Hukum Kekekalan Energi Kalor, 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:

Kalian telah mempelajari bahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak pernah musnah, tetapi energi dapat berubah bentuk dari satu bentuk energi ke bentuk energi lain. Sebagai contoh, energi mekanik dapat berubah menjadi energi listrik. Kemudian, energi listrik dapat berubah lagi menjadi energi cahaya, dan seterusnya. Demikian juga, energi dalam bentuk kalor berasal dari bentuk energi lain.

Apa itu kalor?

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.

Bagaimana Hukum Kekekalan Energi untuk Kalor?

Energi adalah kekal sehingga benda yang memiliki temperatur lebih tinggi akan melepaskan energi sebesar QLepas dan benda yang memiliki temperatur lebih rendah akan melepaskan energi QTerima dengan besar yang sama. Secara matematis, pernyataan tersebut dapat ditulis sebagai berikut.

QLepas = QTerima ………. Pers. (1)

(mc∆T)Lepas = (mc∆T)Terima

Keterangan:

QLepas = jumlah kalor yang dilepaskan oleh zat (Joule)

QTerima = jumlah kalor yang diterima oleh zat (Joule)

m = massa benda (g atau kg)

c = kalor jenis (kal/goC atau J/kgoC)

∆T = perubahan suhu (oC)

Persamaan (1) menyatakan hukum kekekalan energi pada pertukaran kalor yang disebut sebagai Asas Black. Nama hukum ini diambil dari nama seorang ilmuwan Inggris sebagai penghargaan atas jasa-jasanya, yakni Joseph Black (1728 – 1799). Pengukuran kalor sering dilakukan untuk menentukan kalor jenis suatu zat.

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 menaikan temperatur suatu benda dalam jumlah tertentu. Misalnya, untuk menaikkan temperatur 1 kg (2,2 lb) air sebesar 1°C (1,8°F) dibutuhkan lebih banyak panas daripada menaikkan temperatur 1 kg besi dengan kenaikan temperatur yang sama.

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

Besarnya kalor dapat dihitung. Ketika menggunakan persamaan ini, perlu diingat bahwa temperatur naik berarti zat menerima kalor, dan temperatur turun berarti zat melepaskan kalor. Hukum kekekalan energi untuk kalor dapat diamati dengan menggunakan kalorimeter.

Poin Fisika

Kalor memiliki satuan kalori dan joule. Untuk konversi satuan kalor dari joule ke kalori atau sebaliknya adalah sebagai berikut. 1 kalori = 4,18 Joule 1 Joule = 0,24 kalori

Apa itu kalorimeter?

Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kalor. Salah satu bentuk kalorimeter, tampak pada gambar di bawah ini.

Kalorimeter ini terdiri atas sebuah bejana logam dengan kalor jenisnya telah 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 pelindung agar pertukaran kalor dengan lingkungan di 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 temperatur merata dari percampuran dua zat yang suhunya berbeda.

Batang pengaduk ini biasanya terbuat dan bahan yang sama seperti bahan bejana kalorimeter. Zat yang diketahui kalor jenisnya dipanaskan sampai temperatur tertentu. Kemudian, zat tersebut dimasukkan ke dalam kalorimeter yang berisi air dengan temperatur dan massanya yang telah diketahui. Selanjutnya, kalorimeter diaduk sampai suhunya tetap.

Bagaimana menggunakan kalorimeter untuk menghitung kalor?

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, hukum kekekalan energi untuk kalor dapat diamati dengan menggunakan kalorimeter, sehingga pengukuran besarnya kalorpun dapat dihitung. Caranya adalah sebagai berikut:

Sejumlah massa zat cair dipanaskan. Kemudian, zat cair tersebut dimasukkan ke dalam kalorimeter. Suhu zat cair tersebut diukur dengan termometer dan dicatat. Selanjutya, sejumlah massa zat cair dengan suhu yang lebih rendah dimasukkan ke dalam kalorimeter dan diaduk dengan pengaduk hingga kedua zat cair bercampur secara merata.

Kemudian, suhu zat cair yang tercampur diukur dan dicatat. Selama pengadukan berlangsung, terjadi perpindahan kalor. Zat cair yang bersuhu lebih tinggi melepaskan kalornya, sedangkan zat cair yang bersuhu lebih rendah menyerap kalor dari zat cair yang bersuhu tinggi sehingga pada akhirnya mencapai suhu kesetimbangan yang disebut dengan setimbang termal.

Contoh Soal Hukum Kekekalan Energi untuk kalor

1. Sebanyak 300 gram air dipanaskan dari 30oC menjadi 50oC. Jika massa jenis air adalah 1 kal/goC atau 4.200 J/kgK, tentukan:

a. banyaknya kalor yang diterima air tersebut (dalam kalori)

b. banyaknya kalor yang diterima air tersebut (dalam joule)

Penyelesaian:
Diketahui:

m = 300 g

c = 1 kal/goC

∆T = 50oC – 30oC = 20oC

Ditanyakan: Q dalam kalori dan joule

Jawab:

a. Banyaknya kalor yang diterima air dihitung dengan menggunakan rumus atau persamaan berikut ini.

Q = mc∆T

Q = (300 g)(1 kal/goC)(20oC)

Q = 6.000 kal

Jadi, banyaknya kalor yang diterima air tersebut adalah 6.000 kalor.

b. Dari kesetaraan kalori dan joule diketahui bahwa:

1 kalori = 4,2 joule sehingga:

Q = 6.000 × 4,2 joule = 25.200 joule.

2. Sepotong aluminium bermassa 200 g dan bersuhu 20oC dimasukkan ke dalam 100 g air yang bersuhu 80oC. Dengan mengabaikan pertukaran kalor dengan lingkungan, hitung suhu akhir campuran jika kalor jenis aluminium 900 J/kgK dan kalor jenis air 4.200 J/kgK.

Penyelesaian:

Diketahui:

mAir = 100 g

TAir = 80oC

cAir = 4.200 J/kgK

mAl = 200 g

TAl = 20oC

cAl = 900 J/kgK

Ditanyakan: suhu akhir (TA) campuran = …?

Jawab:

QLepas = QTerima

≫ mAir × cAir × ∆TAir = mAl × cAl × ∆TAl

≫ mAir × cAir × (TAir – TA) = mAl × cAl × (TA – TAl)

≫ 100 × 4.200 × (80 – TA) = 200 × 900 × (TA – 20)

≫ 420.000(80 – TA) = 180.000(TA – 20)

≫ 42(80 – TA) = 18(TA – 20)

≫ 3.360 – 42TA = 18TA – 360

≫ 18TA + 42TA = 3.360 + 360

≫ 60TA = 3.720

≫ TA = 3.720/60

≫ TA = 62

Jadi, suhu akhir setelah terjadi kesetimbangan termal adalah 62oC.

Latihan Soal Kekekalan Energi untuk kalor

1| Es sebanyak 100 gram memiliki temperatur –10°C. Kemudian, pada es tersebut diberikan kalor sehingga seluruh es mencair menjadi air dengan temperatur 20°C. Berapa kalori kalor yang diberikan pada es tersebut?

2| Air sebanyak 1.000 gram yang memiliki temperatur 15°C dipanaskan dengan energi sebesar 2.000 kalori. Jika kalor jenis air 1 kal/g°C, tentukanlah temperatur air setelah pemanasan tersebut.

3| Berapakah kalor yang dibutuhkan untuk mencairkan es sebanyak 200 gram yang bertemperatur 0°C? Diketahui kalor laten peleburan air 80 kal/g.

4| Ke dalam 50 gram air yang bersuhu 40°C, dimasukkan es sebanyak 10 gram. Jika temperatur es mula-mula 0°C, tentukanlah temperatur akhir dari campuran es dan air ini, jika dianggap tidak ada kalor yang hilang.

5| Jelaskan hukum Asas Black yang Anda ketahui dan sebutkan contohnya dalam kehidupan sehari-hari.