Asas Black: Pengertian, Bunyi, Rumus, Referensi Soal Dan Penerapannya

Tentunya kalian sudah mengetahui bahwa kalor berpindah dari satu benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Perpindahan ini menyebabkan terbentuknya suhu final yang sama antara kedua benda tersebut. Pernahkah kalian menciptakan susu atau kopi? Sewaktu susu diberi air panas, kalor akan menyebar ke seluruh cairan susu yang dingin, sehingga susu terasa hangat.

Suhu final sesudah pencampuran antara susu dengan air panas disebut suhu termal (keseimbangan).

Kalor yang dilepaskan air panas akan sama besarnya dengan kalor yang diterima susu yang dingin. Kalor merupakan energi yang sanggup berpindah, prinsip ini merupakan prinsip aturan kekekalan energi. Hukum kekekalan energi dirumuskan pertama kali oleh Joseph Black (1728 – 1899). Oleh alasannya ialah itu, penyataan tersebut juga dikenal sebagai asas black.

Lalu tahukah kalian apa itu asas Black? Nah, pada kesempatan kali ini kita akan membahas wacana pengertian atau definisi, bunyi, rumus, penerapan, pola soal dan pembahasan mengenai asas atau aturan Black. Untuk itu, silahkan kalian simak baik-baik klarifikasi berikut ini. Selamat berguru dan biar sanggup paham.

Pengertian Asas Black

Asas Black ialah suatu prinsip dalam termodinamika yang dikemukakan oleh Joseph Black. Asas ini menjabarkan beberapa hal, yaitu sebagai berikut.

□ Jika dua buah benda yang berbeda yang suhunya dicampurkan, benda yang panas memberi kalor pada benda yang hirau taacuh sehingga suhu hasilnya sama.

□ Jumlah kalor yang diserap benda hirau taacuh sama dengan jumlah kalor yang dilepas benda panas.

□ Benda yang didinginkan melepas kalor yang sama besar dengan kalor yang diserap bila dipanaskan.

Bunyi Asas Black

Bunyi Asas Black ialah sebagai berikut.

“Pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat yang suhunya lebih tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima zat yang suhunya lebih rendah”.

Info Fisika

Sejarah Joseph Black (1728 – 1799) Joseph Black ialah seorang ilmuwan dari Skotlandia. Dia menyatakan bahwa es sanggup mencair tanpa berubah suhunya. Hal ini berarti bahwa es sanggup menyerap panas dan memakai energi panas tersebut untuk mengubah bentuknya menjadi cair. Ia juga menemukan bahwa kejadian yang sama akan terjadi dikala air bermetamorfosis uap air. Energi yang diserap oleh suatu materi untuk berubah dari padat menjadi cair disebut kalor laten peleburan, sedangkan dikala benda cair bermetamorfosis gas disebut kalor laten penguapan. Black juga menyatakan bahwa sejumlah substansi yang berbeda akan membutuhkan sejumlah energi panas yang berbeda pula untuk memilih suhunya dengan kenaikan yang sama.

Rumus Asas Black

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, kalor ialah energi yang dipindahkan dari benda yang mempunyai temperatur tinggi ke benda yang mempunyai temperatur lebih rendah sehingga pengukuran kalor selalu berafiliasi dengan perpindahan energi.

Energi ialah kekal sehingga benda yang mempunyai temperatur lebih tinggi akan melepaskan energi sebesar QL dan benda yang mempunyai temperatur lebih rendah akan mendapatkan energi sebesar QT dengan besar yang sama.

Secara matematis, pernyataan tersebut sanggup ditulis sebagai berikut.

QLepas

=

QTerima

………. Pers. (1)

Keterangan:

QLepas = jumlah kalor yang dilepaskan oleh zat (Joule)

QTerima = jumlah kalor yang diterima oleh zat (Joule)

Persamaan (1) menyatakan aturan kekekalan energi pada pertukaran kalor yang disebut sebagai Asas Black. Pengukuran kalor sering dilakukan untuk memilih kalor jenis suatu zat. Jika kalor jenis suatu zat diketahui, kalor yang diserap atau dilepaskan sanggup ditentukan dengan mengukur perubahan temperatur zat tersebut. Kemudian, dengan memakai persamaan:

Q = mc∆T ……………… Pers. (2)

besarnya kalor sanggup dihitung. Ketika memakai persamaan ini, perlu diingat bahwa temperatur naik berarti zat mendapatkan kalor, dan temperatur turun berarti zat melepaskan kalor.

Dengan memakai persamaan (2), maka persamaan (1) sanggup dijabarkan secara lebih spesifik sebagai berikut.

QLepas = QTerima

m1c1∆T1 = m2c2∆T2 ..… Pers. (3)

dengan ∆T1 = T – Takhir dan ∆T2 = Takhir – T maka kita mendapatkan persamaan berikut.

m1c1(T1 – Tc)

=

m2c2(Tc – T2)

….. Pers. (4)

Keterangan:

m1 = massa benda 1 yang suhunya tinggi (kg)

m2 = massa benda 2 yang suhunya rendah (kg)

c1 = kalor jenis benda 1 (J/kgoC)

c2 = kalor jenis benda 2 (J/kgoC)

T1 = suhu mula-mula benda 1 (oC atau K)

T2 = suhu mula-mula benda 2 (oC atau K)

Tc = suhu final atau suhu adonan (oC atau K)

Catatan : Pada pencampuran antara dua zat, sebenarnya terdapat kalor yang hilang ke lingkungan sekitar. Misalnya, wadah pencampuran akan menyerap kalor sebesar hasil kali antara massa, kalor jenis dan kenaikan suhu wadah.

Dengan memakai Asas Black, kita sanggup menghitung suhu final dari dua buah benda atau zat yang dicampurkan. Selain itu, jikalau kalor jenis salah satu benda diketahui, kita sanggup mencari kalor jenis benda kedua. Alat yang dipakai untuk mencari kalor jenis benda atau zat yang memakai Asas Black adalah kalorimeter.

Contoh Penerapan Asas Black

Berikut ini ialah beberapa pola penerapan asas Black dalam kehidupan sehari-hari.

1. Penentuan nilai pembakaran suatu materi bakar (LHV/HHV/GHV).

2. Penentuan kapasitas beban pendinginan mesin (cooling water rate).

3. Menentukan jumlah energi dalam bentuk perpindahan panas untuk menaikkan temperatur pada derajat tertentu, sehingga sanggup memperkirakan waktu yang diharapkan untuk pemanasan.

4. Penentuan temperatur kesetimbangan termal insulasi reaktor atau engine atau sistem apa saja yang menerapkan pemakaian insulasi termal.

5. Ketika kita minum segelas es teh. Pada pembuatan es teh, mula-mula teh diseduh dengan air panas gres kemudian dicampurkan es. Pada proses pencampuran ini, air seduhan yang panas dan es akan berinteraksi termal dan mencapai temperatur kesetimbangan baru, yang mana akan lebih rendah dari panas semula.

6. Penetapan untuk pemilihan bangunan rumah, semisal lantai. Dari Asas Black, maka energi dalam bentuk perpindahan panas haruslah sama, hanya ada konstanta panas jenis (kalor jenis). Jika dipilih konstanta panas jenis yang tinggi, maka lantai tersebut akan terasa lebih hangat dibanding lantai dengan materi yang mempunyai panas jenis yang lebih rendah yang lebih terasa dingin.

Contoh Soal Asas Black dan Pembahasan

1. Air sebanyak 0,5 kg yang bersuhu 100oC dituangkan ke dalam ember dari aluminium yang mempunyai massa 0,5 kg. Jika suhu awal ember sebesar 25oC, kalor jenis aluminium 900 J/kgoC, dan kalor jenis air 4.200 J/kgoC, maka tentukan suhu kesetimbangan yang tercapai! (anggap tidak ada kalor yang mengalir ke lingkungan)

Penyelesaian:

Diketahui:

mbjn = 0,5 kg

mair = 0,5 kg

Tair = 100oC

Tbjn = 25oC

cair = 4.200 J/kgoC

cbjn = 900 J/kgoC

Ditanyakan: Takhir/Ttermal = … ?

Jawab:

QLepas = QTerima

mair × cair × ∆Tair = mbjn × cbjn × ∆Tbjn

mair × cair × (Tair – Ttermal) = mbjn × cbjn × (Ttermal – Tbjn)

0,5 × 4.200 × (100 – Ttermal) = 0,5 × 900 × (Ttermal – 25)

2.100 × (100 – Ttermal) = 450 × (Ttermal – 25)

210.000 – 2.100Ttermal = 450Ttermal – 11.250

450Ttermal + 2.100Ttermal = 210.000 + 11.250

2.550Ttermal = 221.250

Ttermal = 221.250/2.550

Ttermal = 86,76oC

Jadi, suhu kesetimbangannya ialah 86,76oC.

2. Jika teh 200 cm3 pada suhu 95oC dituangkan ke dalam cangkir gelas 150 g pada suhu 25oC, berapa suhu final (T) dari adonan ketika dicapai kesetimbangan, dengan menganggap tidak ada kalor yang mengalir ke sekitarnya? (kalor jenis cangkir gelas ialah 840 J/kgoC)

Penyelesaian:

Diketahui:

teh sebagian besar berupa air, maka kalor jenisnya ialah kalor jenis air.

cteh = cair = 4.200 J/kgoC

Vteh = 200 cm3 = 200 × 10-6 m3

mteh = ρteh × Vteh

mteh = ρair × Vteh

mteh = (1,0 × 103 kg/m3)(200 × 10-6 m3)

mteh = 200 × 10-3 kg = 0,2 kg

mgls = 150 g = 0,15 kg

cgls = 840 J/kgoC

Tteh = 95oC

Tgls = 25oC

Ditanyakan: T final (Tc) = …?

Jawab:

Dengan menerapkan Hukum Kekekalan Energi Kalor, maka:

Kalor yang hilang dari teh = kalor yang diterima canggir gelas

QLepas = QTerima

mteh × cteh × ∆Tteh = mgls × cgls × ∆Tgls

mteh × cteh × (Tteh – Tc) = mgls × cgls × (Tc – Tgls)

0,2 × 4.200 × (95 – Tc) = 0,15 × 840 × (Tc – 25)

840 × (95 – Tc) = 126 × (Tc – 25)

79.800 – 840Tc = 126Tc – 3.150

126Tc + 840Tc = 79.800 + 3.150

966Tc = 82.950

Tc = 82.950/966

Tc = 85,87oC

Jadi, suhu kesetimbangan atau suhu final the dengan cangkir ialah 85,86oC.