Asas Black, Materi Pelajaran IPA Kelas 7 Kurikulum Merdeka

Asas Black

Pernahkan kalian membuat es teh? Jika akan membuat es teh, maka air teh yang kita buat kemudian dicampur dengan batu es. Ketika air teh dan es bercampur, akan terjadi perpindahan kalor dari air teh ke batu es sehingga suhu keduanya menjadi sama. Peristiwa perpindahan kalor dari zat yang memiliki suhu tinggi ke zat yang memiliki suhu lebih rendah hingga terjasi kesamaan suhu antara kedua zat disebut dengan kesetimbangan termal. Pada kesetimbangan termal berlaku hukum kekekalan energi, yaitu energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan tetapi dapat berubah ke bentuk yang lainnya.

Joseph Black (1720 – 1799) adalah seorang ilmuwan berkebangsaan Inggris yang telah melakukan penelitian terkait kesetimbangan termal. Hasil penelitiannya dikenal dengan Asas Black. Asas Black menyatakan, bahwa besarnya kalor yang dilepaskan oleh suatu zat bersuhu tinggi sama dengan kalor yang diterima oleh zat yang bersuhu lebih rendah. Secara sistematis, persamaan Asas Black adalah sebagai berikut:

Qlepas = Qterima m1 . c1 . (T1 – Tc) = m1 . c1 . (Tc – T2)

Keterangan:

Q_lepas      = kalor yang dilepaskan (J)

Q_terima      = kalor yang diterima (J)

m₁         = massa zat 1 (kg)

m₂            = massa zat 2 (kg)

c₁              = kalor jenis zat 1 (J/kg°C)

c₂              = kalor jenis zat 2 (J/kg°C)

T₁          = Suhu zat 1 (°C)

T₂          = Suhu zat 2 (°C)

T_c          = Suhu campuran(°C)

Untuk menambah pemahaman kalian, simaklah contoh soal berikut ini!

Contoh 1

Sebatang besi 700 gram bersuhu 100°C (kalor jenis logam 450 J/kg°C) dimasukkan ke dalam air 1 kg yang memiliki suhu 14°C (kalor jenis air 4200J/kg°C). berapakah suhu akhir campuran, jika tidak ada faktor lain yang memengaruhi proses perpindahan kalor?

Penyelesaian:

Diketahui :

m₁ = 700 g = 0,7 kg

m₂ = 1 kg

c₁   = 450 J/kg°C

c₂  = 4200 J/kg°C

T₁ = 100°C

T₂ = 14°C

Ditanya    : Suhu akhir campuran = T_c

Dijawab    :

Suhu besi lebih tinggi dibandingkan suhu air. Maka, proses perpindahan kalor terjadi dari logam (lepas) menuju ke air (terima). Sehingga:

Qlepas	=	Qterima
m1 c1 (T1 – Tc)	=	m1 c1 (Tc – T2)
0,7 kg . 450 J/kg°C (100°C – Tc)	=	1 kg . 4200 J/kg°C (Tc – 14°C)
315 (100°C – Tc)	=	4200 (Tc – 14°C)
31.500°C – 315Tc	=	4200Tc – 58.800°C
31.500°C + 58.800°C	=	4200Tc + 315Tc
90.300°C	=	4.515Tc
Tc	=	90.300°C/4.515
Tc	=
Tc	=	20°C

Jadi, suhu akhir campurannya adalah 20°C.

Contoh 2

Perhatikan tabel kalor jenis berikut!

Benda	Kalor jenis J/kg°C
Besi	460
Timah	260
Kuningan	350
Tembaga	400

Sepotong logam yang massanya 0,5 kg dengan suhu 100°C dimasukkan ke dalam bejana berisi 0,2 kg air bersuhu 20°C. Suhu keseimbangannya menjadi 33,8°C. Bila diketahui kalor jenis air 4.200J/kg°C, dapat disimpulkan bahwa logam tersebut adalah... .

Penyelesaian

Contoh 3

Es bermassa 400 g dan bersuhu 0°C dicampur dengan 1000 g air bersuhu 20°C. Ketika suhu campuran air dengan es mencapai 0°C dan titik lebur es 0°C, kalor lebur es 80 kal/g, kalor jenis air 1 kal/g°C, es yang belum mencair sebanyak ….

Prinsip asas Black juga digunakan pemanas air pada dispenser (heater dispenser). Air dalam dispenser tersebut dapat mendidih karena memperoleh energi panas dari energi listrik yang diubah menjadi panas oleh elemen pemanas pada dispenser. Secara matematis, peristiwa pada dispenser dapat ditulis sebagai berikut:

Qlepas = Qterima Wlistrik = m . c . ΔT P . t    = m . c . ΔT

Keterangan:

Q_lepas      = kalor yang dilepaskan (J)

Q_terima      = kalor yang diterima (J)

W_listrik    = energi listrik (J)

P               = daya listrik  (watt)

t                = waktu yang diperlukan  (s)

m              = massa zat  (kg)

c                = kalor jenis zat  (J/kg°C)

ΔT         = Perubahan suhu (°C)  

Contoh soal:

Sebuah pemanas listrik memiliki daya 350 watt digunakan untuk memanaskan air dari suhu 25°C menjadi 75°C selama 10 menit. Jika kalor jenis air 4200 J/kg°C, berapakah massa air tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui    :           P    =    350 W

                                t     =    10 menit = 600 sekon

                                ΔT =    (75 – 25)°C = 50°C

Ditanya        :     m

Jawab          :     P . t      =    m.c.ΔT

           350 W x 600 s    =    m x4.200 J/kg °Cx50°C

                    210.000 J   =    m . 210.000 J/kg

                                m   =    210.000 J / 210.000 J/kg

                                m   =    1 kg

Jadi, massa air yang berada dalam pemanas air adalah 1 kg.

SOAL LATIHAN

1.      Jika air dingin dicampur dengan air panas maka akan terjadi peristiwa ...

a.       air dingin dan air panas sama-sama melepas kalor

b.      air dingin melepas kalor dan air panas menerima kalor

c.       air dingin dan air panas menerima kalor

d.      air dingin menerima kalor dan air panas melepas kalor.

2.       Perhatikan tabel kalor jenis berikut!

Benda	Kalor jenis J/kg°C
Aluminium	920
Besi	450
Tembaga	380
Perak	235

Logam (X) yang massanya 0,84 kg dipanaskan hingga suhunya 129°C, kemudian dimasukkan ke dalam 1 kg air yang suhunya 20°C. Setelah beberapa saat terjadi keseimbangan, suhu akhir campuran menjadi 29°C. Bila diketahui kalor jenis air 4.200J/kg°C, dapat disimpulkan bahwa logam tersebut adalah... .

A.      aluminium

B.      tembaga

C.      besi.

D.      perak

3.       Besi bershuhu 220^oC dimasukkan ke dalam 2 kg air bersuhu 16^oC. Setelah beberapa saat terjadi kesetimbangan suhu air dan besi sebesar 20^oC. Jika kalor jenis air 1 kal/g ^oC, dan kalor jenis besi 0,1 kal/g ^oC, maka massa besi tersebut adalah ….

A.        80 gram

B.      160 gram

C.      400 gram.

D.      800 gram

4.       Pada sebuah wadah yang berisi 900 gram air suhu 20^o C dimasukkan 400 gram aluminium yang suhu 120^oC. Setelah terjadi keseimbangan, suhu air naik menjadi 60^oC. Jika kalor jenis air 1 kal/g^oC, maka kalor jenis aluminium adalah....

A.      0,67  kal/g^oC

B.      1,50  kal/g^oC.

C.      6,70  kal/g^oC

D.    15,0  kal/g^oC

5.      Logam ( kalor jenisnya 875 J/kg°C) yang massanya 400 g dipanaskan hingga suhunya 160°C, kemudian dimasukkan ke dalam 1 kg air (kalor jenis air 4.200J/kg°C ) yang suhunya 30°C. Setelah beberapa saat terjadi keseimbangan, suhu akhir campuran adalah . . . .

A.      15°C

B.      18°C

C.      40°C.

D.      47°C

6.      Perhatikan gambar berikut!

Dua bejana yang berisi air dengan suhu berbeda dicampur seperti gambar tersebut. Suhu akhir air campuran kedua bejana adalah . . . .

A.      55°C

B.      60°C

C.      65°C

D.      110°C

7.      Perhatikan gambar berikut!

Dua bejana yang berisi air dengan suhu berbeda dicampur seperti gambar tersebut. Suhu akhir air campuran kedua bejana adalah . . . .

A.      35°C

B.      45°C

C.      75°C

D.      105°C

8.   (HOTS) Ibu akan membuat  adonan roti dan membutuhkan air dengan suhu 50°C. Namun, ibu tidak memiliki alat pemanas. Salah satu solusinya, mencampurkan air bejana A dengan air di bejana lain seperti gambar berikut.

Air dalam bejana yang harus dicampurkan ke dalam bejana A agar menghasilkan suhu akhir yang dikehendaki itu adalah . . . .

A.      P

B.      Q

C.      R

D.      S

.

Share this post