Makalah Kalor

silahkan klik link ini :

 http://adf.ly/a5cAy

untuk download file ms.word  makalah kalor

A.    Latar Belakang

1.    Suhu

      Suhu adalah besaran termodinamika yang menunjukkan besarnyaenergi kinetik translasi rata-rata molekul dalam sistem gas ; suhu diukurdengan menggunakan termometer (kamus kimia : balai putaka : 2002).

Suhu menunjukkan derajatpanasbenda. Mudahnya, semakin tinggisuhu suatu benda, semakin panas benda tersebut. Secara mikroskopis,suhu menunjukkanenergiyang dimiliki oleh suatu benda. Setiapatom  dalam suatu benda masing-masing bergerak, baik itu dalam bentukperpindahan maupun gerakan di tempat berupagetaran. Makin tingginyaenergi atom-atom penyusun benda, makin tinggi suhu benda tersebut.

Suhu biasanya didefinisikan sebagai ukuran atau derajat panasdinginnya suatu benda atau sistem. Benda yang panas memiliki suhu yangtinggi, sedangkan benda yang dingin memiliki suhu yang rendah. Padahakikatnya, suhu adalah ukuran energi kinetik rata-rata yang dimiliki olehmolekul-molekul sebuah benda.

2.    sejarah Kalor

Kalor adalah energi yang dapat diteruskan oleh satu benda ke bendalain secara konduksi,perolakan dan penyinaran. (kamus kimia ; 2002). Jadi dapat disimpulkan Kalor merupakan bentuk energi yang pindah karena adanya perbedaan suhu. Secara alamiah, kalor berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Sebelum abad ke – 17, orang beranggapan bahwa kalor merupakan zat yang pindah dari benda bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Jika kalor merupakan zat, tentu mempunyai masa. Ternyata benda yang suhunya naik, massanya tidak berubah, jadi kalor bukan zat.

Sampai pada pertengahan abad 18, orang masih menyamakan pengertian suhu dan kalor. Baru pada tahun 1760, joseph black membedakan kedua pengertian ini. Suhu adalah sesuatu yang diukur padatermometer, dan kalor adalah sesuatu yang mengalir dari benda yangpanas ke benda yang dingin untuk mencapai keadaan termal.

Pada tahun 1798, seorang ilmuwan amerika, benjamin thompson menyasingkan definisi kalor sebagai fluida kalorik. Ia yang merupakanseorang anggota militer mengamati bahwa ketika meriam menembakkan peluru, ada kalor yang dihasilkan pada meriam. Berdasarkan pengamatannya, thompson menyimpulkan bahwa kalor bukanlah fluida, tetapi kalor dihasilkan oleh usaha yang dilakukan oleh kerja mekanismisalkan gesekan. Satu kalori didefinisikan sebagai banyaknya kalor yangdiperlukan untuk menaikkan suhu air sebesar 1 C.

Satuan kalor :

• Sistem internasional ( SI ) ; joule ( J )
• Sistem lain ; kalori ( kal ) dimana  1 kalori = 4,2  ;  BTU dimana 1  BTU  = 252 kalori
•  

A.    Kalor dan Suhu

1.    Kalor dan Perubahan Wujud

Kalor adalah energi yang berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah ketika kedua benda bersentuhan. Suhu adalah ukuran rata -rata energi kinetik partikel dalam suatu benda. Kalor yang diberikan dalam sebuah benda dapat digunakan untuk 2 cara, yaitu untuk merubah wujud benda atau untuk menaikkan suhu benda itu. Besar kalor yang diberikan pada sebuah benda yang digunakan untuk menaikkan suhu tergantung pada :

·         massa benda

·         kalor jenis benda

·         perbedaan suhu kedua benda

Secara matematis persamaan dapat ditulis dengan :Q = m.c.Δt Sedangkan bila kalor yang diberikan digunakan untuk merubah wujud zat/benda, maka kalor yang diberikan tergantung pada massa benda saja, sesuai dengan per samaan : Q = m. L.

Setiap benda pada umumnya mempunyai 3 bentuk/fase, yaitu padat, cair dan gas. Perubahan wujud yang terjadi pad ketiga bentuk benda itu adalah : membeku, melebur, mencair, mengembun, menyublim, deposisi dan menguap seperti gambar di bawa h ini. Sedangkan di bawah digambarkan diagram fase pada air.

Beberapa zat tidak selalu memuai ketika dipanaskan, contohnya air pada suhu 0ºC - 4ºC. Pada suhu tersebut air akan menyusut ketika dipanaskan dan men capai volume minimum pada suhu 4ºC. Sehingga pada suhu tersebut es mencapai massa jenis maksimum. Di atas 4ºC, air akan memuai lagi bila dipanaskan. Peristiwa sifat pemauaian air yang tidak teratur ini disebut dengan peristiwa anomali air.  Zat lain yang mempunyai sifat seperti ini adalah parafin dan bismuth.

2.    Pemuaian

Jika sebuah benda dipanaskan/diberikan kalor, maka partikel  partikel dalam benda itu akan bergetar lebih kuat sehingga saling menjauh. Sehingga ukuran benda akan menjadi lebih besar. Kita katakan bahwa benda itu memuai. Pemuaian dapat terjadi baik pada benda padat, cair maupun gas.

1. Pemuaian Panjang

Pada pemuaian panjang dianggap bahwa benda mempunyai luas penampang yang kecil, sehingga ketika dipanaskan hanya memuai pada arah panjangnya saja. Besarnya pertambahan panjang sebuah benda yang dipanaskan adalah berbanding lurus dengan :

-    panjang mula-mula benda

-    kenaikan suhu

Sedangkan panjang benda setelah dipanaskan adalah :

Lt = Lo + ΔL

b.    Pemuaian Luas

Pada pemuaian luas, pemuaian terjadi pada arah melebar pada sisi panjang dan lebar benda. Analog dengan pemuaian panjang, pada pemuaian luas berlaku persamaan :

a = 2b. Δt dimana berlaku hubungan : bA = Ao. D

ADAt = Ao +

c.    Pemuaian Volume

Pemuaian volume biasanya terjadi pada zat cair dan gas. Pemuaian ini terjadi pada arah memanjang, melebar dan meninggi. Analog dengan pemuaian panjang, persamaan pada pemuaian volume adalah :

a = 3g. Δt dimana berlaku hubungan : gV = Vo. D

VDVt = Vo +

3.    Perpindahan Kalor

Perpindahan kalor dapat dilakukan dengan 3 cara, yaitu :

1)    konduksi,

2)    konveksi dan

3)    radiasi

1)    Konduksi

Adalah proses perpindahan kalor yang terjadi tanpa disertai dengan perpin dahan, partikel-partikel dalam zat itu, contoh : zat padat (logam) yang dipanaskan.

Berdasarkan kemampuan kemudahannya menghantarkan kalor, zat dapat dibagi menjadi : konduktor yang mudah dalam menghantarkan kalor dan isolator yang lebih sulit dalam menghan tarkan kalor. Contoh konduktor adalah aluminium, logam besi, dsb, sedangkan contoh isolator adalah plastik, kayu, kain, dll.

Besar kalor yang mengalir per satuan waktu pada proses konduksi ini tergantung pada :

-    Berbanding lurus deng an luas penampang batang

-    Berbanding lurus dengan selisih suhu kedua ujung batang, dan

-    Berbanding terbalik dengan panjang batang

2)    Konveksi

Adalah proses perpindahan kalor yang terjadi yang disertai dengan perpindahan pergerakan fluida itu sendiri. Ada 2 jenis konveksi, yaitu konveksi alamiah dan konveksi paksa. Pada konveksi alamiah pergerakan fluida terjadi karena perbedaan massa jenis, sedangkan pada konveksi paksa terjadinya pergerakan fluida karena ada paksaan dari luar. Contoh konveksi alamiah : nyala lilin akan menimbulkan konveksi udara disekitarnya, air yang dipanaskan dalam panci, terjadinya angin laut dan angin darat, dsb. Contoh konveksi paksa : sistim pendingin mobil, pengering rambut, kipas angin, dsb. panas dingin Besar laju kalor ketika sebuah benda panas memindahkan kalor ke fluida di sekitarnya adalah berbanding lurus dengan luas permukaan benda yang bersentuhan dengan fluida dan perbedaan suhu antara benda dengan fluida.

3)    Radiasi

Adalah perpindahan kalor dala m bentuk gelombang elektromagnetik, contoh : cahaya matahari, gelombang radio, gelombang TV, dsb.

Berdasarkan hasil eksperimen besarnya laju kalor radiasi tergantung pada : luas permukaan benda dan suhu mutlak benda seperti dinyatakan dalam hukum Stefan- Boltzman berikut ini : Energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan benda hitam dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu sebanding dengan luas permukaan benda (A) dan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan benda itu.

4)    Efek Rumah Kaca

Efek rumah kaca, pertama kali ditemukan oleh Joseph Fourier pada 1824, merupakan sebuah proses di mana atmosfer memanaskan sebuah planet. Mars, Venus, dan benda langit beratmosfer lainnya (seperti satelit alami Saturnus, Titan) memiliki efek rumah kaca, tapi artikel ini hanya membahas pengaruh di Bumi.

Efek rumah kaca dapat digunakan untuk menunjuk dua hal berbeda: efek rumah kaca alami yang terjadi secara alami di bumi, dan efek rumah kaca ditingkatkan yang terjadi akibat aktivitas manusia (lihat juga pemanasan global). Yang belakang diterima oleh semua; yang pertama diterima kebanyakan oleh ilmuwan, meskipun ada beberapa perbedaan pendapat.

Penyebab. Efek rumah kaca disebabkan karena naiknya konsentrasi gas karbondioksida (CO2) dan gas-gas lainnya di atmosfe r. Kenaikan konsentrasi gas CO 2 ini disebabkan oleh kenaikan pembakaran bahan bakar minyak (BBM), batu bara dan bahan bakar organik lainnya yang melampaui kemampuan tumbuhan -tumbuhan dan laut untuk mengabsorbsinya.

Energi yang masuk ke bumi mengalami : 25% dipantulkan oleh awan atau partikel lain di atmosfer 25% diserap awan 45% diadsorpsi permukaan bu mi 5% dipantulkan kembali oleh permukaan bumi.

Energi yang diadsoprsi dipantulkan kembali dalam bentuk radiasi infra merah oleh awan dan permukaan bumi. Namun sebagian besar infra merah yang dipancarkan bumi tertahan oleh awan dan gas CO 2 dan gas lainnya, untuk dikembalikan ke permukaan bumi. Dalam keadaan normal, efek rumah kaca diperlukan, dengan adanya efek rumah kaca perbedaan suhu antara siang dan malam di bumi tidak terlalu jauh berbeda. Selain gas CO 2, yang dapat menimbulkan efek rumah kaca adalah su lfur dioksida (SO2), nitrogen monoksida (NO) dan nitrogen dioksida (NO2) serta beberapa senyawa organik seperti gas metana (CH 4) dan khloro fluoro karbon (CFC).

 Gas -gas tersebut memegang peranan penting dalam meningkatkan efek rumah kaca. Gas Kontribusi Sumber emisi global % CO2 45-50% Batu bara 29 Minyak Bumi 29 Gas alam 11 Penggundulan hutan 20 lainnya 10 CH4 10-20%

·         Dampak pemanasan globalØ

Menurut perkiraan, efek rumah kaca telah meningkatkan suhu bumi rata-rata 1-5°C. Bila kecenderungan peningkatan gas rumah kaca tetap seperti sekarang akan menyebabkan peningkatan pemanasan global antara 1,5-4,5°C sekitar tahun 2030 .

Dengan meningkatnya konsentrasi gas CO 2 di atmosfer, maka akan semakin banyak gelombang panas yang dipantulkan dari permukaan bumi diserap atmosfer. Hal ini akan mengakibatkan suhu permukaan bumi menjadi meningkat. Mekanisme terjadinya efek rumah kaca adalah sebagai berikut (gambar 1). Bumi secara konstan menerima energi, kebanyakan dari sinar matahari tetapi sebagian juga diperoleh dari bumi itu sendiri, yakni melalui energi yang dibebaskan dari proses radioaktif (Holum, 1998:237). Sinar tampak dan sinar ultraviolet yang dipancarkan dari matahari. Radiasi sinar tersebut sebagian dipantulkan oleh atmosfer dan sebagian sampai di permukaan bumi. Di permukaan bumi sebagian radiasi sinar tersebut ada yang dipantulkan dan ada yang

diserap oleh permukaan bumi dan menghangatkannya. Akibat meningkatnya suhu permukaan bumi akan mengakibatkan adanya perubahan iklim yang sangat ekstrim di bumi. Hal ini dapat mengakibatkan terganggunya hutan dan ekosistem lainnya, sehingga mengurangi kemampuannya untuk menyerap karbon di oksida di atmosfer. Pemanasan global mengakibatkan mencairnya gunung -gunung es di daerah kutub yang

dapat menimbulkan naiknya permukaan air laut. Efek rumah kaca juga akan mengakibatkan meningkatnya suhu air laut sehingga air laut mengembang dan terjadi kenaikan permukaan laut yang mengakibatkan negara kepulauan akan mendapatkan pengaruh yang sangat besar.

5)    Azas Black

Teori kalorik menyatakan bahwa setiap benda mengandung sejenis zat alir (kalorik) yang tidak dapat dilihat oleh mata manusia. Teori ini diperkena lkan oleh Antoine Lavoiser. Teori ini juga menyatakan bahwa benda yang suhunya tinggi mengandung lebih banyak kalor dari pada benda yang suhunya rendah. Ketika kedua benda disentuhkan, benda yang suhunya tinggi akan kehilangan sebagian kalor yang diberikan kepada benda bersuhu rendah. Akhirnya para ilmuwan mengetahui bahwa kalor sebenarnya merupakan ssalah satu bentuk energi.

Karena merupakan energi maka berlaku prinsip kekekalan energi yaitu bahwa semua bentuk energi adalah ekivalen (setara) dan ketika sej umlah energi hilang, proses selalu disertai dengan munculnya sejumlah energi yang sama dalam bentuk lainnya.

Kekekalan energi pada pertukaran kalor pertama kali ditemukan oleh seorang ilmuwan Inggris Joseph Black dengan pernyataan : kalor yang dilepaskan o leh air panas (Qlepas) sama dengan kalor yang diterima air dingin (Q terima). Secara matematis pernyataan tersebut dapat ditulis dengan : Qlepas = Qterima

Kalorimeter Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk menentukan kalor jenis suatu zat. Kalorimeter yang paling banyak digunakan adalah kalorimeter aluminium. Alat ini dirancang sehingga pertukaran kalor tidak terjadi diluar bejana. Untuk mengurangi radiasi kalor dan kehilangan kalor karena penyerapan dinding bejana, maka kedua dinding bejana bagian dalam dan luar dibuat mengkilap.

Cincin serat fiber yang memisahkan kedua bejana  Suhu (ºC) tutup kayu adalah penghantar panas yang jelak. Ruang antara kedua dinding bejana berisi udara yang berfungsi sebagai isolator kalor sebab udara adalah penghantar kalor yang jelek.

Sebuah bahan contoh panas yang kalor jenisnya diketahui dicelupkan ke dalam air dingin yang terdapat dalam bejana bagian dalam. Kalor jenis zat dapat dihitung dengan mengukur massa air dingin, massa bahan contoh, massa kalorimeter (bejana dalam) dan mengukur suhu air dan bahan contoh sebelum dan sesuah pencampuran.

B.  Perbedaan Suhu Dan Kalor

Kalor merupakan suatu bentuk energi yang besarannya dapat diukur menggunakan suatu pengukur suhu. Terdapat 4 jenis satuan suhu yang dipakai di seluruh dunia, Celcius, Reamur, Farenheit, dan Kelvin. Satuan Internasional untuk satuan suhu adalah Kelvin.

Suhu sendiri merupakan suatu pengukuran yang digunakan untuk menunjukan seberapa banyak energi panas yang ada pada suatu tempat

RUMUS (menghitung kenaikan suhu kalor)

ket :

     Q = M. C. Δ T    ( digunakan M     = Massa ( Kg )

C     = Kalor Jenis ( J/KgC )

Δ T  = Perubahan Suhu ( C )

Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1 derajat celcius. Alat yang digunakan untuk menentukan besar kalor jenis adalah kalorimeter.

Q  = M. L     ( digunakan untuk menghitung energi kalor pada fase perubahan wujud ) ket :

M     = Massa ( Kg )

L      = Kalor Laten ( J/Kg )

Kalor Laten adalah kalor yang digunakan untuk mengubah wujud suatu zat. Kalor laten ada dua macam Q = m.U dan Q = m.L. Dengan U adalah kalor uap (J/kg) dan L adalah kalor lebur (J/kg).

-           Jika  suatu batang pada suatu suhu tertentu panjangnya Lo, jika suhunya dinaikkan sebesar Δ t, maka batang tersebut akan bertambah panjang sebesar Δ L yang dapat dirumuskan sebagai berikut :

α = Koefisien muai panjang = koefisien muai linier didefinisikan sebagai : Bilangan yang menunjukkan berapa cm atau meter bertambahnya panjang tiap 1 cm atau 1 m suatu batang jika suhunya dinaikkan 10 C.

     Jadi besarnya koefisien muai panjang suatu zat berbeda-beda, tergantung jenis zatnya.

Jika suatu benda panjang mula-mula pada suhu t0 0C adalah Lo.

Koefisien muai panjang = α, kemudian dipanaskan sehingga suhunya menjadi t1 0C maka :

Panjang batang pada suhu t1 0C adalah :

Bila suatu lempengan logam (luas Ao) pada too, dipanaskan sampai t1o, luasnya akan menjadi At, dan pertambahan luas tersebut adalah :

     β adalah Koefisien muai luas (β = 2 α)

Bilangan yang menunjukkan berapa cm2 atau m2 bertambahnya luas tiap 1 cm2 atau m2 suatu benda jika suhunya dinaikkan 1 0C.

Secara matematis perubahan kalor yang terjadi dapat dirumuskan sebagai :

3. Kapasitas kalor

Kapasitas adalah banyaknya kalor yang diperlukan/dilepaskan untuk menaikkan / menurunkan suhu benda sebesar 1 Kelvin / 1⁰ C.

Secara matematis dirumuskan sebagai :

H    =   kapasitas kalor, satuannya J/K

4. Kalor Dapat Mengubah Wujud Zat

Selama terjadi perubahan wujud ( selama melebur, membeku, menguap, mengembun, menyublim, dan deposisi ) suhu zat tetap. Pada saat itu, seluruh kalor yang  diserap atau yang dilepaskan digunakan untuk mengubah wujud benda.

Hubungan antara kalor dan perubahan wujud zat dapat dilihat pada video berikut:

5.  Menguap, Mendidih, dan Melebur

Pada percobaan 4 di atas, juga diperoleh fakta bahwa menguap dapat terjadi pada sembarang suhu, sedangkan mendidih hanya terjadi pada suhu tertentu ( yaitu pada titik didihnya ).

Pada pengupan gelembung-gelembung uap hanya terjadi pada permukaan saja; sedangkan pada peristiwa mendidih gelembung-gelembung uap terjadi pada  seluruh bagian zat cair.

Penguapan dapat dipercepat dengan cara antara lain :

1)      memanaskan

2)      memperluas permukaan

3)      meniupkan udara di atas permukaan

4)      mengurangi tekanan udara di atas permukaan

Zat mendidih pada suhu tetap, asalkan tekanannya tetap. Titik didih suatu zat dapat diturunkan, dengan menurunkan tekanannya. Titik didih normal didefinisikan sebagai titik didih di bawah pengaruh tekanan 1 atmosfir.

Jumlah kalor yang diperlukan selama pendidihan / penguapan tergantung pada massa zat dan jenis zat.  Secara matematis ditulis.

Seperti pada proses mendidih, pada proses melebur suhu zat tetap asalkan tekanannya tetap. Suhu dimana zat melebur disebut titik lebur. Titik lebur normal didefiniskan sebagai titik lebur di bawah pengaruh tekanan 1 atmosfir.

Jumlah kalor yang diperlukan selama melebur  tergantung pada massa zat dan jenis zat.  Secara matematis ditulis.

 

Untuk jelasnya lihat diagram kalor berikut:

4.