Social Icons

Senin, 30 Januari 2012

Kalor

Pengertian Kalor
Kalor adalah bentuk energi yang berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah. Jika suatu benda menerima / melepaskan kalor maka suhu benda itu akan naik/turun atau wujud benda berubah.
BEBERAPA PENGERTIAN KALOR
1 kalori adalah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram air sebesar 1ºC.
1 kalori = 4.18 joule
1 joule = 0.24 kalori
Kapasitas kalor (H) adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh zat untuk menaikkan suhunya 1ºC (satuan kalori/ºC).
Kalor jenis (c) adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan 1 gram atau 1 kg zat sebesar 1ºC (satuan kalori/gram.ºC atau kkal/kg ºC).

Dari hasil percobaan yang sering dilakukan besar kecilnya kalor yang dibutuhkan suatu benda(zat) bergantung pada 3 faktor
  1. massa zat
  2. jenis zat (kalor jenis)
  3. perubahan suhu
Sehingga secara matematis dapat dirumuskan :
Q = m.c.(t2 – t1)
Dimana :
Q adalah kalor yang dibutuhkan (J)
m adalah massa benda (kg)
c adalah kalor jenis (J/kgC)
(t2-t1) adalah perubahan suhu (C)
Kalor dapat dibagi menjadi 2 jenis
  • Kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu
  • Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud (kalor laten), persamaan yang digunakan dalam kalor laten ada dua macam Q = m.U dan Q = m.L. Dengan U adalah kalor uap (J/kg) dan L adalah kalor lebur (J/kg)
Dalam pembahasan kalor ada dua kosep yang hampir sama tetapi berbeda yaitu kapasitas kalor (H) dan kalor jenis (c)
Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda sebesar 1 derajat celcius.
H = Q/(t2-t1)
Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1 derajat celcius. Alat yang digunakan untuk menentukan besar kalor jenis adalah kalori meter.
c = Q/m.(t2-t1)
Bila kedua persamaan tersebut dihubungkan maka terbentuk persamaan baru
H = m.c
Analisis grafik perubahan wujud pada es yang dipanaskan sampai menjadi uap. Dalam grafik ini dapat dilihat semua persamaan kalor digunakan.
Grafik Perubahan Wujud Es
Keterangan :
Pada Q1 es mendapat kalor dan digunakan menaikkan suhu es, setelah suhu sampai pada 0 C kalor yang diterima digunakan untuk melebur (Q2), setelah semua menjadi air barulah terjadi kenaikan suhu air (Q3), setelah suhunya mencapai suhu 100 C maka kalor yang diterima digunakan untuk berubah wujud menjadi uap (Q4), kemudian setelah berubah menjadi uap semua maka akan kembali terjadi kenaikan suhu kembali (Q5)

Kalor jenis

Rumus:
Q=m\times c \times\Delta\! t
dengan ketentuan:
  • \!Q = Kalor yang diterima suatu zat (Joule, Kilojoule, Kalori, Kilokalori)
  • \!m = Massa zat (Gram, Kilogram)
  • \!c = Kalor jenis (Joule/kilogram°C, Joule/gram°C, Kalori/gram°C)
  • \Delta\!t = Perubahan suhu (°C) → (t2 - t1)
Untuk mencari kalor jenis, rumusnya adalah:
\!c=\frac{Q}{\!m\times\Delta\!t}
Untuk mencari massa zat, rumusnya adalah:
\!m=\frac{Q}{\!c\times\Delta\!t}

Kapasitas kalor

Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh benda untuk menaikkan suhunya 1°C.
Rumus kapasitas kalor:
\!H=\frac{Q}{\Delta\!t}


\!H=\frac{\!m\times\!c\times\Delta\!t}{\Delta\!t}


\!H=\!m\times\!c
dengan syarat:
  • \!Q = Kalor yang diterima suatu zat (Joule, Kilojoule, Kalori, Kilokalori)
  • \!H = Kapasitas kalor (Joule/°C)
  • \!m = Massa zat (Gram, Kilogram)
  • \!c = Kalor jenis (Joule/kilogram°C, Joule/gram°C, Kalori/gram°C)
  • \Delta\!t = Perubahan suhu (°C) → (t2 - t1)
contoh soal: sebuah zat dipanaskan dari suhu 10°C menjadi 35°C. Kalor yang dikeluarkan adalah 5000 Joule. Jika masa zat adalah 20 kg. Berapakah kalor jenis dan kapasitas kalor zat tersebut? Jawab = Diketahui=
t1 =10°C
          t2 =35°C
          Q  =5000 J
          m  =20 kg
Ditanya = b. Kapasitas kalor (H)
a. kalor jenis (c)
           delta t = t2-t1
                  = 35°-10°
                  = 25°
        c  = Q:(m*delta t)
        c  = 5000:(20*25)
        c  = 5000: 500
        c  = 10 J/kg C°
H = m × c
   = 20kg × 10 J/kg C°
   = 200 J/ C°

Kalor lebur

Rumus:
\!Q=\!m\times\!L
dengan ketentuan:
  • \!Q = Kalor yang diterima suatu zat (Joule, Kilojoule, Kalori, Kilokalori)
  • \!m = Massa zat (Gram, Kilogram)
  • \!L = Kalor lebur zat (Joule/kilogram, Kilojoule/kilogram, Joule/gram)

Kalor uap

Rumus:
\!Q=\!m\times\!U
dengan ketentuan:
  • \!Q = Kalor yang diterima suatu zat (Joule, Kilojoule, Kalori, Kilokalori)
  • \!m = Massa zat (Gram, Kilogram)
  • \!U = Kalor uap zat (Joule/kilogram, Kilojoule/kilogram, Joule/gram)
Contoh Soal :
Berapa energi kalor yang diperlukan untuk menguapkan 5 Kg air pada titik didihnya, jika kalor uap 2.260.000 Joule/Kilogram ?
Jawab :
Diketahui  : m = 5 Kg
             U = 2.260.000 J/Kg


Ditanyakan : Q =..... ?


Jawab Q = m x U
        = 5 Kg x 2.260.000 J/Kg
        = 11.300.000 J
        = 11,3 x 106 J

Hubungan antara kalor dengan energi listrik
Kalor merupakan bentuk energi maka dapat berubah dari satu bentuk kebentuk yang lain. Berdasarkan Hukum Kekekalan Energi maka energi listrik dapat berubah menjadi energi kalor dan juga sebaliknya energi kalor dapat berubah menjadi energi listrik. Dalam pembahasan ini hanya akan diulas tentang hubungan energi listrik dengan energi kalor. Alat yang digunakan mengubah energi listrik menjadi energi kalor adalah ketel listrik, pemanas listrik, dll.
Besarnya energi listrik yang diubah atau diserap sama dengan besar kalor yang dihasilkan. Sehingga secara matematis dapat dirumuskan.
W = Q
Untuk menghitung energi listrik digunakan persamaan sebagai berikut :
W = P.t
Keterangan :
W adalah energi listrik (J)
P adalah daya listrik (W)
t adalah waktu yang diperlukan (s)
Bila rumus kalor yang digunakan adalah Q = m.c.(t2 – t1) maka diperoleh persamaan ;
P.t = m.c.(t2 – t1)
Yang perlu diperhatikan adalah rumus Q disini dapat berubah-ubah sesuai dengan soal.
Asas Black
Menurut asas Black apabila ada dua benda yang suhunya berbeda kemudian disatukan atau dicampur maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Aliran ini akan berhenti sampai terjadi keseimbangan termal (suhu kedua benda sama). Secara matematis dapat dirumuskan :
Q lepas = Q terima
Yang melepas kalor adalah benda yang suhunya tinggi dan yang menerima kalor adalah benda yang bersuhu rendah. Bila persamaan tersebut dijabarkan maka akan diperoleh :
Q lepas = Q terima
m1.c1.(t1 – ta) = m2.c2.(ta-t2)

Perpindahan Kalor


Kalor dapat merambat melalui tiga macam cara yaitu:
  1. Konduksi

    Perambatan kalor tanpa disertai perpindahan bagian-bagian zat perantaranya, biasanya terjadi pada benda padat.

    H = K . A . (DT/ L)

    H = jumlah kalor yang merambat per satuan waktu
    DT/L = gradien temperatur (ºK/m)
    K = koefisien konduksi
    A = luas penampang (m²)
    L = panjang benda (m)


  2. Konveksi

     Perambatan kalor yang disertai perpindahan bagian-bagian zat, karena perbedaan massa jenis.

    H = K . A . DT

    H = jumlah kalor yang merambat per satuan waktu
    K = koefisien konveksi
    DT = kenaikan suhu (ºK)


  3. Radiasi

    Perambatan kalor dengan pancaran berupa gelombang-gelombang elektromagnetik.

    Pancaran kalor secara radiasi mengikuti Hukum Stefan Boltzmann:

     W = e . s . T4

    W = intensitas/energi radiasi yang dipancarkan per satuan luas per satuan waktu
    s = konstanta Boltzman =5,672 x 10-8 watt/cm2.ºK4
    e = emisivitas (o < e < 1) T = suhu mutlak (ºK)
Benda yang dipanaskan sampai pijar, selain memancarkan radiasi kalor juga memancarkan energi radiasi dalam bentuk gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang 10-6 s/d 10-5 m. Untuk benda ini berlaku hukum PERGESERAN WIEN, yaitu:
lmax . T = C
C = konstanta Wien = 2.9 x 10-3m ºK
Kesimpulan:
  1. Semua benda (panas/dingin) memancarkan energi radiasi/kalor
  2. Semakin tinggi suhu benda. semakin besar radiasinya dan semakin pendek panjang gelombangnya.
  3. Koefisien emisivitas benda tergantung pada sifat permukaannya.Benda hitam sempurna mempunyai nilai e = 1 merupakan pemancar dan penyerap kalor yang paling baik.
Contoh:
1. Air mengalir dengan laju alir 3 liter/menit. Jika suhu awal air 20ºC dan seluruh kalor diberikan pada air, hitunglah suhu air panas!
Jawab:
misalkan suhu air panas ta
Q = 3 liter/menit = 3 dm3/60 detik = 50 cm3/detik
berarti V = 50 cm3 ® m = r .V = 1 . 50 = 50 gram

t = 1 detik 1 joule = 0.24 kal

E = Q ® 0,24 P.t = m. c. t

0.24 . 3500 . 1 = 50. 1 ( ta - 20 ) ® ta = 36.8ºC
2. Benda hitam sempurna luas permukaannya 0,5 m2 dan suhunya 27ºC. Jika suhu sekelilingnya 77ºC, hitunglah:
a. kalor yang diserap persatuan waktu persatuan luas
b. energi total yang dipancarkan selama 1 jam.
Jawab:
Benda hitam: e = 1 ;  s = 5,672.10-8 watt/m2K4
a. W = e s ( T24 - T14) ® T1 = 300ºK ; T2 = 350ºK
= 1. 5,672.10-8 (3504 - 3004)
= 391,72 watt/m2
b. W = E/A.T ® E = W. A. t
E = 391,72. 0,5. 3600 = 705060 Joule
3. Besi panjangnya 2 meter disambung dengan kuningan yang panjangnya 1 meter, keduanya mempunyai luas penampang yang sama. Apabila suhu pada ujung besi adalah 500ºC dan suhu pada ujung kuningan 350ºC. Bila koefisien konduksi termal kuningan tiga kali koefisien termal besi,hitunglah suhu pada titik sambungan antara besi dan kuningan!
Jawab:
Misalkan suhu pada titik sambungan = T. maka
[K . A . (DT/L)] besi = [K . A . (DT/L)] kuningan
K . A (500 - T)/2 = 3 KA (T - 350)/l
T= 2600/7= 371,4ºC

| LG |

Posted by at
Labels:

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Langganan: Posting Komentar (Atom)