Kalor dan Perubahan Wujud Zat, Rumus, 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:

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.

Q = mc∆T ……….  Pers. (1)

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:

Qlepas = Qterima	……….  Pers. (2)
(mc∆T)lepas = (mc∆T)terima

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.

Q = mL ……….  Pers. (3)

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.

Review Fisika!

Di SMP, kalian telah mengenal perubahan wujud atau fase benda. Perubahan wujud dari fase satu ke fase lainnya mempunyai nama yang berbeda. Perhatikan dan pelajarilah diagram perubah wujud benda berikut ini.

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.

No.	Nama	Perubahan
		Dari wujud	Ke wujud	Kalor
1.	Mencair	Padat	Cair	Diserap
2.	Menguap	Cair	Gas	Diserap
3.	Menyublim	Padat	Gas	Diserap
4.	Membeku	Cair	Padat	Dilepas
5.	Mengembun	Gas	Cair	Dilepas
6.	Menyublim	Gas	Padat	Dilepas

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.

Info Fisika!

Besarnya kalor lebur atau kalor beku air adalah 79,9 kkal/kg atau 333 kJ/kg. Besarnya kalor uap atau kalor embun untuk air adalah 539 kkal/kg atau 2.260 kJ/kg.

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.

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. 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.