KALOR. system yang lain; ini merupakan dasar kalorimetri, yang merupakan pengukuran kuantitatif pertukaran kalor.

Transkripsi

1 59 60 system yang lain; ini merupakan dasar kalorimetri, yang merupakan pengukuran kuantitati pertukaran kalor. KALOR. Energi termal, atau energi dalam, U, mengacu pada energi total semua molekul pada benda. Untuk gas monoatomik ideal 3 = 3 NkT = nrt () U. Kalor mengacu pada transer energi dari satu benda ke yang lainnya karena adanya perbedaan temperatur. Kalor dengan demikian diukur dalam satuan energi, misalnya joule. 3. Kalor dan energi dalam kadangkala juga dinyatakan dalam kalori atau kilokalori, di mana kal = 4,89 J () merupakan jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur g air sebesar o C. 4. Kalor jenis, c, dari zat dideinisikan sebagai energi (atau kalor) yang dibutuhkan untuk merubah temperatur massa satuan zat sebesar derajat; dalam bentuk persamaan, Q = mc T (3) di mana Q adalah kalor yang diserap atau dikeluarkan, T adalah penambahan atau pengurangan temperatur, dan m adalah massa zat. 5. Ketika kalor mengalir di dalam system yang terisolasi, kekekalan energi memberitahu kita bahwa kalor yang diterima oleh satu bagian system sama dengan kalor yang dikeluarkan oleh bagian 6. Pertukaran energi terjadi, tanpa perubahan temperatur, ketika sebuah zat berubah ase. Kalor lebur adalah kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan kg zat padat menjadi ase cair; juga sama dengan kalor yang dikeluarkan ketika zat berubah dari cair ke padat. Kalor yang dibutuhkan untuk mencairkan suatu zat adalah hasil kali massa zat itu dan panas laten peleburan L : Q = ml Kalor penguapan merupakan energi yang dibutuhkan untuk mengubah kg zat dari ase cair ke gas; juga merupakan energi yang dikeluarkan ketika zat berubah dari uap ke cair. Kalor yang dibutuhkan untuk menguapkan cairan adalah hasil kali massa cairan dan panas laten penguapan L V : Q = ml V Pencairan dan penguapan terjadi pada temperatur konstan. Untuk air, L = 333,5 kj/kg dan L = 57 kj/kg V. Kalor yang dibutuhkan untuk mencairkan g es atau untuk menguapkan g air adalah besar dibandingkan dengan kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur g air sebanyak satu derajat. 7. Ketiga mekanisme transer energi termis adalah konduksi, konveksi, dan radiasi. 8. Kalor ditranser dari satu tempat (atau benda) ke yang lainnya dengan tiga cara. Pada konduksi, energi ditranser dari molekul atau electron dengan EK yang lebih ke tetangganya yang mempunyai EK yang lebih rendah ketika mereka bertumbukan. Laju konduksi energi termis diberikan oleh

2 6 6 Q T I = = ka T dengan I adalah arus termis dan k adalah koeisien konduktivitas termis. Persamaan ini dapat ditulis T = IR dengan R adalah resistansi termis : R = ka Resistansi termis untuk satuan luasan bahan lempengan dinamakan actor R yaitu R : R = RA = k Resistansi termis ekivalen dari deretan resistansi termis yang dihubungkan secara seri sama dengan jumlah masing-masing resistansi : R ek = R R + + resistansi seri Resistansi termis ekivalen untuk resistansi termis yang dihubungkan secara paralel diberikan oleh : R ek = + R R +... resistansi paralel 9. Konveksi adalah transer energi dengan cara perpindahan massa menempuh jarak yang cukup jauh. 0. Radiasi, yang tidak membutuhkan adanya materi, adalah transer energi oleh gelombang elektromagnetik, seperti dari Matahari. Semua benda memancarkan energi dengan jumlah yang sebanding dengan pangkat empat temperatur Kelvinnya (T 4 ) dan dengan luas permukaannya. Energi yang dipancarkan (atau diserap) juga bergantung pada siat permukaan (permukaan gelap menyerap dan memancarkan lebih dari yang mengkilat), yang dikarakterisasikan oleh emisivitas, e. Laju radiasi termis satu benda diberikan oleh P = eσat 4 W/m.K 8 dengan σ = 5, adalah konstanta Stean, dan e adalah emisivitas, yang bervariasi antara 0 dan tergantung pada komposisi permukaan benda. Bahan-bahan yang merupakan absorber panas yang baik adalah radiator panas yang baik. Sebuah benda hitam mempunyai emisivitas. Benda ini merupakan radiator yang sempurna, dan menyerap semua radiasi yang datang padanya. Daya termis neto yang diradiasi oleh sebuah benda pada temperatur T dalam suatu lingkungan pada temperatur T 0 diberikan oleh P neto = eσ A T ( T ) Spektrum energi elektromagnetik yang diradiasikan oleh benda hitam mempunyai maksimum pada panjang gelombang 0 λ maks berubah secara terbalik dengan temperatur absolut benda : maks,898 mm.k = T Ini dikenal sebagai hukum pergeseran Wien. λ, yang. Untuk semua mekanisme transer panas, jika beda temperatur antara benda dan sekitarnya adalah kecil, maka laju pendinginan sebuah benda hampir sebanding dengan beda temperatur. Hasil ini dikenal sebagai hukum pendinginan Newton. Contoh soal:. Membuang kalori ekstra. Dua orang pasangan muda tidak berhati-hati pada suatu siang, dan memakan terlalu banyak es krim dan kue. Mereka menyadari telah kelebihan makan sekitar

3 Kalori, dan untuk mengimbanginya, mereka ingin melakukan kerja yang sesuai dengan menaiki tangga. Berapa ketinggian total yang harus ditempuh setiap orang? Masing-masing bermassa 60 kg.. Energi kinetik diubah mejadi kalor. Ketika peluru 3 g, yang melaju secepat 400 m/s, menembus sebuah pohon, lajunya diperkecil sampai 00 m/s. Berapa banyaknya kalor Q yang dihasilkan dan dipakai bersama oleh peluru dan pohon? 3. Bagaimana kalor bergantung pada kalor jenis. (a) Berapa kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur tong kosong 0 kg yang terbuat dari besi dari 0 o C sampai 90 o C? (b) Bagaimana jika tong tersebut diisi 0 kg air? 4. Wajan yang sangat panas. Anda secara tidak sengaja membiarkan wajan yang kosong menjadi sangat panas di kompor (00 o C atau lebih). Apa yang terjadi ketika Anda memasukkannya ke dalam air dingin sedalam dua inci di dasar tempat cuci piring? Apakah temperatur akhir akan berada di tengah-tengah antara temperatur awal air dan wajan? Apakah air akan mulai mendidih? 5. Cangkir mendinginkan teh. Jika teh 00 cm 3 pada 95 o C dituangkan ke dalam cangkir 50 g pada 5 o C, berapa temperatur akhir T dari campuran ketika dicapai kesetimbangan, dengan menganggap tidak ada kalor yang mengalir ke sekitarnya? 6. Kalor jenis yang tidak diketahui ditentukan dengan kalorimetri. Kita ingin menentukan kalor jenis logam campuran yang baru. Sampel 0,50 kg dari logam baru tersebut dipanaskan sampai 540 o C. Logam tersebut kemudian dengan cepat ditempatkan pada 400 g air pada 0 o C, yang ditempatkan pada bejana kalorimeter aluminium 00 g. (Kita tidak perlu mengetahui massa selubung isolator karena kita anggap ruang udara di antaranya dan bejana mengisolasinya dengan baik, sehingga temperaturnya tidak berubah secara signiikan.) Temperatur akhir campuran tersebut adalah 30,5 o C. Hitung kalor jenis logam campuran itu. 7. Mengukur kadar kalori sepotong brownies. Tentukan kadar Kalori dari Mullaney s udge brownies 00 g dari pengukuran berikut ini. Sampel brownies 0 g dibiarkan kering sebelum dimasukkan dalam bom. Bom aluminium mempunyai massa 0,65 kg dan ditempatkan di kg air yang berada dalam bejana kalorimeter aluminium dengan massa 0,54 kg. Temperatur awal campuran tersebut adalah 5 o C dan temperaturnya setelah pemicuan adalah 36 o C. 8. Pembuatan es. Berapa banyak energi yang harus dikeluarkan lemari es dari,5 kg air pada 0 o C untuk membuat es pada o C. 9. Apakah seluruh es meleleh? Pada sebuah pesta, potongan es 0,5 kg pada 0 o C dimasukkan dalam 3 kg es the pada 0 o C. Berapa temperatur dan ase campuran terakhir? Teh dapat dianggap air. 0. Penentuan kalor laten. Kalor jenis air raksa adalah 0,033 kkal/kg.c o. Ketika kg air raksa padat pada titik leburnya sebesar 39 o C diletakkan pada kalorimeter aluminium 0,5 kg yang diisi dengan, kg air pada 0 o C, temperatur akhir campuran didapatkan sebesar 6,5 o C. Berapa kalor lebur dari air raksa dalam kkal/kg?

4 Aliran kalor melalui jendela. Sumber kehilangan kalor yang utama dari sebuah rumah adalah melalui jendela. Hitung kecepatan aliran kalor melalui jendela kaca dengan luas m,5 m dan tebal 3, mm, jika temperatur pada permukaan dalam dan luar adalah 5 o C dan 4 o C, berturut-turut.. Merebus pasta? Ketika memasak pasta, mengapa Anda mengecilkan api begitu pasta dimasukkan dan air mendidih? Bukankah akan masak lebih cepat jika api tetap besar? 3. Pendinginan dengan radiasi. Seorang atlit duduk tanpa pakaian di kamar ganti yang dindingnya gelap pada temperatur 5 o C. Perkirakan kecepatan kehilangan kalor dengan radiasi dengan menganggap temperatur kulit sebesar 34 o C dan e = 0,70. Anggap permukaan tubuh yang tidak bersentuhan dengan kursi sebesar,5 m. 4. Dua teko teh. Sebuah teko teh keramik (e = 0,7) dan yang mengkilat (e = 0,) masing-masing berisi 0,75 L teh pada 95 o C. (a) Perkirakan kecepatan kehilangan kalor dari masingmasingnya, dan (b) perkirakan penurunan temperatur setelah 30 menit untuk masing-masing. Hanya perhitungkan radiasi dan anggap lingkungan berada pada 0 o C. 5. Berjemur di sinar matahari penyerapan energi. Berapa kecepatan penyerapan energi dari Matahari oleh seseorang yang berbaring terlentang di pantai pada hari yang cerah jika Matahari membuat sudut 30 o dengan vertical? Anggap e = 0,70, luas tubuh yang terbuka ke Matahari adalah 0,80 m, dan 000 W/m mencapai permukaan Bumi. Latihan soal :. Sebuah pemanas yang dimasukkan ke dalam air menyerap listrik sebedar 350 W. Perkirakan waktu yang diperlukan untuk memanaskan semangkuk sop (anggap merupakan 50 ml air) dari 0 o C sampai 50 o C.. Sebuah sepatu kuda besi yang panas (massa = 0,4 kg) yang baru saja ditempa, dimasukkan ke dalam air,6 L dalam panic besi 0,3 kg yang pada awalnya mempunyai temperatur 0 o C. Jika temperatur setimbang terakhir adalah 5 o C, perkirakan temperatur awal sepatu kuda yang panas tersebut. 3. Sepotong es batu diambil dari lemari es pada 8,5 o C dan diletakkan pada kalorimeter aluminium 00 g yang diisi dengan 300 g air pada temperatur ruangan sebesar 0 o C. Situasi akhir terlihat seluruhnya berupa air pada 7 o C. Berapa massa es batu? 4. Dua ruangan, masing-masing berupa kubus dengan rusuk 4 m, memakai bersama dinding bata yang tebalnya cm. Karena banyaknya bola lampu 00 W pada salah satu ruangan, temperatur udara adalah 30 o C sementara di ruangan yang lain pada 0 o C. Berapa banyak bola lampu 00 W yang dibutuhkan untuk mempertahankan perbedaan temperatur di kedua sisi dinding? 5. Seorang pelari maraton mempunyai kecepatan metabolisme ratarata untuk balapan tersebut sekitar 000 kkal/jam. Jika pelari itu bermassa 65 kg, berapa banyak air yang hilang dari si pelari melalui penguapan dari kulit untuk balapan yang memakan waktu,5 jam?

5 Sebuah daun dengan luas 40 cm dan massa 4,5 0-4 kg menghadap langsung ke Matahari pada hari yang cerah. Daun tersebut mempunyai emisivitas 0,85 dan kalor jenis 0,8 kkal/kg.k. (a) Perkirakan kecepatan naiknya temperatur daun. (b) Hitung temperatur yang akan dicapai daun jika kehilangan semua kalornya dengan radiasi (temperatur sekililingnya adalah 0 o C). (c) Dengan cara-cara lain bagaimana kalor dikeluarkan oleh daun?