tersebut jika lampu dipasang pada tegangan 220 volt. Berapa suhu wolfram tersebut?
Sebuah lubang kecil dalam suatu perapian dapat dianggap sebagai benda hitam, luasnya 0,5 cm2 dan suhu perapian 1727oC. Berapa energi kalor yang dipancarkan keluar lubang tiap detik?
satu satuan waktu(J/s)
Soal-Soal Evaluasi
1. Suhu ruangan besarnya 77oF. Jika dinyatakan dalam derajat Celcius besarnya adalah …..
A.15oC D.30oC
B.20oC E.35oC
C.25oC
2 .Pelat tipis dari logam panjangnya 10 cm dan lebarnya 15 cm pada suhu 20oC. Jika pelat tersebut dipanaskan sampai dengan suhu 100oC ternyata luasnya 150,15 cm2. Koefisien muai panjang logam tersebut adalah…..
A.1,25x10-5/oC D. 2,50x10-5/oC
B.1,50x10-5/oC E. 9,30x10-5/oC
C.6,25x10-5/oC
3. Gas dalam ruang tertutup sebanyak 5 liter, tekanannya diubah menjadi 2 kali semula pada suhu yang sama. Volume gas akan berubah menjadi…..
A.20 liter D. 2,5 liter
B.10 liter E.0,2 liter
C.3,5 liter
4.Jika suatu zat mempunyai kalor jenis tinggi, maka zat itu …..
A.lambat mendidih
B.cepat mendidih
C.lambat melebur
D.lambat naik suhunya jika dipanaskan
E.cepat naik suhunya jika dipanaskan
5. Untuk memanaskan 250 cm3 air dari 20oC menjadi 30oC diperlukan kalor sebesar …..
(Diketahui c = 1 kal/goC dan = 1 g/cm3)
A.2500 kal D.3500 kal
B.2750 kal E.3750 kal
C.3000 kal
6.Jika kalor jenis es 0,55 kal/goC, maka untuk menaikkan suhu 50 kg es dari –45oC ke –5oC dibutuhkan kalor sebesar ….
A.8,7x103 kal D. 12x106 kal
B.9,4x104kal E. 13x107 kal
C.11x105 kal
7. Kalor yang mengalir persatuan waktu melalui suatu konduktor adalah :
1.Sebanding dengan luas penampang konduktor
2.Sebanding dengan selisih suhu antara kedua ujungnya
3.Berbanding terbalik dengan panjang konduktor
4.Tergantung pada macam konduktor
Pernyataan-pernyataan tersebut yang benar adalah …..
A.1, 2 dan 3 D. 4 saja
B.1 dan 3 E. semua benar
C.2 dan 4
8. Batang aluminium (k = 50 kal/m.s.oC) luas penampang ujungnya 1 cm2. Ujung-ujung batang bersuhu 0oC dan 20oC. Besarnya kalor yang merambat tiap detik adalah …..
A.0,1 kal/s D.5 kal/s
B.0,2 kal/s E.10 kal/s
C.0,5 kal/s
9. Suatu fluida dengan koefisien konveksi termal 0,01kal/s.m.oC. Bila fluida tersebut mengalir dari dinding dengan suhu 100oC ke dinding lain yang suhunya 60oC, kedua dinding sejajar,maka besarnya kalor yang dapat dialirkan tersebut adalah…..
A.0,0008 kal/s D.0,0014 kal/s
B.0,001 kal/s E. 0,0016 kal/s
C.0,0012 kal/s
10. Suatu benda hitam pada suhu 27oC memancarkan energi W joule/s. Benda tersebut kemudian dipanasi, hingga suhunya menjadi 327oC. Energi yang dipancarkan benda hirtam menjadi …..
A.2 W D.12W
B.4 W E. 16 W
C.6 W
B.Soal Essai
1. Selembar kaca berukuran 2 m2 pada suhu 25oC. Berapakah luas kaca tersebut pada suhu 80oC? ( = 9x10-6 K-1)
2.Dua zat cair, alkohol dan dan raksa masing-masing memiliki massa dan suhu yang sama yaitu 500 gram dan 10oC. Kedua zat tersebut dipanaskan sampai suhu 50oC. Ternyata untuk alkohol diperlukan kalor 48.000 J. Tentukan kalor jenis kedua zat tersebut!
3.Pesawat pemanas berdaya 300 watt, digunakan untuk memanaskan 10 liter air bersuhu 20oC. Jika efisiensi pemanas 80% , air = 1 kg/L, dan cair = 3,6x103 J/kgoC, berapa waktu yang diperlukan untuk memanaskan air sampai mendidih
Pada pembakaran batu kapur, suhu di dalam dapur pemanas yang terbuat dari batu bata adalah 427oC. Konduktivitas termal batu bata 7,4x10-4 kJ/m.s.K. Jumlah kalor yang dipindahkan melalui dinding dapur pemanas tiap menit per m2 adalah 2840 J/s. Agar suhu di luar dinding 23oC, berapa tebal dinding yang diperlukan?
Luas dinding tembok suatu rumah 200 m2 dengan tebal 200 mm. Jika massa jenis tembok 2000 kg/m3 dan kalor jenisnya 837 J/kgoC, berapa kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebesar 30oC?
