Asas Black dan Kalorimeter + 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:

Ketika kita ingin mandi dengan air hangat, maka untuk keperluan ini kita ambil 2 liter air yang bersuhu 70oC, lalu kita campurkan dengan 4 liter air yang bersuhu 30oC. Bagaimana suhu air 70oC setelah dicampur dan bagaimana pula suhu air 30oC? Ternyata air hangat itu bersuhu kurang lebih 40oC. Mengapa hal itu dapat terjadi?

Untuk bisa menjawab hal tersebut, kita harus mengetahui terlebih dahulu mengenai konsep asas Black tentang kalor dan pengukuran kalor secara kuantitatif memerlukan suatu alat yang disebut kalorimeter. Nah, pada kesempatan kali ini kita akan membahas tentang azas Black dan Kalorimeter.

1. Asas Black

Menurut hukum kekekalan energi, bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, yang terjadi hanyalah perubahan bentuk energi yang satu ke bentuk energi yang lain. Kita ambil contoh, sebuah benda A massa m1, suhu T1 dan kalor jenisnya c1. Kemudian kita masukkan ke dalam air B yang massanya m2, suhu T2, dan kalor jenis c2.

Setelah terjadi kesetimbangan, dianggap tidak ada kalor yang diserap oleh tempat, suhu air menjadi T. Perhatikan gambar berikut ini.

Dalam hal ini benda A suhunya turun dari T1 ke T. Maka kalor yang dilepas benda A adalah Q1 = m1c1(T1 – T). Sedangkan air B, suhunya naik dari T2 ke T. Maka kalor yang diserap air B adalah Q2 = m2c2(T – T2).

Berdasarkan hukum kekekalan energi untuk kalor, jumlah kalor yang dilepas benda A sama dengan jumlah kalor yang diserap oleh air B. hal ini dikenal dengan nama Asas Black. Secara matematis, asas Black dirumuskan sebagai berikut.

Kalor yang dilepas = kalor yang diterima

Q1 = Q2

m1c1∆T1 = m2c2∆T2

m1c1(T1 – T) = m2c2(T – T2)

Persamaan tersebut berlaku pada pertukaran kalor, yang selanjutnya disebut Asas Black. Hal ini sebagai penghargaan bagi seorang ilmuwan dari Inggris bernama Joseph Black (1728 - 1799).

Info Fisika

Joseph Black mengira bahwa kapasitas panas merupakan jumlah panas yang dapat ditampung oleh suatu benda. Hal ini sebenarnya merupakan ukuran tentang jumlah tenaga yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu benda dalam jumlah tertentu.

2. Kalorimeter

Kalorimeter adalah alat untuk mengukur kalor jenis suatu zat atau bahan, seperti yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini. Salah satu bentuk kalorimeter yaitu kalorimeter campuran. Kalorimeter ini terdiri dari sebuah bejana logam yang kalor jenisnya diketahui.

Bejana ini biasanya ditempatkan di dalam bejana lain yang agak lebih besar. kedua bejana dipisahkan oleh bahan penyekat, misalnya gabus atau wol. Kegunaan bejana luar adalah sebagai isolator agar pertukaran kalor dengan sekitar kalorimeter dapat dikurangi.

Kalorimeter juga dilengkapi dengan batang pengaduk. Pada waktu zat dicampurkan di dalam kalorimeter, air di dalam kalorimeter perlu diaduk agar diperoleh suhu merata sebagai akibat percampuran dua zat yang suhunya berbeda. Asas penggunaan kalorimeter adalah Asas Black.

Zat yang ditentukan kalor jenisnya dipanaskan sampai suhu tertentu. Dengan cepat zat itu dimasukkan ke dalam kalorimeter yang berisi air dengan suhu dan massanya sudah diketahui. Kalorimeter diaduk sampai suhunya tidak berubah lagi. Dengan menggunakan hukum kekekalan energi, kalor jenis zat yang dimasukkan dihitung.

Poin Fisika

Pertukaran energi kalor merupakan dasar teknik yang dikenal dengan nama kalorimetri, yang merupakan pengukuran kuantitatif dari pertukaran kalor. Untuk melakukan pengukuran kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat digunakan kalorimeter. Salah satu kegunaan yang penting dari kalorimeter adalah dalam penentuan kalor jenis suatu zat. Pada teknik yang dikenal sebagai “metode campuran”, satu sampel zat dipanaskan sampai temperatur tinggi yang diukur dengan akurat, dan dengan cepat ditempatkan pada air dingin kalorimeter. Kalor yang hilang pada sampel tersebut akan diterima oleh air dan kalorimeter. Dengan mengukur suhu akhir campuran tersebut, maka dapat dihitung kalor jenis zat tersebut.

Contoh Soal dan Pembahasan

Sebuah kalorimeter yang kapasitas kalornya 40 kal/oC berisi 200 gram air suhunya 20oC akan dipakai untuk menentukan kalor jenis kuningan. Ke dalam kalorimeter dimasukkan 100 gram kuningan yang bersuhu 80oC. Jika suhu akhir air 22oC dan kalor jenis air 1 kal/goC, berapakah kalor jenis kuningan?

Penyelesaian:

Diketahui:

Ckal = 40 kal/oC

ma = 200 gram

Ta = 20oC

mk = 100 gram

Tk = 80oC

Takhir = 22oC

ca = 1 kal/goC

∆Ta = Takhir − Ta = (22 – 20) = 2oC

∆Tk = Tk− Takhir = (80 – 22) = 58oC

∆Tka = ∆Ta = 2oC

Ditanyakan: kalor jenis kuningan (ck) = …?

Jawab:

Kalor yang dilepas oleh kuningan = kalor yang diterima oleh kalorimeter dan air.

Q1 = Q2

≫ mk × ck × ∆Tk = ma × ca × ∆Ta + Ckal × ∆Tka

≫ 100 × ck × 58 = (200 × 1 × 2) + (40 × 2)

≫ 5.800ck = 400 + 40

≫ 5.800ck = 440

≫ 580ck = 44

≫ ck = 44/580

≫ ck = 0,076

Jadi, kalor jenis kuningan tersebut adalah 0,076 kal/goC.

Latihan Soal

1. Sebutkan dengan jelas Asas Black!

2. Kalor jenis aluminium aluminium lebih besar dari kalor jenis kuningan. Apa akibatnya apabila pada jumlah massa yang sama kedua benda diberi kalor yang sama?

3. Ke dalam panci aluminium yang massanya 0,5 kg, suhu 80oC. Hitunglah suhu air di dalam panci aluminium. (kalor jenis aluminium adalah 900 J/kgK).

4. Untuk menentukan kalor jenis suatu zat, ke dalam kalorimeter yang mempunyai kapasitas kalor 168 J/K, berisi 400 gram air yang bersuhu 20oC. Dimasukkan sebuah benda bermassa 200 gram ke dalam kalorimeter. Jika suhu benda 80oC, hitung kalor jenis benda (dalam SI)!

5. Sebuah peluru yang massanya 2,0 gram bergerak dengan laju sebesar 200 m/s tertanam di dalam sebuah balok kayu yang massanya 2,0 kg yang digantungkan seperti bandul. Hitunglah kenaikan temperatur dari peluru tersebut dengan mengganggap bahwa semua tenaga yang diserap digunakan untuk menaikkan temperatur!