Pengaruh dan Hubungan Kalor Terhadap Suhu Benda, 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:

Sendok yang digunakan untuk menyeduh kopi panas, akan terasa hangat. Leher Anda jika disentuh akan terasa hangat. Apa sebenarnya yang berpindah dari kopi panas ke sendok dan dari leher ke syaraf kulit? Sesuatu yang berpindah tersebut merupakan energi/kalor.

Pada dasarnya kalor adalah perpindahan energi kinetik dari satu benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Pada waktu zat mengalami pemanasan, partikel-partikel benda akan bergetar dan menumbuk partikel tetangga yang bersuhu rendah.

Hal ini berlangsung terus menerus membentuk energi kinetik rata-rata sama antara benda panas dengan benda yang semula dingin. Pada kondisi seperti ini terjadi keseimbangan termal dan suhu kedua benda akan sama.

Dari penjelasan di atas, maka dapat kita simpulkan pengertian atau definisi kalor adalah sebagai berikut.

Kalor merupakan salah satu bentuk energi yang dapat berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah jika kedua benda tersebut saling disentuhkan.

Karena kalor merupakan suatu bentuk energi, maka satuan kalor dalam SI adalah Joule dan dalam CGS adalah erg.

1 Joule = 107 erg

Dahulu sebelum orang mengetahui bahwa kalor merupakan suatu bentuk energi, maka orang sudah mempunyai satuan untuk kalor adalah kalori.

1 kalori = 4,18 joule atau 1 Joule = 0,24 kal

Pengaruh Kalor Terhadap Suhu

Dari gambar di atas, terlihat bahwa jika satu gelas air panas dicampur dengan satu gelas air dingin, setelah terjadi keseimbangan termal menjadi air hangat. Hal tersebut dapat terjadi karena pada saat air panas dicampur dengan air dingin maka air panas melepaskan kalor sehingga suhunya turun dan air dingin menyerap kalor sehingga suhunya naik.

Dengan demikian jika terdapat suatu benda yang menerima kalor suhunya akan naik. Faktor apakah yang mempengaruhi banyaknya kalor yang diserap oleh suatu zat? Untuk lebih jelasnya lakukan kegiatan di bawah ini!

Percobaan Pengaruh Kalor terhadap Suhu Benda

Kegiatan 1

Masukkan air secukupnya ke dalam alat pemanas (gambar (a)). Ukurlah suhu air mula-mula dan hasilnya masukkan dalam tabel. Hubungkan alat pemanas dengan sumber listrik PLN dan catatlah suhu air tiap 3 menit selama 9 menit (0 menit, 3 menit, 6 menit dan 9 menit). Masukkan hasilnya dalam tabel. Bagaimana hubungan antara banyaknya kalor yang diserap air dan lamanya waktu penyerapan kalor tersebut?

Kegiatan 2

Masukkan air ke dalam alat pemanas I dan alat pemanas II dengan volum yang tidak sama (gambar (b)). Ukurlah suhu air mula-mula yang berada dalam alat pemanas I dan alat pemanas II. Hubungkan alat pemanas I dan alat pemanas II dengan sumber listrik PLN dan catatlah suhunya setelah 10 menit (sebelum air mendidih) dan hasilnya masukkan dalam tabel. Bagaimanakah hubungan antara massa air dengan banyaknya kalor yang diserap?

Catatan: Air yang bervolum lebih banyak, mempunyai massa yang lebih besar.

Kegiatan 3

Masukkan air secukupnya ke dalam alat pemanas I dan minyak kelapa dengan massa yang sama dengan massa air ke dalam alat pemanas II seperti gambar (c) di atas. Ukurlah suhu mula-mula dari air dan minyak kelapa tersebut dan hasilnya masukkan dalam tabel. Hubungkan alat pemanas I dan alat pemanas II dengan sumber listrik PLN dan catatlah suhu air dan suhu minyak kelapa setelah 10 menit (sebelum mendidih) dan hasilnya masukkan dalam tabel. Bagaimanakah hubungan antara jenis zat yang dipanaskan dengan banyak kalor yang diserap?

Kesimpulan

Dari ketiga kegiatan di atas buatlah kesimpulan mengenai faktor-faktor apa sajakah yang mempengaruhi banyaknya kalor yang diserap oleh suatu benda!

Hubungan Kalor dengan Suhu Benda

Sewaktu Anda memasak air, Anda membutuhkan kalor untuk menaikkan suhu air hingga mendidihkan air. Nasi yang dingin dapat dihangatkan dengan penghangat nasi. Nasi butuh kalor untuk menaikkan suhunya. Berapa banyak kalor yang diperlukan air dan nasi untuk menaikkan suhu hingga mencapai suhu yang diinginkan?

Secara induktif, makin besar kenaikan suhu suatu benda, makin besar pula kalor yang diserapnya. Selain itu, kalor yang diserap benda juga bergantung massa benda dan bahan penyusun benda. Secara matematis dapat di tulis seperti berikut.

Q = mc∆T

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)

Contoh Soal 1:

Berapa besar kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebatang besi yang massanya 10 kg dari 20oC menjadi 100oC, jika kalor jenis besi 450 J/kgoC?

Penyelesaian:
Diketahui:

m = 10 kg

T1 = 20oC

T2 = 100oC

c = 450 J/kg oC

Ditanyakan: Q?

Jawab:

Q = mc∆T

Q = mc(T2 – T1)

Q = 10 × 450 × (100 – 20)

Q = 10 × 450 × 80

Q = 360.000 J = 360 kJ

Jadi, kalor yang dibutuhkan sebatang besi tersebut sebesar 360 kJ.

Kalor Jenis dan Kapasitas Kalor

Kalor dapat diberikan kepada benda atau diambil darinya. Kalor dapat diberikan pada suatu benda dengan cara pemanasan dan sebagai salah satu dampak adalah kenaikan suhunya. Kalor dapat diambil dari suatu benda dengan cara pendinginan dan sebagai salah satu dampak adalah penurunan suhu.

Jadi, salah satu dampak dari pemberian atau pengurangan kalor adalah perubahan suhu yang diberi lambang Δt.

Hasil percobaan di atas menunjukkan bahwa, dari pemanasan air dan minyak kelapa dengan massa air dan minyak kelapa yang sama, dengan selang waktu pemanasan yang sama ternyata banyaknya kalor yang diserap oleh air dan minyak kelapa tidak sama.

Untuk membedakan zat-zat dalam hubungannya dengan pengaruh kalor pada zat-zat itu digunakan konsep kalor jenis yang diberi lambang “c”.

Kalor jenis suatu zat didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan atau dilepaskan untuk menaikkan atau menurunkan suhu satu satuan massa zat itu sebesar satu satuan suhu.

Jika suatu zat yang massanya m memerlukan atau melepaskan kalor sebesar Q untuk mengubah suhunya sebesar ΔT, maka kalor jenis zat itu dapat dinyatakan dengan persamaan:

c	=	Q
		m∆T

Satuan-satuan kalor jenis antara lain sebagai berikut.

● J/kgoC

● J/kg K

● kkal/kgoC

● kal/goC

Data pada tabel berikut ini menyatakan nilai kalor jenis dari beberapa zat yang banyak dijumpai dalam kehidupan sehari-hari.

Tabel Kalor Jenis Beberapa Zat dalam J/kg K

Nama Zat	Kalor Jenis	Nama Zat	Kalor Jenis
Air	4.180	Kuningan	376
Air laut	3.900	Raksa	140
Aluminium	903	Seng	388
Besi	450	Spritus	240
Es	2.060	Tembaga	385
Kaca	670	Timbal	130

Dari persamaan Q = mcΔT, untuk benda-benda tertentu nilai dari mc adalah konstan. Nilai dari mc disebut juga dengan kapasitas kalor yang diberi lambang "C" (huruf kapital).

Kapasitas kalor didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan atau dilepaskan untuk mengubah suhu benda sebesar satu satuan suhu.

Persamaan kapasitas kalor dapat dinyatakan dengan:

C	=	Q	atau	Q = C∆T
		∆T

Satuan dari C adalah J/K. Dari persamaan Q = mcΔT dan Q = C∆T diperleh persamaan berikut.

C = mc

Keterangan:

C = kapasitas kalor (J/K)

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)

Contoh Soal 2:

Kalor yang dibutuhkan oleh 3 kg zat untuk menaikkan suhunya dari 10oC sampai 80oC adalah 9,45 kJ. Berapakah kalor jenis zat tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 3 kg

∆T = 80oC – 10oC = 70oC

Q = 9,45 kJ = 94.500 J

Ditanyakan: c

Jawab:

c	=	Q
		m∆T

c	=	94.500 J
		3 kg × 70oC

c	=	94.500 J
		210 kgoC

c

=

450 J/kgoC

Jadi kalor jenis zat tersebut adalah 450 J/kgoC.

Contoh Soal 3:

Berapakah kapasitas kalor dari 5 kg suatu zat yang mempunyai kalor jenis 2 kal/goC?

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 5 kg = 5.000 g

c = 2 kal/goC

Ditanyakan: C

Jawab:

C = m × c

C = 5.000 g × 2 kal/goC

C = 10.000 kal/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:

Qdilepaskan = Qdiserap

Contoh Soal 4:

Air sebanyak 0,5 kg yang bersuhu 100oC dituangkan ke dalam bejana dari aluminium yang memiliki massa 0,5 kg. Jika suhu awal bejana sebesar 25oC, kalor jenis aluminium 900 J/kgoC, dan kalor jenis air 4.200 J/kgoC, maka tentukan suhu akhir kesetimbangan yang tercapai! (anggap tidak ada kalor yang mengalir ke lingkungan).

Penyelesaian:
Diketahui:

mbjn = 0,5 kg

mair = 0,5 kg

Tair = 100oC

Tbjn = 25oC

cair = 4.200 J/kgoC

cbjn = 900 J/kgoC

Ditanyakan: Ta (suhu akhir)

Jawab:

Qdilepaskan = Qdiserap

mair × cair × ∆Tair = mbjn × cbjn × ∆Tbjn

0,5 × 4.200 × (100 – Ta) = 0,5 × 900 × (Ta – 25)

210.000 – 2.100Ta = 450Ta – 11.250

450Ta + 2.100Ta = 210.000 + 11.250

2.550Ta = 222.250

Ta = 222.250/2.550

Ta = 87,156oC

Jadi, suhu akhir campuran atau suhu kesetimbangan termalnya adalah 87,156oC.