Kalor dan Perubahan Suhu Zat, Rumus, Percobaan, Contoh Soal dan Pembahasan

Daftar Materi Fisika

• 1. Besaran Fisika
• 2. Vektor dan Resultan
• 3. Mekanika (Kinematika dan Dinamika)
• 4. Fisika Optik
• 5. Suhu dan Kalor

Advertisement

Baca Juga:

Kalor didefinisikan sebagai energi yang berpindah dari zat yang suhunya lebih tinggi menuju zat yang suhunya lebih rendah.

Orang pertama yang menyatakan kalor sebagai energi adalah Robert Mayer yang diperkuat oleh James Prescoutt Joule (1818 – 1889). Oleh karenanya, satuan kalor dalam SI (Sistem Internasional) diberi nama Joule. Satuan yang lainnya adalah kalori atau disingkat kal.

1 kalori menyatakan banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 kg air sehingga suhunya naik sebesar 1 derajat Celcius.

Info Fisika!

James Prescoutt Joule (1818 – 1889) adalah seorang fisikawan Inggris. Namanya digunakan sebagai satuan energi (joule). Ia mendapatkan bahwa 1 joule setara dengan 0,24 kalori, atau 1 kalori setara dengan 4,2 joule.

Pengaruh kalor pada perubahan suhu suatu benda dapat dengan mudah kita temukan dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya, air yang dipanaskan akan mengalami peningkatan suhu. Peningkatan suhu ini disebabkan karena energi panas dari api berpindah menuju air.

Hal tersebut membuktikan bahwa kalor dapat memengaruhi suhu suatu zat. Untuk menemukan bentuk hubungan kalor dan perubahan suhu zat, lakukanlah eksperimen atau percobaan berikut ini.

Percobaan: Menyelediki Pengaruh Kalor terhadap Suhu Zat

A. Dasar Teori

Kalor adalah energi yang berpindah dari zat yang suhunya tinggi menuju ke zat yang suhunya rendah. Ini terjadi jika kedua zat saling bersentuhan atau berdekatan. Suatu zat apabila diberikan kalor, suhunya akan bertambah. Pertambahan suhu ini terjadi karena energi kalor berpindah menuju benda yang diberi kalor. Besarnya perubahan suhu ditentukan oleh jenis zat, massa zat, dan jumlah kalor yang diberikan.

B. Tujuan Percobaan

Setelah melalukan eksperimen ini, kalian diharapkan mampu:

1. Menemukan pengaruh kalor terhadap perubahan suhu benda.

2. Menemukan pengaruh massa benda terhadap perubahan suhu jika suatu zat mendapatkan kalor.

C. Alat dan Bahan

1. Gelas beker

2. Pemanas spritus (bunsen)

3. Termometer

4. Stopwatch atau arloji

5. Neraca

6. Kaki tiga

7. Air

8. Kertas grafik

9. Statif

D. Langkah Kerja

1. Rangkailah alat seperti pada gambar berikut ini.

2. Ukurlah massa gelas beker kosong. Kemudian, masukkan air ke dalam gelas beker dan timbanglah massanya. Massa air sama dengan massa gelas beker yang berisi air dikurangi massa gelas beker.

3. Masukkan termometer ke dalam air. Catat suhu awal air tersebut.

4. Panaskan air dengan pemanas atau pembakar bunsen dalam wadah tahan panas/gelas beker sehingga mendidih. Ingat hati-hati dengan nyala apinya. Jangan sampai kalian terkena api.

5. Ukurlah suhu air setiap 3 menit.

6. Ulangilah langkah 1 hingga 4 dengan massa air yang berbeda. Masukkan data yang kalia peroleh pada tabel berikut ini.

Massa Air	Menit ke-	Suhu	Perubahan suhu (∆T = T – T0)
	0
	3
	6
	9
	dst

E. Pembahasan

1. Buatlah grafik antara waktu dengan suhu air untuk setiap massa air.

2. Buatlah grafik antara perubahan suhu dengan massa air.

3. Apa yang dapat kalian simpulkan dari eksperimen ini?

Buatlah laporan hasil eksperimen kalian dengan menggunakan cara penulisan laporan yang baik dan benar dan kumpulkan hasilnya kepada guru.

Berdasarkan hasil eksperimen yang telah dilakukan, kita dapat mengambil kesimpulan bahwa pemberian kalor mengakibatkan perubahan suhu benda. Pada percobaan tersebut, semakin lama air dipanaskan berarti jumlah kalor yang diberikan semakin besar. Dengan demikian, semakin besar kalor yang diberikan semakin besar pula kenaikan suhu benda.

Selain itu, kenaikan suhu tidak hanya ditentukan oleh jumlah kalor yang diberikan, tetapi juga tergantung pada massa benda. Semakin besar massa benda, semakin kecil perubahan suhu yang terjadi. Dengan kata lain, perubahan suhu berbanding terbalik dengan massa benda. Dari hasil percobaan, kita dapat menuliskan:

∆T	∝	Q
		m

Q ∝ m∆T

Kesebandingan tersebut, dapat diubah menjadi bentuk persaman dengan menambahkan konstanta yang disebut kalor jenis (c).

Kalor jenis zat didefinisikan sebagai jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan atau menurunkan suhu 1 kg massa zat sebesar 1oC atau 1 K.

Jadi, kita mempunyai bentuk persamaan:

Q = mc∆T

Keterangan:

Q = kalor yang diperlukan atau dibuang (J atau kal)

m = massa benda (kg)

c = kalor jenis benda (J/kgoC)

∆T = T1 – T0 = perubahan suhu benda (oC)

■ Besarnya kalor jenis suatu zat dapat kalian lihat pada tabel berikut ini.

Nama zat	Kalor jenis pada 20oC (J/kgoC)
Air (15oC)	4.186
Es (-5oC)	2.100
Aluminium	900
Tembaga	390
Besi atau baja	450
Perak	230
Kayu	1.700
Alkohol	2.400
Air raksa	140

Kalor jenis zat menunjukkan karakteristik suatu zat. Suatu zat memiliki kalor jenis yang berbeda dengan zat lainnya. Semakin besar kalor jenis suatu zat, maka semakin banyak kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu sebesar 1oC. Selain kalor jenis, karakteristik suatu zat juga ditunjukkan oleh kapasitas kalor zat tersebut.

Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu benda sebesar 1oC atau 1 K.

Kita dapat menuliskan kapasitas kalor dengan persamaan berikut ini.

C	=	Q	atau	C = mc
		∆T

Keterangan:

C = kapasitas kalor suatu zat (J/K atau J/oC)

c = kalor jenis suatu zat (J/kgoC atau kkal/kgoC)

Contoh Soal dan Pembahasan

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. Air sebanyak 500 g bersuhu 20oC jika diberi kalor 100 kkal, berapakah suhu air sekarang?

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 500 g = 0,5 kg

T0 = 20oC

cair = 4.200 J/kgoC

Q = 100 kkal = 4,2 × 105 J

Ditanyakan: T

Jawab:

Untuk mencari T, gunakan persamaan berikut.

Q = mcair∆T

∆T	=	Q
		mcair

∆T	=	4,2 × 105
		0,5 × 4.200

∆T

=

200

∆T = T – T0

T = ∆T + T0

T = 200 + 20

T = 220

Jadi, suhu akhir air adalah 220oC.