Asas Black: Pengertian, Bunyi, Rumus, Contoh Soal dan Penerapannya

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:

Tentunya kalian sudah mengetahui bahwa kalor berpindah dari satu benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Perpindahan ini mengakibatkan terbentuknya suhu akhir yang sama antara kedua benda tersebut. Pernahkah kalian membuat susu atau kopi? Sewaktu susu diberi air panas, kalor akan menyebar ke seluruh cairan susu yang dingin, sehingga susu terasa hangat.

Suhu akhir setelah pencampuran antara susu dengan air panas disebut suhu termal (keseimbangan).

Kalor yang dilepaskan air panas akan sama besarnya dengan kalor yang diterima susu yang dingin. Kalor merupakan energi yang dapat berpindah, prinsip ini merupakan prinsip hukum kekekalan energi. Hukum kekekalan energi dirumuskan pertama kali oleh Joseph Black (1728 – 1899). Oleh karena itu, penyataan tersebut juga dikenal sebagai asas black.

Lalu tahukah kalian apa itu asas Black? Nah, pada kesempatan kali ini kita akan membahas tentang pengertian atau definisi, bunyi, rumus, penerapan, contoh soal dan pembahasan mengenai asas atau hukum Black. Untuk itu, silahkan kalian simak baik-baik penjelasan berikut ini. Selamat belajar dan semoga bisa paham.

Pengertian Asas Black

Asas Black adalah suatu prinsip dalam termodinamika yang dikemukakan oleh Joseph Black. Asas ini menjabarkan beberapa hal, yaitu sebagai berikut.

□ Jika dua buah benda yang berbeda yang suhunya dicampurkan, benda yang panas memberi kalor pada benda yang dingin sehingga suhu akhirnya sama.

□ Jumlah kalor yang diserap benda dingin sama dengan jumlah kalor yang dilepas benda panas.

□ Benda yang didinginkan melepas kalor yang sama besar dengan kalor yang diserap bila dipanaskan.

Bunyi Asas Black

Bunyi Asas Black adalah sebagai berikut.

“Pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat yang suhunya lebih tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima zat yang suhunya lebih rendah”.

Info Fisika

Sejarah Joseph Black (1728 – 1799) Joseph Black adalah seorang ilmuwan dari Skotlandia. Dia menyatakan bahwa es dapat mencair tanpa berubah suhunya. Hal ini berarti bahwa es dapat menyerap panas dan menggunakan energi panas tersebut untuk mengubah bentuknya menjadi cair. Ia juga menemukan bahwa kejadian yang sama akan terjadi saat air berubah menjadi uap air. Energi yang diserap oleh suatu bahan untuk berubah dari padat menjadi cair disebut kalor laten peleburan, sedangkan saat benda cair berubah menjadi gas disebut kalor laten penguapan. Black juga menyatakan bahwa sejumlah substansi yang berbeda akan membutuhkan sejumlah energi panas yang berbeda pula untuk menentukan suhunya dengan kenaikan yang sama.

Rumus Asas Black

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, kalor adalah energi yang dipindahkan dari benda yang memiliki temperatur tinggi ke benda yang memiliki temperatur lebih rendah sehingga pengukuran kalor selalu berhubungan dengan perpindahan energi.

Energi adalah kekal sehingga benda yang memiliki temperatur lebih tinggi akan melepaskan energi sebesar QL dan benda yang memiliki temperatur lebih rendah akan menerima energi sebesar QT dengan besar yang sama.

Secara matematis, pernyataan tersebut dapat ditulis sebagai berikut.

QLepas

=

QTerima

………. Pers. (1)

Keterangan:

QLepas = jumlah kalor yang dilepaskan oleh zat (Joule)

QTerima = jumlah kalor yang diterima oleh zat (Joule)

Persamaan (1) menyatakan hukum kekekalan energi pada pertukaran kalor yang disebut sebagai Asas Black. Pengukuran kalor sering dilakukan untuk menentukan kalor jenis suatu zat. Jika kalor jenis suatu zat diketahui, kalor yang diserap atau dilepaskan dapat ditentukan dengan mengukur perubahan temperatur zat tersebut. Kemudian, dengan menggunakan persamaan:

Q = mc∆T ……………… Pers. (2)

besarnya kalor dapat dihitung. Ketika menggunakan persamaan ini, perlu diingat bahwa temperatur naik berarti zat menerima kalor, dan temperatur turun berarti zat melepaskan kalor.

Dengan menggunakan persamaan (2), maka persamaan (1) dapat dijabarkan secara lebih spesifik sebagai berikut.

QLepas = QTerima

m1c1∆T1 = m2c2∆T2 ..… Pers. (3)

dengan ∆T1 = T – Takhir dan ∆T2 = Takhir – T maka kita mendapatkan persamaan berikut.

m1c1(T1 – Tc)

=

m2c2(Tc – T2)

….. Pers. (4)

Keterangan:

m1 = massa benda 1 yang suhunya tinggi (kg)

m2 = massa benda 2 yang suhunya rendah (kg)

c1 = kalor jenis benda 1 (J/kgoC)

c2 = kalor jenis benda 2 (J/kgoC)

T1 = suhu mula-mula benda 1 (oC atau K)

T2 = suhu mula-mula benda 2 (oC atau K)

Tc = suhu akhir atau suhu campuran (oC atau K)

Catatan : Pada pencampuran antara dua zat, sesungguhnya terdapat kalor yang hilang ke lingkungan sekitar. Misalnya, wadah pencampuran akan menyerap kalor sebesar hasil kali antara massa, kalor jenis dan kenaikan suhu wadah.

Dengan menggunakan Asas Black, kita dapat menghitung suhu akhir dari dua buah benda atau zat yang dicampurkan. Selain itu, jika kalor jenis salah satu benda diketahui, kita dapat mencari kalor jenis benda kedua. Alat yang digunakan untuk mencari kalor jenis benda atau zat yang menggunakan Asas Black adalah kalorimeter.

Contoh Penerapan Asas Black

Berikut ini adalah beberapa contoh penerapan asas Black dalam kehidupan sehari-hari.

1. Penentuan nilai pembakaran suatu bahan bakar (LHV/HHV/GHV).

2. Penentuan kapasitas beban pendinginan mesin (cooling water rate).

3. Menentukan jumlah energi dalam bentuk perpindahan panas untuk menaikkan temperatur pada derajat tertentu, sehingga dapat memperkirakan waktu yang diperlukan untuk pemanasan.

4. Penentuan temperatur kesetimbangan termal insulasi reaktor atau engine atau sistem apa saja yang menerapkan pemakaian insulasi termal.

5. Ketika kita minum segelas es teh. Pada pembuatan es teh, mula-mula teh diseduh dengan air panas baru kemudian dicampurkan es. Pada proses pencampuran ini, air seduhan yang panas dan es akan berinteraksi termal dan mencapai temperatur kesetimbangan baru, yang mana akan lebih rendah dari panas semula.

6. Penetapan untuk pemilihan bangunan rumah, semisal lantai. Dari Asas Black, maka energi dalam bentuk perpindahan panas haruslah sama, hanya ada konstanta panas jenis (kalor jenis). Jika dipilih konstanta panas jenis yang tinggi, maka lantai tersebut akan terasa lebih hangat dibanding lantai dengan bahan yang memiliki panas jenis yang lebih rendah yang lebih terasa dingin.

Contoh Soal Asas Black dan Pembahasan

1. 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 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: Takhir/Ttermal = … ?

Jawab:

QLepas = QTerima

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

mair × cair × (Tair – Ttermal) = mbjn × cbjn × (Ttermal – Tbjn)

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

2.100 × (100 – Ttermal) = 450 × (Ttermal – 25)

210.000 – 2.100Ttermal = 450Ttermal – 11.250

450Ttermal + 2.100Ttermal = 210.000 + 11.250

2.550Ttermal = 221.250

Ttermal = 221.250/2.550

Ttermal = 86,76oC

Jadi, suhu kesetimbangannya adalah 86,76oC.

2. Jika teh 200 cm3 pada suhu 95oC dituangkan ke dalam cangkir gelas 150 g pada suhu 25oC, berapa suhu akhir (T) dari campuran ketika dicapai kesetimbangan, dengan menganggap tidak ada kalor yang mengalir ke sekitarnya? (kalor jenis cangkir gelas adalah 840 J/kgoC)

Penyelesaian:

Diketahui:

teh sebagian besar berupa air, maka kalor jenisnya adalah kalor jenis air.

cteh = cair = 4.200 J/kgoC

Vteh = 200 cm3 = 200 × 10-6 m3

mteh = ρteh × Vteh

mteh = ρair × Vteh

mteh = (1,0 × 103 kg/m3)(200 × 10-6 m3)

mteh = 200 × 10-3 kg = 0,2 kg

mgls = 150 g = 0,15 kg

cgls = 840 J/kgoC

Tteh = 95oC

Tgls = 25oC

Ditanyakan: T akhir (Tc) = …?

Jawab:

Dengan menerapkan Hukum Kekekalan Energi Kalor, maka:

Kalor yang hilang dari teh = kalor yang diterima canggir gelas

QLepas = QTerima

mteh × cteh × ∆Tteh = mgls × cgls × ∆Tgls

mteh × cteh × (Tteh – Tc) = mgls × cgls × (Tc – Tgls)

0,2 × 4.200 × (95 – Tc) = 0,15 × 840 × (Tc – 25)

840 × (95 – Tc) = 126 × (Tc – 25)

79.800 – 840Tc = 126Tc – 3.150

126Tc + 840Tc = 79.800 + 3.150

966Tc = 82.950

Tc = 82.950/966

Tc = 85,87oC

Jadi, suhu kesetimbangan atau suhu akhir the dengan cangkir adalah 85,86oC.