fisika (makalah suhu dan kalor)
Post on 24-Oct-2015
2.178 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Kalor
Pengertian kalor
Gelas berisi air ledeng dicelupkan sebagian ke dalam
bak berisi air panas, air ledeng mengalami kenaikan suhu
dan air panas mengalami penurunan suhu. Ini menunjukkan
terjadinya perpindahan energy dari benda bersuhu tinggi
(air panas) ke benda bersuhu lebih rendah (air ledeng).
Untuk lebih meyakinkan, anda dapat mencelup gelas air
ledeng yang sama kedalam bak yang berisi air es. Setelah diamati, air ledeng akan mengalami
penurunan suhu dan air es mengalami penaikan suhu. Uraian dengan jelas mempertegas
kesimpulan bahwa perpindahan energi secara alami selalu terjadi dari bena bersuhu tinggi ke
benda bersuhu lebih rendah.
Energi yang berpindah tersebut disebut dengan kalor. Dengan demikian, kalor dapat
didefinisikan sebagai energi yang berpindah dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang
suhunya lebih rendah ketika kedua bena tersebut bersentuhan.
Perbedaan antara kalor, suhu, dan energy dalam
Kerena kalor timbul akibat perbedaan suhu, maka sampai dengan pertengahan abad ke 18,
istilah kalor dan suhu memiliki arti yang sama. Joseph Black pada tahun 1760 merupakan orang
pertama yang menyatakan perbedaan antara suhu dan kalor. Suhu adalah derajat panas atau
dinginnya suatu benda yang diukur oleh thermometer. Sedangkan Kalor adalah sesuatu yang
mengalir dari bena panas ke benda yang lebih dingin untuk menyamakan suhunya. Sekarang
telah diketahui bahwa suhu sesungguhnya adalah ukuran energy kinetic rata-rata partikel
(berkaitan dengan gerak-gerak partikel) dalam suatu benda. Sedangkan dalam fisika, istilah kalor
selalu mengacu pada energy yang berpindah dari satu benda ke benda lainnya karena perbedaan
suhu. Begitu proses perpindahan energy ini berhenti maka kalor tidak lagi memiliki arti. Jadi,
kalor bukanlah jumlah energy yang dikandung dalam suatu benda. Karena itu, tidaklah tepat
menyatakan bahwa suatu benda mengandung kalor.
Agar perbedaan antara istilah suhu dan kalor ini jelas, simaklah ilustrasi berikut. Misalkan
sebuah bejana besar dan sebuah bejana kecil keduanya diisi dengan air dingin. Air dalam kedua
bejana ini kemudian dipanaskan dengan menggunakan pembakar bunsen yang identik (Gambar
6.18). Karena kedua pembakar bunsen identik, keduanya memberikan jumlah kalor yang sama
kepada air selama dua menit. Tetapi, setelah dua menit, thermometer dalam bejana kecil
menunjukkan kenaikan suhu yang lebih besar daripada thermometer dalam bejana besar.
Kegiatan ini dengan jelas menyatakan bahwa kalor dan suhu adalah dua besaran yang berbeda.
Secara sederhana kita dapat menyatakan beda antara suhu, kalor, dan energy dalam sebagai
berikut.
- Suhu merepresentasikan energy kinetik suatu molekul zat
- Energi dalam adalah ukuran energy seluruh molekul dalam zat.
- Sedangkan kalor adalah perpindahan sebagian energy dalam dari suatu zat ke zat lain karena
adanya perbedaan suhu.
Teori Kalorik dan Teori Kinetik
Sebelum mengetahui bahwa kalor adalah salah satu bentuk energy, para ilmuwan
menganggap bahwa kalor adalah sejenis zat alir (disebut kalorik) yang terkandung dalam setiap
benda dan tidak dapat dilihat oleh mata manusia. Teori ini disebut teori kalorik dan pertama kali
diperkenalkan oleh Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794), ahli kimia berkebangsaan Prancis.
Berdasarkan teori ini, satuan kalor mula-mula diberi nama kalori (disingkal kal, menggunakan
huruf kecil). Kandungan energy dalam makanan sering dinyatakan dalam kalori (ditulis dengan
huruf besar K) yang berarti kilokalori (disingkat kkal). Misalnya kacang tanah mengandung 10
kalori (yang dimaksud adalah 10 kkal).
Bagaimanakah teori kalorik menjelaskan perpindahan kalor ketika dua benda berbeda
suhu disentuhkan ?
Teori kalorik menyatakan bahwa benda yang suhunya tinggi mengandung lebih banyak
kalorik daripada benda yang suhunya rendah. Ketika kedua benda disentuhkan, benda kaya
kalorik kehilangan sebagian kaloriknya yang diberikan kepada benda yang miskin kalorik
sampai kedua benda mencapai suhu yang sama (tercapai keseimbangan termal).
Teori kalorik dapat menjelaskan pemuaian benda ketika dipanaskan dan proses hantaran
kalor dalam sebuah calorimeter. Akan tetapi, teori kalorik tidak dapat menjelaskan mengapa
kedua telapak tangan anda terasa hangat ketika anda menggesek-gesekkannya. Perhatikan, kedua
telapak tangan anda dapat dianggap memiliki suhu sama, sehingga diharapkan tangan tidak
terasa hangat (karena tidak ada kalor) ketika anda menggesek-gesekannya. Contoh ini dengan
jelas menunjukkan bahwa kalor, seperti halnya usaha, adalah salah satu bentuk energy. Dalam
contoh kita ini terjadi proses perubahan energy dari usaha (energy mekanik) menjadi kalor.
Kemungkinan orang pertama yang menyadari ini adalah Carnot, seorang insinyur perancis.
Akhirnya disadari bahwa semua bentuk energy adalah ekuivalen (setara), dan ketika sejumlah
energy hilang, proses selalu disertai dengan munculnya sejumlah energy yang sama dalam
bentuk lainnya. Ini mengarah pada kesimpulan bahwa total jumlah energy dijaga tetap, yang
disebut prinsip kekekalan energy.
Setelah orang mengetahui bahwa kalor adalah salah satu bentuk energy, maka
diperengahan abad ke-19, ilmuwan mengembangkan suatu teori baru untuk mengganti teori
kalorik. Teori ini berdasarkan pada anggapan bahwa zat disusun oleh partikel-partikel sangat
kecil yang selalu bergerak. Dalam benda yang panas, partikel-partikel bergerak lebih cepat, dan
karena itu memiliki energi yang lebih besar daripada partikel-partikel dalam benda yang lebih
dingin. Teori ini disebut teori kinetik.
Bagaimanakah teori kinetik menjelaskan perpindahan kalor ketika dua benda berbeda
disentuhkan?
Ketika benda panas menyentuh benda dingin, partikel-partikel dalam benda panas
menabrak partikel-partikel dalam benda dingin. Tabrakan-tabrakan ini memindahkan energy ke
partikel-partikel benda dingin. Energy termal partikel-partikel dalam benda dingin bertambah
sehingga suhunya naik. Begitu partikel-partikel dalam benda dingin menjadi lebih energetik,
partikel-partikel ini mulai memindahkan energinya kembali ke partikel-partikel benda panas.
Pada beberapa titik, kelajuan energy dari benda panas ke benda dingin (ke arah kanan pada
Gambar 6.19a) sama dengan kelajuan pemindahan energy dari benda dingin ke benda panas (ke
arah kiri pada Gambar 6.19a). Kedua benda dikatakan mencapai keseimbangan termal. Pada
keadaan ini, jika diukur dengan thermometer, suhu benda panas akan sama dengan suhu benda
dingin.
Persamaan Kalor
Mengukur Kalor
Ketika anda memanaskan air di dalam ketel, makin besar nyala api berarti makin besar
makin besar kalor yang diberikan pada air, dan menghasilkan kenaikan suhu air yang lebih besar
daripada kenaikan suhu air sebelumnya. Jika kalor yang sama diberikan pada ketel yang berisi
lebih sedikit air, kenaikan suhu air lebih cepat daripada kenaikan suhu air sebelumnya.
Akibatnya, untuk selang waktu pemanasan yang sama akan dicapai suhu air yang lebih tinggi
daripada suhu air sebelumnya. Jelaslah ada hubungan antara banyak kalor Q, kenaikan suhu ∆T,
dan massa air m.
Kita akan menyelidiki hubungan antara
banyak kalor Q, kenaikan suhu ∆T, dan massa air m
dengan memanaskan air dalam suatu bejana. Agar
percobaan kita memberi hasil yang baik, maka kita
harus memilih sebuah bejana yang pertukaran kalor
ke lingkungan sekitarnya sangat kecil. Untuk itu kita
memilih sebuah cangkir polistirena (polystyrene)
(Gambar 6.20).
Sumber daya listrik 12 V dihubungkan ke
terminal masukan joulemeter, yaitu alat ukur yang digunakan untuk mengukur kalor yang
diberikan kepada air yang terdapat dalam cangkir polistirena. Terminal keluaran joulemeter
dihubungkan ke pemanas celup listrik.
Hubungan Kalor dan Kenaikan Suhu
Untuk menyelidiki hubungan antara dua besaran, kita harus mengusahakan agar besaran
ketiga bernilai tetap selama percobaan berlangsung. Untuk menyelidiki hubungan antara banyak
kalor Q dan kenaikan suhu ∆T, maka massa air m dijaga agar tetap selama percobaan. Sebelum
sakelar penghubung joulemeter ke sumber daya listrik 12 V dihubungkan, joulemeter
menunjukkan 0 joule. Ini berarti kalor yang diberikan pada air = 0. Pada keadaan ini, bacalah
suhu awal air pada thermometer. Sekarang, tekan sakelar untuk menghubungkan joulemeter ke
sumber daya listrik 12 V, sehingga energy listrik mulai memberikan kalor kepada air dalam
cangkir. Setiap kenaikan suhu air mencapai 30C (dibaca pada thermometer), putuskan sakelar dan
segera baca banyak kalor yang ditunjukkan oleh joulemeter.
Kalor yang diberikan pada air (I) 0 2550 5050 7580 10100 12640
Suhu (0C) 12 15 18 21 24 27
Kenaikan suhu terhadap suhu awal (0C) 0 3 6 9 12 15
Tabel 6.3 menunjukkan data pengamatan yang didapat dengan memanaskan 0,2 kg air
pada suhu awal 120C. Dari data ini, dapat dibuat grafik kalor yang diberikan kepada air terhadap
kenaikan suhu air. Grafik yang didapat berbentuk garis lurus melalui titik asal (Gambar 6.21).
Dapatlah kita simpulkan bahwa kalor yang diberikan kepada air sebanding dengan kenaikan
suhu.
Q∝ ∆T
Notasi “∝” dibaca “sebanding”.
Tabel 6.3
Hubungan Kalor dan Massa
Untuk menyelidiki hubungan antara banyak kalor Q dan massa m, maka kenaikan suhu air
dijaga agar tetap selama percobaan. Data jumlah kalor yang diberikan kepada air dalam cangkir
untuk menaikkan suhu air 100C (tetap) dari massa tertentu air ditunjukkan pada Tabel 6.4.
Kalor yang diberikan (J) 6305 8410 10515 12625
Massa air (kg) 0,15 0,20 0.25 0,30
Dari Tabel 6.4 dapat dibuat garafik hubungan jumlah kalor yang diberikan pada air untuk
menaikkan suhunya 100C terhadap massanya. Grafik yang
didapat berbentuk garis lurus melalui titik asal (Gambar
6.22). Dapatlah kita simpulkan bahwa kalor yang diberikan
pada air sebanding dengan massanya.
Q∝ m
Kalor Jenis
Beberapa data dari tabel 6.3 dan tabel 6.4 digabung
menjadi satu untuk menghasilkan data seperti pada tabel 6.5.
Dengan memperhatikan beberapa faktor kesalahan dalam percobaan (misal kalor yang
hilang ke lingkungan sekitar peralatan), data pada kolom terakhir tabel 6.5 menunjukkan angka
yang tetap, yaitu kira-kira 4200 J kg-1 (0C)-1. Dapatlah kita simpulkan bahwa untuk setiap zat
selalu berlaku
Qm× ∆ T
=tetap
Tabel 6.4
Tabel 6.5
Q(J )
m(kg )
∆ T(0C)
m ×∆ TQ
m× ∆ T
2520 0,2 3 0,6 4200
5050 0,2 6 1,2 4208
7580 0,2 9 1,8 4211
6305 0,15 10 1,5 4203
10515 0,25 10 2,5 4206
Nilai yang tetap ini adalah nilai khas untuk setiap zat, dan diberi nama kalor jenis (diberi
lambang c), sehingga berlaku persamaan :
Qm× ∆ T
=c atau Q=mc ∆ T
Perhatikan, jika pada persamaan Q=mc ∆ T Anda pilih m = 1 kg dan ∆T = 1 K, maka
Q=mc ∆ T
= (1 kg) (c) (1 K)
Q=c
Banyak kalor Q sama dengan kalor jenis c, sehingga kalor jenis dapat kita definisikan
sebagai berikut. Kalor jenis adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg suatu zat
sebesar 1 K.
Kalor jenis adalah sifat khas suatu zat yang menunjukkan kemampuannya untuk
menyerap kalor. Zat yang kalor jenis nya tinggi mampu menyerap lebih banyak kalor untuk
kenaikan suhu yang rendah. Zat-zat seperti ini dimanfaatkan sebagai tempat untuk menyimpan
energy termal. Pada tabel 6.6, ditunjukkan bahwa air adalah zat yang paling tinggi kalor jenisnya
diantara zat-zat lainnya. 1 kg air memerlukan tambahan energy 4180 Joule untuk menaikkan
suhunya sebesar 1 kelvin. Untuk perbandingan, 1 kg tembaga hanya memerlukan 390 Joule. Jadi,
energy tambahan yang diperlukan untuk menaikan suhu 1 kg air sebesar 1 kelvin, dapat
menaikkan suhu 1 kg tembaga sebesar 11 kelvin ( 11 kali lipat). Oleh karena kalor jenis air yang
tinggi inilah maka :
1. Air digunakan sebagai zat cair penyimpan energy termal dari matahari pada panel surya.
Air disunakan sebgai zat penghantar kalor dengan tujuan agar hanya terjadi sedikit
penurunan suhu sewaktu terjadi perpindahan kalor.
2. Air digunakan sebgai cairan pendingin mesin mobil (radiator) yang berfungsi untuk
memindahkan energy kalor dari mesin mobil ke udara sekitarnya, sehingga mesin mobil
tetap dingin.
3. Makanan padat panas yang mengandung banyak air (misal bubur) lebih menyengat lidah kita
daripada makanan padat panas yang mengandung sedikit air (misal nasi)
Kapasitas Kalor
Kita telah membahas pengertian kalor jenis. Kata jenis dalam istilah ini berarti per satuan
massa, yang dalam satuan SI berarti per kg. Kalor jenis merupakan ciri suatu zat, seperti halnya
Tabel 6.6 : Kalor Jenis Zat (pada 200C dan tekanan tetap 1 atm)
Zat Kalor Jenis (J kg-1 K-1)
Aluminium 900
Tembaga 390
Kaca 840
Besi atau baja 450
Timah hitam 130
Marmer 860
Perak 230
Kayu 1700
Alkohol (etil) 2400
Raksa 140
Air
Es (-50C) 2100
Cair (150C) 4180
Uap (1100C) 2010
Badan manusia 3470
Udara 1000
massa jenis. Kadang-kadang untuk benda tertentu, seperti bejana (contoh : kalorimeter), lebih
memudahkan jika faktor m c dipandang sebagai satu kesatuan. Faktor ini diberi nama kapasitas
kalor. Kata “kapasitas” dapat memberikan pengertian yang menyesatkan karena kata tersebut
menyatakan “banyak kalor yang dapat dimiliki oleh sebuah benda” yang dalam fisika tidak
memiliki arti. Yang sebenarnya diartikan oleh kata tersebut adalah banyak energy yang harus
diberikan dalam bentuk kalor untuk menaikka suhu suatu benda sebesar satu derajat (banyak
kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu benda sebesar 10C). Dari definisi tersebut,
Kapasitas kalor dapat dituliskan dengan persamaan :
m c= Q∆ T
Jika kapasitas kalor diberi lambang C (huruf besar) maka, persamaannya menjadi :
C= Q∆ T
Asas Black
Telah anda ketahui bahwa energy adalah kekal, sehingga kehilangan energy Q joule dari
suatu benda akan muncul sebagai tambahan energy Q joule pada benda lainnya. Kekekalan
energy yang juga berlaku pada perpindahan kalor akan kita buktikan pada peristiwa berikut
Jika anda ingin mendinginkan secangkir air panas, maka suatu cara sederhana adalah
dengan menuangkan air dingin ke dalam air panas tersebut sehingga didapatkan air hangat. Suhu
air hangat tentu saja berada antara suhu air panas dan suhu air dingin.
Misalkan kita memiliki dua cangkir, yang satu berisi 0,2 kg air pada suhu 700C dan yang
lain berisi 0,3 kg air pada 200C. Kedua isi cangkir kemudian dituangkan ke dalam sebuah cangkir
besar. Ukurlah suhu campuran dengan thermometer. Misalnya, pada saat keseimbangan termal
dicapai, suhu akhir campuran adalah 39,80C
Mari kita hitung kalor yang dilepaskan oleh air panas dan kalor yang diterima oleh air
dingin. Apakah keduanya sama besar ?
Suhu air panas turun : ∆T1 = (70-39,8)0C = 30,20C atau 30,2 K
Kalor yang dilepaskan air : Q1 = m1 c ∆T1 (m1 = massa air panas)
= (0,2 kg) (4200J/kg K) (30,2 K)
= 2,5 x 104 J
Suhu air dingin naik : ∆T2 = (39,8-20)0C = 19,8 K
Kalor yang diterima air : Q1 = m2 c ∆T2 (m2 = massa air dingin)
= (0,3 kg) (4200J/kg K) (19,8 K)
= 2,5 x 104 J
Hasil perhitungan menunjukkan bahwa kalor yang dilepas oleh air panas (Q1) sama dengan
kalor yang diterima oleh air dingin (Q2). Secara matematis :
Kekekalan energy pada pertukaran kalor, seperti yang ditunjukkan oleh persamaan diatas,
pertama kali diukur oleh Joseph Black (1728-1799), seorang ilmuan Inggris. Oleh karena itu,
persamaan tersebut dikenal sebagai Asas Black.
Kalorimeter
Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kalor. Kalorimeter umumnya
digunakan untuk menentukan kalor jenis suatu zat. Kalorimeter menggunakan teknik
pencampuran dua zat di dalam suatu wadah. Jika kalor jenis suatu zat diketahui, maka kalor jenis
zat lain yang dicampur dengan zat tersebut dapat dihitung.
Ada berbagai jenis kalorimeter, tetapi kita hanya membahas 3 jenis kalorimeter, yaitu :
1. Kalorimeter aluminium,
2. Kalorimeter elektrik,
3. Kalorimeter bom.
Qlepas = Qterima
Kalorimeter aluminium
Pada dasarnya Kalorimeter di desain agar pertukaran kalor hanya terjadi di dalam bejana
Kalorimeter dan menghindari pertukaran kalor ke lingkungan sekitarnya.
Kalorimeter aluminium ditunjukkan pada Gambar 6.24.
dinding dalam kedua bejana (bejana dalam dan bejana luar)
dibuat mengkilat untuk mengurangi radiasi kalor dan
kehilangan kalor karena penyerapan dinding bejana. Cincin
serat (fiber) yang memisahkan kedua bejana dengan tutup
kayu adalah penghantar kalor yang jelek. 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 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 sesudah pencampuran.
Kalorimeter elektrik
Kalorimeter elektrik digunakan untuk mengukur kalor jenis zat cair. Kalorimeter elektrik
ditunjukkan pada gambar 6.25.
Prinsip kerja Kalorimeter elektrik adalah sebagai berkut.
Sejumlah massa zat cair contoh (m kg) dimasukkan ke dalam
bejana tembaga yang kapasitas kalornya diketahui (JK-1).
Kemudian zat cair tersebut dipanaskan selama selang waktu t
sekon secara elektrik oleh pemanas listrik yang memiliki
elemen pemanas yang beda potensialnya V volt dan dilalui arus
listrik dengan kuat arus I ampere.
Kenaikan suhu (∆T0C) selama selang waktu t diukur dengan thermometer. Energi listrik
yang diberikan kepada zat cair dengan selang waktu t adalah
V I t (joule). Jika dianggap tidak ada kalor yang hilang,
maka energy kalor yang diserap oleh kalorimeter dan zat
cair adalah (C ∆ T+m c ∆ T )=(m c+C ) ∆ T . Sesuai kekekalan
energi :
V I t=(m c+C ) ∆ T
Dari persamaan diatas, kalor jenis zat cair c dapat dihitung.
Kalorimeter bom
Kalorimeter bom dgunakan khusus untuk
menentukan kandungan energi dalam makanan dan lemak.
Makanan yang akan ditentukan kandungan energinya
diletakkan dalam cangkir platina. Contoh makanan
kemudian dibakar secara elektrik. Kalor yang diserap
dalam bejana dalam, cangkir, dan air diukur secara cermat.
Sebagai contoh 10 g kue melepaskan 159kJ ketika dibakar
dalam Kalorimeter bom. Ini berarti bahwa kandungan
energi 100 g kue tersebut adalah 1590 kJ, yang setara
dengan 380 kalori, yaitu satuan energi yang umum
dicantumkan pada label paket makanan dan dalam buku-
buku penuntun diet.
6. 4 PERUBAHAN WUJUD ZAT
Jika es dipanasi (diberi kalor) maka beberapa waktu kemudian es berubah wujud menjadi
air, dan selanjutnya air berubah wujud menjadi uap. Demikian pula jika uap air didinginkan,
maka beberapa waktu kemudian uap air berubah wujud menjadi air. Selanjutnya air akan
berubah wujud menjadi es.
Perubahan wujud zat dapat berupa: melebur adalah perubahan wujud dari padat menjadi
cair, membeku adalah perubahan wujud dari cair menjadi padat, menguap adalah perubahan
wujud dari cair menjadi gas, mengembun adalah perubahan wujud dari gas menjadi cair,
menyublim adalah perubahan wujud dari padat langsung menjadi gas (tanpa melalui wujud
cair), deposisi adalah kebalikan dari menyublim, yakni perubahan langsung dari wujud gas ke
wujud padat. Perhatikan, panah ke atas menyatakan diperlukan kalor dan panah ke bawah
menyatakan dilepaskan kalor.
1. Melebur dan Membeku
Melebur adalah perubahan wujud zat padat menjadi cair. Pada saat melebur, zat
memerlukan kalor meskipun tidak mengalami kenaikan suhu. Titik lebur adalah suhu pada waktu
zat melebur. Kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud 1 kg zat padat menjadi zat cair
dinamakan kalor laten lebur atau kalor lebur saja. Kalor yang dilepaskan pada waktu zat
membeku dinamakan kalor laten beku atau kalor beku saja. Dari hasil percobaan yang pernah
dilakukan menunjukkan bahwa untuk zat yang sama, kalor lebur = kalor beku. Selanjutnya
kedua jenis kalor laten ini kita sebut kalor lebur dan diberi simbol L f. Jika banyak kalor yang
diperlukan oleh zat yang massanya m kg untuk melebur adalah Q joule, maka sesuai dengan
definisi diatas dapat ditulis:
Lf =Qm
atau Q=m Lf
Dari persamaan pertama dapat anda tentukan satuan dan dimensi kalor lebur. Dalam SI,
satuan banyak kalor Q adalah J dan satuan massa m adalah kg, sehingga satuan kalor lebur L f
adalah J/kg atau J/kg-1
2. Menguap, mendidih, dan mengembun
Menguap adalah perubahan wujud zat dari cair menjadi gas (uap). Apakah untuk
menguapkan suatu zat diperlukan kalor ? Ini akan dibuktikan pada peristiwa berikut. Teteskan
sedikit spiritus atau alkohol (zat cair yang mudah menguap) pada tangan anda. Spiritus menguap
dengan cepat dan tangan terasa dingin. Untuk menguap, spiritus memerlukan kalor. Kalor
tersebut diambil dari tangan anda sehingga tangan anda terasa dingin. Peristiwa ini menunjukkan
bahwa pada waktu menguap zat memerlukan kalor .
Beberapa contoh dalam keseharian yang menunjukkan bahwa penguapan menghasilkan
pendinginan diuraikan berikut ini. Tubuh kita melakukan peroses penguapan yaitu penguapan
keringat yang keluar dari pori pori kulit. Penguapan ini adalah cara tubuh kita mengatur suhu
badan. Sewaktu suhu darah naik sedikit di atas suhu normal. kelenjar hypothalamus mendeteksi
kenaikan suhu ini, kemudian mengirim sinyal ke kelenjar keringat agar meningkatkan produksi
keringat. Keringat ini keluar dari pori pori kulit, kemuadian menguap. Kalor yang diperlukan
untuk menguapkan keringat diambil dari tubuh kita sendiri sehingga tubuh menjadi lebih dingin.
Ketika tubuh kita berkeringat karena berolahraga, janganlah berdiri di tempat yang anginya kuat.
Aliran angin yang kuat akan menghasilkan pendinginan lebih pada penguapan keringat, dan
menyebabkan turunnya ketahanan tubuh kita terhadap infeksi. Akibatnya tubuh mudah terserang
penyakit.
Peristiwa lain yang memperlihatkan bahwa pada waktu menguap diperlukan kalor adalah
mendidih. Jika penguapan hanya terjadi di permukaan zat cair saja dan dapat terjadi pada setiap
suhu, maka mendidih adalah penguapan yang terjadi di seluruh bagian zat cair dan hanya dapat
terjadi pada titik didih. Pada waktu mendidih, suhu zat tetap sekalipun pemanasan terus
dilalukan. Semua kalor yang diberikan kepada zat digunakan untuk mengubah wujud dari cair
menjadi uap. Suhu tetap ini disebut titik didih yang besarnya sangan bergantung pada tekanan di
permukaan zat itu. Titik didih zat pada tekanan 1 atm disebut titik didih normal.
Kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud 1 kg zat cair menjadi uap pada titik didih
normalnya dinamak kalor laten uap atau kalor uap saja. Kalor uap disebut juga kalor didih.
Sedangkan kalor yang dilepaskan untuk mengubah wujud 1 kg uap menjadi cair pada titik didih
normalnya dinamakan kalor laten embun atau kalor embun saja. Hasil percobaan
menunjukkan bahwa untuk zat yang sama, kalor didih = kalor embun. Dari kedua istilah itu,
yang paling umum digunakan adalah kalor didih (diberi simbol Lv). Jika banyaknya kalor yang
diperlukan untuk mendidihkan zat yang misalnya m kg adalah Q joule, maka dapat ditulis
Lv=¿
Q = m . Lv
Tampak bahwa satuan kalor didih Lv sama dengan Lf , yaitu J/kg atau J/kg-1.
Lemari es
Aplikasi dalam bidang teknologi yang menggunakan prinsip bahwa pada waktu menguap
diperlukan kalor adalah pada lemari es dan pendingin ruangan (AC). Prinsip kerja mesin
pendingin (misal lemari es) mirip seperti penguapan eter. Jika pada kegiatan tersebut eter yang
menguap menghilang maka pada lemari es, zat pendingin yang telah menguap tidak dibuang,
tetapi dimampatkan oleh sebuah pompa sehingga mencair kembali.
Alat pendingin lemari es terdiri dari pompa (compressor), pembeku (evaporator), penukar panas
(condensor), dan katup pemuaian. Pembeku di dalam lemari es mengandung freon pada suhu
rendah dan tekanan rendah sedangkan penukar panas yang berbentuk sirip sirip dan terdapat di
bagian belakang lemari es mengandung freon pada suhu tinggi dan tekanan tinggi.
Pompa (dijalankan oleh motor listrik) menarik uap freon yang keluar dari pembeku,
memampatkannya (menaikkan tekanan), dan meneruskannya ke penukar panas pada tekanan
tinggi. Suhu uap freon sekarang menjadi lebih besar daripada suhu udara di sekitar penukar
panas sehingga uap freon akan melepaskan kalornya ke udara sekitarnya dan uap freon
mengembun menjadi cair. Bukti dari pelepasan kalor ke udara sekitarnya adalah tangan anda
merasa panas ketika menyentuh sirip-sirip penukar panas pada bagian belakang lemari es. Freon
cair yang keluar dari kondensor menuju ke katup pemuaian. Di sini, freon cair memuai dan
kelajuan pemuaiannya diatur oleh katup pemuaian. Akibat pemuaian, freon cair akan menyerap
kalor dari bahan-bahan yang disimpan di dalam lemari es sehingga bahan-bahan tersebut
mendingin, sedangkan freon cair menguap. Uap freon yang keluar dari pembeku kemudian
ditarik oleh pompa untuk mengulangi siklus berikutnya.
Siklus di atas berulang terus-menerus sehingga lemari es seakan-akan berfungsi mengambil kalor
dari bahan-bahan makanan dalam lemari es dan membebaskan kalor ini ke lingkungan
sekitarnya. Perantara untuk melakukan fungsi ini adalah fluida kerja yang dinamakan freon.
Menyublim
Suatu zat kadang kadang dapat berubah wujud dari padat langsung menjadi gas. Proses ini
dinamakan menyublim. Sebagai contoh, karbondioksida cair hanya ada pada tekanan yang lebih
rendah dari 5x105 Pa (kira -kira 5 atm), padahal karbondioksida padat dapat menyublim pada
tekanan atmosfer (1 atm). Oleh karena itu, pada keadaan normal karbondioksida padat (disebut
es kering) jika diberi kalor langsung berubah menjadi gas karbondioksida tanpa melalui wujud
cair.
Pengeringan beku
Peristiwa menyublim dimanfaatkan orang dalam teknik pengeringan beku (freeze drying) untuk
mengawetkan produk makanan, bunga, dan plasma darah. Mula-mula produk makanan
diawetkan dengan membekukan kandungan airnya pada suhu yang rendah. Kemudian, es yang
terkurung dalam produk makanan diuapkan dengan cara mengurangi tekanan sehingga es
langsung menyublim menjadi uap air. Uap air dialirkan ke luar dari tempat pengeringan sehingga
tertinggalah produk makanan kering tanpa kehilangan kandungan zat zat penting (bau dan
citarasa). Oleh karena kering, produk makanan tidak mudah membususk. Kelak, jika produk
makanan hendak digunakan, kondisinya dapat dipulihkan dengan menambah air.
top related