Asas Black Dan Kalorimeter + Teladan Soal Dan Pembahasan

Ketika kita ingin mandi dengan air hangat, maka untuk keperluan ini kita ambil 2 liter air yang bersuhu 70oC, kemudian kita campurkan dengan 4 liter air yang bersuhu 30oC. Bagaimana suhu air 70oC sesudah dicampur dan bagaimana pula suhu air 30oC? Ternyata air hangat itu bersuhu kurang lebih 40oC. Mengapa hal itu sanggup terjadi?

Untuk sanggup menjawab hal tersebut, kita harus mengetahui terlebih dahulu mengenai konsep asas Black wacana kalor dan pengukuran kalor secara kuantitatif memerlukan suatu alat yang disebut kalorimeter. Nah, pada kesempatan kali ini kita akan membahas wacana azas Black dan Kalorimeter.

1. Asas Black

Menurut aturan kekekalan energi, bahwa energi tidak sanggup diciptakan atau dimusnahkan, yang terjadi hanyalah perubahan bentuk energi yang satu ke bentuk energi yang lain. Kita ambil contoh, sebuah benda A massa m1, suhu T1 dan kalor jenisnya c1. Kemudian kita masukkan ke dalam air B yang massanya m2, suhu T2, dan kalor jenis c2.

Setelah terjadi kesetimbangan, dianggap tidak ada kalor yang diserap oleh tempat, suhu air menjadi T. Perhatikan gambar berikut ini.

Dalam hal ini benda A suhunya turun dari T1 ke T. Maka kalor yang dilepas benda A yakni Q1 = m1c1(T1 – T). Sedangkan air B, suhunya naik dari T2 ke T. Maka kalor yang diserap air B yakni Q2 = m2c2(T – T2).

Berdasarkan aturan kekekalan energi untuk kalor, jumlah kalor yang dilepas benda A sama dengan jumlah kalor yang diserap oleh air B. hal ini dikenal dengan nama Asas Black. Secara matematis, asas Black dirumuskan sebagai berikut.

Kalor yang dilepas = kalor yang diterima

Q1 = Q2

m1c1∆T1 = m2c2∆T2

m1c1(T1 – T) = m2c2(T – T2)

Persamaan tersebut berlaku pada pertukaran kalor, yang selanjutnya disebut Asas Black. Hal ini sebagai penghargaan bagi seorang ilmuwan dari Inggris berjulukan Joseph Black (1728 - 1799).

Info Fisika

Joseph Black mengira bahwa kapasitas panas merupakan jumlah panas yang sanggup ditampung oleh suatu benda. Hal ini sebetulnya merupakan ukuran wacana jumlah tenaga yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu suatu benda dalam jumlah tertentu.

2. Kalorimeter

Kalorimeter yakni alat untuk mengukur kalor jenis suatu zat atau bahan, menyerupai yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini. Salah satu bentuk kalorimeter yaitu kalorimeter campuran. Kalorimeter ini terdiri dari sebuah baskom logam yang kalor jenisnya diketahui.

Bejana ini biasanya ditempatkan di dalam baskom lain yang agak lebih besar. kedua baskom dipisahkan oleh materi penyekat, contohnya gabus atau wol. Kegunaan baskom luar yakni sebagai isolator supaya pertukaran kalor dengan sekitar kalorimeter sanggup dikurangi.

Kalorimeter juga dilengkapi dengan batang pengaduk. Pada waktu zat dicampurkan di dalam kalorimeter, air di dalam kalorimeter perlu diaduk supaya diperoleh suhu merata sebagai jawaban percampuran dua zat yang suhunya berbeda. Asas penggunaan kalorimeter yakni Asas Black.

Zat yang ditentukan kalor jenisnya dipanaskan hingga suhu tertentu. Dengan cepat zat itu dimasukkan ke dalam kalorimeter yang berisi air dengan suhu dan massanya sudah diketahui. Kalorimeter diaduk hingga suhunya tidak berubah lagi. Dengan memakai aturan kekekalan energi, kalor jenis zat yang dimasukkan dihitung.

Poin Fisika

Pertukaran energi kalor merupakan dasar teknik yang dikenal dengan nama kalorimetri, yang merupakan pengukuran kuantitatif dari pertukaran kalor. Untuk melaksanakan pengukuran kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu suatu zat digunakan kalorimeter. Salah satu kegunaan yang penting dari kalorimeter yakni dalam penentuan kalor jenis suatu zat. Pada teknik yang dikenal sebagai “metode campuran”, satu sampel zat dipanaskan hingga temperatur tinggi yang diukur dengan akurat, dan dengan cepat ditempatkan pada air cuek kalorimeter. Kalor yang hilang pada sampel tersebut akan diterima oleh air dan kalorimeter. Dengan mengukur suhu final adonan tersebut, maka sanggup dihitung kalor jenis zat tersebut.

Contoh Soal dan Pembahasan

Sebuah kalorimeter yang kapasitas kalornya 40 kal/oC berisi 200 gram air suhunya 20oC akan digunakan untuk memilih kalor jenis kuningan. Ke dalam kalorimeter dimasukkan 100 gram kuningan yang bersuhu 80oC. Jika suhu final air 22oC dan kalor jenis air 1 kal/goC, berapakah kalor jenis kuningan?

Penyelesaian:

Diketahui:

Ckal = 40 kal/oC

ma = 200 gram

Ta = 20oC

mk = 100 gram

Tk = 80oC

Takhir = 22oC

ca = 1 kal/goC

∆Ta = Takhir − Ta = (22 – 20) = 2oC

∆Tk = Tk− Takhir = (80 – 22) = 58oC

∆Tka = ∆Ta = 2oC

Ditanyakan: kalor jenis kuningan (ck) = …?

Jawab:

Kalor yang dilepas oleh kuningan = kalor yang diterima oleh kalorimeter dan air.

Q1 = Q2

≫ mk × ck × ∆Tk = ma × ca × ∆Ta + Ckal × ∆Tka

≫ 100 × ck × 58 = (200 × 1 × 2) + (40 × 2)

≫ 5.800ck = 400 + 40

≫ 5.800ck = 440

≫ 580ck = 44

≫ ck = 44/580

≫ ck = 0,076

Jadi, kalor jenis kuningan tersebut yakni 0,076 kal/goC.

Latihan Soal

1. Sebutkan dengan terperinci Asas Black!

2. Kalor jenis aluminium aluminium lebih besar dari kalor jenis kuningan. Apa akhirnya apabila pada jumlah massa yang sama kedua benda diberi kalor yang sama?

3. Ke dalam panci aluminium yang massanya 0,5 kg, suhu 80oC. Hitunglah suhu air di dalam panci aluminium. (kalor jenis aluminium yakni 900 J/kgK).

4. Untuk memilih kalor jenis suatu zat, ke dalam kalorimeter yang memiliki kapasitas kalor 168 J/K, berisi 400 gram air yang bersuhu 20oC. Dimasukkan sebuah benda bermassa 200 gram ke dalam kalorimeter. Jika suhu benda 80oC, hitung kalor jenis benda (dalam SI)!

5. Sebuah peluru yang massanya 2,0 gram bergerak dengan laju sebesar 200 m/s tertanam di dalam sebuah balok kayu yang massanya 2,0 kg yang digantungkan menyerupai bandul. Hitunglah kenaikan temperatur dari peluru tersebut dengan mengganggap bahwa semua tenaga yang diserap digunakan untuk menaikkan temperatur!