Download - perpindahan kalor
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam kehidupan sehari-hari segala aktivitas makhluk hidup berkaitan
dengan berbagai jenis energi. Beberapa contoh energi yang terlibat pada aktivitas
makhluk hidup, antara lain energi kinetik, energi potensial, energi mekanik, dan
energi kalor. Energi kalor merupakan salah satu bentuk energi yang paling sering
terlibat dalam aktivitas makhluk hidup, baik dalam tubuh makhluk hidup itu
sendiri maupun di luar tubuh makhluk hidup. Sumber dari energi kalor sangat
banyak, yang merupakan sumber energi kalor utama di bumi adalah matahari.
Matahari merupakan salah satu sumber energi kalor yang paling banyak
dimanfaatkan oleh makhluk hidup, seperti misalnya untuk mengeringkan pakaian,
sumber energi alternatif, dan lain-lain.
Pada abad ke-18, para fisikawan menduga bahwa aliran kalor merupakan
gerakan suatu fluida yang disebut kalori (Anni Winarsih dkk, 2008). Fluida ini
dapat berpindah dari suatu zat ke zat yang lainnya. Arah perpindahan itu adalah
dari zat yang bersuhu tinggi ke zat yang bersuhu rendah. Kalor adalah suatu
bentuk energi, sehingga kalor dianggap sejenis zat alir yang tidak terlihat oleh
manusia. Hingga pertengahan abad ke 18 pengertian kalor sebagai suatu fluida
masih mengemuka di masyarakat, namun teori mengenai kalori tidak digunakan
lagi karena berdasarkan hasil percobaan, keberadaan kalori ini tidak bisa
dibuktikan. Pada abad ke-19, seorang fisikawan Inggris bernama James Prescott
Joule (1818-1889) mempelajari cara memanaskan air dalam sebuah wadah
menggunakan roda pengaduk. Berdasarkan hasil percobaannya, Joule membuat
perbandingan dengan air yang dipanaskan menggunakan api. Ketika nyala api dan
wadah yang berisi air bersentuhan, kalor berpindah dari api (suhu tinggi) menuju
air (suhu rendah). Setelah membuat perbandingan antara meningkatnya suhu air
karena bersentuhan dengan api dan meningkatnya suhu air akibat adanya usaha
yang dilakukan oleh pengaduk, Joule menyimpulkan bahwa kalor adalah energi
yang berpindah akibat perbedaan suhu.
1
Secara alami, kalor dengan sendirinya berpindah dari benda yang bersuhu
tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Perpindahan kalor cenderung
menyamakan suhu benda yang saling bersentuhan atau dengan kata lain
perpindahan kalor terhenti setelah benda-benda yang bersentuhan mencapai suhu
yang sama (Teguh & Eny, 2008). Misalnya jika kita mencampur air panas dengan
air dingin, biasanya kalor berpindah dari air panas menuju air dingin. Ketika kita
memasukkan besi panas ke dalam air dingin, kalor berpindah dari besi yang lebih
panas menuju air. Kalor akan berhenti mengalir setelah besi dan air mencapai
suhu yang sama. Ketika dokter menempelkan termometer ke tubuh pasien, kalor
berpindah dari tubuh pasien menuju termometer. Perpindahan kalor terhenti
setelah tubuh pasien dan termometer telah mencapai suhu yang sama. Jika
termometer yang digunakan adalah termometer raksa maka ketika tubuh pasien
dan termometer mencapai suhu yang sama, permukaan air raksa berhenti
bergerak. Angka yang ditunjukkan permukaan air raksa merupakan suhu tubuh
pasien saat itu. Berdasarkan pemaparan di atas, kalor berperan penting dalam
kehidupan. Oleh karena itu, penulis ingin memaparkan lebih jauh tentang kalor
melalui penulisan makalah “Kalor dan Aplikasinya dalam Berbagai Bidang”.
1.2 Rumusan Masalah
Adapun beberapa masalah dalam makalah ini adalah sebagai berikut.
1) Bagaimana pengaruh energi kalor terhadap suatu zat?
2) Bagaimana aplikasi dari energi kalor dalam berbagai bidang?
1.3 Tujuan
Adapun tujuan dari pembuatan makalah ini adalah sebagai berikut.
1) Mendeskripsikan pengaruh energi kalor terhadap suatu zat.
2) Mendeskripsikan aplikasi dari energi kalor dalam berbagai bidang.
1.4 Manfaat
Manfaat yang dapat diperoleh dari makalah ini adalah bagi pembaca,
memberikan informasi yang lebih lengkap mengenai pengaruh energi kalor
terhadap suatu zat dan aplikasi dari energi kalor dalam berbagai bidang.
2
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Pengaruh Energi Kalor Terhadap Suatu Zat
A. Kalor dapat Mengubah Suhu Benda
Semua benda dapat melepas dan menerima kalor. Benda-benda yang
bersuhu lebih tinggi dari lingkungannya akan cenderung melepaskan kalor.
Demikian juga sebaliknya benda-benda yang bersuhu lebih rendah dari
lingkungannya akan cenderung menerima kalor untuk menstabilkan kondisi
dengan lingkungan di sekitarnya. Suhu zat akan berubah ketika zat tersebut
melepas atau menerima kalor. Dengan demikian, dapat diambil kesimpulan
bahwa kalor dapat mengubah suhu suatu benda.
Banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan atau menurunkan suhu
suatu benda bergantung pada:
massa benda (m)
jenis benda / kalor jenis benda (c)
perubahan suhu (Δt )
Oleh karena itu, hubungan banyaknya kalor, massa zat, kalor jenis zat, dan
perubahan suhu zat dapat dinyatakan dalam persamaan.
Q = m. c. t (Persamaan 1)
Keterangan:
Q = Banyaknya kalor yang diserap atau dilepaskan (joule)
m = Massa zat (kg)
c = Kalor jenis zat (joule/kg °C)
Δt = Perubahan suhu (°C)
Besarnya kalor yang diberikan pada suatu benda sebanding dengan kalor
jenis atau jenis zat (c). Kalor jenis suatu zat adalah banyaknya kalor yang yang
diperlukan oleh suatu zat bermassa 1 kg untuk menaikkan suhu 1 °C. Sebagai
contoh, kalor jenis air 4.200 J/kg °C, artinya kalor yang diperlukan untuk
menaikkan suhu 1 kg air sebesar 1 °C adalah 4.200 J. Kalor jenis suatu zat
dapat diukur dengan alat kalorimeter. Besarnya harga dari beberapa kalor jenis
zat dapat dilihat pada tabel berikut ini.
3
Tabel 1. Beberapa Kalor Jenis Zat
No Jenis Zat Kalor jenis Zat (J/kg 0C)1 Air 42002 Alkohol 32003 Aluminium 9004 Baja 4505 Besi 4606 Emas 1307 Es 21008 Gliserin 24009 Kaca 67010 Kayu 170011 Kuningan 37012 Marmer 68013 Minyak Tanah 220014 Perak 23415 Raksa 140
Untuk suatu zat tertentu, misalnya zatnya berupa bejana kalorimeter
ternyata akan lebih memudahkan jika faktor massa (m) dan kalor jenis (c)
dinyatakan sebagai satu kesatuan. Faktor m dan c ini biasanya disebut kapasitas
kalor, yaitu banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat
sebesar 1oC.
Kapasitas kalor (C ) dapat dirumuskan:
C = m.c atau C = Q/ ΔT (Persamaan 2)
Dari persamaan (1) dan (2), besarnya kalor yang diperlukan untuk menaikkan
suhu suatu zat adalah:
Q = m.c. ΔT = C. ΔT (Persamaan 3)
Keterangan:
Q = banyaknya kalor yang diperlukan (J)
m = massa suatu zat yang diberi kalor (kg)
c = kalor jenis zat (J/kgoC)
ΔT = kenaikan/perubahan suhu zat (oC)
C = kapasitas kalor suatu zat (J/oC)
4
B. Kalor dapat Mengubah Wujud Zat
Suatu zat apabila diberi kalor terus-menerus dan mencapai suhu
maksimum, maka zat akan mengalami perubahan wujud. Peristiwa ini juga
berlaku jika suatu zat melepaskan kalor terus-menerus dan mencapai suhu
minimumnya. Oleh karena itu, selain kalor dapat digunakan untuk mengubah
suhu zat, juga dapat digunakan untuk mengubah wujud zat. Perubahan wujud
suatu zat akibat pengaruh kalor dapat digambarkan dalam skema berikut.
Skema 1. Perubahan Wujud Zat
Keterangan:
Perubahan wujud yang memerlukan kalor:
- Melebur/mencair : Perubahan wujud dari wujud padat menjadi cair.
- Menguap : Perubahan wujud dari wujud cair menjadi gas
- Menyublin : Perubahan wujud dari wujud padat menjadi gas
Perubahan wujud yang menerima kalor:
- Membeku : Perubahan wujud dari wujud cair menjadi padat
- Mengembun : Perubahan wujud dari wujud gas menjadi cair
- Deposisi : Perubahan wujud dari wujud gas menjadi padat
1) Menguap
Jika air dipanaskan terus-menerus, lama-kelamaan air tersebut akan habis.
Habisnya air akibat berubah wujud menjadi uap atau gas. Peristiwa ini disebut
menguap, yaitu perubahan wujud dari cair ke gas, karena molekul-molekul zat
5
cair bergerak meninggalkan permukaan zat cairnya. Pada peristiwa menguap
terjadi perubahan suhu, oleh karena itu berlaku:
Q = m. c. t
Pada waktu menguap zat cair memerlukan kalor, kalor yang diberikan
pada zat cair akan mempercepat gerak molekul-molekulnya sehingga banyak
molekul zat air yang bergerak meninggalkan zat cair dan menjadi uap.
Penguapan zat cair dapat dipercepat dengan cara sebagai berikut.
a. Memanaskan Zat Cair
Pemanasan pada zat cair dapat meningkatkan volume ruang gerak zat cair
sehingga ikatan-ikatan antara molekul zat cair menjadi tidak kuat dan akan
mengakibatkan semakin mudahnya molekul zat cair tersebut melepaskan diri
dari kelompoknya yang terdeteksi sebagai penguapan. Contohnya pakaian
basah dijemur di tempat yang mendapat sinar matahari lebih cepat kering dari
pada dijemur di tempat yang teduh.
b. Memperluas Permukaan Zat Cair
Peristiwa lepasnya molekul zat cair tidak dapat berlangsung secara
serentak akan tetapi bergiliran dimulai dari permukaan zat cair yang punya
kesempatan terbesar untuk melakukan penguapan. Dengan demikian untuk
mempercepat penguapan kita juga bisa melakukannya dengan memperluas
permukaan zat cair tersebut. Contohnya air teh panas dalam gelas akan lebih
cepat dingin jika dituangkan ke dalam cawan atau piring.
c. Mengurangi Tekanan pada Permukaan Zat Cair
Pengurangan tekanan udara pada permukaan zat cair berarti jarak antar
partikel udara di atas zat cair tersebut menjadi lebih renggang. Akibatnya
molekul air lebih mudah terlepas dari kelompoknya dan mengisi ruang kosong
antara partikel-partikel udara tersebut. Hal yang sering terjadi di sekitar kita
adalah jika kita memasak air di dataran tinggi akan lebih cepat mendidih
daripada ketika kita memasak di dataran rendah.
d. Meniupkan Udara di Atas Zat Cair
Pada saat pakaian basah dijemur, proses pengeringan tidak sepenuhnya
dilakukan oleh panas sinar matahari, akan tetapi juga dibantu oleh adanya
6
angin yang meniup pakaian sehingga angin tersebut membawa molekul-
molekul air keluar dari pakaian dan pakaian menjadi cepat kering.
2) Mendidih
Mendidih adalah peristiwa penguapan zat cair yang terjadi di seluruh
bagian zat cair tersebut. Peristiwa ini dapat dilihat dengan munculnya
gelembung-gelembung yang berisi uap air dan bergerak dari bawah ke atas
dalam zat cair. Zat cair yang mendidih jika dipanaskan terus-menerus akan
berubah menjadi uap. Banyaknya kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 kg
zat cair menjadi uap seluruhnya pada titik didihnya disebut kalor uap (U).
Karena tidak terjadi perubahan suhu, maka besarnya kalor uap dapat
dirumuskan:
Q = m. U
Keterangan:
Q = kalor yang diserap/dilepaskan (joule)
m = massa zat (kg)
U = kalor uap (joule/kg)
Jika uap didinginkan akan berubah bentuk menjadi zat cair, yang disebut
mengembun. Pada waktu mengembun zat melepaskan kalor, banyaknya kalor
yang dilepaskan pada waktu mengembun sama dengan banyaknya kalor yang
diperlukan waktu menguap dan suhu di mana zat mulai mengembun sama
dengan suhu di mana zat mulai menguap.
Tabel 2. Titik Didih dan Kalor Uap Beberapa Zat
No Jenis Zat Titik Didih Normal (oC) Kalor Uap (Joule/kg)1 Air 100 22600002 Alkohol 78 11000003 Emas 2660 15780004 Perak 2190 23360005 Raksa 357 2980006 Tembaga 1187 50690007 Timah Hitam 1750 8710008 Oksigen -183 213000
7
Kalor uap = Kalor embunTitik didih = Titik embun
3) Melebur
Pada saat zat cair melebur yaitu berubah wujud dari padat menjadi cair
memerlukan kalor. Pada tekanan udara normal es berubah wujud dari padat
menjadi cair pada suhu 00C. Energi kalor yang diperlukan tidak digunakan untuk
menaikkan suhunya, tetapi untuk mengubah wujud zat dari padat menjadi cair.
Suhu pada saat zat padat melebur disebut titik lebur. Apabila tekanan udara luar
berubah-ubah, maka titik lebur zat juga akan mengalami perubahan. Hal ini
dapat ditunjukkan bahwa pada tekanan udara lebih dari 76 cmHg es akan
melebur di bawah suhu 00C. Titik lebur suatu zat dapat diubah-ubah dengan
cara: tekanan ditambah maka titik leburnya turun, tekanan dikurangi maka titik
leburnya naik, dan menambahkan ketidakmurnian zat maka titik leburnya turun.
Untuk mengubah wujud padat menjadi cair pada titik leburnya diperlukan energi
kalor. Jumlah energi kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 kg zat dari wujud
padat menjadi cair pada titik leburnya disebut kalor lebur.
Secara matematis dapat dituliskan :
Q = m. L
Keterangan :
Q = energi kalor yang diperlukan (J)
m = massa zat (kg)
L = kalor lebur (J/kg)
Saat terjadi peleburan zat memerlukan kalor, sedangkan pada pembekuan
zat cair melepaskan kalor hingga berubah menjadi padat. Jumlah kalor yang
dilepaskan untuk mengubah 1 kg zat dari wujud cair menjadi padat pada titik
bekunya disebut kalor beku. Titik beku adalah suhu pada saat zat cair membeku.
Adapun titik lebur dan kalor lebur dari beberapa zat disajikan dalam tabel
3 berikut.
8
Kalor lebur = Kalor beku
Titik lebur = Titik beku
Tabel 3. Titik Lebur dan Kalor Lebur Beberapa Zat
No Jenis Zat Titik Lebur (oC) Kalor Lebur (Joule/kg)1 Air 0 3360002 Es 0 3360003 Alkohol -114 104004 Tembaga 1083 2053005 Timbal 327 249306 Aluminium 660 402,27 Oksigen -219 140008 Raksa -39 12570
Berikut ini akan disajikan grafik pengaruh kalor terhadap wujud zat, dalam
hal ini pengaruh kalor terhadap perubahan wujud pada es.
Grafik 1. Pengaruh Kalor terhadap Wujud Es
Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa pada saat proses Q1 es mendapat
kalor dan digunakan untuk menaikkan suhu es, setelah suhunya sampai 0oC
kalor yang diterima digunakan untuk melebur (Q2), setelah semua es berubah
menjadi air barulah terjadi kenaikan suhu air (Q3) secara bertahap hingga
suhunya mencapai 100oC. Setelah mencapai suhu 100oC maka kalor yang
diterima akan digunakan untuk berubah wujud menjadi uap (Q4), kemudian
setelah berubah menjadi uap dan dilakukan penambahan suhu maka akan terjadi
kenaikan kurva seperti yang terlihat pada Q5.
9
C. Hukum Kekekalan Energi Kalor (Asas Black)
Apabila dua zat atau lebih mempunyai suhu yang berbeda dicampurkan,
maka benda bersuhu lebih tinggi akan melepas kalor dan benda bersuhu lebih
rendah akan menerima kalor. Meurut pengamatan Black: “Banyaknya kalor
yang dilepaskan benda bersuhu lebih tinggi sama dengan banyaknya kalor
diterima benda yang bersuhu lebih rendah”. Pernyataan ini dikenal sebagai Asas
Black dan secara matematika dinyatakan dengan rumus:
kalor yang dilepas = kalor yang diterima
Qlepas = Qterima
M1c1(Ta – T1) = M2c2(T2– Ta)
Keterangan:
Qlepas = kalor yang dilepaskan benda bersuhu lebih tinggi
Qterima = kalor yang diterima benda bersuhu lebih rendah
M1 = massa benda yang melepaskan kalor
M2 = massa benda yang menerima kalor
T1 = suhu benda yang lebih tinggi
T2 = suhu benda yang lebih rendah
Ta = suhu akhir setelah benda disentuhkan
Persamaan tersebut berlaku pada pertukaran kalor, yang selanjutnya
disebut Asas Black. Pertukaran energi kalor merupakan dasar teknik yang dikenal
dengan nama kalorimetri, yang merupakan pengukuran kuantitatif dari pertukaran
kalor. Untuk melakukan pengukuran kalor yang diperlukan untuk
menaikkan suhu suatu zat digunakan kalorimeter.
Kalorimeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur jumlah
kalor yang diberikan atau diambil dalam suatu proses tertentu. Kalorimeter
merupakan suatu sistem yang tertutup yang berarti tidak terjadi transfer energi
baik keluar maupun masuk ke dalam sistem kalorimeter tersebut. Transfer energi
keluar ataupun masuk ke dalam sistem dicegah dengan bejana pelindung dari
bahan penyekat panas. Dengan demikian, apabila suatu zat padat dengan suhu
yang lebih tinggi dimasukkan ke dalam kalorimeter yang telah berisi sejumlah air,
maka banyaknya panas yang diberikan oleh zat tersebut adalah sama dengan
banyaknya panas yang diterima oleh kalorimeter beserta air di dalamnya. Suhu zat
10
akan berubah turun, sedang suhu kalorimeter akan berubah naik dan akhirnya
mencapai suhu yang sama. Prinsip kerja kalorimeter berlandaskan atas 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). Yang melepas kalor adalah benda
yang suhunya tinggi dan yang menerima kalor adalah benda yang bersuhu rendah.
Sebuah kalorimeter sederhana terdiri dari bejana terisolasi, alat pengaduk, dan
termometer. Pada umumnya, bejana kalorimeter dibalut menggunakan sejenis
bahan isolator panas, seperti polistiren dan stirofoam. Bahan-bahan tersebut dapat
digunakan untuk mengurangi pertukaran kalor diantara sistem dengan lingkungan,
sehingga tekanan di dalam kalorimeter relatif tetap. Hal ini karena, pengukuran
kalor menggunakan kalorimeter harus dilakukan pada tekanan tetap. Untuk
mengukur kalor dengan kalorimater, sumber panas disimpan di dalam kalorimater
tersebut dan air diaduk sampai tercapai keadaaan kesetimbangan, kemudian
kenaikan suhunya dicatat dengan membaca termometer. Dalam hal ini, jumlah
kalor yang dilepaskan oleh sistem dalam kalorimeter tersebut dapat dihitung.
Tekanan dalam kalorimeter relatif tetap, maka perubahan kalor sistem sama
dengan perubahan entalpinya. Hal ini dinyatakan dengan persamaan berikut:
-H = Q
Karena bejana kalorimeter dibalut dengan menggunakan bahan isolator,
maka dianggap tidak ada kalor yang diserap dan dilepaskan oleh sistem dari dan
ke lingkungan, sehingga kalor sistem sama dengan nol.
Qreaksi + Qkalorimeter + Qlarutan = Qsistem
Qreaksi + Qkalorimeter + Qlarutan = 0
Qreaksi = - (Qkalorimeter + Qlarutan )
Kalibrasi alat kalorimeter dengan membiarkan suhu air dalam kalorimater
normal (kembali ke suhu awal). Apabila air yang berada di suatu gelas kemudian
diukur suhunya dengan menggunakan termometer, kemudian air tersebut
dipindahkan ke kalorimeter, lalu suhunya diukur kembali dengan termometer.
Kemudian kita membadingkan suhu keduanya, apabila suhu air di gelas beda atau
11
berubah maka kalorimeter telah terkontaminasi. Sedangkan sebaliknya apabila
suhu keduanya sama maka kalorimeter sudah dalam keadaan standar.
2.2 Aplikasi Kalor dalam Berbagai Bidang
2.2.1 Aplikasi Kalor dalam Bidang Fisika
Kalorimeter Elektrik
Pada kalorimeter elektrik terjadi perubahan energi dari energi listrik
menjadi energi kalor sesuai dengan hukum kekekalan energi yang menyatakan
energi tidak dapat diciptakan dan energi tidak dapat dimusnahkan. Pada
percobaan menggunakan kalorimeter ini tidak membuat energi kalor atau panas
melainkan kita hanya merubah energi listrik menjadi energi kalor atau panas.
Gambar 1. Kalorimeter Elektrik
Prinsip kerja dari kalorimeter elektrik adalah mengalirkan arus listrik
pada kumparan kawat penghantar yang dimasukan ke dalam air suling. Pada
waktu bergerak dalam kawat penghantar (akibat perbedaan potensial)
pembawa muatan bertumbukan dengan atom logam dan kehilangan energi.
Akibatnya pembawa muatan bertumbukan dengan kecepatan konstan yang
sebanding dengan kuat medan listriknya. Tumbukan oleh pembawa muatan
akan menyebabkan logam yang dialiri arus listrik memperoleh energi yaitu
energi kalor.
Kulkas
Kulkas dimanfaatkan untuk mendinginkan atau mengawetkan makanan
dan minuman. Daging, ikan, sayur dan buah-buahan sebaiknya disimpan
12
supaya tahan lama. Sementara air dan minuman disimpan dalam kulkas
agar tetap terasa segar jika diminum.
Gambar 2. Kulkas
Berikut ini adalah beberapa komponen-komponen penting yang terdapat di dalam
kulkas:
a. Kompresor
Kompresor merupakan bagian paling penting dari kulkas. Kompresor
memiliki fungsi untuk memompa bahan pendingin (refrigerant) ke seluruh
bagian kulkas.
b. Kondensor
Kondensor adalah alat penukar kalor untuk mengubah wujud gas bahan
pendingin pada suhu dan tekanan tinggi menjadi wujud cair. Jenis kondensor
yang banyak digunakan pada teknologi kulkas saat ini adalah kondensor dengan
pendingin udara.
c. Filter
Filter (saringan) berguna menyaring kotoran yang mungkin terbawa
aliran bahan pendingin setelah melakukan sirkulasi. Sehingga tidak masuk
kedalam kompresor dan pipa kapiler. Selain itu, bahan pendingin yang akan
disalurkan pada proses berikutnya lebih bersih sehingga dapat menyerap kalor
lebih maksimal.
d. Evaporator
Evaporator adalah alat penguap bahan pendingin agar efektif dalam
menyerap panas dan menguapkan bahan pendingin, evaporator dibuat dari bahan
13
logam anti karat, yaitu tembaga dan almunium. Evaporator berfungsi menyerap
panas dari benda yang di masukkan kedalam kulkas.
e. Thermostat
Thermostat memiliki fungsi mengatur kerja kompresor secara otomatis
bedasarkan batasan suhu pada setiap bagian kulkas. Thermostat bekerja
berdasarkan pengaturan suhu. Jika suhu evaperator sesuai dengan pengatur suhu
thermostat, secara otomatis thermostat akan memutuskan listrik ke kompresor.
f. Heater
Hampir keseluruhan kulkas nofrost dan sebagian kecil kulkas defrost
dilengkapi dengan pemanas (heater). Pemanas berfungsi mencairkan bunga es
yang terdapat di evaporator. Selain itu, pemanas dapat mencegah terjadinya
penimbunan bunga es pada bagian rak es dan rak penyimpan buah di bawah rak
es.
g. Fan Motor
Fan motor atau kipas angin berguna untuk menghembuskan angin.
Terdapat 2 jenis fan yang terdapat pada kulkas:
Fan motor evaporator, Berfungsi menghembuskan udara dingin dari
evaporator keseluruh bagian rak (rak es, sayur, dan buah).
Fan motor kondensor, Kipas angin ini diletakkan pada bagian bawah kulkas
yang memiliki kondensor yang berukuran kecil. Kipas angin ini berfungsi
mengisap atau mendorong udara melalui kondensor dan kompresor. Selain
itu, berfungsi juga untuk mendinginkan kompresor.
h. Overload Motor Protector
Komponen ini merupakan komponen pengaman yang letaknya menyatu
dengan terminal kompresor. Cara kerjanya serupa dengan saklar yang dapat
menyambung dan memutus arus listrik. Alat ini dapat melindungi komponen
kelistrikan dari kerusakan akibat arus yang dihasilkan kompresor melebihi arus
acuan normal.
i. Refrigerant
Refrigerant adalah zat yang mudah diubah wujudnya dari gas menjadi cair
ataupun sebaliknya. Jenis bahan pendingin sangat beragam. Setiap jenis bahan
pendingin memiliki karakteristik yang berbeda.
14
Sistem kerja lemari es dimulai dari bagian kompresor sebagai mesin
penggerak yang pada saat dialiri listrik, motor kompresor akan berputar dan
memberikan tekanan pada bahan pendingin (refrigerant). Refrigeran yang
berwujud gas apabila diberi tekanan akan menjadi gas yang bertekanan dan
bersuhu tinggi (panas). Kemudian, hasil proses tersebut ditekan masuk ke
kondensor (alat untuk merubah uap menjadi air) dengan cepat.
Gambar 3. Skema Kerja Lemari Es
Di dalam kondensor, gas tersebut terjadi proses sublimasi (perubahan
wujud dari gas menjadi cair). Bagian kondenser membantu gas panas tadi menjadi
cepat dingin. Hasil sublimasi ini kemudian akan terdorong menuju pipa kapiler
naik menuju evaporator, selanjutnya di dalam evaporator, refrigerant cair akan
kembali menjadi gas yang memiliki tekanan dan suhu yang sangat rendah
(dingin). Gas ditiup keluar oleh evaporator-blower sebagai udara dingin yang ada
di dalam kulkas kita. Banyaknya udara dingin yang keluar ini juga bisa di atur
menggunakan saklar thermostat manual yang ada di dalam kulkas. Dari
evaporator gas akan kembali masuk kompresor, mesin kompresor yang masih
berputar akan kembali memberikan tekanan pada bahan pendingin (refrigerant).
Gas akan kembali menjadi gas yang bertekanan dan bersuhu tinggi (panas).
Begitu seterusnya, proses ini berulang-ulang, sehingga kulkas akan selalu dingin.
15
2.2.2 Aplikasi Kalor dalam Bidang Biologi
Kalorimeter bom
Kalorimeter bom adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah
kalor (nilai kalori) yang dibebaskan pada pembakaran sempurna (dalam O2
berlebih) suatu senyawa, bahan makanan, bahan bakar. Sejumlah sampel
ditempatkan pada tabung beroksigen yang tercelup dalam medium penyerap kalor
(kalorimeter), dan sampel akan terbakar oleh api listrik dari kawat logam
terpasang dalam tabung.
Gambar 4. Kalorimeter Makanan
Salah satu contoh kalorimeter bom yaitu kalorimeter makanan.
Kalorimeter makanan adalah alat untuk menentukan nilai kalor zat makanan
seperti karbohidrat, protein, atau lemak. Alat ini terdiri dari sebuah tabung kaca
yang tingginya kurang lebih 19 cm dan garis menengahnya kurang lebih 7,5 cm.
Bagian dasarnya melengkung ke atas membentuk sebuah penyungkup.
Penyungkup ini disumbat dengan sebuah sumbat karet yang yang berlubang di
bagian tengah. Bagian atas tabung kaca ini ditutup dengan lempeng ebonit yang
bundar. Di dalam tabung kaca itu terdapat sebuah pengaduk, yang tangkainya
menembus tutup ebonit, juga terdapat sebuah pipa spiral dari tembaga.Ujung
bawah pipa spiral itu menembus lubang sumbat karet pada penyungkup dan ujung
atasnya menembus tutup ebonit bagian tengah. Pada tutup ebonit itu masih
terdapat lagi sebuah lubang, tempat untuk memasukkan sebuah termometer ke
dalam tabung kaca.Tabung kaca itu diletakkan di atas sebuah keping asbes dan
ditahan oleh 3 buah keping. Keping itu berbentuk bujur sangkar yang sisinya
kurang lebih 9,5 cm. Di bawah keping asbes itu terdapat kabel listrik yang akan
dihubungkan dengan sumber listrik bila digunakan. Di atas keping asbes itu
16
terdapat sebuah cawan aluminium. Di atas cawan itu tergantung sebuah kawat
nikelin yang berhubungan dengan kabel listrik di bawah keping asbes. Kawat
nikelin itulah yang akan menyalakan makanan dalam cawan bila berpijar oleh
arus listrik. Dekat cawan terdapat pipa logam untuk mengalirkan oksigen.
Proses Transpirasi pada Tumbuhan
Proses keluarnya atau hilangnya air dari tubuh tumbuhan dapat berbentuk
uap atau gas ke udara di sekitar tubuh tumbuhan dinamakan transpirasi.
Transpirasi terjadi pada tumbuhan dan memegang peranan penting dalam proses
metabolisme serta memberikan manfaat bagi tumbuhan. Transpirasi berlangsung
melalui bagian tumbuhan yang berhubungan dengan udara luar, yaitu jaringan
epidermis pada daun, batang, cabang, ranting, bunga, buah, dan bahkan akar.
Sebenarnya seluruh bagian tanaman itu mengadakan transpirasi, akan tetapi
biasanya yang dibicarakan adalah hanya transpirasi yang melalui daun, karena
hilangnya molekul-molekul air dari tubuh tanaman itu sebagian besar adalah lewat
daun. Hal ini disebabkan karena luasnya permukaan daun, dan juga karena daun-
daun itu lebih terkena udara dibandingkan dengan bagian tanaman yang lain.
Proses transpirasi selain mengakibatkan penarikan air melawan gaya gravitasi
bumi, juga dapat mendinginkan tanaman yang terus menerus berada di bawah
sinar matahari. Mereka tidak akan mudah mati karena terbakar oleh teriknya
panas matahari karena melalui proses transpirasi, terjadi penguapan air dan
penguapan akan membantu menurunkan suhu tanaman.
Gambar 5. Proses Transpirasi pada Tumbuhan
17
Transpirasi dimulai dengan penguapan air oleh sel-sel mesofil ke rongga
antar sel yang ada dalam daun. Dalam hal ini rongga antar sel jaringan bunga
karang merupakan rongga yang besar, sehingga dapat menampung uap air dalam
jumlah yang banyak. Penguapan air ke rongga antar sel akan terus berlangsung
selama rongga antar sel belum jenuh dengan uap air. Sel-sel yang menguapkan
airnya kerongga antar sel tentu akan mengalami kekurangan air sehingga potensial
airnya menurun. Kekurangan air ini akan diisi oleh air yang berasal dari xylem
tulang daun yang selanjutnya tulang daun akan menerima air dari batang dan
batang menerima dari akar. Uap air yang terkumpul dalam rongga antar sel akan
tetap berada dalam rongga antar sel tersebut selama stomata pada epidermis daun
tidak membuka. Meskipun ada uap air yang keluar menembus epidermis dan
kutikula, jumlahnya hanya sedikit dan dapat diabaikan. Agar transpirasi dapat
berjalan, maka stomata pada epidermis tadi harus membuka. Apabila stomata
membuka, maka akan ada penghubung antara rongga antar sel dengan atmosfer.
2.2.3 Aplikasi Kalor dalam Bidang Kimia
Kalorimeter larutan
Kalorimeter larutan adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah
kalor yang terlibat pada reaksi kimia dalam sistem larutan. Kalorimeter larutan
dikenal juga dengan sebutan kalorimeter sederhana. Kalorimeter ini biasanya
terdiri dari tempat larutan yang direaksikan, penutup gabus, batang pengaduk dan
termometer. Tempat larutan terbuat dari bahan yang kapasitas kalornya rendah,
seperti plastik polistirena. Pada dasarnya, kalor yang dibebaskan atau diserap
menyebabkan perubahan suhu pada kalorimeter. Berdasarkan perubahan suhu per
kuantitas pereaksi kemudian dihitung kalor reaksi dari reaksi sistem larutan
tersebut. Kini kalorimeter larutan dengan ketelitian cukup tinggi dapat diperoleh
dipasaran.
18
Gambar 6. Kalorimeter Larutan
Destilasi Uap
Destilasi adalah teknik untuk memisahkan campuran berupa larutan ke
dalam masing-masing komponennya. Destilasi dapat digunakan untuk
memurnikan senyawa-senyawa yang mempunyai titik didih berbeda sehingga
dapat dihasilkan senyawa yang memiliki kemurnian yang tinggi. Terdapat
beberapa teknik pemisahan dengan menggunakan destilasi, salah satunya adalah
destilasi sederhana. Set alat destilasi sederhana (Gambar 7) adalah terdiri atas labu
alas bulat, kondensor (pendingin), termometer, erlenmeyer, pemanas. Peralatan
lainnya sebagai penunjang adalah statif dan klem, adaptor (penghubung), selang
yang dihubungkan pada kondensor tempat air masuk dan air keluar, batu didih.
Gambar 7. Destilasi Uap
19
Keterangan Gambar:
1. Kran air
2. Pipa penghubung
3. Erlenmeyer
4. Termometer
5. Statif dan Klem
6. Labu alas bulat
7. Tempat air keluar dari kondensor
8. Tempat air masuk pada kondensor
9. Pemanas
10. Kondensor
Adapun fungsi masing-masing alat yaitu labu alas bulat sebagai wadah
untuk penyimpanan sampel yang akan didestilasi. Kondensor atau pendingin yang
berguna untuk mendinginkan uap destilat yang melewati kondensor sehingga
menjadi cair. Termometer digunakan untuk mengamati suhu dalam proses
destuilasi sehingga suhu dapat dikontrol sesuai dengan suhu yang diinginkan
untuk memperoleh destilat murni. Erlenmeyer sebagai wadah untuk menampung
destilat yang diperoleh dari proses destilasi. Pipa penghubung (adaptor) untuk
menghubungkan antara kondensor dan wadah penampung destilat (erlenmeyer)
sehingga cairan destilat yang mudah menguap akan tertampung dalam erlenmeyer
dan tidak akan menguap keluar selama proses destilasi berlangsung. Pemanas
berguna untuk memanaskan sampel yang terdapat pada labu alas bulat.
Penggunaan batu didih pada proses destilasi dimaksudkan untuk mempercepat
proses pendidihan sampel dengan menahan tekanan atau menekan gelembung
panas pada sampel serta menyebarkan panas yang ada ke seluruh bagian sampel.
Sedangkan statif dan klem berguna untuk menyangga bagian-bagian dari
peralatan destilasi sederhana sehingga tidak jatuh atau goyang.
Prinsip dasar dari destilasi adalah memisahkan zat berdasarkan perbedaan
titik didihnya dan melibatkan dua proses yang melibatkan kalor yaitu proses
penguapan dan pengembunan.Pada saat proses destilasi berlangsung komponen
zat yang memiliki titik didih yang rendah akan lebih dulu menguap sedangkan
20
yang lebih tinggi titik didihnya akan tetap tertampung pada labu destilasi. Proses
penguapan komponen zat ini dilakukan dengan pemanasan pada labu destilasi
sehingga komponen zat yang memiliki titik didih yang lebih rendah akan
menguap dan uap tersebut melewati kondensor atau pendingin yang
mendinginkan komponen zat tersebut sehingga akan terkondensasi atau berubah
dari berwujud uap menjadi berwujud cair sehingga dapat ditampung di labu
destilat atau labu Erlenmeyer. Pada proses destilasi ini, destilat ditampung pada
suhu tetap (konstan). Hal ini dilakukan karena diharapkan akan diperoleh destilat
yang murni pada kondisi suhu tersebut. Setelah sampel pada labu alas bulat
berkurang, suhu akan naik karena jumlah sampel yang didestilasi telah berkurang.
Pada saat naiknya suhu ini, proses destilasi sudah dapat dihentikan sehingga yang
diperoleh adalah destilat murni.
21
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Berdasarkan pembahasan di atas, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan
yaitu :
1) Pengaruh kalor terhadap suatu zat, yaitu kalor dapat mengubah suhu zat
dan dapat mengubah wujud zat menjadi beberapa proses perubahan wujud,
antara lain menguap, mengembun, menyublim, melebur, mengkristal, dan
membeku .
2) Aplikasi mengenai energi kalor diberbagai bidang, yaitu kalorimeter
elektrik dan kulkas pada bidang fisika, kalorimeter makanan dan proses
pengeluaran keringat pada bidang biologi, serta kalorimeter larutan dan
alat destilasi uap pada bidang kimia.
3.2 Saran
Adapun beberapa saran yang dapat disampaikan dari penulisan makalah
ini yaitu:
22
DAFTAR PUSTAKA
Anni Winarsih, dkk. IPA Terpadu Kelas VII SMP/MTs. Jakarta : Pusat Perbukuan,
Depertemen Pendidikan Nasional.
Eka Purjiyanta,dkk. 2007. IPA Terpadu Untuk SMP Kelas VII. Jakarta : Erlangga.
Lutfi. 2007. IPA Kimia 1 Untuk SMP dan MTs. Jakarta : Esis.
Mundilarto & Edi. 2007. Seri IPA Fisika 1 SMP Kelas VII. Jakarta : Yudhistira.
Teguh & Eny. 2008. Ilmu Pengetahuan Alam Kelas VII SMP/MTs. Jakarta : Pusat
Perbukuan, Depertemen Pendidikan Nasional.
Yadi Nurhayadi, dkk. 2007. Seri Panduan Belajar dan Evaluasi Fisika Kelas VII.
Jakarta : PBE.
23