Kalor dan Perubahannya - POJOK IPA -->

Pages

Kalor dan Perubahannya


Kalor dan Perubahannya
  

Pernahkah kamu menjerang air? Apakah yang terjadi ketika air dalam panci yang kita panaskan? Semakin lama kita akan melihat beberapa perubahan yang terjadi pada air yang dijerang.  Suhu air semakin panas, selain itu kita juga akan melihat perpindahan gelembung air dari bagian bawah panci ke arah atas. Hal yang sama ketika kita berolahraga. Lama-kelamaan tubuh kita akan panas dan akhirnya berkeringat. Namun, setelah sekian lama keringat pun akan mengering dari tubuh kita.
Dalam keseharian kita, banyak peristiwa yang melibatkan perubahan- perubahan keadaaan yang tidak terlihat oleh mata kita. Beberapa di antaranya adalah peristiwa keringnya pakaian basah di tali jemuran dan melelehnya sebongkah es menjadi air. Semua perubahan tersebut berkaitan dengan pengaruh kalor atau panas.
A.      Pengertian Kalor
Kalor adalah bentuk energi yang bergerak dari suatu benda pada suhu tinggi ke benda pada suhu lebih rendah jika kedua benda tersebut saling bersentuhan. Pengertian kalor berbeda dari suhu. Suhu adalah ukuran derajat panas atau dingin suatu benda, sedangkan kalor adalah ukuran banyaknya panas.
Istilah kalor berasal dari kata caloric, yang diperkenalkan untuk pertama kalinya oleh Antoine Laurent Lavoiser (1743 – 1794), seorang ahli kimia Prancis. Pada saat itu, ahli kimia dan fisika menganggap kalor sebagai zat cair yang tidak terlihat oleh mata telanjang. kalor mempengaruhi perubahan suhu dan bentuk zat. Alat untuk mengukur jumlah panas disebut kalorimeter.
Satuan kalor dalam SI mengikuti satuan energi secara umum yaitu Joule (J). secara spesifik, satuan kalor ditentukan dengan nama kalori (kal). Energi kalor dapat diubah menjadi energi mekanik atau sebaliknya. Oleh karena itu, ada hubungan antara unit energi panas (kalori) dan satuan energi mekanik (joule). Hubungan ini ditemukan oleh James Prescott Joule (1818 – 1889), seorang ilmuwan Inggris.
Relasinya adalah 1 kilokalori = 4.186 x 103 joule. Kalori adalah jumlah panas yang dibutuhkan untuk memanaskan 1 gram air sehingga suhu meningkat sebesar 1 derajat Celcius. Perhitungan James Prescott Joule sejauh ini masih berlaku. Di negara-negara barat, seperti Inggris dan Amerika Serikat juga menggunakan satuan lain, yaitu British Thermal Unit (BTU).

1 BTU = 0,252 kkal = 1.055 J

Terdapat kesetaraan  antara satuan joule dengan satuan kalori yang biasa dikenal dengan tara kalor mekanik.
1 Kalori = 4,2 joule
1 kilo kalori = 4.200 joule
1 joule = 0,24 kalori

1.        Kalor dan perubahan suhu benda
Tahukah kamu, mengapa jika air dipanaskan ternyata suhunya naik? Kemudian, setelah matang, kita mendiamkan air tersebut agar menjadi suhunya turun. Air mengalami kenaikan suhu karena air menerima kalor dari api kompor. Sedangkan, air panas berangsur dingin karena air melepaskan kalor ke lingkungan. Dari ilustrasi tersebut, kita dapat menyimpulkan bahwa kalor dapat menyebabkan perubahan suhu pada suatu zat. Suhu suatu zat akan naik apabila menerima kalor dan suhu suatu zat akan turun ketika zat tersebut melepaskan kalor. Kenaikan suhu suatu zat dipengaruhi oleh massa zat tersebut. Pada zat yang sama, semakin besar massanya akan semakin besar pula jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu zat tersebut.
Namun, berapakah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat? Tentunya tidak setiap zat memiliki kemampuan yang sama dalam menyerap kalor. Demikian pula tidak sama kebutuhan kalor setiap zat untuk menaikkan suhunya. Banyaknya kalor yang diserap atau diperlukan oleh 1 gram zat untuk menaikkan suhu sebesar 1°C disebut dengan Kalor Jenis (C). Kalor jenis juga diartikan sebagai kemampuan suatu benda untuk melepas atau menerima kalor. Masing-masing benda mempunyai kalor jenis yang berbeda-beda, lho. Satuan kalor jenis ialah J/kg°C.
Berikut ini kalor jenis beberapa zat.
Tabel 5.1 Kalor Jenis Beberapa Zat
Zat
Kalor Jenis
Zat
Kalor Jenis
J/kg°C
kal/kg°C
J/kg°C
kal/kg°C
Alkohol
2.400
550
Kaca
670
160
Air (es)
2.100
500
Kuningan
380
90
Air
4.180
1.000
Marmer
860
210
Air (uap)
2.010
480
Minyak tanah
2.200
530
Aluminium
900
210
Perak
230
60
Badan Manusia
3.470
830
Raksa
140
30
Besi/baja
450
110
Seng
390
90
Emas
130
30
Tembaga
390
90
Gliserin
2.400
580
Timbal
130
30
Kayu
1.700
410
Udara
1.000
240

Dari uraian di atas, dapat disimpulkan bahwa jumlah kalor untuk menaikkan/menurunkan suhu zat bergantung pada massa zat, kalor jenis, dan besar perubahan suhunya.Secara  matematis hubungan antara kalor, massa zat, kalor jenis, dan perubahan suhu dapat ditulis sebagai berikut:
Q = m c ΔT
Keterangan:
Q  = Kalor yang diperlukan atau dilepaskan (J)
M = massa benda (kg)
C = kalor jenis benda (J/kg°C)
ΔT            = perubahan suhu zat (°C)
Banyaknya kalor yang diperlukan suatu zat untuk sehingga suhunya naik 1°C disebut kapasitas kalor. Satuan kapasitas kalor dalam Sistem Internasional adalah J/°C. Secara matematis besarnya kapasitas kalor dapat dihitung dengan persamaan berikut: 

H = Q / ΔT

Keterangan:
H = kapasitas kalor (J/°C)
Q = Kalor yang diperlukan atau dilepaskan (J)
ΔT            = perubahan suhu zat (°C)
Untuk menambah pemahamanmu, simak contoh soal berikut ini!
Contoh:
Air bermassa 500 gram memiliki suhu 20°C dipanaskan di atas tungku. Kalor jenis air besarnya 4200 J/kg °C. Tentukan jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhunya menjadi 80°C!
Penyelesaian:
Diketahui    :     m   =    500 g   =    0,5 kg
                          c    =    4.200 J/kg °C
                          ΔT =    (80 – 20)°C = 60°C
Ditanya        :     Q
Jawab          :     Q   =    m.c.ΔT
                                =    0,5 kg.4.200 J/Kg °C.60°C
                                =    126.000 J   =    126 kJ
Jadi, kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu air tersebut hingga 80°C sebesar 126 kJ.
Aluminium bermassa 2 kg dengan suhu 20oC menerima kalor sebesar 180 kilo joule. Jika kalor jenis aluminium 900 J/kgoC, maka suhu akhir aluminium adalah . . . .

Air bersuhu 20oC dipanaskan dengan kalor sebesar 21 000 joule, ternyata suhu air sekarang menjadi 70 oC. Bila kalor jenis air 4 200 J/kgoC, maka massa air adalah . . . .
Sebuah benda dipanaskan dari suhu 20oC hingga suhu 70oC diperlukan kalor sebesar 2.300  joule. Jika massa benda tersebut adalah 200 g, maka kalor jenis benda tersebut adalah ....

2.        Kalor dan perubahan wujud zat
Dalam kehidupan sehari-hari, tentunya kalian sering menemukan berbagai peristiwa perubahan wujud zat. Perubahan wujud tersebut ada yang membutuhkan kalor ada pula yang justru melepaskan kalor. Perhatikan gambar berikut!
Gambar 5.1 proses perubahan wujud zat
Berdasarkan gambar di atas, salah satu proses dari perubahan wujud yang terjadi adalah proses perubahan wujud dari padat menjadi cair. Proses ini dinamakan mencair/melebur yang pada perubahannya zat tersebut menyerap kalor.
Pernahkah kalian memperhatikan proses mencairnya sebongkah es? Tahukan kalian, bahwa selama proses perubahan wujud dari es menjadi air tersebut suhunya tetap. Hal ini terjadi karena kalor yang diserap tidak digunakan untuk menaikkan suhu. Akan tetapi, kalor tersebut digunakan untuk mengubah wujud zat. Kalor yang dibutuhkan untuk mengubah wujud zat disebut dengan kalor laten. Kalor laten dibedakan menjadi dua, yaitu kalor lebur dan kalor uap. Perhatikan uraian berikut untuk menambah pengetahuan kalian.
a.         Melebur dan membeku
Melebur merupakan peristiwa perubahan wujud zat padat menjadi zat cair. Sedangkan, membeku adalah peristiwa kebalikannya. Suhu pada saat pertama kali terdapat wujud cair disebut dengan titik lebur. Sedangkan, suhu pada saat pertama kali terdapat wujud padat dinamakan titik beku. Banyaknya kalor yang diperlukan untuk mengubah satu satuan massa zat padat menjadi zat cair pada titik leburnya disebut kalor lebur. Sebaliknya, banyak kalor yang dilepaskan pada 1 kg zat cair membeku menjadi 1 kg zat padat pada titik bekunya dinamakan kalor beku. Hasil penelitian menunjukkan, bahwa kalor lebur dan kalor beku suatu zat yang sejenis adalah sama. Demikian pula dengan titik lebur dan titik bekunya.
Besarnya kalor yang diserap atau dilepas suatu zat pada saat melebur atau membeku dinyatakan  dalam persamaan matematis berikut ini.

Q = m L

Keterangan:
Q       = Kalor yang diperlukan atau dilepaskan (J)
M      = massa benda (kg)
L       = kalor lebur atau kalor beku (J/kg)
Titik lebur dan kalor lebur beberapa zat disajikan pada table 5.2.
Tabel 5.2 Titik lebur dan kalor lebur beberapa zat
Nama Zat
Titik lebur (°C)
Kalor lebur (J/kg)
Air
0
336.000
Es
0
336.000
Alkohol
-114
10.400
Raksa (Merkuri)
-39
12.570
Tembaga
1.083
205.300
Timbal
327
25.000
Aluminium
660
403.000
Oksigen
- 219
14.000
Nitrogen
-210
26.000
Contoh soal:
Hitunglah kalor yang diperlukan untuk meleburkan 2 kg es menjadi air pada titik leburnya! (kalor lebur air = 336.000 J/kg).
Penyelesaian:
Diketahui:     m         = 2 kg
                      L          = 336.000 J/kg
Ditanya:         kalor yang diperlukan =  Q
Jawab:
Q
=
m.L

=
2 kg x336.000 J/kg

=
672.000 J

=
672 kJ
Jadi, kalor yang diperlukan untuk meleburkan 2 kg air adalah 672 kJ
b.         Mengembun dan mendidih
Mengembun adalah perubahan wujud zat dari gas menjadi cair. Pada proses pemngembunan, gas melepaskan kalor hingga berubah menjadi cair. Suhu saat pertama kali zat mengembun dinamakan titik embun. Banyaknya kalor yang dilepaskan untuk mengubah 1 kg zat dari wujud gas menjadi cair pada titik embunnya disebut kalor embun.
Mendidih adalah peristiwa penguapan zat cair yang terjadi pada seluruh bagian zat cair. Suhu pertama kali zat cair mendidih disebut titik didih. Pada tekanan udara normal (76 cmHg) air mendidih pada suhu 100°C. apabila tekanan udara luar berubah, maka titik didih zat juga akan mengalami perubahan. Apabila tekanan dinaikkan, maka titik didih juga akan naik. Demikian pula sebaliknya, jika tekanan dikurangi akan menurunkan titik didih.
Untuk mengubah zat cair menjadi gas pada titik didihnya diperlukan energi kalor. Banyaknya energi kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 kg zat dari wujud cair menjadi gas pada titik didihnya disebut dengan kalor didih atau kalor uap.
Besarnya kalor untuk mengubah gas menjadi cair atau sebaliknya ditulis dalam persamaan matematis berikut.

Q = m U

Keterangan:
Q       = Kalor yang diperlukan atau dilepaskan (J)
m       = massa benda (kg)
U       = kalor uap (J/kg)
Titik lebur dan kalor lebur beberapa zat disajikan pada table 5.3.
Tabel 5.3 Titik didih dan kalor uap beberapa zat
Nama Zat
Titik didih (°C)
Kalor uap (J/kg)
Air
100
2.260.000
Alkohol
78
1.100.000
Raksa (Merkuri)
357
272.000
Tembaga
1.187
5.069.000
Perak
2.193
2.336.000
Emas
2.600
1.578.000
Timah hitam
1.750
871.000
Oksigen
-183
213.000
Nitrogen
- 196
201.000
Contoh soal:
Sebanyak 200 gram air dipanaskan. Jika kalor uap air sebesar 2,26 x 106 J/kg, berapakah kalor yang dibutuhkan untuk menguapkan separuh air tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui:     massa air seluruhnya   = 200 g = 0,2 kg
                      Massa air diuapkan     = m = ½ x 0,2 kg = 0,1 kg
                      Kalor uap air               = U = 2,26 x 106 J/kg
Ditanya:         kalor yang diperlukan =  Q
Jawab:
Q   =    m.U
      =    0,1 kg x2,26 x 106 J/kg
      =    2,26 x 105 J
      =    226.000 J
      =    226 kJ
Jadi, kalor yang diperlukan untuk menguapkan separuh air tersebut adalah 226 kJ
c.         Menyublim dan menghablur
Menyublim merupakan proses perubahan dari wujud padat menjadi gas. Sedangkan menghablur/mengkristal adalah perubahan dari gas menjadi padat. Pada saat suatu zat padat berubah menjadi gas, zat tersebut menyerap kalor. Sementara pada saat gas berubah menjadi zat padat, zat tersebut melepas kalor. Contoh peristiwa menyublim pada kehidupan sehari-hari antara lain proses berubahnya kapur barus menjadi gas sehingga ketika diletakkan di lemari kapur barus lama-lama habis. Sedangkan contoh menghablur seperti pada proses pembuatan es kering dari gas CO2.
d.        Menguap
Menguap adalah peristiwa perubahan zat cair menjadi gas. Penguapan terjadi karena partikel-partikel zat cair yang sudah relative renggang diberi kalor terus-menerus. Maka, partikel tersebut akan semakin menjauh. Lama-kelamaan partikel-partikel akan terlepas dari zat cair. Contoh peristiwa penguapan antara lain terjadi pada bensin, solar, dan spirtus yang dibiarkan di udara terbuka.
Beberapa faktor yang dapat mempercepat proses penguapan, diantaranya:
1)      Memperluas permukaan zat;
2)      Mengurangi tekanan pada permukaan;
3)      Memanaskan atau menaikkan suhu zat; dan
4)      Meniupkan udara di atas permukaan zat.
3.        Grafik peleburan dan pendidihan
Perubahan wujud zat dari padat menjadi cair atau sebaliknya memerlukan kalor. Banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk melakukan proses perubahan wujud zat tersebut dapat dihitung. Proses perhitungan kalor yang dilepaskan suatu zat biasanya digambarkan dalam sebuah grafik perubahan wujud zat. Perhatikan grafik berikut.
Grafik kalor terhadap suhu pada perubahan wujud es menjadi uap
Grafik di atas adalah grafik perubahan wujud es menjadi uap pada tekanan 1 atmosfer. Jika sejumlah es yang suhunya dibawah 0°C dipanaskan sampai suhunya mencapai 100°C, maka es akan berubah dari semula padat menjadi cxair kemudian menjadi gas. Berikut ini penjelasan pada grafik di atas.
a.       Pada titik A, yaitu zat masih berwujud padat (es) dengan suhu -T°C.
b.      Garis A-B menunjukkan sejumlah es yang dipanaskan hingga suhu 0°C. dalam hal ini zat masih dalam wujud padat (es). Sehingga, banyaknya kalor yang dibutuhkan, yaitu:
Q = m cesΔTA-B
c.       Garis B-C menunjukkan es mulai mengalami perubahan wujud dari padat menjadi cair. Meskipun sejumlah kalor diberikan, namun suhunya tetap yaitu 0°C. banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk berubah wujud dapat dihitung menggunakan persamaan kalor lebur untuk es, yaitu:
Q = m Les
d.      Garis C-D menunjukkan air yang dipanaskan dari 0°C hingga mendidih. Pada peristiwa ini terjadi kenaikan suhu sehingga banyaknya kalor yang dibutuhkan, yaitu:
Q = m cair ΔTC-D
e.       Garis D-E menunjukkan air mulai mengalami perubahan wujud daric air menjadi uap dengan suhu tetap yaitu 100°C. Banyaknya kalor yang dibutuhkan dalam peristiwa itu dapat dihitung dengan persamaan kalor uap untuk air, yaitu:
Q = m Uair

Raksa atau merkuri atau hydrargyrum adalah unsur kimia pada tabel periodik dengan simbol Hg dan nomor atom 80. Unsur golongan logam transisi ini berwarna keperakan dan merupakan satu dari lima unsur yang berbentuk cair dalam suhu kamar, serta mudah menguap. Hg akan memadat pada tekanan 7.640 Atm. Raksa banyak disalahgunakan sebagai bahan campuran kosmetik. Menghirup uap merkuri dapat menghasilkan efek berbahaya pada sistem saraf, pencernaan dan kekebalan tubuh, paru-paru dan ginjal, dan mungkin berakibat fatal. Garam anorganik merkuri bersifat korosif terhadap kulit, mata dan saluran pencernaan, dan dapat menyebabkan toksisitas ginjal jika tertelan

Contoh soal:

Pada tekanan 1 atm terdapat 200 gram es bersuhu -4°C. Kemudian, es tersebut dipanaskan hingga menguap seluruhnya. Jika kalor jenis es = 0,5 kal/g°C, kalor jenis air = 1 kal/g°C, kalor lebur es = 80 kal/g, dan kalor uap air = 9000 kal/g. Hitunglah kalor yang dibutuhkan pada proses perubahan wujud es tersbut menjadi uap air!
Penyelesaian:
Berdasarkan soal dapat digambarkan grafiknya sebgai berikut


Diketahui:
m
= 200 g
Uair
= 9000 kal/g
Ces
= 0,5 kal/g°C
ΔTA-B
= 0°C – (-3)°C = 3°C
Cair
= 1 kal/g°C
ΔTC-D
= 100°C –0°C = 100°C
Les
= 80 kal/g


Ditanyakan : Qtotal
Dijawab:
Qtotal
= QA-B + QB-C + QC-D + QD-E

= m ces ΔTA-B + m Les + m cair ΔTC-D + m Uair

= (200 g. 0,5 kal/g°C.3°C)+(200 g. 80 kal/g)+(200 g. 1 kal/g°C.100°C)+(200 g. 9000 kal/g)

= 300 kal + 16.000 kal + 20.000 kal + 1.800.000 kal

= 1.836.300 kal = 1.836,3 kkal
Jadi, kalor yang dibutuhkan utnuk proses perubahan wujud 200 g es menjadi uap air seluruhnya adalah sebesar 1.836,3 kkal.

LATIHAN SOAL

 

1.      Berikut ini merupakan pernyataan yang benar tentang peristiwa es yang mencair adalah ...

a.       Es mencair akibat energi mengalir dari lingkungan yang bersuhu lebih rendah menuju ke tempat yang bersuhu tinggi

b.      Es mencair akibat lingkungan dan es berada dalam kondisi yang sama

c.       Es mencair akibat energi yang terhambat dari lingkungan

d.      Es mencair akibat energi yang mengalir dari lingkungan yang bersuhu lebih tinggi menuju es yang bersuhu lebih rendah

2.      Perhatikan pernyataan berikut

(1)   Memperluas permukaan zat

(2)   Menaikkan suhu zat dengan pemanasan

(3)   Meniupkan udara di atas permukaan zat

(4)   Menambahkan tekanan di atas permukaan zat

Dari data di atas, yang merupakan cara mempercepat penguapan zat adalah .....

a.       (1), (2), dan (3)

b.      (1), (2), dan (4)

c.       (2), (3), dan (4)

d.      (1), (2), (3), dan (4)

3.      Diketahui kalor lebur besi sebesar 289.000 J/kg. Artinya ....

a.       Untuk menaikkan suhu besi sebesar 1°C membutuhkan kalor 289.000 J

b.      Untuk menaikkan kalor sebesar 289.000 J membutuhkan 1 kg besi

c.       Untuk meleburkan 1 kg besi membutuhkan kalor sebesar 289.000 J

d.      Untuk meleburkan seluruh besi dibutuhkan kalor sebesar 289.000 J

4.      Perhatikan grafik perubahan wujud zat berikut!

berdasarkan grafik tersebut, pernyataan berikut yang benar adalah ...

a.       A-B, es berubah menjadi air suhu berubah

b.      A-B, es mencair suhu es tetap

c.       B-C, proses es mencair terjadi kenaikan suhu

d.      B-C, es berubah menjadi air suhu tetap

5.      Panas sebesar 12 kalori setara dengan energi sebesar ...

a.       50 J

b.      100 J

c.       120 J

d.      500 J

6.      Sepotong kaca bermassa 10 gram dipanaskan hingga suhunya naik sebesar 20°C. Jika kalor jenis kaca 160 kal/g°C, kalor yang dibutuhkan kaca tersebut adalah ...

a.       8 kkal

b.      16 kkal

c.       32 kkal

d.      320 kkal

7.      Sebatang logam dengan massa 1 kg dipanaskan dari suhu 20°C hingga 40°C. Jika kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan logam tersebut sebanyak 240 joule, maka kalor jenis logam tersebut adalah ...

a.       12 J/kg°C

b.      24 J/kg°C

c.       120 J/kg°C

d.      48000 J/kg°C

8.     Sebuah teko listrik diisi air sebanyak 1,5 kg dengan suhu 25oC. Jika kalor yang diserap 12 600 joule dan kalor jenis air 4 200 J/kgoC, suhu akhir air tersebut adalah . . . .

 A.    27 oC 

 B.     42 oC

 C.     45 o

 D.    52 oC

9.     Sebongkah es mempunyai massa 300 g dengan suhu -10°C dipanaskan dengan energi 25000 kalori. Diketahui kalor lebur es 80 kal/g, kalor jenis es 0,5 kal/g°C, dan kalor jenis air 1 kal/g°C. Wujud es pada pemanasan adalah ... .

  A.         sebagian berwujud cair dan sebagian sudah berubah menjadi gas

  B.         semua berwujud cair

  C.         sebagian berwujud cair, sebagian berwujud padat

  D.        semua berwujud padat

10.   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... .   

A.     Besi

B.   Timah

C.   Kuningan

D.    Tembaga

 


0 Response to "Kalor dan Perubahannya"

Post a Comment

Iklan Atas

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel