Evrita_11042013_Teknik Elektro KALORIMETER Evrita_11042013_Teknik Elektro

1. PENGERTIAN KALOR Kalor adalah suatu bentuk energi yang berpindah dari satu zat ke zat yang lain akibat perbedaan temperatur. 1 kalori didefinisikan sebagai jumlah energi yang dibutuhkan untuk menaikkan temperature 1 gram air sebesar 1 derajat celcius ( atau 1 kelvin ). Jika menyatakan kalori dalam satuan energi lain : 1 kalori = 4,186 J Jika ingin mengkonversi dari satuan energi Joule ke satuan kalori : 1 Joule = 0,24 Kalori.

Kalor jenis c (specific heat capacity ) : 2. KALOR JENIS ( KAPASITAS KALOR SPESIFIK ) ( c ) KAPASITAS KALOR ( C ) Kalor jenis c (specific heat capacity ) : Kalor jenis berarti jumlah energi yang dibutuhkan tiap suatu satuan massa zat agar temperaturnya berubah. Dengan kata lain jumlah kalor Q pada suatu benda berbeda dengan benda lainnya.

Tabel Data Kalor Jenis tiap beberapa Zat Nama Zat C (kal/grºC) kJ/kg K Air 1,000 4,180 Perak 0,056 0,232 Alkohol 0,550 2,299 Alumunium 0,217 0,907 Besi 0,113 0,472 Emas 0,031 0,129 Merkuri 0,033 0,138 Seng 0,0925 0,387 Es 0,49 2,05 Tembaga 0,093 0,386

Perlu diperhatikan bahwa c dianggap sebagai konstanta, meskipun pada kenyataanya tidak, sebab dari hasil pengukuran c merupakan fungsi dari temperatur ( berubah jika temperatur berubah ). Jumlah kalor dapat dituliskan :

Karena c merupakan fungsi dari T (tekanan ) Karena c merupakan fungsi dari T (tekanan ). Namun karena perubahan c sangat kecil maka seringkali dianggap konstan : Mengingat pada umumnya kita menggunakan massa zat tidak persis 1 gram sehingga perlu melibatkan faktor massa : Sehingga C berarti mewakili seluruh massa zat yang terlibat pada penukaran kalor.

Contoh : 1. Berapakah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperature tembaga dengan massa 500 gram sebesar 100C ? Jawab : Dari tabel kita peroleh bahwa kalor jenis dari tembaga adalah 0,093 kal/gramC. Maka :

= (500) . (0,093) . (100) = 4650 kalori

3. JUMLAH KALOR AGAR ZAT BERUBAH FASE Jumlah kalor yang diperlukan suatu zat agar berubah dari satu fase ke fase lain pada tiap jenis zat adalah unik. Secara umum terdapat tiga jenis ukuran kalor yang diperlukan agar sebuah zat berubah fase : Kalor Lebur (Hf) : Adalah jumlah kalor yang diperlukan suatu zat untuk melebur ( dari padat ke cair ) tiap suatu satuan massa pada temperature tetap. Untuk air (H2O), kalor lebur pada temperatur 0˚C adalah 80 kal / g. Kalor Uap (Hv) : Adalah jumlah kalor yang diperlukan suatu zat untuk menguap ( dari cair ke gas ) tiap suatu satuan massa pada temperature tetap. Untuk air (H2O), kalor uap pada temperatur 100 ºC adalah 540 kal/g.

Kalor Sublim (Hs) : Adalah jumlah kalor yang diperlukan suatu zat untuk melebur ( dari padat ke uap ) tiap suatu satuan massa pada temperature tetap. Jumlah kalor yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari satu fase ke fase lain sebanding dengan seberapa besar massanya dan jenis dari zat tersebut yang dicirikan oleh nilai H yang berbeda tiap zat :

Tabel 2 Kalor Lebur dan Kalor Penguapan untuk berbagai bahan tekanan 1 atm Zat Kalor Lebur (kJ/kg) Kalor Uap Hv (kJ/kg) Alkohol 109 879 Karbondioksida - 573 Tembaga 205 4726 Emas 62,8 1701 Helium 21 Timah 24,7 858 Merkuri 11,3 296 Oksigen 13,8 213 Air 333,5 2257

4. AZAZ BLACK Apabila dua zat A dan zat B yang pada awalnya memiliki temperature masing – masing to A dan to B dicampurkan secara baik sehingga pertukaran kalor terjadi secara sempurna maka akan terjadi pertukaran kalor secara terus menerus sampai kedua zat mencapai keseimbangan termal yang ditandai temperature keduanya menjadi sama besar.

Hubungan ini dirumuskan : Q searah = Q terima QA = QB Pada percobaan kalorimeter didapatkan data : C calorimeter = 0,093 kal/grºC m air ( 100 cc ) = 100 gr m air = 1 kal / grºC m bahan = 80 gr T air = t calorimeter pada keadaan awal = 28ºC T bahan keadaan awal = 90 ºC m Kalorimeter = 250 gr

Dengan perubahan temperatur sbb: No T ( C ) T ( detik ) 1 30 5 2 31 10 3 32,05 15 4 20 25

5. KESETARAAN KALOR Kesetaraan kalor mekanis pertama kali diukur oleh joule dengan mengambil tenaga mekanik dari beban yang jatuh untuk mengaduk air dalam calorimeter sehingga menjadi panas. Cara lain adalah dengan mengubah tenaga listrik menjadi tenaga panas dalam suatu kawat tahanan yang tercelup dalam air yang berada di dalam kalorimeter. Tenaga listrik yang hilang dalam kawat tahanan besarnya :

Dengan : V = Beda potensial antara ujung – ujung kawat ( volt ) i = Kuat arus ( ampere ) t = waktu ( second )

Tenaga listrik besarnya V. i Tenaga listrik besarnya V.i.t adalah tenaga mekanik yang hilang dari elketron – electron yang bergerak dari ujung kawat potensial rendah ke ujung berpotensial tinggi. Tenaga ini berubah menjadi panas. Jika panas keluar dari calorimeter, maka panas yang timbul besarnya :

Dengan : ma = massa air ( gram ) Ca = panas jenis air ( 1 kal/gr) t1 = suhu mula – mula (ºC) t2 = suhu akhir (ºC) mkp = massa calorimeter dan pengaduk ( gram ) Ckp = panas jenis calorimeter ( 0,093 kal/gr)

Besarnya angka kesetaraan kalor/ listrik ( A ) : =

6. Laju Perpindahan Kalor ( H ) Kalor dapat berpindah dari satu zat ke zat lain dalam tiga cara yaitu : Radiasi adalah perpindahan kalor dari dua sistem dalam keadaan vakum (ruang hampa udara). Cth: Energi kalor yang menjalar dari matahari menembus ruang hampa menuju bumi. Konveksi adalah perpindahan kalor dari dua sistem dengan perantaraan udara. Cth: aliran angin karena perbedaan temperatur antara dua daerah.

Konduksi yaitu perpindahan kalor antara dua sistem yang bersentuhan langsung akibat perbedaan temperatur atau dikenal dengan “gradien temperatur” diantara keduanya.

Dimana : K = Konstanta T = Temperatur A = Luas Bidang L = Lebar Bidang

Konduktivitas Termal ( Halliday & Resnick 1996) Nama Zat Kcal/detik.m.ºC J/detik.m.ºC Alumunium 4,9x10-2 200 Kuningan 2,6x10-2 110 Tembaga 9,2x10-2 390 Timbal 8,3x10-2 35 Perak 9,9x10-2 410 Baja 1,1x10-2 46 Udara 5,7x10-2 2,4x10-2 Hidrogen 3,3x10-2 1,4x10-1 Oksigen 5,6x10-6 2,3x10-2 Gelas 2x10-4 8x10-1 Es 4x10-4 17x10-1 Kayu 2x10-5 8x10-2