Kalor yang dibutuhkan atau dilepaskan untuk mengubah wujud zat dari zat padat menjadi zat cair

Alkohol

Raksa

Air

Timbal

Perak

Emas

Tembaga

78

357

100

1.750

2.193

2.660

1.187

854.000

272.000

2.256.000

871.000

2.336.000

1.578.000

5.069.000

Page 2

Tentang Fisika-Ok3 (FO3)

Web ini diperuntukkan untuk semua orang kususnya pada peserta didik SMP dan SMA dan mahasiswa fisika yang membutuhkan variasi sumber belajar. Web ini dapat berfungsi sebagai pelengkap dari buku atau materi fisika, soal-soal fisika dan penyelesaiannya, dan soal latihan fisika untuk ulangan dan Ujian Nasional yang telah disediakan oleh guru/dosen di sekolah/kampus. www.fisika-ok3.com yang berisi tentang konsep ilmu fisika.

Kami berusaha untuk menyajikan sebanyak-banyaknya konsep ilmu fisika bagi pembaca, agar web ini dapat bermanfaat bagi pembaca yang mengunjungi web ini. Ini semua kami lakukan agar FO3 untuk mendapat tempat di hati pembaca, sebagai media pencerah bagi kita semua yang cinta akan ilmu pengetahuan Ilmu fisika. Kami juga berharap, kehadiran web ini akan bisa membantu meningkatkan penguasaan serta pengetahuan tentang ilmu Fisika.

Mari kita terus belajar, membaca, dan menerapakan konsep-konsep fisika yang disajikan dalam www.fisika-ok3.com  demi kemajuan bersama, Tuhan memberkati!

Apa itu Kalor?

Pada dasarnya, kalor adalah perpindahan energi kinetik dari satu benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Kalor dilambangkan dengan huruf Q. Banyaknya kalor yang diberikan pada suatu benda sebanding dengan kenaikan suhu (∆T), massa benda (m) dan kalor jenis bendanya (c). Ditulis dengan persamaan berikut.

Keterangan:

Q = jumlah kalor yang diberikan (kalori atau joule)

m = massa benda (g atau kg)

c = kalor jenis (kal/goC atau J/kgoC)

∆T = perubahan suhu (oC)

Asas Black

Bila dua zat yang suhunya tidak sama dicampur maka zat yang bersuhu tinggi akan melepaskan kalor sehingga suhunya turun dan zat yang bersuhu rendah akan menyerap kalor sehingga suhunya naik sampai terjadi kesetimbangan termal. Karena kalor merupakan suatu energi maka berdasar hukum kekekalan energi diperoleh kalor yang dilepaskan sama dengan kalor yang diserap.

Konsep tersebut sering disebut dengan azaz Black, yang secara matematis dapat dinyatakan:

Keterangan:

Qlepas = besar kalor yang diberikan (J)

Qterima = besar kalor yang diterima (J)

Kalor dan Perubahan Wujud Zat

Seringkali kita temukan kejadian-kejadian menarik di sekitar kita. Misalnya saja, air yang dipanaskan secara terus-menerus akan berubah menjadi uap, es jika dibiarkan di atas meja dapat mencair, dan kapur barus yang dibiarkan dapat habis tak bersisa. Kejadian tersebut merupakan salah satu contoh pengaruh kalor terhadap wujud benda.

Kita semua telah mengetahui bahwa wujud benda atau zat ada tiga macam, yakni cair, padat, dan gas. Apabila suatu zat menerima atau melepaskan kalor, maka wujudnya dapat berubah menjadi wujud lain. Misalnya, es yang menerima kalor dari lingkungan akan berubah menjadi cair dan air yang menerima kalor dari hasil pemanasan akan berubah menjadi uap atau gas.

Ketika suatu zat berubah menjadi wujud lain, diperlukan atau dilepaskan sejumlah kalor. Kalor yang diperlukan atau dilepaskan per satuan massa pada saat terjadi perubahan fase atau wujud disebut kalor laten. Berdasarkan definisi tersebut, kalor laten dapat dicari dengan persamaan berikut.

Keterangan:

L = kalor laten (J/kg)

Q = kalor yang diserap atau dilepas (J)

m = massa benda (kg)

Sekarang coba perhatikan air yang sedang dipanaskan. Kalian tahu bahwa air akan mendidih ketika suhunya 100oC pada tekanan 1 atmosfer (atm) atau kurang dari 100oC untuk tekanan yang lebih tinggi.

Jika air yang sudah mendidih terus dipanaskan, maka air akan berubah menjadi uap atau gas, akan tetapi suhunya tidak akan bertambah.Contoh lainnya adalah es yang sedang mencair. Ketika mencair, suhu es dalam bentuk padat akan sama dengan suhu saat baru menjadi air.

Dua contoh tersebut menunjukkan bahwa pada saat terjadi perubahan wujud atau fase benda, tidak ada perubahan suhu atau kenaikan suhu yang terjadi. Ini tidak hanya terjadi pada saat air menguap atau es mencair, tetapi terjadi pada semua jenis perubahan wujud, seperti mencair, membeku, menguap, menyublim, melenyap, ataupun mengembun.

Perubahan wujud zat selain karena penyerapan kalor, dapat juga terjadi karena pelepasan kalor. Setiap terjadi perubahan wujud terdapat nama-nama tertentu. Berikut ini adalah nama perubahan wujud zat tersebut.

Nah, berdasarkan perubahan wujud tersebut, kalor laten mempunyai beberapa jenis. Apabila benda/zat mengalami perubahan fase/wujud daripadat menjadi cair (mencair) kalor latennya disebut kalor lebur, sedangkan ketika membeku disebut kalor beku (LB). Besarnya kalor lebur sama dengan kalor beku.

Kemudian, bila benda atau zat mengalami perubahan fase atau wujud dari cair ke uap (menguap), kalor laten yang menyertainya disebut kalor uap (LU), sedangkan ketika mengembun disebut kalor embun yang besarnya sama dengan kalor uap.

Sementara jika terjadi perubahan fase atau wujud dari padat menjadi gas (menyublim) atau sebaliknya, kalor laten yang menyertainya disebut kalor sublimasi.

Persamaan kalor laten sangat diperlukan untuk menyelesaikan soal-soal terkait dengan Asas Black. Untuk mengetahui penggunaan persamaan kalor laten, perhatikan dan pahamilah contoh soal di bawah ini.

1. Hitunglah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur besi bermassa 3 kg dari suhu 10oC sampai 80oC? Diketahui cbesi = 450 J/kgoC

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 3 kg

∆T = 80oC – 10oC = 70oC

cbesi = 450 J/kgoC

Ditanyakan: Q

Jawab:

Untuk mencari banyaknya kalor yang dibutuhkan, kita dapat menggunakan persamaan berikut.

Q = mc∆T

Q = 3 × 450 × 70

Q = 9,45 × 104 J

= 94,5 kJ

Jadi, kalor yang dibutuhkan adalah 94,5 kJ.

2. Anis menyiapkan minuman es teh untuk pekerja di rumahnya dalam suatu wadah. Ia mencampur 0,5 kg es yang bersuhu – 5oC dengan 1 kg air teh yang suhunya 20oC. Apabila pertukaran kalor hanya terjadi pada kedua benda, ces = 2.100 J/kgoC, dan cair = 4.200 J/kgoC berapa suhu akhir minuman tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui:

mes = 0,5 kg

Tes = -5oC

Cces = 2.100 J/kgoC

mair = 1 kg

Tair = 20

ccair = 4.200 J/kg C

Ditanyakan: TC

Jawab:

Untuk mencari suhu campuran (T­C­) kita dapat menerapkan asas black, yaitu sebagai berikut.

Qair = Qes

mair × cair × (Tair –TC) = mes × ces × (TC – Tes)

1 × 4.200 × (20 – TC) = 0,5 × 2.100 × (TC – (-5)

4.200 × (20 – TC) = 1.050 (TC + 5)

4 × (20 – TC) =  (TC + 5) → kedua ruas dibagi 1.050

80 – 4TC = TC + 5

TC + 4TC = 80 – 5

5TC = 75

TC = 75/5

TC = 15

Jadi, suhu akhir minuman tersebut adalah 15oC.

3. Perak mempunyai titik didih pada suhu 961oC, kalor lebur sebesar 88 kJ/kg, dan kalor jenisnya 230 J/kgoC. Hitunglah kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan 16,5 kg perak yang temperatur awalnya adalah 20oC.

Penyelesaian

Diketahui:

mAg = 16,5 kg (Ag = Agentum, nama ilmiah perak)

LB = 88 kJ/kg = 8,8 × 104 J/kg

TAg = 20oC

Titik lebur perak (TL) = 961oC

cAg = 230 J/kgoC

Ditanyakan: Q

Jawab:

Untuk menyelesaikan soal ini, kita harus ingat bahwa suatu benda akan melebur setelah suhunya mencapai titik didih. Padahal untuk mencapai titik didih juga diperlukan kalor. Jadi, soal ini harus diselesaikan dengan dua cara.

□ Cara pertama adalah mencari kalor untuk menaikkan suhu hingga mencapai titik didihnya.

□ Cara kedua adalah mencari kalor leburnya.

Kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu dari 20oC hingga 961oC adalah sebagai berikut.

Q1 = mc∆T

Q1 = 16,5 × 230 × (961 – 20)

Q1 = 3,61 × 106 J

Kalor lebur perak dicari dengan persamaan berikut.

Q2 = mLB

Q2 = 16,5 × (8,8 × 104)

Q2 = 1,452 × 106 J

Jumlah kalor total untuk melebur perak dari suhu 20oC adalah sebagai berikut.

Qtot = Q1 + Q2

Qtot = (3,61 × 106) + (1,452 × 106)

Qtot = 5,062 × 106 J

Jadi, kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan perak tersebut adalah 5,062 × 106 J.

4. 100 gram air bersuhu 70oC disiramkan pada balok es bersuhu 0oC hingga semua es melebur. Jika kalor lebur es 0,5 kkal/kg dan kalor jenis air 1 kkal/kgoC, tentukan massa es yang melebur.

Penyelesaian:

Diketahui:

ma = 100 g = 0,1 kg

Ta = 40oC

Ca = 1 kkal/kg

LB-es  = 0,5 kkal/kg

Ditanyakan: mes

Jawab:

Dalam kasus ini, air melepaskan kalor dan es menerima kalor, sehingga berlaku Asas Black. Suhu air sama dengan suhu es yakni 0oC.

Qair = Qes

maca∆T = mesLB

0,1 × 1 × (40 – 0) = mes × 0,5

0,5mes = 4

mes = 4/0,5

mes = 8 kg

Jadi, massa es yang disiram adalah 8 kg.