Nama : Lailatul Isnaeni

NIM : 4311411021

Prodi : Kimia

KALOR

PENGERTIAN KALOR

Kalor didefinisikan sebagai energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. 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 besar, begitu juga

sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang dikandung sedikit.

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

kalorimeter.

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.

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)

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)

Catatan yang harus selalu diingat jika menggunakan asasa Black adalah pada benda

yang bersuhu tinggi digunakan (t1 – ta) dan untuk benda yang bersuhu rendah digunakan (ta-

t2). Dan rumus kalor yang digunakan tidak selalu yang ada diatas bergantung pada soal yang

dikerjakan.

PERPINDAHAN KALOR

Bila dua benda atau lebih terjadi kontak termal maka akan terjadi aliran kalor dari

benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah, hingga

tercapainya kesetimbangan termal.

Proses perpindahan panas ini berlangsung dalam 3 mekanisme, yaitu : konduksi,

konveksi dan radiasi.

1. Konduksi

Proses perpindahan kalor secara konduksi bila dilihat secara atomik

merupakan pertukaran energi kinetik antar molekul (atom), dimana partikel yang

energinya rendah dapat meningkat dengan menumbuk partikel dengan energi yang

lebih tinggi.

Sebelum dipanaskan atom dan elektron dari logam bergetar pada posisi

setimbang. Pada ujung logam mulai dipanaskan, pada bagian ini atom dan elektron

bergetar dengan amplitudi yang makin membesar. Selanjutnya bertumbukan dengan

atom dan elektron disekitarnya dan memindahkan sebagian energinya. Kejadian ini

berlanjut hingga pada atom dan elektron di ujung logam yang satunya. Konduksi

terjadi melalui getaran dan gerakan elektron bebas.

T2 T1 T1

Aliran kalor

A

x

Bila T2 dan T1 dipertahankan terus besarnya, maka kesetimbangan termal tidak

akan pernah tercapai, dan dalam keadaan mantap/tunak (stedy state), kalor yang

mengalir persatuan waktu sebanding dengan luas penampang A, sebanding dengan

perbedaan temperatur T dan berbanding terbalik dengan lebar bidang x

Q/t = H A T/x

Untuk penampang berupa bidang datar :

T1 T2

L

H = - k A (T1 - T2 ) / L

k adalah kondutivitas termal.

Konduktivitas termal untuk beberapa bahan :

Bahan k (W/m.Co) Bahan k (W/m.Co)

Aluminium 238 Asbestos 0,08

Tembaga 397 Concrete 0,8

Emas 314 Gelas 0,8

Besi 79,5 Karet 0,2

Timbal 34,7 Air 0,6

Perak 427 kayu 0,08

udara 0,0234

Untuk susunan beberapa bahan dengan ketebalan L1, L2,, ... dan konduktivitas

masing-masing k1, k2,, ... adalah :

H = A (T1 - T2 )

(L1/k1)

k1 k2

T1 L1 L2 T2

2. Konveksi

Apabila kalor berpindah dengan cara gerakan partikel yang telah dipanaskan

dikatakan perpindahan kalor secara konveksi. Bila perpindahannya dikarenakan

perbedaan kerapatan disebut konveksi alami (natural convection) dan bila didorong,

misal dengan fan atau pompa disebut konveksi paksa (forced convection).

Besarnya konveksi tergantung pada :

a. Luas permukaan benda yang bersinggungan dengan fluida (A).

b. Perbedaan suhu antara permukaan benda dengan fluida (T).

c. koefisien konveksi (h), yang tergantung pada :

# viscositas fluida

# kecepatan fluida

# perbedaan temperatur antara permukaan dan fluida

# kapasitas panas fluida

# rapat massa fluida

# bentuk permukaan kontak

Konveksi : H = h x A x T

3. Radiasi

Pada proses radiasi, energi termis diubah menjadi energi radiasi. Energi ini

termuat dalam gelombang elektromagnetik, khususnya daerah inframerah (700 nm -

100 m). Saat gelombang elektromagnetik tersebut berinteraksi dengan materi energi

radiasi berubah menjadi energi termal.

Untuk benda hitam, radiasi termal yang dipancarkan per satuan waktu per

satuan luas pada temperatur T kelvin adalah :

E = e T4.

dimana : konstanta Boltzmann : 5,67 x 10-8 W/ m2 K4.

e : emitansi (0 e 1)

SEJARAH KALOR

Benyamin Thomson/Count Rumford (1753-1814) dengan eksperimen-nya, dia

mengebor logam, teramati bahwa mata bor menjadi panas dan didinginkan dengan air

(sampai airnya mendidih), tentunya dari teori “kalorik”, kalorik tersebut lama kelamaan akan

habis dan ternyata bila proses tersebut berlanjut terus kalorik tersebut tidak habis, jadi teori

kalorik tidak tepat. Jadi kalor bukan materi.

kalor

T1 T2 T1>T2

Kalor dan energi termal

Ada suatu perbedaan antara kalor (heat) dan energi dalam dari suatu bahan. Kalor

hanya digunakan bila menjelaskan perpindahan energi dari satu tempat ke yang lain.

Kalor adalah energi yang dipindahkan akibat adanya perbedaan temperatur..

Sedangkan energi dalam (termis) adalah energi karena temperaturnya.

Satuan Kalor.

Satuan kalor adalah kalori dimana, 1 kalori adalah kalor yang diperlukan untuk

menaikkan temperatur 1 gr air dari 14,5 C menjadi 15,5 C.

Dalam sistem British, 1 Btu (British Thermal Unit) adalah kalor untuk menaikkan

temperatur 1 lb air dari 63 F menjadi 64 F.

1 kal = 4,186 J = 3,968 x 10-3 Btu

1 J = 0,2389 kal = 9,478 x 10-4 Btu

1 Btu = 1055 J = 252,0 kal

Kesetaraan Mekanik dari Kalor.

Dari konsep energi mekanik diperoleh bahwa bila gesekan terjadi pada sistem

mekanis, ada energi mekanis yang hilang. Dan dari eksperimen diperoleh bahwa energi yang

hilang tersebut berubah menjadi energi termal.

Dari eksperimen yang dilakukan oleh Joule (aktif penelitian pada tahun 1837-1847)

diperoleh kesetaraan mekanis dari kalor :

1 kal = 4,186 joule

TERMOMETER

Kita dapat merasakan panas atau dingin melalui indra peraba kita, tetapi suatu

kenyataan bahwa indra peraba kita tidak dapat mengukur dengan tepat derajat panas

dinginnya suatu benda. Ukuran atau derajat panas dinginnya suatu benda disebut dengan

suhu. Benda yang panas memiliki suhu yang tinggi, sedangkan benda yang dingin

memilki suhu yang rendah.

Ketika kita memanaskan atau mendinginkan suatu nenda sampai pada suhu

tertetu, beberapa sifat fisik benda tersebut berubah. Sebagai contoh, ketika kita

memanaskan sebatang besi, besi akan memuai, begitu pula ketika kita memanaskan zat

cair. Ketika kita mendinginkan air sampai suhu di bawah nol, air tersebut berubah

manjadi es. Sifat-sifat benda yang bias berubah akibat adanya perubahan suhu disebut

sifat termometrik.

Bila tangan kanan kita mencoba memegang sebongkah es sedangkan tangan kiri

kita memegang air hangat, maka kita dapat merasakan bahwa diantara kedua benda

tersebut terdapat perbedaan suhu. Berapa derajat perbedaan suhu tersebut? Untuk

mengetahui tinggi rendahnya suhu suatu zat kita gunakan alat yang disbut temometer.

Thermometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu suatu benda.

Dimana cara kerja thermometer ini menggunakan prinsip sifat-sifat termometrik.

Berbagai jenis thermometer dibuat berdasarkan pada beberapa sifat termometrik zat

seperti pemuaian zat padat, pemuaian zat cair, pemuaian gas, tekanan zat cair, tekanan

udara, regangan zat padat, hambatan zat terhadap arus listrik, dan intensitas cahaya

(radiasi benda). Adapun beberapa jenis thermometer tersebut antara lain adalah:

1. Termometer Bimetal

Alat ini bekerja berdasarkan prinsip bahwa logam akan memuai (bertambah

panjang)jika dipanaskan.

2. Termometer Hambatan

Alat ini bekerja berdasar prinsip bahwa bila seutas kawat logam dipanaskan,

hambatan listriknya bertambah. Perubahan hambatan listrik ini kemudian diubah

ke dalam pulsa-pulsa listrik. Pulsa listrik inilah yang menunjukkna suhu saat itu.

3. Termokopel

Perbedaan pemuaian antara dua logam yang kedua ujungnya disentuhkan

dimanfaatkan pada termokopel. Pada prinsipnya, pemuaian yang berbeda antara

dua logam yang ujungnya disentuhkan akan menghasilkan gaya gerak listrik

(ggl). Besar ggl inilah yang dimanfaatkan oleh termokopel untuk menunjukkna

suhu.

4. Termometer Gas

Bila sejumlah gas yang dipanaskan volumenya dijaga tetap, tekanannya akan

bertambah. Sifat termometrik inilah yang dimanfaatkan untuk mengukur suhu

pada thermometer gas.

5. Pyrometer

Pyrometer bekerja dengan mengukur intensitas radiasi yang dipancarkan oleh

benda yang sangat panas. Instrumen pyrometer tidak menyentuh benda panas

sehingga pyrometer dapat digunakan untuk mengukur suhu yang sangat tinggi

(kira-kira 500oC sampai 3.000oC) yang dapat membakar habis thermometer jenis

lainnya.

Thermometer zat cair dirancang berdasarkan pengaruh perubahan suhu terhadap

volume. Zat cair yang biasa digunakan adalah alcohol atau raksa yang dimasukkan ke

dalam pipa kapiler. Apabila pipa kapiler bersentuhan dengan benda yang panas maka

alcohol atau raksa di dalam pipa akan memuai. Perbedaan tinggi raksa di dalam pipa

sebelum dan sesudah disentuhkan dengan benda yang panas memperlihatkan adanya

perbedaan suhu.

Thermometer zat cair pada daerah pengukuran suhu antara -20oC sampai di atas

100oC banyak menggunakan bahan raksa. Keuntungan menggunakan raksa antara lain:

1) Mudah dilihat karena mengkilap

2) Raksa tidak membasahi dinding kaca

3) Raksa merupakan penghantar listrik yang baik

4) Panas jenisnya kecil, sehingga dengan perubahan panas sedikit cukup dapat

mengubah suhunya.

5) Suhu terendah atau titik beku raksa -39oC dan titik didihnya adalah 357oC

6) Pemuaiannya teratur

Thermometer yang menggunakan bahan raksa anatar lain adalah:

a. Termometer Celcius (C), dengan titik tetap skala bawah sama dengan suhu es

yang sedang mencair pada tekanan 1 atm yaitu 0oC. Titik tetap skala atas

diambil suhu uap air yang mendidih pada tekanan 1 atm yaitu 1000C. Untuk

termometer celcius terdapat rentang skala 1000.

b. Termometer Reamur (R), menggunakan skala 00R yang sama dengan suhu es

mancair dan skala 800R yang sama dengan suhu uap air mendidih. Maka untuk

termometer Reamur terdapat rentang skala 800.

c. Termometer Fahrenheit (F), 00F ditetapkan sama dengan es yang dicampur

garam (lebih dingin dari pada es yang sedang mencair). Oleh sebab itu 00R

lebih rendah dari pada 00C atau 00R. 00C atau 00R sama dengan 320F. Untuk

titik tetap atas Fahrenheit memilih suhu uap air mendidih pada tekanan 1 atm

dan ditetapkan 2120F. Oleh karenanya 2120F=1000C=800R.

d. Termometer Kelvin (K), Lord Kelvin (1824-1907) menetapkan titik bawah

dengan nol mutlak yang besarnya lebih kurang -273,15oC. Pada suhu ini,

gerak partikelberhenti sehingga tidak ada panas yang dapat diukur. Hal ini

karena panas sebanding dengan energi kinetic tiap partikel.

Hubungan antara skala Celcius, Fahrenheit, Reamur, dan Kelvin dinyatakan dengansebagai berikut:

Skala terendah untuk thermometer Celcius 0oC dan skala tertingginya adalah 100oC maka

∆ skala Celcius adalah (100oC – 0oC) = 100oC.

Skala terendah untuk thermometer Reamur 0oC dan skala tertingginya adalah 80oR maka

∆ skala Celcius adalah (80oR– 0oC) = 80oR.

Skala terendah untuk thermometer Fahrenhait yang sama dengan 0o dan 0o adalah 32o F

dan skala tertingginya 212o F. Maka ∆ skala Fahrenhait adalah ( 212 o – 32o ) = 180o.

Skala terendah untuk thermometer Kelvin yang sama dengan 0o dan 0o adalah 273o F dan

skala tertingginya 373o F. Maka ∆ skala Fahrenhait adalah ( 373 o – 273o ) = 100o

Maka perbandingan ∆ C : ∆ R : ∆ F: ∆ K = 100 : 80 : 180 = 5 : 4 : 9 : 5.