MATERI IPA 7 BAB VI. KALOR DAN PERPINDAHANYA- PART 1

Selamat pagi siswa siswi Spensaka yang soleh dan solehah. Untuk pertemuan hari ini , Senin 2 November 2020 kita membahas BAB VI yaitu Kalor dan Perpindahanya. Pertemuan sebelumnya kita sudah mengerjakan Ulangan Harian BAB V Suhu dan Pemuaian. Kali ini kita akan belajar bagian pertama yaitu KALOR. Simak baik-baik materinya untuk bekal menyelesaikan soal soal pada pertemuan berikutnya. Tetap semangat belajar dari rumah ..

A. KALOR

Waktu memasak air dengan menggunakan kompor. Air yang semula dingin lama kelamaan akan menjadi panas. Mengapa air menjadi panas? Air menjadi panas karena mendapat kalor, kalor yang diberikan pada air akan mengakibatkan suhu naik. Darimanakah kalor itu? Kalor berasal dari bahan bakar, dalam hal ini terjadi perubahan energi kimia yang terkandung didalam gas menjadi energi panas atau kalor yang dapat memanaskan air.

Kalor berbeda dengan suhu, karena suhu adalah energi yang dimiliki oleh partikel penyusun benda sedangkan kalor merupakan suatu kuantitas atau jumlah panas baik yang diserap maupun yang dilepaskan oleh benda. Nah untuk lebih jelasnya mari kita perhatikan dibawah ini.

A. Pengertian Kalor dan Kalori Makanan

Energi panas adalah energi gerak relatif partikel-partikel penyusun benda saat suhunya lebih dari 0 K. Semakin besar suhunya, energi panas benda semakin besar. Energi panas juga dipengaruhi oleh jenis benda.

Kalor merupakan energi panas yang berpindah. Jadi kalor adalah suatu bentuk energi yang secara alamiah berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi menuju suhu yang lebih rendah. Juga sebaliknya kalorpun dapat berpindah dari suhu rendah kesuhu yang tinggi apabila dibantu dengan mesin pendingin yang mengakibatkan benda tersebut berubah suhu atau bentuknya.

Secara umum untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu dengan mengukur suhu benda tersebut. Jika suhunya tinggi maka kalor yang dikandung oleh benda sangat besaar, begitupula sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang dikandung sedikit. Satuan kalor = satuan energi, dalam SI bersatuan Joule. Satuan energi yang lain adalah kalori. Satu kalori adalah jumlah energi yang dbutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram air hingga naik sebesar 1 °C. Satu kalori = 4,184 J atau dibulatkan menjadi 4,2 J. Alat pengukur kalor adalah kalorimeter. Prinsip kerja calorimeter adalah Azas Black.

Makanan merupakan penghasil energi bagi tubuh. Energi yang dikandung dalam makanan dinyatakan dalam satuan kilokalori dan biasa ditulis Kal (dengan K huruf kapital). Energi yang dikandung kerbohidrat = 4 Kal/gr, Protein = 4 Kal/gr dan lemak 9 Kal/gr.

B. Kalor dalam mengubah wujud zat dan suhu suatu benda

Bagaimana peran kalor dalam mengubah wujud zat dan dan suhu suatu benda. Mari kita pelajari lebih lanjut.

1) Kalor dan perubahan suhu zat

Apakah kalian pernah membuat air hangat untuk mandi pada saat pagi hari atau malam hari? Nah untuk membuat air hangat maka kalian akan terlebih dahulu memasak air sampai mendidih, kemudian mencampurkannya dengan air yang ada di bak. Nah Ketika kalian mencampur air panas dan air biasa maka disitu akan terjadi perpindahan energi kalor dari air panas menuju air dingin sampai suhu air tersebut menjadi sama. Peristiwa inimenunjukkan bahwa kalor dapat mengubah suhu suatu benda.

Kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda hingga suhu tertentu dipengaruhi juga oleh jenis benda. Besaran yang digunakan untuk menunjukkan hal ini adalah kalor jenis yakni kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg benda sehingga suhunya naik 1 K.

Hubungan antara Joule dan kalori dinyatakan sebagai berikut.

1 Kalori = 4,2 Joule atau 1 Joule = 0,24 kalori

tabel kalor jenis zat

Makin besar kenaikan suhu benda, kalor yang diperlukan makin besar pula. Makin besar massa benda, kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu makin besar pula.

Secara matematis dapat dituliskan:

Kalor yang diperlukan untuk kenaikan suhu = kalor jenis x massa benda x kenaikan suhu atau dilambangkan:

Keterangan:

Q = banyaknya kalor yang diperlukan (J)

m = massa (kg)

c = kalor jenis (J Kg-1 0C-1)

Δt = kenaikan suhu (0C)

Kalor jenis zat adalah merupakan banyaknya kalor yang diperlukan oleh suatu zat untuk menaikkan suhu 1 kg zat tersebut sebesar 100C. Sebagai contoh kalor jenis air 4200 J/Kg0C, artinya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg air sebesar 10C adalah 4.200 J. Kalor jenis zat dapat dikur dengan menggunakan alat yaitu calorimeter. Berdasarkan defenisi tersebut maka hubungan antara banyaknya kalor yang diserap oleh suatu benda dan kalor jenis benda, serta kenaikan suhu benda ditulis dalam bentuk persamaan berikut.

Untuk mencari kalor jenis maka rumusnya adalah :

Keterangan :

Q = banyaknya kalor yang diperlukan (J)

m = massa (kg)

c = kalor jenis (J Kg-1 0C-1)

Δt = kenaikan suhu (0C)

Kapasitas kalor suatu zat adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat itu sebesar 10C jika dinyatakan dengan rumus maka

Untuk mencari Kapasitas kalor rumusnya adalah :

Q = banyaknya kalor yang diperlukan (J)

m = massa (kg)

c = kalor jenis (J Kg-1 0C-1)

Δt = kenaikan suhu (0C)

Contoh soal :

Berapakah banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan 500 gram air dari 100C menjadi 600C jika kalor jenis air adalah 4,2 x 103 J/Kg0C

Jawab

Dik m = 500 gr-- 0,5 kg

T1 = 100C

T2 = 600C

c = 4,2 x 1003 J/Kg0C

Dit Q = ……..?

Q = m x c x Δt

= 0,5 kg x 4,2 x 103 J/Kg0C x (60-10)0C

= 105.000 joule

Untuk menaikkan suhu benda yang memiliki massa 5 Kg dari 300C menjadi 800C diperlukan kalor sebanyak 80.000 Joule. Tentukanlah

Berapakah kapasitas kalor bend aitu?

Berapakah kalor jenisnya?

Jawab

Dik m = 5 kg

T1 = 300C

T2 = 800C

Q = 80.000J

Δt = 80-30 = 500C

Dit a) C = ……..?

b) c = ……..?

C=Q/Δt

C= 80.000/50

C = 1600 J/0C

b) c =

c=Q/(m.Δt)

c=80000/5.50

c=3200 J/Kg0C

Kalor dan perubahan wujud zat

Apakah kalian pernah memakan es krim? Jika kamu pernah makan es krim akan tetapi sebelum dimakan kalian membiarkan terlebih dahulu untuk beberapa saat diruang terbuka, Apakah yang terjadi pada es krim kalian tadi? Ternyata es krim tersebut lama kelamaan akan mencair. Mengapa demikian? Hal itu disebabkan karena es krim menerima kalor dari udara yang ada disekitar karena ditaruh diruang terbuka sehingga es krim mengalami perubahan wujud dari zat pada menjadi zat cair. Peristiwa ini membuktikan bahwa kalor yang diberikan pada suatu zat dapat mengubah wujud zat tersebut.

Selain kalor dapat mengubah suhu suatu benda kalor juga dapat mengubah wujud benda . Menguap dan melebur adalah peristiwa perubahan wujud yang membutuhkan kalor, sedang mengembun dan membeku adalah peristiwa perubahan wujud yang melepaskan kalor. Perubahan wujud suatu zat akibat pengaruh kalor dapat dituliskan sebagai berikut.

a) Pencairan/ peleburan

Taukah kalian berapakah kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan suatu zat? Kalor yang diperlukan untuk meleburkan 1 kg zat padat menjadi 1 kg zat cair pada titik leburnya dinamakan kalor lebur (L).

Kalor lebur dan kalor beku suatu zat yang sejenis adalah sama, begitu juga halnya titik beku dan titik lebur juga sama secara matematis, banyaknya kalor yang diperlukan untuk meleburkan zat padat pada titik leburnya adalah sebagai berikut.

Q = m.L

Keterangan :

Q = Kalor yang diperlukan (J)

m = massa zat (kg)

L. Kalor lebur atau kalor beku (J Kg-1)

b) Penguapan

Untuk menguapkan 1 Kg air pada suhu 1000C diperlukan kalor sebesar 2.260.000J . Nah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menguapkan 1 Kg zat cair pada titik didihnya dinamakan kalor uap (U). Satuan kalor uap adalah J/Kg. Secara matematis banyaknya kalor yang diperlukan untuk menguapkan zat cair pada titik didihnya dituliskan sebagai berikut.

Q = m.U

Keterangan :

Q = Kalor yang diperlukan (J)

m = massa zat (kg)

U = Kalor lebur atau kalor beku (J Kg-1)

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)

Contoh Soal

1. Berapakah kalor yang diperlukan untuk meleburkan 5 kg aluminium jika kalor yang lebur aluminium 403.000 J Kg-1?

Jawab

Dik :

m = 5 kg

L = 403.000J kg-1

Dit :

Q = …….?

Q = m. L

Q = 5 kg. 403.000 J kg-1

Q = 2.015.000 J

2. Berapakah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menguapkan 3 kg air pada suhu 1000C jika kalor uap air 2.260.000 J kg-1?

Jawab

Dik :

m = 3 kg

U = 2. 260.000 J kg-1

Dit :

Q = …….?

Q = m. U

Q = 3 kg. 2.260.000 J kg-1

Q = 6.780.000 J

C. Azas Black

Pada uraian sebelumnya telah dijelaskan bahwa jika kamu ingin membuat air hangat untuk mandi pagi maka terlebih dahulu kalian mencampurkan air panas dengan air biasa. Untuk kasus pencampuran dua zat cair yang memiliki suhu yang berbeda maka akan terjadi aliran energi panas dari zat cair yang memiliki suhu lebih tinggi ke suhu lebih rendah hingga mencapai titik keseimbangan.

Banyaknya kalor yang dilepaskan air panas = banyaknya kalor yang diterima oleh air biasa. Pernyataan ini kemudia dikenal dengan nama Azas Black

gb asaz black

Secara matematis Azas Black dinyatakan sebagai berikut :

Qlepas = Qterima

Contoh soal

1. Untuk membuat air hangat, kamu memcampurkan 500 gr air yang bersuhu 300C dengan air sebanyak 250 gr yang bersuhu 600C. Jika kalor jenis air adalah 4200 J kg-1 C-1, Berapakah suhu akhir campuran?

Jawab

Dik :

m1 = 500 gr ----0,5 kg

m2 = 250 gr ----0,25 kg

T1 = 300C

T2 = 600C

c = 4200 J kg-1 0C-1

Dit :

Ta = …….?

Q1 = Q2

m1.c. (Ta-T1) = m2.c. (T2-Ta)

m1. (Ta-T1) = m2. (T2-Ta)

0,5 x (Ta-30) = 0,25 x (60-Ta)

2(Ta-30) = 60 – Ta

3Ta = 120

Ta = 400C

Q = 6.780.000 J

Sebuah logam yang terbuat dari besi memiliki massa 5 kg, dipanaskan dari 30°C sampai 80°C. Jika kalor jenis besi 460 J/(kg °C), maka energi kalor yang diperlukan sebesar ….

A. 1.150 kilo joule.

B. 115 kilo joule

C. 11,5 kilo joule

D. 1,15 kilo joule

Kunci jawaban : B

Pembahasan:

Q = m x c x ∆t

Q = 5 kg x 460 J/kg°C x 50 °C

Q = 115.000 J = 115 kJ

Jadi, energi kalor yang diperlukan untuk memanaskan besi adalah sebesar 115 kJ.

3. 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.

4. Fandi memanaskan 500 gram logam dari suhu 200°C hingga 600°C, ternyata diperlukan kalor 92.000 joule. Jenis logam dan kalor jenisnya yang benar adalah ….

Kunci jawaban : B

Pembahasan :

Q = m x C x ΔΤ

92.000 = (500/1.000) x C x (600 – 200)

92.000 = 0,5 x C x 400

92.000 = 200 C

C = 92.000/200

C = 460 J/kgºC

5. Grafik berikut menunjukkan hubungan antara jumlah kalor yang diperlukan dengan kenaikan suhu dari 800 gram logam. Tabel berikutnya menunjukkan daftar kalor jenis beberapa logam.

Berdasarkan grafik, jenis logam yang dimaksud adalah ….

A. besi

B. tembaga

C. baja

D. perak

Kunci jawaban : C

Pembahasan :

Q = m x C x ΔΤ

14.400 = (800/1.000) x C x (50 – 10)

14.400 = 0,8 x C x 40

14.400 = 32 C

C = 14.400/32

C = 450 J/kgºC

6. Jika teh 200 cm3 pada suhu 95oC dituangkan ke dalam cangkir gelas 150 g pada suhu 25oC, berapa suhu akhir (T) dari campuran ketika dicapai kesetimbangan, dengan menganggap tidak ada kalor yang mengalir ke sekitarnya? (kalor jenis cangkir gelas adalah 840 J/kgoC)

Penyelesaian:

Diketahui:

teh sebagian besar berupa air, maka kalor jenisnya adalah kalor jenis air.

cteh = cair = 4.200 J/kgoC

Vteh = 200 cm3 = 200 × 10-6 m3

mteh = ρteh × Vteh

mteh = ρair × Vteh

mteh = (1,0 × 103 kg/m3)(200 × 10-6 m3)

mteh = 200 × 10-3 kg = 0,2 kg

mgls = 150 g = 0,15 kg

cgls = 840 J/kgoC

Tteh = 95oC

Tgls = 25oC

Ditanyakan: T akhir (Tc) = …?

Jawab:

Dengan menerapkan Hukum Kekekalan Energi Kalor, maka:

Kalor yang hilang dari teh = kalor yang diterima canggir gelas

QLepas = QTerima

mteh × cteh × ∆Tteh = mgls × cgls × ∆Tgls

mteh × cteh × (Tteh – Tc) = mgls × cgls × (Tc – Tgls)

0,2 × 4.200 × (95 – Tc) = 0,15 × 840 × (Tc – 25)

840 × (95 – Tc) = 126 × (Tc – 25)

79.800 – 840Tc = 126Tc – 3.150

126Tc + 840Tc = 79.800 + 3.150

966Tc = 82.950

Tc = 82.950/966

Tc = 85,87oC

Jadi, suhu kesetimbangan atau suhu akhir the dengan cangkir adalah 85,86oC.

Demikian materi Kalor , simpan baik-baik linknya yaa,. Untuk pertemuan yang akan datang masih di BAB VI ,melanjutkan ke materi Perpindahan Kalor. Pelajari dengan seksama materi tersebut untuk persiapan ulangan harian pada akhir BAB , dan bisa dilihat di GC atau buka link yang sudah d share di WA kelas.

Selamat belajar semoga kalian sukses