Kalor dan perpindahan kalor

A.   KALOR DAN PENGARUHNYA 

Kalor adalah suatu bentuk energi yangg secara alamiah dapat berpindah dari benda yang suhunya tinggi menuju suhu yang lebih rendah saat bersinggungan.

Kalor adalah suatu bentuk energi yang diterima oleh suatu benda yang menyebabkan benda tersebut berubah suhu atau wujud bentuknya. Kalor berbeda dengan suhu, karena suhu adalah ukuran dalam satuan derajat panas. Kalor merupakan suatu kuantitas atau jumlah panas baik yang diserap maupun dilepaskan oleh suatu benda

      1. Kalor Mengubah Suhu Benda

Besarnya kalor (Q) yang dibutuhkan untuk mengubah suhu berbanding lurus dengan
massa benda (m), kenaikan suhu dan kalor jenis.

 Selain joule (J), terdapat satuan kalor yang sering dipergunakan dalam kehidupan sehari-sehari, yaitu kalori. Satu kalori dapat didefinisikan kalor yang diperlukan tiap 1 gram air , sehingga suhunya naik 10C. Terdapat kesetaraan antara satuan joule dan satuan kalori yang biasa disebut tara kalor mekanik.

1 kalori = 4,2 joule
1 joule = 0,24 kalori

Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diperlukan tiap satu satuan massa zat untuk menaikkan suhu 1 kilogram zat sebesar 1°C.

Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan suatu zat untuk menaikkan suhu sebesar 1°C.

2.Kalor Mengubah Wujud Benda

Besarnya energi kalor (Q) yang dibutuhkan untuk mengubah wujud suatu zat berbanding lurus dengan massa benda (m) dan kalor laten (L)

Q= m x L

Dengan L = kalor laten

Kalor Laten adalah kalor yang dibutuhkan tiap satu satuan massa zat untuk mengubah wujudnya tanpa mengalami perubahan suhu. Terdapat dua kalor laten yaitu:

a)    Kalor Lebur (L) : Banyaknya kalor ynag dibutuhkan tiap satu satuan massa zat untuk melebur pada titik leburnya. Besar energi kalor yang dibutuhkan:

Q= m x L ,  dengan L= kalor lebur (J/kg)

)    Kalor uap  (U) : Banyaknya kalor ynag dibutuhkan tiap satu satuan massa zat cair untuk menjadi uap pada titik didihnya. Besar energi kalor yang dibutuhkan:

Q= m x U ,  dengan U= kalor uap (J/kg)

Faktor yang dapat dilakukan mempercepat penguapan pada zat cair antara lain: 

a)    Memanaskan atau dipanaskan 

b)    Memperluas permukaan

c)    Meniup udara di atas permukaan

d)    Mengurangi tekanan udara di permukaan

Secara umum wujud zat adalah padat, cair dan gas. Zat mampu berubah wujud jika diberi kalor dari luar sistem ataupun melepas kalor ke lingkungan. Terdapat 6 macam perubahan wujud zat, yakni :

Dari keenam perubahan wujud tersebut, dapat dikelompokkan menjadi 2 jenis perdasarkan penyerapan atau pelepasan kalor oleh sistem.

1. Perubahan wujud yang memerlukan kalor (menyerap kalor)
a. Mencair
b. Menguap
c. Menyublim
2. Perubahan wujud yang melepaskan kalor
a. Membeku
b. Membeku
c. Mengkristal

B.   ASAS BLACK

Dua buah benda yang berbeda suhunya jika dicampur maka benda yang bersuhu rendah akan menyerap kalor dan benda yang bersuhu tinggi akan melepas kalor. Sesuai dengan asas Black menyatakan bahwa besarnya kalor yang diserap sama dengan kalor yang dilepas.

Q_{lepas =} Q_terima
 m x c x Δt = m x c x Δt

Hubungan konversi energi listrik menjadi energi kalor dirumuskan:

W = Q
P x t = m x c x Δt

Keterangan:
W = energi listrik (joule)
Q = jumlah kalor yang diserap atau dilepaskan (joule)
P = daya listrik (watt)
t = selang waktu pemakaian listrik (sekon)
m = massa benda (kg)
c = kalor jenis zat (joule/kg °C)           

C.   PERPINDAHAN KALOR

1Konduksi

Konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Contoh:

Pemanas batang besi

Alat masak yang terbuat dari logam

2Konveksi

Konveksi adalah perpindahan kalor pada suatu zat yang disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Contoh:

Peristiwa memasak air

Terjadinya angin darat dan angin laut

3Radiasi

Radiasi adalah perpindahan panas tanpa melalui perantara. Contoh:

Cahaya matahari dapat sampai ke bumi

Api unggun untuk menghangatkan anak pramuka

Pembuatan pengapian di rumah

LATIHAN SOAL SOAL

1. Bentuk energi yang pindah karena adanya perbedaan suhu disebut ...
  a. kalori
  b. kalor
  c. radiasi
  d. konduksi

pembahasan :
kalor merupakan salah satu bentuk energi yang dapat berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah

jawaban : b

2. Suatu benda jika diberi kalor akan mengalami ...
  a. perubahan wujud dan massa zat
  b. perubahan ukuran dan massa zat
  c. perubahan suhu dan wujud zat
  d. perubahan suhu dan ukuran zat

pembahasan :
salah satu bentuk f enomena yang berkaitan dengan kalor adalah terjadinya perubahan suhu suatu zat dan perubahan wujud zat dari satu bentuk ke bentuk lain, namun tidak mengubah massa suatu zat

jawaban : c

3. Satu kilokalori setara dengan ...

pembahasan :
Antonie Laurent Lavoisier mengemukakan bahwa kalor adalah sejenis zat cair (disebut kalorik) yang terkandung dalam setiap benda dan tidak dapat dilihat oleh mata manusia. Berdasarkan teori ini, satuan kalor disebut kalori. James Prescott Joule menemukan hubungan antara kalor dan energi. Hasil percobaan Joule adalah adanya hubungan antara satuan kalor dan satuan energi yaitu
1 kal = 4,2 joule.
Dengan demikian

jawaban : b

4. Apabila dua buah benda yang suhunya berbeda disentuhkan maka ...

a. kalor mengalir dari benda bersuhu rendah ke benda bersuhu tinggi

b. kalor mengalir dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah

c. benda bersuhu rendah melepaskan kalor

d. benda bersuhu tinggi suhunya bertambah

pembahasan :

kalor merupakan salah satu bentuk energi yang dapat berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah ketika kedua benda disentuhkan. Benda bersuhu tinggi melepaskan kalor sehingga suhunya turun, sedangkan benda bersuhu rendah menerima kalor sehingga suhunya naik atau bertambah

jawaban : b

5. Bilangan yang menyatakan banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg zat 1 derajat C disebut ...

a. massa jenis

b. kapasitasn kalor

c. kalor jenis

d. rambatan kalor

pembahasan :

• massa jenis suatu zat : massa zat dibagi volumenya
• kapasitas kalor : banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu zat sebesar 1 derajat C
• kalor jenis suatu zat : banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1 derajat C
• rambatan kalor : perpindahan kalor dari suhu tinggi ke suhu rendah

jawaban : c

6. Jika air dingin dicampur dengan air panas maka akan terjadi peristiwa ...

a. air dingin dan air panas sama-sama melepas kalor

b. air dingin dna air panas menerima kalor

c. air dingin melepas kalor dan air panas menerima kalor

d. air dingin menerima kalor dna air panas melepas kalor

pembahasan :

jika air panas dan air dingin dicampur maka air dingin akan menerima kalor dari air panas sehingga suhu air dingin naik dan air panas akan melepas kalor sehingga suhu menjadi turun

jawaban : d

pembahasan :

  

jawaban : c

Δt = Q/(m c) = 84000/((5)(4200)) = 4 derajat C

jawaban : d

Soal No. 9
Es bermassa 150 gram berada pada suhu 0°C dipanasi hingga seluruhnya melebur menjadi air yang bersuhu 0 °C. Tentukan jumlah kalor yang diperlukan untuk proses tersebut! (Kalor lebur es = 80 kal/g)

Pembahasan
Data soal:
m = 150 gram
L = 80 kal/gr

Kalor untuk melebur seluruh es:
Q = m x L
Q = 150 x 80
Q = 12000 kalori

Soal No. 10
Es bermassa 250 gram bersuhu − 5° C dipanasi hingga melebur menjadi air bersuhu 0°C. Jika kalor jenis es 0,5 kal/gr°C, dan kalor lebur es adalah 80 kal/gr, tentukan kalor yang diperlukan untuk proses tersebut!

Pembahasan
Data soal:
m = 250 gram
ces = 0,5 kal/gr°C
Les = 80 kal/gram

Proses 1, menaikkan suhu es, kalor yang diperlukan:
Q1 = m x c x ΔT
Q1 = 250 x 0,5 x 5
Q1 = 625 kalori kalori

Proses 2, meleburkan seluruh es, kalor yang diperlukan:
Q2 = m x L = 250 x 80 = 20000 kalori

Jumlah kalor seluruhnya yaitu Q1 + Q2
Q = 625 + 20000
Q = 20625 kalori

Soal No. 11
Es bermassa 200 gram bersuhu − 5° C dipanasi hingga melebur menjadi air bersuhu 100°C. Jika kalor jenis es 0,5 kal/gr°C, kalor jenis air adalah 1 kal/gr°C dan kalor lebur es adalah 80 kal/gr, tentukan jumlah kalor yang diperlukan untuk proses tersebut!

Pembahasan
Data soal:
mes = mair = 200 gram
ces = 0,5 kal/gr°C
cair = 1 kal/gr°C
Les = 80 kal/gram

Proses 1, menaikkan suhu es, kalor yang diperlukan:
Q1 = m x c x ΔT
Q1 = 200 x 0,5 x 5
Q1 = 500 kalori

Proses 2, meleburkan seluruh es, kalor yang diperlukan:
Q2 = m x L = 200 x 80 = 16000 kalori

Proses 3, menaikkan suhu air dari 0 hingga 100
Q3 = m x c x ΔT
Q3 = 200 x 1 x 100
Q3 = 20000

Keseluruhan jumlah kalor yang diperlukan adalah jumlah dari Q1, Q2 dan Q3:
Q = 500 + 16000 + 20000
Q = 36500 kalori

Soal No. 12

Air bersuhu 20°C dengan massa 200 gram dicampur dengan air bersuhu 90°C bermassa 300 gram. Tentukan suhu akhir campuran!

Pembahasan

Data soal:

m1 = 200 gram

m2 = 300 gram

c1 = c2 = 1 kal/gr°C

ΔT1 = t − 20

ΔT2 = 90 − t

Asas pertukaan kalor/asas black

Qlepas = Qterima

m2 x c2 x ΔT2 = m1 x c1 x ΔT1

300 x 1 x (90 − t) = 200 x 1 x (t − 20)

27000 − 300t = 200t − 4000

27000 + 4000 = 300t + 200t

31000 = 500t

t = 31000 / 500

t = 62°C

Soal No. 13

Sepotong logam dengan kalor jenis 0,2 kal/gr°C bermassa 100 gram bersuhu 30°C dimasukkan pada bejana berisi air yang bersuhu 90°C bermassa 200 gram. Jika kalor jenis air adalah 1 kal/gr°C dan pengaruh bejana diabaikan tentukan suhu akhir logam!

Pembahasan

Data soal:

m1 = 100 gram

m2 = 200 gram

c1 = 0,2 kal/gr°

c2 = 1 kal/gr°C

ΔT1 = t − 30

ΔT2 = 90 − t

Asas pertukaan kalor/asas black

Qlepas = Qterima

m2 x c2 x ΔT2 = m1 x c1 x ΔT1

200 x 1 x (90 − t) = 100 x 0,2 x (t − 30)

18000 − 200t = 20 t − 600

18000 + 600 = 200t + 20t

18600 = 220t

t = 18600 / 220

t = 84,5 °C

14. Berapakah banyaknya kalor yang diperlukan untuk meleburkan 200 g es yang mempunyai suhu -5      °C, jika kalor jenis es 2.100 J kg-1 °C dan kalor lebur es 340.000 J kg-1?

Jawab:

massa es (m) = 200 g = 0,2 kg

suhu awal es = -5 °C

kalor jenis es (c) = 2.100 J kg-1 °C

kalor lebur es (L) = 340.000 J kg-1

Perhatikan grafik pada gambar di atas. Dari grafik terlihat bahwa untuk meleburkan es yang bersuhu -5 oC terlebih dahulu diperlukan kalor Q1 untuk menaikkan suhu es sampai pada titik leburnya (0oC), yaitu sebesar:

Q1 = m · c · ΔT

    = (0,2 kg) × (2.100 J kg-1 °C) × (5°C)

    = 2.100 J

Setelah itu, diperlukan kalor untuk meleburkan es menjadi air sebesar:

Q2 = m · L

    = (0,2 kg) × (340.000 J kg-1)

    = 68.000 J

Jadi, banyaknya kalor yang diperlukan untuk meleburkan es yang bersuhu -5 °C menjadi air yang bersuhu 0 °C adalah:

Qtotal = Q1 + Q2

        = 2.100 J + 68.000 J

        = 70.100 J

1. Bila kalor diterimakan pada suatu benda maka….
a. Makin besar kenaikan suhu benda, makin kecil kalor yang diterima
b. Makin besar kenaikan suhu benda, makin besar kalor yang diterima
c. Kenaikan suhu benda tidak mempengaruhi banyaknya kalor yang diterima
d. Kalor yang diterima untuk kenaikan suhu yang sama untuk setiap zat adalah sama

2. Benda padat yang menerima kalor terus menerus akan…
a. Mengembun
b. Menguap
c. Melebur
d. Membeku

3. Bila kita menyimpan kamfer pada lipatan baju, ternyata kamfer makin habis sedangkan baju tetap kering, karena….
a. Baju menyerap kamfer terus – menerus secara langsung
b. Kamfer tak dapat mencair jika diletakkan dilipatan baju
c. Kamfer menyublim degan memerlukan kalor dari udara
d. Udara yang ada dilipatan baju menyerap kamfer

4. Uap yang mengembun menjadi cair….
a. Melepaskan kalor selama mengembun saja
b. Suhu udara sekitar jauh lebih tinggi
c. Suhu udara sekitar sama tingginya
d. memerlukan kalor selama mengembun

5. Yang terjadi saat suatu zat menguap adalah…
a. Zat memberikan kalor pada benda disekitarnya
b. Tekanan udara sekitarnya tidak memerlukan kalor
c. Zat itu memerlukan kalor dari udara sekitarnya atau dari sumber kalor
d. Zat itu tidak memerlukan kalor dari manapun juga karena zat itu menyimpan kalor

6. Satuan energi kalor dalam SI adalah….
a. Kalori
b. Kilokalori
c. Joule
d. Newton

7. Pada saat zat padat mulai melebur…..
a. Suhu tetap
b. Suhu zat naik
c. Massa zat berubah
d. Volum zat tetap

8. Perpindahan kalor secara radiasi terjadi bila….
a. Kalornya besar
b. adanya zat perantara
c. Tanpa perantara
d. Kalornya kecil

9. Perpindahan kalor secara konduksi bila…..
a. Melalui zat perantara udara dan air yang dilewati
b. Partikel – partikel zat perantara berpisah tempat karena suhu naik
c. Partikel – partikel zat perantara tidak berpindah tempat
d. Suhu partikel zat perantara naik secara bertahap

10. Dinding kaca bagian dalam tabung termos air panas dibuat mengkilap agar…
a. Kalor dari air panas dipantulkan kembali sehingga air tetap panas
b. Tabung kaca menyerap kalor air panas dan menyimpannya
c. Lapisan mengkilap memberikan kaor kepada air sehingga tetap panas
d. agar air tetap bersih

11. Pakaian yang disetrika menjadi halus dan hangat karena…
a. Kalor dari setrika memancar ke baju dan ditekan oleh setrika
b. Kalor dari setrika ditangkap oleh baju yang dilipat
c. Kalor dari baju dan ditekan oleh gaya dari tangan
d. Setrika yang terbuat dari logam mempunyai kalor yang lebih banyak

12. Didaerah pegunungan air lebih cepat mendidih daripada didaerah pantai…
a. Tekanan udara didaerah pegunungan lebih rendah dari pada di daerah pantai
b. Tekanan udara didaerah pegunungan lebih tinggi dari pada di daerah pantai
c. Kalor didaerah pegunungan lebih tinggi daibanding daerah pantai
d. Kalor di daerah pantai lebih tinggi di banding daerah pegunungan

13. Jika air direbus dalam panci seluruh bagian air akan menjadi panas. Hal ini menunjukkan perpindahan kalor dalam air secara…
a. Konduksi
b. Konveksi
c. Radiasi
d. Konveksi dan radiasi

14. Sebongkah es ditenggelamkan pada dasar tabung yang berisi air. Ketika dipanaskan pada bagian mulut tabung, air ditempat itu mendidih, sedangkan es belum mencair. Peristiwa ini menunjukkan bahwa…
a. Air tidak mendapat kalor yang cukup
b. Air merupakan radiator yang baik
c. Air memiliki massa jenis yang mudah berubah - ubah
d. Air merupakan konduktor yang buruk

15. Bila tangan kita ditetesi bensin maka kulit terasa dingin. Peistiwa ini menunjukkan bahwa…..
a. Bensin menguap melepaskan kalor
b. Bensin menguap memerlukan kalor
c. Kulit menyerap kalor dari udara sekitar
d. Bensin menyimpan kalor yang sangat banyak

KUNCI JAWABAN

1. B
2. C
3. C
4. A
5. C
6. C
7. C
8. C
9. D
10. A
11. C
12. A
13. B
14. D
15. B