Asas Black & Aturan Kekekalan Energi, Rumus, Tumpuan Soal Dan Pembahasan
Kalor ialah bentuk energi yaitu energi gerah. Karena bentuk energi maka dalam sistem SI, kalor mempunyai satuan joule. Kesetaraannya yaitu 1 kal = 4,2 joule atau 1 joule = 0,24 kal. Berbicara terkena kalor tentunya tidak lepas dari Asas Black dan Hukum Keabadian Energi. Nah pada peluang kali ini kita akan mengulas ihwal Asas Black dan hubungannya dengan Keabadian Energi. Untuk itu, silahkan kalian simak baik-baik klarifikasi diberikut ini.
Apa itu Asas Black?
Pernahkah kalian mandi dan airnya kedinginan? Kemudian kalian mencampurkan air gerah pada air mandi kalian. Begitu pula sebaliknya, pernahkah kalian membuat teh anggun dan terlalu gerah? Untuk mendinginkan kalian tambah es kedalam teh tersebut.
Kejadian-kejadian yang pernah kalian lakukan menyerupai di atas ternyata sangat sesuai dengan konsep fisika. Setiap dua benda atau lebih dengan suhu tidak sama dicampurkan maka benda yang bersuhu lebih tinggi akan melepaskan kalornya, sedangkan benda yang bersuhu lebih rendah akan menyerap kalor sampai mencapai keseimbangan yaitu suhunya sama.
Pelepasan dan perembesan kalor ini besarnya harus imbang. Kalor yang dilepaskan sama dengan kalor yang diserap sehingga berlaku aturan keabadian energi. Pada sistem tertutup, keabadian energi gerah (kalor) ini sanggup dituliskan sebagai diberikut.
QLepas = QTerima ………. Pers. (1)
Keterangan:
QLepas = jumlah kalor yang dilepaskan oleh zat (Joule)
QTerima = jumlah kalor yang diterima oleh zat (Joule)
Hubungan pada persamaan (1) di atas pertama kali dijelaskan oleh Joseph Black. Kemudian persamaan itu dikenal dengan Azas Black. Untuk lebih memahami penerapan Asas Black dalam perhitungan kalor pada pencampuran dua zat dengan suhu yang tidak sama, silahkan kalian simak baik-baik teladan soal dan pembahasannya diberikut ini.
misal Soal 1:
Botol termos meliputi 230 gram kopi pada suhu 80oC. Kemudian dimenambahkan susu sebanyak 20 gram bersuhu 5oC. Jika tidak ada kalor pencampuran maupun kalor yang terserap botol termos dan kalor jenis kopi = susu = air = 1,00 kal/goC, maka berapakah suhu keseimbangan campuran?
Penyelesaian:
Diketahui:
TK = 80oC
mK = 250 g
TS = 5oC
mS = 20 g
c = 1 kal/goC
Ditanyakan: suhu selesai (TA)= …?
Jawab:
Untuk mempergampang perhitungan sanggup digambar grafik kekerabatan Q-T menyerupai yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini.
Dari grafik terlihat bahwa kopi akan melepas kalor (QLepas) dan susu akan menyerap kalor (QTerima). Besarnya memenuhi Asas Black sebagai diberikut.
QTerima = QLepas
QS = QK
≫ mS × cS × ∆TS = mK × cK × ∆TK
≫ mS × cS × (TA – TS) = mK × cK × (TK – TA)
≫ 20 × 1 × (TA – 5) = 230 × 1 × (80 – TA)
≫ 20(TA – 5) = 230(80 – TA)
≫ 2(TA – 5) = 23(80 – TA)
≫ 2TA – 10 = 1840 – 23TA
≫ 2TA + 23TA = 1840 + 10
≫ 25TA = 1850
≫ TA = 1850/25
≫ TA = 74
Jadi, suhu keseimbangan atau suhu selesai adonan antara kopi dan susu tersebut yaitu 74oC.
Latihan Soal 1 |
Sesudah kalian memahami teladan soal di atas, silahkan kalian coba kerjakan soal diberikut ini. Ke dalam sebuah baskom yang meliputi air 4oC dicelupkan besi 2000 gram, suhu 90oC. Jika massa air 300 gram dan kalor jenis besi = 0,10 kal/goC, maka tentukan suhu kesetimbangannya! |
Percampuran dua benda atau lebih yang memakai azas Black dalam menganalisanya sangat berkaitan dengan perubah suhu dan perubah wujud. Jika dalam proses percampuran terjadi perubahan wujud maka perlu perhatian yang khusus. Cermati teladan diberikut untuk lebih memahaminya.
misal Soal 2:
Dalam gelas meliputi 200 cc air 40oC kemudian dimasukkan 40 gram es 0oC. Jika kapasitas kalor gelas 20 kal/oC dan kalor lebur es yaitu 80 kal/g, maka berapakah suhu seimbangnya?
Penyelesaian:
Diketahui:
Tair = 40oC
Vair = 200 cc = 200 cm3
mair = ρair × Vair
mair = (1 g/cm3)(200 cm3)
mair = 200 g
Cgelas = 20 kal/oC
Tgelas = Tair
Tes = 0oC
mes= 40 g
Les = 80 kal/g
cair = 1 kal/goC
Ditanyakan: suhu selesai (TA)= …?
Jawab:
Dari massa dan suhu air dibandingkan dengan massa dan suhu es sanggup diprediksi bahwa suhu selesai adonan akan melebihi 0oC, sehingga sanggup digambarkan grafik Q-T menyerupai pada gambar di bawah ini.
Pada proses tersebut, berlaku azas Black sebagai diberikut.
Q1 + Q2 = Q3 + Q4
≫ (mes × Les) + (mes × cair × ∆Tes) = (Cgelas × ∆Tair) + (mair × cair × ∆Tair)
(mes × Les) + [mes × cair × (TA – Tes)] = [Cgelas × (Tair – TA)] + [mair × cair × (Tair – TA)]
≫ (40 × 80) + [40 × 1 × (TA – 0)] = [20 × (40 – TA)] + [200 × 1× (40 – TA)]
≫ 3200 + 40TA = 20(40 – TA) + 200(40 – TA)
≫ 320 + 4TA = 2(40 – TA) + 20(40 – TA)
≫ 320 + 4TA = 80 – 2TA + 800 – 20TA
≫ 4TA + 2TA + 20TA = 80 + 800 – 320
≫ 26TA = 560
≫ TA = 560/26
≫ TA = 21,54
Jadi, suhu seimbangnya yaitu 21,54oC.
Latihan Soal 2 |
Sesudah kalian memahami teladan soal di atas, silahkan kalian coba kerjakan soal diberikut ini. a gram es –10oC dicampur dengan b gram air bersuhu 20oC. Jika suhu selesai yang dicapai 5oC, kalor lebur es 80 kal/g, kalor jenis es 0,5 kal/goC, maka tentukan nilai perbandingan a/b! |
Hukum Keabadian Energi
Di Sekolah Menengah Pertama kalian sudah dikenalkan ihwal keabadian energi. Energi tidak sanggup dimusnahkan dan tidak sanggup diciptakan tetapi sanggup berubah bentuk. Pernyataan ini ialah hukum keabadian energi secara umum.
Kalor ialah salah satu bentuk energi berarti harus juga memenuhi keabadian energi. Kalor sanggup bermetamorfosis bentuk lain contohnya listrik (PLTU). Begitu pula kalor sanggup timbul dari energi lain contohnya cahaya dan listrik juga (strika listrik).
misal Soal 3:
Sebuah kompor listrik yang dayanya 500 watt dan daya gunanya 40% dipakai untuk memanaskan 1 liter air yang suhu awalnya 20oC. Jika kalor jenis air yaitu 4 J/goC, maka berapakah suhu air setelah ¼ jam?
Penyelesaian:
Diketahui:
P = 500 watt
Daya guna = 40%
mair = 1 liter = 1000 cm3 = 1000 g
cair = 4 J/goC
T0 = 20oC
t = ¼ jam = ¼ × 3600 s = 900 s
Ditanyakan: suhu selesai (TA) = …?
Jawab:
Pada pemanasan air dengan kompor listrik ini terjadi perubahan energi listrik menjadi kalor. Karena daya gunanya 40% maka sanggup berlaku:
Kalor = energi
Q = 40%W
≫ mair × cair × ∆T = 0,4 × P × t
≫ mair × cair × (TA – T0) = 0,4 × P × t
≫ 1000 × 4 × (TA – 20) = 0,4 × 500 × 900
≫ 4000(TA – 20) = 180000
≫ 4(TA – 20) = 180
≫ 4TA – 80 = 180
≫ 4TA = 180 + 80
≫ 4TA = 260
≫ TA = 260/4
≫ TA = 64
Jadi, suhu selesai air setelah ¼ jam atau 900 detik yaitu 65oC.
Latihan Soal 3 |
Sesudah kalian memahami teladan soal di atas, silahkan kalian coba kerjakan soal diberikut ini. Elemen pemanas sebuah kompor listrik 110 V mempunyai kendala 20 Ω. Jika kompor ini dipakai untuk memanaskan 1 kg air bersuhu 20oC selama 7 menit dan dipasang pada tegangan 110 volt, maka tentukan suhu selesai air (kalor jenis air 1 J/kgoC)! |
Post a Comment for "Asas Black & Aturan Kekekalan Energi, Rumus, Tumpuan Soal Dan Pembahasan"