Kalor Dan Perubahan Wujud Zat, Rumus, Pola Soal Dan Pembahasan

Apa itu Kalor?

Pada dasarnya, kalor yaitu perpindahan energi kinetik dari satu benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Kalor dilambangkan dengan aksara Q. Banyaknya kalor yang didiberikan pada suatu benda sebanding dengan kenaikan suhu (∆T), massa benda (m) dan kalor jenis bendanya (c). Ditulis dengan persamaan diberikut.

Q = mc∆T ………. Pers. (1)

Keterangan:

Q = jumlah kalor yang didiberikan (kalori atau joule)

m = massa benda (g atau kg)

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

∆T = perubahan suhu (oC)

Asas Black

Bila dua zat yang suhunya tidak sama dicampur maka zat yang bersuhu tinggi akan melepaskan kalor sehingga suhunya turun dan zat yang bersuhu rendah akan menyerap kalor sehingga suhunya naik hingga terjadi kesetimbangan termal. Karena kalor ialah suatu energi maka berdasar aturan keabadian energi diperoleh kalor yang dilepaskan sama dengan kalor yang diserap.

Konsep tersebut sering disebut dengan azaz Black, yang secara matematis sanggup ditetapkan:

Qlepas = Qterima	………. Pers. (2)
(mc∆T)lepas = (mc∆T)terima

Keterangan:

Qlepas = besar kalor yang didiberikan (J)

Qterima = besar kalor yang diterima (J)

Kalor dan Perubahan Wujud Zat

Seringkali kita temukan kejadian-kejadian menarikdanunik di sekitar kita. Misalnya saja, air yang digerahkan secara terus-menerus akan berkembang menjadi uap, es jikalau dibiarkan di atas meja sanggup mencair, dan kapur barus yang dibiarkan sanggup habis tak bersisa. Kejadian tersebut ialah salah satu rujukan efek kalor terhadap wujud benda.

Kita tiruana sudah mengetahui bahwa wujud benda atau zat ada tiga macam, yakni cair, padat, dan gas. Apabila suatu zat mendapatkan atau melepaskan kalor, maka wujudnya sanggup berkembang menjadi wujud lain. Misalnya, es yang mendapatkan kalor dari lingkungan akan berkembang menjadi cair dan air yang mendapatkan kalor dari hasil pemanasan akan berkembang menjadi uap atau gas.

Ketika suatu zat berkembang menjadi wujud lain, diharapkan atau dilepaskan sejumlah kalor. Kalor yang diharapkan atau dilepaskan per satuan massa pada dikala terjadi perubahan fase atau wujud disebut kalor laten. Berdasarkan definisi tersebut, kalor laten sanggup dicari dengan persamaan diberikut.

Q = mL ………. Pers. (3)

Keterangan:

L = kalor laten (J/kg)

Q = kalor yang diserap atau dilepas (J)

m = massa benda (kg)

Sekarang coba perhatikan air yang sedang digerahkan. Kalian tahu bahwa air akan mendidih ketika suhunya 100oC pada tekanan 1 atmosfer (atm) atau kurang dari 100oC untuk tekanan yang lebih tinggi.

Jika air yang sudah mendidih terus digerahkan, maka air akan berkembang menjadi uap atau gas, akan tetapi suhunya tidak akan bertambah.misal lainnya yaitu es yang sedang mencair. Ketika mencair, suhu es dalam bentuk padat akan sama dengan suhu dikala gres menjadi air.

Dua rujukan tersebut menawarkan bahwa pada dikala terjadi perubahan wujud atau fase benda, tidak ada perubahan suhu atau kenaikan suhu yang terjadi. Ini tidak spesialuntuk terjadi pada dikala air menguap atau es mencair, tetapi terjadi pada tiruana jenis perubahan wujud, ibarat mencair, membeku, menguap, menyublim, melenyap, ataupun mengembun.

Review Fisika!

Di SMP, kalian sudah mengenal perubahan wujud atau fase benda. Perubahan wujud dari fase satu ke fase lainnya memiliki nama yang tidak sama. Perhatikan dan pelajarilah diagram perubah wujud benda diberikut ini.

Perubahan wujud zat selain alasannya peresapan kalor, sanggup juga terjadi alasannya pelepasan kalor. Setiap terjadi perubahan wujud terdapat nama-nama tertentu. Berikut ini yaitu nama perubahan wujud zat tersebut.

No.	Nama	Perubahan
No.	Nama	Dari wujud	Ke wujud	Kalor
1.	Mencair	Padat	Cair	Diserap
2.	Menguap	Cair	Gas	Diserap
3.	Menyublim	Padat	Gas	Diserap
4.	Membeku	Cair	Padat	Dilepas
5.	Mengembun	Gas	Cair	Dilepas
6.	Menyublim	Gas	Padat	Dilepas

Nah, menurut perubahan wujud tersebut, kalor laten memiliki beberapa jenis. Apabila benda/zat mengalami perubahan fase/wujud daripadat menjadi cair (mencair) kalor latennya disebut kalor lebur, sedangkan ketika membeku disebut kalor beku (LB). Besarnya kalor lebur sama dengan kalor beku.

Kemudian, bila benda atau zat mengalami perubahan fase atau wujud dari cair ke uap (menguap), kalor laten yang menyertainya disebut kalor uap (LU), sedangkan ketika mengembun disebut kalor embun yang besarnya sama dengan kalor uap.

Sementara jikalau terjadi perubahan fase atau wujud dari padat menjadi gas (menyublim) atau sebaliknya, kalor laten yang menyertainya disebut kalor sublimasi.

Info Fisika!

Besarnya kalor lebur atau kalor beku air yaitu 79,9 kkal/kg atau 333 kJ/kg. Besarnya kalor uap atau kalor embun untuk air yaitu 539 kkal/kg atau 2.260 kJ/kg.

Persamaan kalor laten sangat diharapkan untuk menuntaskan soal-soal terkait dengan Asas Black. Untuk mengetahui penerapan persamaan kalor laten, perhatikan dan pahamilah rujukan soal di bawah ini.

misal Soal dan Pembahasan

1. Hitunglah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur besi bermassa 3 kg dari suhu 10oC hingga 80oC? Diketahui cbesi = 450 J/kgoC

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 3 kg

∆T = 80oC – 10oC = 70oC

cbesi = 450 J/kgoC

Ditanyakan: Q

Jawab:

Untuk mencari banyaknya kalor yang dibutuhkan, kita sanggup memakai persamaan diberikut.

Q = mc∆T

Q = 3 × 450 × 70

Q = 9,45 × 104 J

= 94,5 kJ

Jadi, kalor yang dibutuhkan yaitu 94,5 kJ.

2. Anis menyiapkan minuman es teh untuk pekerja di rumahnya dalam suatu wadah. Ia mencampur 0,5 kg es yang bersuhu – 5oC dengan 1 kg air teh yang suhunya 20oC. Apabila pertukaran kalor spesialuntuk terjadi pada kedua benda, ces = 2.100 J/kgoC, dan cair = 4.200 J/kgoC berapa suhu tamat minuman tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui:

mes = 0,5 kg

Tes = -5oC

Cces = 2.100 J/kgoC

mair = 1 kg

Tair = 20

ccair = 4.200 J/kg C

Ditanyakan: TC

Jawab:

Untuk mencari suhu adonan (TC) kita sanggup menerapkan asas black, yaitu sebagai diberikut.

Qair = Qes

mair × cair × (Tair –TC) = mes × ces × (TC – Tes)

1 × 4.200 × (20 – TC) = 0,5 × 2.100 × (TC – (-5)

4.200 × (20 – TC) = 1.050 (TC + 5)

4 × (20 – TC) = (TC + 5) → kedua ruas dibagi 1.050

80 – 4TC = TC + 5

TC + 4TC = 80 – 5

5TC = 75

TC = 75/5

TC = 15

Jadi, suhu tamat minuman tersebut yaitu 15oC.

3. Perak memiliki titik didih pada suhu 961oC, kalor lebur sebesar 88 kJ/kg, dan kalor jenisnya 230 J/kgoC. Hitunglah kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan 16,5 kg perak yang temperatur awalnya yaitu 20oC.

Penyelesaian

Diketahui:

mAg = 16,5 kg (Ag = Agentum, nama ilmiah perak)

LB = 88 kJ/kg = 8,8 × 104 J/kg

TAg = 20oC

Titik lebur perak (TL) = 961oC

cAg = 230 J/kgoC

Ditanyakan: Q

Jawab:

Untuk menuntaskan soal ini, kita harus ingat bahwa suatu benda akan melebur sehabis suhunya mencapai titik didih. Padahal untuk mencapai titik didih juga diharapkan kalor. Jadi, soal ini harus diselesaikan dengan dua cara.

□ Teknik pertama adalah mencari kalor untuk menaikkan suhu hingga mencapai titik didihnya.

□ Teknik kedua adalah mencari kalor leburnya.

Kalor yang diharapkan untuk menaikkan suhu dari 20oC hingga 961oC yaitu sebagai diberikut.

Q1 = mc∆T

Q1 = 16,5 × 230 × (961 – 20)

Q1 = 3,61 × 106 J

Kalor lebur perak dicari dengan persamaan diberikut.

Q2 = mLB

Q2 = 16,5 × (8,8 × 104)

Q2 = 1,452 × 106 J

Jumlah kalor total untuk melebur perak dari suhu 20oC yaitu sebagai diberikut.

Qtot = Q1 + Q2

Qtot = (3,61 × 106) + (1,452 × 106)

Qtot = 5,062 × 106 J

Jadi, kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan perak tersebut yaitu 5,062 × 106 J.

4. 100 gram air bersuhu 70oC disiramkan pada balok es bersuhu 0oC hingga tiruana es melebur. Jika kalor lebur es 0,5 kkal/kg dan kalor jenis air 1 kkal/kgoC, tentukan massa es yang melebur.

Penyelesaian:

Diketahui:

ma = 100 g = 0,1 kg

Ta = 40oC

Ca = 1 kkal/kg

LB-es = 0,5 kkal/kg

Ditanyakan: mes

Jawab:

Dalam kasus ini, air melepaskan kalor dan es mendapatkan kalor, sehingga berlaku Asas Black. Suhu air sama dengan suhu es yakni 0oC.

Qair = Qes

maca∆T = mesLB

0,1 × 1 × (40 – 0) = mes × 0,5