Kalor dan Termodinamika

Posted on July 13, 2016        Written by Ade

Panas dan Azas Black (Perbedaan suhu dengan panas)

Suhu merupakan suatu ukuran yang menyatakan tingkat panas atau dingin suatu benda menurut skala tertentu. Panas (heat) merupakan aliran energi yang bergerak dari suatu benda ke benda lain diakibatkan oleh perbedaan suhu. Panas mengalir dari benda yang bersuhu lebih panas ke benda yang bersuhu lebih dingin.

Contoh peristiwa-peristiwa yang memperlihatkan panas yang berpindah:

  1. Angin darat dan angin laut
  2. Aliran udara dingin dari bawah lemari es

Apabila kita mempertemukan dua benda yang salah satu suhunya lebih tinggi dan benda yang suhunya lebih rendah maka pada akhirnya kedua benda tersebut akan memiliki suhu yang sama sehingga tidak ada lagi panas yang mengalir. Keadaan ini disebut kesetimbangan panas. Jadi jika suhu benda-benda tersebut telah sama maka dikatakan bahwa kesetimbangan panas sudah dicapai sehingga tidak ada lagi energi panas yang mengalir. Pada jaman dulu, seorang ahli Fisika bernama Joseph Black menemukan bahwa besarnya energi panas (kalor) yang diterima oleh benda yang lebih rendah suhunya adalah sama besarnya dengan besar energi panas yang diberikan oleh benda yang lebih tinggi suhunya

Oleh karena panas merupakan suatu bentuk energi maka satuannya adalah Joule. Selain Joule, panas juga dapat menggunakan satuan lain yaitu kalori (1 kalori = 4,18 Joule). 1 kalori merupakan energi yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram air sebesar 1oC. Jadi, kalor jenis air cair = 1 kalori/gramoC. Dengan demikian kita dapat menuliskan hubungan antara besar energi panas yang diterima suatu benda, massa benda dan kenaikkan (perubahan) suhu dan kalor jenis dapat ditulis Q = m.c.ΔT

Di bawah ini merupakan sebuah daftar mengenai beberapa benda dan nilai kalor jenis mereka dalam satuan J/goC dan kal/goC

m

Kalor jenis merupakan suatu ukuran yang menyatakan besarnya energi yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram zat sebesar 1oC, kalor jenis ditulis dengan simbol c.

Dalam daftar tersebut kita lihat bahwa nilai kalor jenis air = 1 kal/goC dan nilai kalor jenis es = 0,50 kal/goC. Di sini artinya untuk menaikkan suhu 1 gram air sebesar 1oC diperlukan energi sebesar 1 kalori sementara untuk es diperlukan energi sebesar 0,5 kalori sehingga dapat kita katakan bahwa semakin besar kalor jenis suatu benda maka semakin besar energi panas yang diperlukan untuk memanaskan 1 gram benda tersebut sebesar 1oC.

Soal :

  1. Berapakah energi yang diperlukan untuk menaikkan suhu 10 gram, 20 gram, 40 gram dan 100 gram air sebesar 1oC? Buatlah grafik antara energi panas yang diperlukan terhadap massa air yang dipanaskan !
  2. Hitunglah energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram air sebesar 10oC, 20oC, 30oC, dan 50oC ! Buatlah grafik antara energi panas yang diperlukan terhadap kenaikkan suhu pada air yang dipanaskan!
  3. Hitunglah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 10 gram air sebesar 20oC !
  4. Apakah artinya besar kalor jenis suatu benda?
  5. Berapakah energi panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu 5 gram  besi sehingga suhunya naik sebesar 1oC?
  6. Berapakah energi panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu 10 gram emas sebesar 1oC ? 5 oC?
  7. Berapakah energi panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu 100 gram tembaga sebesar 1oC ? 20oC ?
  8. Hitunglah besar energi panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu 500 gram perak sebesar 1oC ? 40oC ?
  9. Sebatang aluminium dengan massa 1 kilogram dipanaskan sehingga suhunya naik 10oC. Berapakah energi panas yang diperlukan ?
  10. Jika kita memanaskan 1 liter air dengan suatu pemanas maka air tersebut akan naik suhunya sebesar 10oC. Berapakah kenaikan suhu air tersebut jika dengan pemanas yang sama digunakan untuk memanaskan 2 liter air dan 3 liter air ?
  11. Air sebanyak 1 liter dipanaskan oleh sebuah kompor dan membuat suhunya naik sebesar 10oC.   Berapakah kenaikan suhu yang diakibatkan oleh pemanas  yang sama dan memanaskan dalam waktu yang sama jika ia memanaskan 2 liter, 3 liter, 5 liter dan 10 liter ? Buatlah grafik antara kenaikan suhu terhadap volume air yang dipanaskan !
  12. Sebuah thermometer ditempatkan di dalam wadah berisi air yang memiliki suhu 20oC.
  13. Jika ada wadah yang memiliki volume air yang sama dan suhu yang sama yakni 20oC. Berapakah suhu akhirnya ? A. 10oC B. 20oC        C. 40oC
  14. Jika ada wadah yang memiliki volume air   yang sama namun suhunya adalah 40oC dituangkan ke dalam wadah air pertama yang memiliki suhu 20oC tersebut. Berapakah   suhu akhirnya ? A. 20oC B. 30oC        C. 40oC
  15. Jika ada wadah dengan air yang volumenya lebih kecil bersuhu 40oC dimasukkan dalam  air yang suhunya 20oC. Berapakah suhu akhirnya ? A. 20oC B. di antara 20oC dan 30oC C. 30oC D. Lebih dari 30oC
  16. 1 kilogram air dengan suhu 40oC dituangkan ke dalam 2 kg air yang bersuhu 20oC. Berapakah suhu akhirnya ?
  17. Sepotong besi 10 gram pada suhu 50oC dimasukkan ke dalam 100 gram air yang memiliki suhu 20oC. Berapakah suhu akhir kedua benda
  18. Mengapa balon yang diisi air ketika di panaskan oleh api tidak pecah ?
  19. Mengapa orang yang berjalan di atas arang yang membara dengan kaki tanpa alas tidak mengalami luka bakar ?
  20. Sepotong besi yang panas dicelupkan ke dalam air. Manakah diantara pernyataan di bawah ini yang benar   dan yang salah ?
    • Besar turunnya suhu pada besi sama dengan besar naiknya suhu air
    • Besar energi panas yang hilang dari besi sama dengan besar energi panas yang diserap oleh air
    • Besi dan air pada akhirnya akan memiliki suhu yang sama
    • Suhu akhir besi dan air adalah sebesar rata-rata suhu mereka mula-mula

Kalor Laten

Kalor selain dapat digunakan untuk menaikkan suhu suatu benda, kalor juga dapat digunakan untuk mengubah wujud suatu benda. Kalor ini dinamakan kalor laten, dimana kalor tidak membuat suhu naik. Sebuah benda yang dipanaskan pada umumnya akan mengalami perubahan wujud dari zat padat kemudian menjadi zat cair dan lalu menjadi zat gas. Untuk perubahan wujud zat, besar kalor laten adalah Q = m.L

n

Termodinamika

Termodinamika membicarakan tentang kekekalan energi. Seperti yang sudah kita pelajari, energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan, yang dapat kita lakukan adalah mengubah suatu bentuk energi. Suatu gas yang berada dalam sebuah wadah memiliki energi dalam (U). Energi dalam ini dapat dinyatakan dalam beberapa parameter seperti tekanan P, volume V dan suhu T. Suatu gas mula-mula memiliki energi dalam U1, ketika suatu gas diberi tambahan energi berupa panas (kalor Q) dan melakukan suatu usaha W, sehingga energi dalam akhir menjadi U2, maka akan terjadi kekekalan energi sebagai berikut : U+ Q – W = U2

atau Q – W = Δ U

ΔU merupakan perubahan energi dalam gas, U2 – U1. ΔUsecara umum, tidak terpengaruh dari bagaimana proses perubahan keadaan gas tersebut, besar perubahan energi dalam gas dapat dinyatakan sebagai berikut

o

Dalam Termodinamika ada 4 buah proses yang akan kita pelajari:

1. Isobar

p

Merupakan proses dimana tekanan gas tidak berubah dari keadaan awal sampai keadaan akhir. Untuk membantu kita dalam memahami perubahan keadaan sistem gas tersebut maka kita akan menggunakan diagram tekanan dan volume. Untuk proses isobar, diagram tekanan dan volume adalah sebagai berikut : Ketika suatu gas mengalamai proses isobar, dimana volume wadah megalami pemuaian maka ada sejumlah usaha yang dikerjakan oleh gas (sistem) kepada lingkungan.

a

Dengan menggunakan diagram tekanan dan volume, kita dapat menghitung usaha yang dikerjakan sistem dengan menghitung  luas di bawah grafik tekanan dan volume tersebut W = P . (V2 – V1). Dengan menggunakan persamaan gas ideal P.V = n.R.T dan hukum kekekalan energi maka kita dapat menghitung kalor Q yang diperlukan untuk proses ini.

r

2. Isovolume (Isokhorik)

b

Merupakan proses dimana volume gas tidak berubah dari keadaan awal sampai keadaan akhir. Pada proses Isovolume, Luas di bawah grafik tekanan dan volume adalah nol. Usaha pada proses isovolume adalah nol. Sehingga kalor pada proses ini:

e

3. Isoterm

c

Merupakan proses dimana suhu gas tidak berubah dari keadaan awal sampai keadaan akhir. Karena suhu keadaan awal dan suhu keadaan akhir sama maka pada proses isoterm ini, perubahan energi dalam sistem (U2 – U1) adalah nol sehingga Q = W. Dengan menggunakan integrasi untuk luas maka kita mendapat

f

4. Adiabatik

d

Merupakan suatu proses dimana tidak ada kalor yang keluar atau masuk ke dalam gas dari lingkungan yang ada di sekitarnya. Pada proses adiabatik, Q = 0. Hubungan antara tekanan P, volume Q dan suhu T adalah sebagai berikut :

g

dan

h

Usaha pada proses adiabatik dapat dihitung dengan

i

Catatan :

Untuk suatu proses termodinamika, perubahan energi dalam (U2-U1) tidak dipengaruhi oleh prosesnya, melainkan hanya dipengaruhi oleh keadaan awal dan keadaan akhir.

Siklus Termodinamika

Siklus termodinamika merupakan gabungan beberapa proses termodinamika yang keadaan awal dan keadaan akhirnya adalah sama, sehingga membentuk suatu lintasan yang tertutup.

Dalam suatu siklus termodinamika, tidak ada perubahan energi dalam (U), atau ΔU=0. Suatu siklus termodinamika dapat digunakan untuk melakukan suatu pekerjaan. Beberapa siklus termodinamika yang cukup terkenal adalah siklus Carnot (ideal), siklus mesin Diesel, dan siklus mesin Otto. Siklus – siklus ini memindahkan/mengambil kalor dari ruang pembakaran mesin yang bersuhu tinggi dan digunakan untuk melakukan suatu usaha. Panas yang tersisa akan dibuang oleh mesin ke lingkungan di sekitarnya.

j

Efisiensi dari suatu siklus merupakan nilai perbandingan usaha yang dapat dilakukan oleh siklus tersebut dengan nilai kalor yang masuk siklus tersebut. Usaha dan Kalor pada suatu siklus dihitung satu per satu dari setian proses yang ada dalam siklus tersebut. Makin besar efisiensi sebuah mesin, makin baik kerja mesin tersebut.

Siklus Carnot

Pertama kali di usulkan oleh seorang insinyur Perancis bernama Sadi Carnot. Siklus ini terdiri dari dua proses isoterm (1 ke 2 dan 3 ke 4)  dan dua proses adiabatik (2 ke 3 dan 4 ke 1)

u

t

Pada siklus Carnot, suhu T1 dan T2 adalah sama, dan suhu ini adalah suhu yang panas. Suhu T3 dan suhu T4 juga sama dan suhu ini adalah suhu yang dingin. Kalor masuk pada proses isoterm suhu panas, sedangkan kalor keluar dari proses isoterm suhu dingin. Efisiensi mesin Carnot dapat dihitung sebagai berikut

k

atau

r

Mesin Pendingin

Mesin pendingin bekerja berkebalikan dengan mesin panas. Mesin ini menarik panas dari ruang pendingin yang bersuhu rendah dan mengalirkannya ke tempat di sekitar mesin yang bersuhu lebih panas. Secara alami, proses ini tidak mungkin terjadi. Untuk dapat melakukan proses tersebut, dibutuhkan usaha dari luar.

v

Kinerja dari mesin pendingin diukur dengan bilangan yang dinamakan CoP (Coefficient of Performance). Makin besar nilai CoP, makin baik sebuah mesin pendingin.

s



Leave a Reply


Calendar

November 2017
M T W T F S S
« May    
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
27282930  

Support Us

Galileo To Einstein is entirely supported and maintained by generous people who are very passionate about education. We will always improve its service and keep it for free for

View details

Sitemap