KATA PENGANTAR Puji serta syukur kami panjatkan atas kehadirat Allah SWT, karena dengan rahmat dan ridhonya kami bisa menyelesaikan makalah yang kami beri judul suhu dan kalor ini tepat pada waktu yang telah ditentukan. Kami juga mengucapkan terimakasih pada semua pihak yang telah membantu pembuatan makalah ini sehingga dapat selesai tepat pada waktunya. Mungkin makalah ini masih sangat jauh dari sempurna, oleh karena itu kritik dan saran yang bersifat membangun sangat kami butuhkan demi kesempurnaannya makalah ini. Demikian yang dapat kami ungkapkan. Kami mohon maaf bila terdapat kesalahan atau kekurangan dalam setiap isi dari makalah ini. Dan semoga makalah ini dapat memberi manfaat untuk kita semua. Tangerang, 24 September 2012 Penulis 1
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR...1 DAFTAR ISI...2 BAB I PENDAHULUAN...3 I.1 Latar Belakang...3 I.2 Rumusan Masalah...3 I.3 Tujuan...4 BAB II PEMBAHASAN...5 II.1 II.2 II.3 II.4 II.5 Suhu dan Kalor...5 Penghantar Kalor...6 Kalor dan Kerja...7 Kerja Ekspansi atau Kompresi...8 Hubungan Antara Kalor, Kerja, dan Energi...8 BAB III PENUTUP...10 III.1 Kesimpulan...10 DAFTAR PUSTAKA...11 LAMPIRAN-LAMPIRAN...12 2
BAB I PENDAHULUAN 1. Latar belakang Dalam kehidupan sehari-hari sering kita temukan aplikasi dari suhu dan kalor. Suhu atau temperatur ini didefinisikan sebagai derajat panas dinginnya suatu benda. Alat untuk mengukur suhu biasa disebut dengan termometer. Termometer bersifat termometrik zat, yaitu suhu benda dapat naik jika dipanaskan. Jenis dan paparan setiap termometer berbeda-beda namun dalam prinsipnya tetap sama, yaitu menentukan skala suatu suhu. Termometer mempunyai titik lebur es murni yang dipakai sebagai titik tetap bawah, sedangkan titik uap di atas air yang sedang mendidih pada tekanan 1 atm menjadi titik tetap atas. Kalor sendiri merupakan perpindahan suatu energi panas yang disebabkan adanya suhu atau usaha suatu benda. Menurut Asas Black, apabila dua benda yang mempunyai suhu yang berbeda dicampurkan maka akan terjadi aliran kalor yang mengalir dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Aliran ini baru akan berhenti ketika tejadi keseimbangan termal (suhu kedua benda sama). Berdasarkan kemampuan penghantar kalor, zat dibagi menjadi dua golongan besar, yaitu konduktor dan isolator. Kalor dan kerja merupakan usaha yang dilakukan oleh sebuah sistem bukan hanya tergantung pada keadaan awal dan akhir, tapi juga bergantung pada proses keadaan awal dan keadaan akhir. Kerja ekspansi atau kompresi adalah pada saat gas berekspansi, tekanan gas meningkat dan dihasilkan gaya normal pada dinding torak. Hubungan antara kalor, kerja dan energi saling berkaitan. Kalor mempunyai keterkaitan dengan energi. Dalam hal ini kalor merupakan energi yang berpindah. Oleh karenanya perlu kita ketahui hubungan satuan antara kalor dengan energi. Kalori bukan termasuk Satuan Internasional, Satuan Internasional dari kalor adalah Joule. Energi dalam sistem akan berubah jika sistem menyerap atau membebaskan kalor. Energi dalam juga akan berubah jika sistem menerima atau melakukan kerja. Sebuah pompa jika dipanaskan akan menyebabkan suhu gas dalam pompa meningkat dan volumenya bertambah. Jadi, energi dalam gas bertambah dan sistem melakukan kerja. Hubungan antara kalor, kerja dan energi ini termasuk dalam Hukum Termodinamika I. 2. Rumusan masalah Apa definisi dari suhu atau temperatur? Apa pengertian dari kalor dan rumus matematis dari kalor? Zat apa yang merupakan penghantar kalor? Apa yang dimaksud dengan kalor dan kerja? Apa itu kerja ekspansi atau kompresi? Apa hubungan antara kalor, kerja dan energi? 3
3. Tujuan Menjelaskan definisi dari suhu atau temperatur. Menjelaskan pengertian kalor dan rumus matematis dari kalor. Menjelaskan zat yang merupakan penghantar dari kalor. Menjelaskan maksud dari kalor dan kerja. Menjelaskan kerja ekspansi atau kompresi. Menjelaskan hubungan antara kalor, kerja dan energi. 4
BAB II PEMBAHASAN SUHU DAN KALOR Suhu atau temperatur didefinisikan sebagai derajat panas dinginnya suatu benda. Alat untuk mrngukur suhu yaitu termometer. Termometer memiliki sifat termometrik zat, yaitu akan berubah jika dipanaskan. Jenis dan paparan pada termometer berbeda-beda, namun pada prinsipnya semua termometer mempunyai acuan yang sama dalam menetapkan skala. Titik lebur es murni dipakai sebagai titik tetap bawah, sedangkan suhu uap diatas air yang sedang mendidih pada tekanan 1 atm sebagai titik tetap atas. Contoh gambar thermometer Kalor merupakan perpindahan suatu energi panas yang disebabkan adanya suhu atau usaha suatu benda. Menurut Asas Black, apabila ada dua benda yang suhunya berbeda kemudian disatukan atau dicampur maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Aliran ini akan berhenti sampai terjadi keseimbangan termal (suhu kedua benda sama). Secara matematis dapat dirumuskan : Q lepas = Q terima Yang melepas kalor adalah benda yang suhunya tinggi dan yang menerima kalor adalah benda yang bersuhu rendah. Menurut kenyataannya bahwa : Kalor yang diberikan pada benda sebanding dengan kenaikan suhu. Kalor yang diberikan pada benda menaikkan suhu sebanding massa benda. 5
Kalor yang diberikan pada benda menaikkan suhu tergantung jenis benda. Jumlah kalor yang diperlukan untuk suatu sistem : PENGHANTAR KALOR Berdasarkan kemampuan menghantar kalor, zat dibagi menjadi dua golongan besar, yaitu konduktor dan isolator. Konduktor merupakan zat yang mudah menghantarkan kalor. Isolator merupakan zat yang sukar menghantarkan kalor. Kita dapat menemukan banyak manfaat konduktor dan isolator dalam kehidupan seharihari. Dengan adanya konduktor dan isolator, saat memasak makanan kita tidak perlu bersentuhan langsung dengan api. Untuk itu, kita dapat menggunakan panci yang terbuat dari alumunium untuk menghantarkan kalor dari api ke bahan makanan. Agar kita dapat memegang gagang panci tanpa merasqa panas karena konduksi, gagang panci biasanya terbuat dari bahan kayu atau plastik. Dalam kejadian tersebut, alumunium berperan sebagai konduktor dan kayu atau plastik berperan sebagai isolator. Udara pun termasuk penghantar kalor yang buruk atau isolator. Ketika udara malam terasa dingin, kita tidur menggunakan selimut. Udara yang tertangkap di antara tubuh kita dan selimut berfungsi sebagai isolator kalor, yang akan menghambat perpindahan kalor dari tubuh ke udara diluar selimut. Akibatnya, tubuh akan tetap terasa hangat. Masih banyak lagi contoh-contoh penghantar kalor dalam kehidupan sehari-hari. 6
KALOR DAN KERJA P p i i p f f f V i V f Kerja yang dilakukan gas pada saat ekspansi dari keadaan awal ke keadaan akhir adalah luas dibawah kurva dalam diagram pv. P P P i p i i p i i V p f f p f f p f f f V V V i V f V i V f V i V f 7
Tampak bahwa usaha yang dilakukan dalam setiap proses tidak sama, walaupun mempunyai keadaan awal dan akhir yang sama. Usaha yang dilakukan oleh sebuah sistem bukan hanya tergantung pada keadaan awal dan akhir, tetapi juga tergantung pada proses perantara antara keadaan awal dan keadaan akhir. Dengan cara yang sama, kalor yang dipindahkan masuk atau keluar dari sebuah sistem tergantung pada proses perantara di antara keadaan awal dan keadaan akhir. KERJA EKSPANSI ATAU KOMPRESI Pada saat gas berekspansi, tekanan gas meningkat dan dihasilkan gaya normal pada dinding torak. Jika p adalah tekanan yang bekerja pada daerah batas gas dan torak, maka gaya yang dihasilkan gas dan mengenai dinding torak dapat dinyatakan sebagai bentuk perkalian tekanan p dengan luas permukaan torak A atau pa. Kerja yang dihasilkan sistem pada saat torak bergerak sejauh dx adalah bentuk perkalian A dengan dx seperti tampak pada persamaan δw= p A dx setara dengan perubahan volume sistem dv. Dengan demikian, kerja ekspansi dapat dituliskan sebagai δw = p dv. Mengingat dv bernilai positif ketika volume bertambah, maka kerja pada daerah batas bergerak adalah positif saat gas berekspansi. Untuk proses kompresi, maka dv adalah negatif, maka perhitungan kerja berdasarkan persamaan δw= p dv juga akan menghasilkan nilai negatif. Tanda positif dan negative ini sesuai dengan kesepakatan tanda untuk kerja. ( Moran. 2002. Termodinamika Teknik. Jakarta : Erlangga) TANDA UNTUK KERJA DAN KALOR PROSES TANDA Kerja dilakukan oleh system pada lingkungan - kerja dilakukan pada system oleh lingkungan + Kalor diserap oleh system dari lingkungan (proses endotermik) + Kalor diserap oleh lingkungan dari system (proses eksotermik) - HUBUNGAN ANTARA KALOR, KERJA DAN ENERGI 8
Kalor memiliki keterkaitan dengan energy. Dalam hal ini, kalor merupakan energi yang berpindah, karenanya kita perlu mengetahui hubungan antara satuan kalor dengan satuan energi. Berdasarkan percobaan yang dilakukan oleh Joule dan percobaan-percobaan sejenis lainnya, diketahui bahwa usaha alias kerja sebesar 4,186 Joule setara dengan 1 kalori kalor. 1 kalori = 4,186 Joule 1 kkal = 1000 kalori = 4186 Joule 1 Btu = 778 ft.lb = 252 kalori = 1055 Joule (1 kalori = 4,186 Joule dan 1 kkal = 4186 dikenal dengan julukan tara kalor mekanik) Kalori bukan satuan Sistem Internasional. Satuan Sistem Internasional untuk kalor adalah Joule. Energi dalam sistem akan berubah jika sistem menyerap atau membebaskan kalor. Jika sistem menyerap energi kalor, berarti lingkungan kehilangan kalor, energi dalamnya bertambah (ΔU > 0), dan sebaliknya, jika lingkungan menyerap kalor atau sistem membebasakan kalor maka energi dalam sistem akan berkurang (ΔU < 0), dengan kata lain system kehilangan kalor dengan jumlah yang sama. Energi dalam juga akan berubah jika sistem melakukan atau menerima kerja. Walaupun sistem tidak menyerap atau membebaskan kalor, energi dalam sistem akan berkurang jika sistem melakukan kerja, sebaliknya akan bertambah jika sistem menerimakerja Sebuah pompa bila dipanaskan akan menyebabkan suhu gas dalam pompa naik dan volumenya bertambah. Jadi, energi dalam gas bertambah dan sistem melakukan kerja. Dengan kata lain, kalor (q) yang diberikan kepada sistem sebagian disimpan sebagai energi dalam (ΔU) dan sebagian lagi diubah menjadi kerja (w). Secara matematis hubungan antara energi dalam, kalor dan kerja dalam hukum I termodinamika dapat dinyatakan sebagai berikut: ΔU = q + W Persamaan ini menyatakan bahwa perubahan energi dalam (ΔU) sama dengan jumlah kalor yang diserap (q) ditambah dengan jumlah kerja yang diterima sistem (w). Rumusan hukum I termodinamika dapat dinyatakan dengan ungkapan atau katakatasebagaiberikut: 9
Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain, atau energi alam semesta adalah konstan. Karena itu hukum ini disebut juga hukum kekekalan energi. Berdasarkan hukum I termodinamika, kalor yang menyertai suatu reaksi hanyalah merupakan perubahan bentuk energi. Energi listrik dapat diubah menjadi bentuk energi kalor. Energi kimia dapat diubah menjadi energi listrik dan energi listrik dapat diubah menjadi energi kimia. BAB III PENUTUP A. Kesimpulan Dari pembahasan makalah diatas, maka kesimpulan yang dapat di ambil adalah: Suhu didefinisikan sebagai derajat panas dinginnya suatu benda. Kalor merupakan perpindahan suatu energi panas yang disebabkan adanya suhu atau usaha suatu benda. Kalori bukan termasuk Satuan Internasional, Satuan Internasional dari kalor adalah Joule. Dari hasil percobaan yang sering dilakukan besar kecilnya kalor yang dibutuhkan suatu benda(zat) bergantung pada 3 faktor: (a) massa zat, (b) jenis zat (kalor jenis), (c) perubahan suhu. Sehingga secara matematis dapat dirumuskan : Q = m.c.(t2 T1) Pertukaran energi antara sistem dan lingkungan selain dalam bentuk kalor disebut kerja. Persamaan ini menyatakan bahwa perubahan energi dalam (ΔU) sama dengan jumlah kalor yang diserap (q) ditambah dengan jumlah kerja yang diterima sistem (w). Rumusan hukum I termodinamika dapat dinyatakan dengan ungkapan atau kata-kata sebagai berikut. 10
Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain, atau energi alam semesta adalah konstan. DAFTAR PUSTAKA Chang, Raymond. 2005. Kimia Dasar. Jakarta : Erlangga Dogra. 2009. Kimia Fisik dan Soal-Soal. Jakarta: Universitas Indonesia Moran. 2002. Termodinamika Teknik. Jakarta : Erlangga http://www.gurumuda.com/kalor-kalor-jenis-kapasitas-kalor Pendamping/Praweda/Fisika/ http://www.gurumuda.com/kerja-suhu-kalor-sistem-lingkungan-energi-dalam http://community.um.ac.id/showthread.php?75280-azas-kekekalan-energi http://opensource.telkomspeedy.com/repo/abba/v12/sponsor/sponsor- http://id.shvoong.com/exact-sciences/physics/1922136-hubungan-antara-kalordengan-energi/ 11
LAMPIRAN-LAMPIRAN Contoh soal : 1. Berapakah banyak kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan 50 gram air. Bejana dan air diberi kalor sebesar 920 kalori. Bila kenaikan suhu air dan bejana 10 dan kalor jenis air 1 kal/g, hitunglah kalor jenis alumunium. 2. Sebanyak 2,25 x J energi kalor diberikan kepada 2 kg alumunium pada suhu awal 20. Berapakah suhu akhir balok tersebut? 3. Suatu jenis gas menempati volume 100 pada suhu 27 dan tekanan 1 atm. Bila suhunya naik menjadi 87 sedangkan tekanan 2 atm, hitunglah volume gas sekarang. 4. Gas dipanaskan pada tekanan tetap 2 x Pa sehingga volumenya berubah dari 2 menjadi 6 seperti grafik di bawah. Hitunglah besar usaha yang dilakukan oleh gas. P(Pa) 12
5. Perhatikan gambar grafik di bawah ini! 2 6 V ( ) P ( Pa) 3 Kerja yang dilakukan sistem di samping adalah.. 1 3 6 V ( ) 6. Suatu gas yang volumenya 0,4 perlahan-lahan dipanaskan pada tekanan tetap hingga volumenya menjadi 0,8. Jika usaha luar gas tersebut adalah 2 x Joule, maka tekanan gas adalah... 7. Zat cair yang massanya 5 kg dipanaskan dari suhu 20 hingga 70. Panas yang dibutuhkan pada pemanasan tersebut adalah 2 x J. Kalor jenis zat tersebut adalah.. 13
8. Sumber utama masuknya kalor ke dalam ruang yang suhunya lebih rendah dari bagian luar ruangan bersuhu lebih tinggi adalah melalui jendela kaca. Sebuah ruang dengan pendingin ruangan (AC) memiliki kaca jendela seluas 2,0 m x 1,5 m dan setebal 3,2 mm. Jika suhu pada permukaan dalam kaca 25 dan suhu pada permukaan luar kaca 30, berapakah laju konduksi kalor yang masuk ke ruang itu? Konduktivitas termal kaca = 0,8 W/m K. 9. Permukaan dalam suatu dinding rumah dijaga bersuhu tetap 20 pada saat suhu udara luar 10. Berapa banyak kalor yang hilang karena konveksi alami pada dinding yang berukuran 8,00 m x 4,00 m selama sehari? Anggap koefisien konveksi rata-rata 3,5 J. 10.Seutas kawat spiral lampu pijar memiliki luas permukaan kira-kira 50 dan suhu 1127. Jika kawat pijar dianggap sebagai benda hitam sempurna, berapakah kalor yang diradiasikan oleh kawat tersebut? 14