Bab 4. Suhu dan Perubahannya (Materi 3 : Kalor dan Perpindahan Kalor)

Kompetensi Dasar :

Pengetahuan

3.4 Memahami konsep suhu, pemuaian, kalor, perpindahan kalor, dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari termasuk mekanisme menjaga kestabilan suhu tubuh pada manusia dan hewan.

Keterampilan

4.4 Melakukan percobaan untuk menyelidiki pengaruh kalor terhadap suhu dan wujud benda serta perpindahan kalor.

Tujuan Pembelajaran :

Setelah mengikuti proses pembelajaran daring, peserta didik dapat :

1. Menjelaskan pengertian kalor dengan benar.

2. Mengidentifikasi faktor-faktor yang mempengaruhi kalor dengan benar.

3. Melakukan perhitungan jumlah kalor pada kenaikan suhu zat dengan benar.

Assalamualaikum Wr. Wb
Anak-anak, sebelum kita belajar IPA hari ini, jangan lupa untuk berdoa terlebih dahulu. Dengan doa dan upaya kalian yang sungguh-sungguh, Pak Arief yakin kalian akan mampu menguasai materi hari ini. Berikut Peta Konsep materi yang akan kita pelajari.

PETA KONSEP

APERSEPSI

Sebelum melanjutkan membaca ringkasan materi, silakan disimak dulu video berikut ini untuk memberikan gambaran mengenai materi yang akan kita pelajari.

RINGKASAN MATERI

A. Pengertian Kalor

• Kalor merupakan bentuk energi yang berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. 
• Kalor merupakan jumlah panas baik yang diserap maupun dilepaskan oleh suatu benda.
• Secara alami, kalor selalu berpindah/mengalir dari benda yang besuhu tinggi (panas) ke benda yang bersuhu lebih rendah (dingin). 
• Kalor yang diterima oleh suatu benda menyebabkan benda tersebut berubah suhu atau berubah wujudnya.

B. Satuan Kalor

• Satuan kalor dalam SI adalah Joule (J). Satuan lain dari kalor adalah kalori. Kalori dan joule apabila dikonversikan perhitungannya seperti berikut.
• 1 kalori = 4,2 joule
• 1 joule = 0,24 kalori
• 1 kilo kalori = 4.200 joule
• Satu kalori didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram air sebesar 1^oC. Sementara itu, kalor jenis atau zat adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh suatu zat untuk menaikan suhu 1 kg zat sebesar 1^oC.

C. Kalor dan Perubahan Suhu Benda

Jika suatu benda mendapatkan kalor (dipanasi) maka suhu benda tersebut akan semakin tinggi, sebaliknya jika suatu benda kehilangan kalor (didinginkan) maka suhu benda tersebut akan semakin rendah. 

a. Kalor untuk mengubah suhu benda

• Besarnya kalor yang digunakan untuk mengubah suhu suatu benda ini dipengaruhi sebanding dengan massa benda, kalor jenis benda, dan perubahan suhu benda tersebut. 
• Secara matematis dapat ditulis:

Jurus jitu :

Agar lebih mudah di hafal, dapat dibuat sebuat kata yakni “Q=MaCeT”

Keterangan :
Q : kalor (J) atau (kal)

m : massa (kg) atau (g)

c : kalor jenis benda (J/kg^oC) atau (kal/g^oC)

ΔT : perubahan suhu (^oC)

Perubahan suhu ini, dapat ditentukan dengan cara suhu akhir dikurangi suhu awal 

b. Kalor Jenis Benda

• Kalor jenis benda didefinisikan sebagai jumlah kalor yang diperlukan 1 kg zat untuk menaikkan suhunya sebesar 1 ^oC. Berikut tabel kalor jenis untuk beberapa benda :

Kalor jenis benda pada suhu 25oC dan tekanan atmosfer
Jenis benda	Kalor jenis (c)
	J/kg oC	kal/g oC
Logam
Aluminum	900	0,215
Berilium	1830	0,436
Cadmium	230	0,055
Tembaga	387	0,0924
Germanium	322	0,077
Emas	129	0,0308
Besi	448	0,107
Timah	128	0,0305
Silikon	703	0,168
Perak	234	0,056
Kuningan	380	0,092
Non logam
Kaca	837	0,200
Es (-5oC)	2090	0,50
Marmer	860	0,21
Kayu	1700	0,41
Zat cair
Alkohol	2400	0,58
Merkuri	140	0,033
Air (15oC)	4186	1,00

Sumber : fundamentals of physics

• Berdasarkan tabel di atas, maka kita dapat mengetahui bahwa tiap benda memiliki nilai kalor jenis yang berbeda-beda. 
• Sebagai contoh aluminium memiliki kalor jenis sebesar 900 J/kg^oC hal ini memiliki penjelasan bahwa dibutuhkan energi kalor sebesar 900 J untuk menaikkan suhu 1 kg aluminium sebesar 1^oC. Emas yang memiliki kalor jenis sebesar 129 J/kg^oC artinya dibutuhkan energi kalor sebesar 129 J untuk menaikkan suhu 1 kg emas sebesar 1^oC.

Catatan:

• Semakin besar kalor jenis suatu benda, maka benda semakin susah dipanasi (butuh kalor yang lebih besar). 
• Hal ini berarti benda tersebut semakin bersifat isolator. Begitu pula sebaliknya semakin kecil kalor jenis suatu benda, maka benda semakin mudah dipanasi (butuh kalor yang lebih kecil). Hal ini berarti benda tersebut semakin bersifat konduktor.
• Berdasarkan hal tersebut maka dapat dikatakan bahwa emas (c_emas 129 J/kg^oC) lebih bersifat konduktor daripada aluminium (c_aluminium = 900 J/kg^oC)

c. Kapasitas kalor

• Kapasitas kalor suatu zat didefinisikan sebagai jumlah energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu suatu zat sebesar 1 ^oC. 
• Berdasarkan definisi tersebut maka persamaan kapasitas kalor dapat ditulis sebagai berikut:

Keterangan :

Q : kalor (J) atau (kal)

m : massa (kg) atau (g)

C : kapasitas kalor (J/^oC) atau (kal/^oC)
c : kalor jenis benda (J/kg^oC) atau (kal/g^oC)

ΔT : perubahan suhu (^oC)

Perubahan suhu ini, dapat ditentukan dengan cara suhu akhir dikurangi suhu awal

Tips:

• Perhatikan satuan dari kalor jenis yang digunakan dalam soal. Jika dalam J/kg^oC maka massa benda juga harus dalam kg, dan jika satuan kalor jenis benda dalam kal/g^oC maka massa benda dalam gram.
• Semakin besar kalor jenis suatu benda, maka benda tersebut semakin susah untuk dipanaskan.

D. Perpindahan Kalor

Perpindahan kalor dapat terjadi karena adanya perbedaan suhu. Berdasarkan mediumnya perpindahan kalor dapat dibedakan menjadi tiga yakni: konduksi, konveksi, dan radiasi.

1. Konduksi (hantaran) 

• Konduksi merupakan perpindahan kalor tanpa disertai dengan perpindahan mediumnya dan biasanya terjadi pada zat padat. 
• Contoh peristiwa konduksi:
• Salah satu ujung sendok terasa panas, ketika ujung lainnya dipanaskan.
• Panci bagian atas terasa panas, ketika diletakkan diatas kompos yang menyala

2. Konveksi (aliran) 

• Konveksi merupakan perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan mediumnya dan biasanya terjadi pada zat cair dan zat gas. 
• Contoh peristiwa konveksi:
• Angin darat adalah angin yang bergerak dari darat ke laut, terjadi pada waktu malam hari (udara didarat lebih cepat dingin daripada dilaut). Angin ini digunakan oleh nelayan untuk berangkat melaut.

• Angin laut adalah angin yang bergerak dari laut ke darat, terjadi pada waktu siang hari (udara didarat lebih cepat panas daripada dipermukaan laut). Angin ini biasanya digunakan oleh nelayan untuk pulang.

•  Udara yang dipanaskan

• Air yang dipanaskan

3. Radiasi (pancaran) 

• Radiasi merupakan perpindahan kalor tanpa memerlukan medium (kalor dipindahkan sebagai gelombang elektromagnetik). 
• Contoh peristiwa radiasi adalah panas matahari sampai ke bumi (panas matahari melewati ruang hampa udara).

Penerapan Perpindahan Kalor

Bagaimana termos dapat mencegah perpindahan kalor baik secara konduksi, konveksi, maupun radiasi?

CONTOH SOAL

1. Air sebanyak 3 kg bersuhu 10oC dipanaskan hingga bersuhu 35oC. Jika kalor jenis air 4.200 J/kgoC, tentukan kalor yang diserap air tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 3 kg

c = 4.200 J/kgoC

∆T = T2 – T1 = 35 – 10 = 25oC

Ditanyakan: Q = …?

Jawab:

Q = m c ∆T

Q = 3 . 4.200 . 25

Q = 315.000 J

2. Air sebanyak 100 gram yang memiliki temperatur 25oC dipanaskan dengan kalor sebesar 1.000 kalori. Jika kalor jenis air 1 kal/goC, tentukanlah temperatur air setelah pemanasan tersebut!

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 100 gram

T1 = 25oC

cair = 1 kal/goC

Q = 1.000 kal

Ditanyakan : T2 = …?
Jawab:

Q = m c ∆T

∆T	=	Q
		m c

∆T	=	1.000
		100 . 1

  ∆T = 10oC

Perubahan suhu memiliki arti selisih antara suhu akhir air setelah pemanasan dengan suhu awal, atau secara matematis dituliskan sebagai berikut.

ΔT = T2 – T1

10 = T2 – 25

T2 = 35°C

Jadi, suhu akhir air setelah pemanasan adalah 35oC.

3. Berapa besar kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebatang besi yang massanya 10 kg dari 20oC menjadi 100oC, jika kalor jenis besi 450 J/kgoC?

Penyelesaian:
Diketahui:

m = 10 kg

T1 = 20oC

T2 = 100oC

∆T = T2 – T1= 100 – 20 = 80oC

c = 450 J/kg oC
Ditanyakan: Q = ?

Jawab:

Q = m c ∆T

Q = 10 . 450 . 80

Q = 360.000 J = 360 kJ

Jadi, kalor yang dibutuhkan sebatang besi tersebut sebesar 360 kJ.

4. Zat cair yang massanya 2 kg dipanaskan dari suhu 20^oC menjadi 80^oC, memerlukan kalor sebesar 6 × 10⁵ Joule. Tentukan kalor jenis zat cair tersebut!

Penyelesaian:
Diketahui:

m = 2 kg

T1 = 20oC

T2 = 100oC

∆T = T2 – T1= 80 – 20 = 60oC

Q = 6 × 10⁵ J = 600.000 J
Ditanyakan: c = ?

Jawab:

Q = m c ∆T

c	=	Q
		m ∆T

c	=	600.000
		2 . 60

c	=	600.000
		120

   c = 5.000 J/kg oC

Jadi, kalor jenis zat cair tersebut adalah 5.000 J/kg oC.

5. Berapakah kapasitas kalor dari 5 kg suatu zat yang mempunyai kalor jenis 2 kal/goC?

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 5 kg = 5.000 g

c = 2 kal/goC

Ditanyakan: C = ?

Jawab:

C = m c

C = 5.000 . 2 

C = 10.000 kal/oC

6. Air yang mula-mula bersuhu 10oC dipanaskan hingga bersuhu 35oC. Jika kapasitas kalor air tersebut adalah 12.558 J/oC, tentukan kalor yang diserap air tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui:

∆T = T2 – T1= 35 – 10 = 25oC

C = 12.558 J/oC

Ditanyakan: Q = ?

Jawab:

C	=	Q
		∆T

Q = C . ∆T

Q = 12.558 . 25

Q = 313.950 J

7. Sepotong besi yang memiliki massa 3 kg, dipanaskan dari suhu 20oC hingga 120oC. Jika kalor yang diserap besi sebesar 135 kJ, tentukan kapasitas kalor besi dan kalor jenis besi?

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 3 kg

∆T =  T2 – T1= 120 – 20 = 100oC

Q = 135 kJ = 135.000 J

Ditanyakan: a. C 

                      b. c 

Jawab:

a. Menentukan kapasitas kalor besi:

C	=	Q
		∆T

C	=	135.000 J
		100oC

  C = 1.350 J/oC

b. Menentukan kalor jenis besi:

C = m c

c	=	C
		m

c	=	1.350 J/oC
		3 kg

  c = 450 J/kgoC

REFERENSI

• Video referensi :
Beberapa video referensi terkait materi bisa dilihat dengan cara klik pada gambar. 

PENUGASAN MANDIRI

• Tugas dikerjakan di buku tugas dilengkapi cara mengerjakan kemudian difoto.
• Tugas dikumpulkan melalui WA ke nomor HP Pak Arief maksimal 1 hari setelah pemberian tugas.
• Jangan lupa sampaikan salam dan perkenalkan diri dulu saat mengirimkan tugas.

Soal Latihan

1. Air yang massanya 2 kg suhunya adalah 25°C. Jika kalor jenis air adalah 4.200 J/kg°C, tentukan besarnya kalor yang dibutuhkan pada suhu 55°C ! 
2. Untuk menaikkan suhu 150 gram perak dari suhu 20°C ke suhu 40°C dibutuhkan kalor sebanyak 9.000 Joule. Berapakah kalor jenis perak tersebut?
3. Air sebanyak 200 gram yang memiliki suhu 45^oC dipanaskan dengan kalor sebesar 2.000 kalori. Jika kalor jenis air 1 kal/g^oC, tentukan :

a.     suhu air setelah pemanasan 

b.     kapasitas kalor

~ Tetap Semangat Belajar IPA #dirumahaja ~