9/17/2012

9. KALOR

1

1 KALOR SEBAGAI TRANSFER ENERGI

Satuan kalor adalah kalori (kal)

Definisi kalori: Kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1 gram air sebesar 1 derajat Celcius.

Satuan yang lebih sering digunakan adalah kilokalori (kkal)

9/17/2012

Satuan yang lebih sering digunakan adalah kilokalori (kkal) yang didefinisikan: 1kkal adalah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1 kg air sebesar 1 Co.

1 kkal = 1 Kalori

1 Btu = 0,252 kkal = 1055 J.

1 kal = 4,186 J, 1 kkal = 4,186 x 103 J

2

Kalor bukan sebagai zat, dan bahkan bukan sebagai bentuk energi

Kalor adalah energi yang ditransfer dari satu benda ke yang lainnya karena adanya perbedaan temperatur.

9/17/2012

temperatur.

1 kal menaikkan temperatur 1 g air sebesar 1 Co, atau 1 kkal menaikkan temperatur 1 kg air sebesar 1 Co

3

CONTOH 1

Dua orang pasangan muda tidak berhati-hatipada suatu siang, dan memakan terlalu banyakes krim dan kue. Mereka menyadari telahkelebihan makan sekitar 500 Kalori, dan untukmengimbanginya, mereka ingin melakukan

9/17/2012

mengimbanginya, mereka ingin melakukankerja yang sesuai dengan menaiki tangga.Berapa ketinggian total yang harus ditempuhsetiap orang? Masing-masing bermassa 60 kg.

4

CONTOH 2

Ketika peluru 3 g, yang melaju secepat 400

m/s, menembus sebuah pohon, lajunya

diperkecil sampai 200 m/s. Berapa banyaknya

kalor Q yang dihasilkan dan dipakai bersama

9/17/2012

kalor Q yang dihasilkan dan dipakai bersama

oleh peluru dan pohon?

5

2 PERBEDAAN ANTARA TEMPERATUR, KALOR, DAN

ENERGI DALAM

Jumlah total dari semua energi pada semua molekul di sebuah benda disebut energi termal atau energi dalam.

Kalor bukan merupakan energi yang dimiliki sebuah benda melainkan mengacu ke jumlah energi yang ditransfer dari satu benda ke yang lainnya pada temperatur yang berbeda.

9/17/2012

Temperatur (dalam kelvin) merupakan pengukuran dari energi kinetik rata-rata dari molekul secara individu

Energi termal dan energi dalam mengacu pada energi total dari semua molekul pada benda.

Kalor mengacu pada transfer energi dari satu benda ke yang lainnya karena adanya perbedaan temperatur.

6

3 ENERGI DALAM GAS IDEAL

9/17/2012

nRTU 3= (1)

Gas ideal monoatomik:

7

nRTU23

=(1)

n = jumlah mol.

4 KALOR JENIS

Jika kalor diberikan pada suatu benda maka

temperatur benda naik.

9/17/2012

TmcQ =

8

TmcQ = (2)c = kalor jenis (J/kg.Co)

CONTOH 3

(a) Berapa kalor yang dibutuhkan untuk

menaikkan temperatur tong kosong 20 kg yang

terbut dari besi dari 10oC sampai 90oC? (b)

Bagaimana jika tong tersebut diisi 20 kg air?

9/17/2012

Bagaimana jika tong tersebut diisi 20 kg air?

9

5 KALORIMETRI PEMECAHAN MASALAH

Kekekalan energi:

Kalor yang hilang = kalor yang didapat

Pertukaran energi merupakan dasar teknik

9/17/2012

Pertukaran energi merupakan dasar teknik

yang disebut kalorimetri, yang merupakan

pengukuran kuantitatif dari pertukaran kalor.

10

CONTOH 4

Jika teh 200 cm3 pada 95oC dituangkan ke

dalam cangkir gelas 150 g pada 25oC, berapa

temperatur akhir T dari campuran ketika

dicapai kesetimbangan, dengan menganggap

9/17/2012

dicapai kesetimbangan, dengan menganggap

tidak ada kalor yang mengalir ke sekitarnya?

11

CONTOH 5

Kita ingin menentukan kalor jenis logam

campuran yang baru. Sampel 0,150 kg dari

logam baru tersebut dipanaskan sampai

540oC. Logam tersebut kemudian dengan

9/17/2012

540 C. Logam tersebut kemudian dengan

cepat ditempatkan pada 400 g air pada 10oC,

yang ditempatkan pada bejana kalorimeter

aluminium 200 g. Temperatur akhir campuran

tersebut adalah 30,5oC. Hitung kalor jenis

logam campuran itu.

12

6 KALOR LATEN

Kalor lebur (LF) adalah kalor yang

dibutuhkan untuk merubah 1 kg zat dari

padat menjadi cair.

Kalor penguapan (Lv) adalah kalor yang

dibutuhkan untuk merubah suatu zat dari

9/17/2012

dibutuhkan untuk merubah suatu zat dari

fase cair ke uap

Nilai-nilai untuk kalor lebur dan penguapan

disebut kalor laten.

13

mLQ = (3)

CONTOH 6

Berapa banyak energi yang harus dikeluarkan

lemari es dari 1,5 kg air pada 20oC untuk

membuat es pada -12oC?

9/17/2012

14

CONTOH 7

Pada sebuah pesta, potongan es 0,5 kg pada -

10oC dimasukkan dalam 3 kg es teh pada

20oC. Berapa temperatur dan fase campuran

terakhir? Teh dapat dianggap air.

9/17/2012

terakhir? Teh dapat dianggap air.

15

CONTOH 8

Kalor jenis air raksa adalah 0,033 kkal/kg.Co.

Ketika 1 kg air raksa padat pada titik leburnya

sebesar -39oC diletakkan pada kalorimeter

aluminium 0,5 kg yang diisi dengan 1,2 kg air

9/17/2012

aluminium 0,5 kg yang diisi dengan 1,2 kg air

pada 20oC, temperatur akhir campuran

didapatkan sebesar 16,5oC. Berapa kalor lebur

dari air raksa dalam kkal/kg?

16

PENYELESAIAN MASALAH

KALORIMETRI1. Pastikan Anda memiliki informasi yang cukup untuk

memakai kekekalan energi. Tanyakan pada diri Anda: apakah sistem ini terisolasi (atau mendekati demikian, sehingga cukup untuk membuat perkiraan yang baik)? Apakah Anda mengetahui atau dapatkah kita menghitung semua sumber yang

9/17/2012

atau dapatkah kita menghitung semua sumber yang signifikan dari aliran energi kalor?

2. Gunakan kekekalan energi: Kalor yang diterima = kalor yang hilang. Untuk semua zat pada sistem, istilah kalor (energi) akan muncul pada ruas kiri atau kanan dari persamaan ini.

17

3. Jika tidak terjadi perubahan fase, setiap

suku pada persamaan kekekalan energi (di

atas) akan berbentuk

9/17/2012

( ) (dapat) = f aQ mc T T

18

atau

( ) (hilang) = a fQ mc T T

4. Jika perubahan fase terjadi atau mungkin

terjadi, mungkin ada beberapa suku pada

persamaan kekekalan energi dalam

bentuk Q = mL, dimana L adalah kalor

laten. Tetapi sebelum menerapkan

kekekalan energi, tentukan (atau

9/17/2012

kekekalan energi, tentukan (atau

perkirakan) pada fase mana keadaan akhir

akan berada.

19

5. Pastikan setiap suku muncul di sisi yang benar dari persamaan energi (kalor yang diterima atau kalor yang dilepaskan) dan bahwa setiap T adalah positif.

6. Catat bahwa ketika sistem mencapai kesetimbangan termal, temperatur akhir setiap

9/17/2012

kesetimbangan termal, temperatur akhir setiap zat akan memiliki nilai yang sama. Hanya ada satu Tf.

7. Selesaikan persamaan energi Anda untuk mencari yang tidak diketahui.

20

7 PERPINDAHAN KALOR: KONDUKSI

Tiga metode perpindahan kalor: Konduksi,

Konveksi dan radiasi.

9/17/2012

Kecepatan aliran kalor dengan konduksi:

21

Kecepatan aliran kalor dengan konduksi:

1 2T TQ kAt l

=

(4)

k = konduktivitas termal

Zat-zat dimana k besar, menghantarkan kalor

dengan cepat dan dinamakan konduktor yang

baik.

9/17/2012

Zat-zat yang k nya kecil dinamakan isolator.

22

CONTOH 9

Sumber kehilangan kalor yang utama dari

sebuah rumah adalah melalui jendela. Hitung

kecepatan aliran kalor melalui jendela kaca

dengan luas 2 m x 1,5 m dan tebal 3,2 mm,

9/17/2012

dengan luas 2 m x 1,5 m dan tebal 3,2 mm,

jika temperatur pada permukaan dalam dan

luar adalah 15oC dan 14oC, berturut-turut.

23

8 PERPINDAHAN KALOR: KONVEKSI

Konveksi adalah proses dimana kalor ditransfer dengan pergerakan molekul dari satu tempat ke tempat yang lain.

Konduksi melibatkan molekul (dan/atau elektron) yang hanya bergerak dalam jarak yang kecil dan

9/17/2012

yang hanya bergerak dalam jarak yang kecil dan bertumbukan, sedangkan konveksi melibatkan pergerakan molekul dalam jarak yang besar

Cuaca pada umumnya merupakan hasil dari arus udara yang konvektif

24

9. PERPINDAHAN KALOR: RADIASI

Konduksi dan konveksi memerlukan adanya

materi sebagai medium untuk membawa kalor

dari daerah yang lebih panas ke daerah yang

lebih dingin.

9/17/2012

lebih dingin.

Radiasi merupakan bentuk transfer energi

tanpa melalui medium.

25

9/17/2012

4Q e ATt

=

(5)

Kecepatan radiasi (pers. Stefan-Boltzmann):

= konstan Stefan-Boltzmann = 5,67 x 10-8 W/m2.K4

Kecepatan aliran total dari radiasi kalor:

26

( )4 41 2Q e A T Tt = (6)T1 = temperatur bendanya; T2 = temperatur sekelilingnya

CONTOH 10

Seorang atlit duduk tanpa pakaian di kamar

ganti yang dindingnya gelap pada temperatur

15oC. Perkirakan kecapatan kehilangan kalor

dengan radiasi dengan menganggap

9/17/2012

dengan radiasi dengan menganggap

temperatur kulit sebesar 34oC dan e = 0,7.

Anggap permukaan tubuh yang tidak

bersentuhan dengan kursi sebesar 1,5 m2.

27

Besar laju penyerapan kalor oleh suatu

benda karena radiasi matahari yang datang

dengan sudut adalah:

9/17/2012

( )21000 W/m cosQ eAt = (7)

28

( )1000 W/m coseAt =

CONTOH 11

Berapa kecepatan penyerapan energi dari

Matahari oleh seseorang yang berbaring

terlentang di pantai pada hari yang cerah jika

Matahari membuat sudut 30o dengan vertikal?

9/17/2012

Matahari membuat sudut 30 dengan vertikal?

Anggap e = 0,7, luas tubuh yang terbuka ke

Matahari adalah 0,8 m2, dan 1000 W/m2

mencapai permukaan Bumi.

29