pembahasan - riza gustia syafri | tentang segalanya · web viewmelalui makalah ini kami sebagi itm...
Post on 06-May-2018
226 Views
Preview:
TRANSCRIPT
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Adapun latar belakang pembuatan makalah ini adalah karena selama ini
pengetahuan mengenai kerja dan kalor sangat kurang apalagi penerapannya dalam
ilmu kimia.
Melalui makalah ini kami sebagi itm penulis berusaha mengupas mengenai
kerja dan kalor serta hal yang berhungan dengan kedua hal tersebut.
Kalor dan kerja sama-sama berdimensi tenaga (energi). Kalor merupakan
tenaga yang dipindahkan (ditransferkan) dari suatu benda ke benda lain karena adanya
perbedaan temperatur. Dan bila transfer tenaga tersebut tidak terkait dengan
perbedaan temperatur, disebut kerja (work).
Pada abad ke-18, para ilmuwan berpikir bahwa aliran kalor merupakan
gerakan suatu jenis fluida yang tidak kelihatan. Fluida tersebut dinamakan Caloric.
Teori mengenai Caloric ini akhirnya tidak digunakan lagi karena berdasarkan hasil
percobaan, keberadaan caloric ini tidak bisa dibuktikan.
Untuk lebih memahami mengenai kerja dan kalor ini anda dapat melihat pada
bagian pembahasan dalam makalah ini.
B. Rumusan Masalah
1. apa yang dimaksud dengan kerja dan kalor?
2. bagaimana hubungan kerja dan kalor?
3. bagaimana hubungan kalor dan energi?
C. Batasan Masalah
Pembahasan mengenai kerja dan kalor mempunyai cakupan yang sangat luas.
Jadi adapun batasan masalah dalam makalah ini adalah merujuk pada rumusan maslah
yang telah di cantumkan di atas yaitu mengenai pengertian kerja dan kalor, hubungan
kerja dan kalor, serta hubungan kalor dan kerja.
KERJA DAN KALOR 1
D. Tujuan
Adapun tujuan dari pembuatan makalah ini adalah membahas mengenai kerja
dan kalor serta hubungan antara keduanya dan juga hubungan keduanya dengan
energi.
KERJA DAN KALOR 2
BAB II
PEMBAHASAN
Kalor dan kerja sama-sama berdimensi tenaga (energi). Kalor merupakan
tenaga yang dipindahkan (ditransferkan) dari suatu benda ke benda lain karena adanya
perbedaan temperatur. Dan bila transfer tenaga tersebut tidak terkait dengan
perbedaan temperatur, disebut kerja (work).
KONSEP KALOR Pada abad ke-18, para ilmuwan berpikir bahwa aliran kalor merupakan
gerakan suatu jenis fluida yang tidak kelihatan. Fluida tersebut dinamakan Caloric.
Teori mengenai Caloric ini akhirnya tidak digunakan lagi karena berdasarkan hasil
percobaan, keberadaan caloric ini tidak bisa dibuktikan.
Pada abad ke-19, seorang pembuat minuman dari Inggris yang bernama James
Prescott Joule (1818-1889) mempelajari cara bagaimana agar air yang ada di dalam
sebuah wadah bisa dipanaskan menggunakan roda pengaduk. Pengaduk menempel
dengan sumbu putar. Sumbu putar dihubungkan dengan beban menggunakan tali.
Ketika beban jatuh, tali akan memutar sumbu sehingga pengaduk ikut-ikutan berputar.
Jika jumlah lilitan tali sedikit dan jarak jatuhnya beban kecil, maka kenaikan suhu air
juga sedikit. Sebaliknya, jika lilitan tali diperbanyak dan benda jatuh lebih jauh, maka
kenaikan suhu air juga lebih besar.
KERJA DAN KALOR 3
Ketika pengaduk berputar, pengaduk melakukan usaha alias kerja pada air.
Besarnya kerja alias usaha yang dilakukan oleh pengaduk pada air sebanding dengan
besarnya kerja alias usaha yang dilakukan oleh gaya gravitasi terhadap beban hingga
beban jatuh sejauh h. Ketika melakukan kerja terhadap air, pengaduk menambahkan
energi pada air (ingat konsep usaha dan energi). Karenanya kita bisa mengatakan
bahwa kenaikan suhu air disebabkan oleh energi yang dipindahkan dari pengaduk
menuju air. Semakin besar kerja yang dilakukan, semakin banyak energi yang
dipindahkan. Semakin banyak energi yang dipindahkan, semakin besar kenaikan suhu
air (air semakin panas).
Ketika berputar dalam air, pengaduk melakukan kerja/usaha pada air sehingga
energi pengaduk dipindahkan ke air. Adanya tambahan energi dari pengaduk ini yang
membuat suhu air meningkat.
Joule menyimpulkan bahwa kalor sebenarnya merupakan pemindahan energi.
kalor bukan energi (kalor bukan suatu jenis energi tertentu). Kalor adalah energi
yang berpindah. Jadi ketika kalor mengalir dari benda yang bersuhu tinggi menuju
benda yang bersuhu rendah, sebenarnya energi-lah yang berpindah dari benda yang
bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Proses perpindahan energi akan
terhenti ketika benda-benda yang bersentuhan mencapai suhu yang sama.
Satuan kalor adalah kalori (disingkat kal). Kalori adalah jumlah kalor yang
diperlukan untuk menaikan suhu 1 gram air sebesar 1 Co (Tepatnya dari 14,5 oC
menjadi 15,5 oC). Jumlah kalor yang diperlukan berbeda-beda untuk suhu air yang
berbeda. Untuk jumlah kalor yang sama, kenaikan suhu air sebesar 1 oC hanya terjadi
antara suhu 14,5 oC sampai 15,5 oC. Satuan kalor yang sering digunakan, terutama
untuk menyatakan nilai energi makanan adalah kilokalori (kkal). 1 kkal = 1000 kalori.
Nama lain dari 1 kkal = 1 Kalori (huruf K besar).
Satuan kalor untuk sistem Bristish adalah Btu (British thermal unit = satuan
termal Inggris). 1 Btu = jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 pound
air sebesar 1 Fo (Tepatnya dari 63 oF menjadi 64 oF) .
Secara umum untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda
yaitu dengan mengukur suhu benda tersebut. Jika suhunya tinggi maka kalor yang
dikandung oleh benda sangat besar, begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah maka
kalor yang dikandung sedikit.
KERJA DAN KALOR 4
Dari hasil percobaan yang sering dilakukan besar kecilnya kalor yang
dibutuhkan suatu benda(zat) bergantung pada 3 faktor:
1. massa zat
2. jenis zat (kalor jenis)
3. perubahan suhu
Sehingga secara matematis dapat dirumuskan :
Q = m.c.(T2 – T1)
Dimana :
Q adalah kalor yang dibutuhkan (J)
m adalah massa benda (kg)
c adalah kalor jenis (J/kgC)
(T2 – T1)adalah perubahan suhu (C)
Kalor dapat dibagi menjadi 2 jenis:
Kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu
Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud
Dalam pembahasan kalor ada dua kosep yang hampir sama tetapi berbeda
yaitu kapasitas kalor (H) dan kalor jenis (c).
Kapasitas kalor benda (C)
Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan
suhu benda sebesar 1 derajat celcius.
C = mc
Keterangan :
C = kapasitas kalor
KERJA DAN KALOR 5
m = massa benda (Kg)
c = kalor jenis (J/Kg.K)
Satuan Sistem Internasional untuk kapasitas kalor benda = J/K (J = Joule, K = Kelvin)
Kalor Jenis (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.
c = Q/m.(T2 – T1) atau Q = m. c. (T2 – T1)
Keterangan :
c = kalor jenis
Q = kalor (J)
m = massa benda (Kg)
ΔT = perubahan suhu = suhu akhir (T2) – suhu awal (T1).
Satuan Sistem Internasional untuk kalor jenis benda adalah J/Kg.K
Tabel Kalor Jenis benda (Pada tekanan 1 atm dan suhu 20 oC)
Jenis BendaKalor Jenis (c)
J/kg Co kkal/kg Co
Air 4180 1,00
Alkohol (ethyl) 2400 0,57
Es 2100 0,50
Kayu 1700 0,40
Aluminium 900 0,22
Marmer 860 0,20
KERJA DAN KALOR 6
Kaca 840 0,20
Besi / baja 450 0,11
Tembaga 390 0,093
Perak 230 0,056
Raksa 140 0,034
Timah hitam 130 0,031
Emas 126 0,030
Asas Black
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. Bila persamaan tersebut dijabarkan maka
akan diperoleh :
m1.c1.(T2 – T1)= m2.c2(.T2 – T1)
http://www.gurumuda.com/kalor-kalor-jenis-kapasitas-kalor
KONSEP KERJA
ds
F
KERJA DAN KALOR 7
Mula-mula gas ideal menempati ruang dengan volume V dan tekanan p. Bila
piston mempunyai luas penampang A maka gaya dorong gas pada piston F = pA.
Dimisalkan gas diekspansikan (memuai) secara quasistatik, (secara pelan-pelan
sehingga setiap saat terjadi kesetimbangan), piston naik sejauh dy, maka usaha yang
dilakukan gas pada piston :
dW = F ds
= p A ds
Simbol dW digunakan untuk jumlah kecil dari kerja dan merupakan fungsi
yang tidak pasti, karena kerja yang dilakukan tergantung pada jalannya reaksi.
Terdapat berbagai jenis kerja, yang didefinisikan dengan persamaan:
Kerja mekanik dW = F ds
Kerja ekspansi dW = p dV
Kerja gravitasi dW = mgdh
Kerja permukaan dW = γdA
Kerja listrik dW = єdq
Dimana F adalah gaya, p adalah tekanan yang dilakukan terhadap system oleh
sekeliling, m adalah massa, g adalah percepatan gravitasi, γ adalah tegangan
permukaan, dan є adalah perbedaan potensial, V adalah volume system, h adalah
ketinggian, A adalah luas penampang, dan q adalah muatan.
Tanda yang akan digunakan selanjutnya adalah (a) kerja adalah positif jika
system melakukan kerja terhadap sekeliling ; (b) kerja adalah negative jika kerja
dilakukan terhadap system oleh sekeliling.
Kerja total yang dilakukan system dapat diperoleh dengaan mengintegrasikan
persamaan diatas. Sebagai contoh, Bila volume dan tekanan mula-mula Vi dan pi dan
volume dan tekanan akhir Vf dan pf , maka usaha total yang dilakukan gas :
W = p Dv
(Dogra. 2009. Kimia Fisik dan Soal-Soal. Hal:294-297)
KERJA DAN KALOR 8
P pi i
pf f f
VVi Vf
Kerja yang dilakukan gas pada saat ekspansi dari keadaan awal ke keadaan
akhir adalah luas dibawah kurva dalam diagram pV.
P P P i pi i pi i
pf f pf f pf f f
V V Vi Vf Vi Vf Vi Vf
Tampak bahwa usaha yang dilakukan dalam setiap proses tidak sama,
walaupun mempunyai keadaan awal dan keadaan 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 system tergantung
pada proses perantara di antara keadaan awal dan keadaan akhir”.
KERJA DAN KALOR 9
http://opensource.telkomspeedy.com/repo/abba/v12/sponsor/Sponsor-Pendamping/
Praweda/Fisika/
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 dihasilka gas dan mengenai dinding torak dapat dinyatakan sebagai
bentuk perkalian tekanan p dengan luas permukaan torak A atau pA . kerja yang
dihasilkan system pada saat torak bergerak sejauh dx adalah bentuk perkalian A.dx
seperti tampak pada persamaan δW= p.A.dx setara dengan perubahan volume system,
d V . Dengan demikian, kerja ekspansi dapat dituliskan sebagai δW= p. d V .
Mengingat d V bernilai positif ketika volume bertambah, maka kerja pada daerah
batas bergerak adalah positif saat gas berekspansi. Untuk proses kompresi, maka d V
adalah negative, maka perhitungan kerja berdasarkan persamaan δW= p. d V juga
akan menghasilkan nilai negative. Tanda positif dan negative ini sesuai dengan
kesepakatan tanda untuk kerja .
( Moran. 2002. Termodinamika Teknik. Jakarta : Erlangga)
KESEPAKATAN 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) -
( Chang, Raymond. 2005. Kimia Dasar. Jakarta : Erlangga )
KERJA DAN KALOR 10
HUBUNGAN ANTARA KALOR, KERJA DAN ENERGI
Kalor memiliki keterkaitan dengan energi (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.
http://www.gurumuda.com/kerja-suhu-kalor-sistem-lingkungan-energi-dalam
Dalam termodinamika, kita selalu menganalisis proses perpindahan energi
dengan mengacu pada suatu sistem. Sistem adalah sebuah benda atau sekumpulan
benda yang hendak diteliti. Benda-benda lainnya di alam semesta dinamakan
lingkungan.
Sebelum membahas mengenai hubungan antara energi, kerja dan kalor. Kami
akan sedikit memberikan gambaran mengenai energi ini. Yang dimaksud dengan
energi disini adalah energi dalam (ΔU). Adapun yang dimaksud denagn energi dalam
ini sendiri adalah jumlah seluruh energi kinetik atom atau molekul, ditambah jumlah
seluruh energi potensial yang timbul akibat adanya interaksi antara atom atau
molekul.
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 sistem 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.
KERJA DAN KALOR 11
Sebuah pompa bila dipanaskan akan menyebabkan suhu gas dalam pompa
naik dan volumenya bertambah. Berarti 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 kata-
katasebagaiberikut:
”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.
http://community.um.ac.id/showthread.php?75280-Azas-Kekekalan-Energi
Selain membahas hubungan kalor dengan energi dalam, dalam hal ini
hubungan kalor dengan energi listrik juga akan disinggung sedikit. Energi listrik dapat
berubah menjadi energi kalor dan juga sebaliknya energi kalor dapat berubah menjadi
energi listrik. Alat yang digunakan mengubah energi listrik menjadi energi kalor
adalah ketel listrik, pemanas listrik, dll. Besarnya energi listrik yang diubah atau
diserap sama dengan besar kalor yang dihasilkan. Sehingga secara matematis dapat
dirumuskan:
W = Q
Kita ketahui bahwa:
KERJA DAN KALOR 12
Q = m.c. (t2 - t1)
Sehingga dapat didapatkan persamaan sebagai berikut :
I.R.I.t = m.c.(t2 - t1)
Dimana :
I = kuat arus listrik (A)
R = Hambatan (ohm)
t = waktu yang dibutuhkan (sekon)
m = massa (kg)
c = kalor jenis (J/ kg C)
t1 = suhu mula - mula (C)
t2 = suhu akhir (C)
Untuk menghitung energi listrik digunakan persamaan sebagai berikut :
W = P.t
Dimana :
W = energi listrik (J)
P = daya listrik (W)
t = waktu yang diperlukan (s)
Bila rumus kalor yang digunakan adalah:
Q = m.c.(t2 - t1)
maka diperoleh persamaan:
P.t = m.c.(t2 - t1)
http://id.shvoong.com/exact-sciences/physics/1922136-hubungan-antara-kalor-
dengan-energi
KERJA DAN KALOR 13
CONTOH SOAL:
1. Berapa kerja yang dilakukan terhadap system jika gas dikompresi melawan
tekanan konstan 5 atm dan gas dikompresi dari 5 dm3 menjadi 1 dm3 pada 300K.
Nyatakan W dalam kJ.
Jawab:
W = p dV
Karena p konstan, maka
W = (5 atm)(1-5)dm3 = -20 atm dm3
= - (20 atm dm3)(1,0132 x 102 J atm-1 dm-3)
= -2,026 kJ
2. Hitunglah besarnya kerja (dalam Joule) yan g dilakukan suatu sistem yang
mengalami ekspansi melawan tekanan 2 atm dengan perubahan volume 10 liter.
Jawab: Kerja (W) = P x ΔV
= 2 atm x 10 liter
= 20 L atm
= 20 L atm x 101,32 J/L. atm
= 2026,4 J
= 2,0264 kJ
KERJA DAN KALOR 14
BAB III
PENUTUP
A. Kesimpulan
Dari pembahasan makalah diatas, maka kesimpulan yang dapat di ambil
adalah:
Kalor merupakan tenaga yang dipindahkan (ditransferkan) dari suatu benda ke
benda lain karena adanya perbedaan temperatur.
Satuan kalor adalah kalori (disingkat kal). Kalori adalah jumlah kalor yang
diperlukan untuk menaikan suhu 1 gram air sebesar 1 Co
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.
”Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari
satu bentuk ke bentuk yang lain, atau energi alam semesta adalah konstan.”
B. Saran
Kerja dan kalor saling berhubungan antara yang satu dengan lainnya. Selain
kedua hal ini, energi juga mempengaruhi. Dalam makalah ini telah kami bahas
mengenai hal tersebut. Jika terdapat kesalahan dalam pembuatan makalah ini, kami
mengucapkan mohon maaf yang sebesar-besarnya. Kami dengan senang hati
menerima kritik dan saran dari teman-teman agar kedepannya kami akan lebih baik
lagi dalam pembuatan makalah.
KERJA DAN KALOR 15
Semoga makalah ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua.
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
http://opensource.telkomspeedy.com/repo/abba/v12/sponsor/Sponsor-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://id.shvoong.com/exact-sciences/physics/1922136-hubungan-antara-kalor-
dengan-energi/
KERJA DAN KALOR 16
top related