Asas Black [PDF]

Citation preview

Asas Black Asas Black adalah suatu prinsip dalam termodinamika yang dikemukakan oleh Joseph Black. Asas ini menjabarkan: 



Jika dua buah benda yang berbeda yang suhunya dicampurkan, benda yang panas memberi kalor pada benda yang dingin sehingga suhu akhirnya sama







Jumlah kalor yang diserap benda dingin sama dengan jumlah kalor yang dilepas benda panas







Benda yang didinginkan melepas kalor yang sama besar dengan kalor yang diserap bila dipanaskan



Bunyi Asas Black adalah sebagai berikut: "Pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat yang suhunya lebih tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima zat yang suhunya lebih rendah"



Rumus Asas Black Secara umum rumus Asas Black adalah



Qlepas = Qterima Keterangan: Qlepas adalah jumlah kalor yang dilepas oleh zat Qterima adalah jumlah kalor yang diterima oleh zat dan rumus berikut adalah penjabaran dari rumus diatas :



(M1 X C1) (T1-Ta) = (M2 X C2) (Ta-T2) Cara cepat/mudah (M1 X T1 + M2 X T2) / (M1 + M2) Keterangan : M1 = Massa benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi C1 = Kalor jenis benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi T1 = Temperatur benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi Ta = Temperatur akhir pencampuran kedua benda M2 = Massa benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah C2 = Kalor jenis benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah



T2 = Temperatur benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah Catatan : Pada pencampuran antara dua zat, sesungguhnya terdapat kalor yang hilang ke lingkungan sekitar. Misalnya, wadah pencampuran akan menyerap kalor sebesar hasil kali antara massa, kalor jenis dan kenaikan suhu wadah danrumus cepat di atas hanya berlaku untuk dua jenis zat cair yang sejenis (air dengan air) dan wadahnya dianggap tidak ikut menyerap.



Asas Black – Ketika sobat belajar fisika tentang termodinamika pasti akan menjumpai asas satu ini. Dari mana asal asas black ini? Awalnya dari seorang Imuwan kelahiran Bordeaux Perancis bernama Joseph Black. Ilmuwan yang juga menekuni ilmu kedokteran inilah yang menelurkan apa yang disebut asas black atau prinsip black mengenai kalor. Ia mengamati es dan benda-benda lain yang mencair ketika terkena panas. Ia berpendapat mencairnya es karena adanya penyerapan kalor ke dalam es sehingga menjadi air. Kalor tersebut akan sama dengan kalor yang dilepas oleh air tersebut untuk kembali menjadi es. Itulah gambaran sederhana mengenai pengertian asas black. Bunyi asas black sendiri adalah : “Jumlah kalor yang dilepas oleh materi yang bersuhu lebih tinggi akan sama dengan jumlah kalor yang diterima oleh materi yang suhunya lebih rendah” bisa juga disederhanakan Kalor yang dilepas akan sama dengan kalor yang diterima. (asas black) Dari



bunyi



asas



black



tersebut



bisa



Kalor Lepas = Kalor Terima



Qlepas = Qterima dengan rumus Q = m c Δt, maka



m2 c2 Δt2 = m1 c1 Δt1 jika Δt2 dan Δt1 didapat dari



skema berikut



diperoleh



persamaan



atau



rumus



asas



black



maka rumus asas black menjadi



m2 c2 Δt2 = m1 c1 Δt1 m2 c2 (t2-ta) = m1c1 (ta-t1) Keterangan :



m2 = masa materi yang suhunya lebih tinggi c2 = kalor jenis materi yang suhunya lebih tinggi m1 = masa materi yang suhunya lebih rendah c1 = kalor jenis materi yang suhunya lebih rendah T2 = suhu yang lebih tinggi T1 Ta



= suhu yang lebih rendah = suhu akhir / suhu campuran



Contoh Soal Asas Black Kita pakai contoh soal yang sangat sederhana, perhatikan gambar di bawah jika volume air di gelas B adalah setengah dari volume di gelas A, maka berapa suhu campurannya di gelas C?



Jawab :



Q lepas = Q terima



m2 c2 (t2-ta) = m1c1 (ta-t1) m = volume x masa jenis = V.ρ Vb.ρ c2(t2-ta) = Va.ρ c2(ta-t1) (karena sama-sama air, masa jenis dan kalor jenis bisa dicoret) Vb. (t2-ta) = Va. (ta-t1) 1/2 Va.(t2-ta) = Va. (ta-t1) 1/2 (40-ta) = (ta-25) 40-ta = 2ta-50 40+50 = 2ta+ta 90 = 3 ta



ta = 30 derajat 1. Es bermassa 0,2 kg dicampur dengan teh hangat bermassa 0,2 kg. Suhu es = – 10 oC, suhu teh hangat = 40oC. Kalor jenis es = 2100 J/kg Co, kalor jenis air = 4200 J/kg Co, kalor lebur air = 334.000 J/kg. Jika es dan teh hangat dicampur dalam sistem tertutup terisolasi, tentukan suhu akhir campuran. Pembahasan Diketahui : Massa es (m es) = 0,2 kg Massa air teh hangat (m teh) = 0,2 kg Kalor jenis air (c air) = 4180 J/kg Co Kalor jenis es (c es) = 2100 J/kg Co Kalor lebur air (Lf air) = 334.000 J/kg Suhu es (T es) = -10oC Suhu air teh hangat (T teh) = 40oC Ditanya : suhu akhir campuran (T campuran) ? Jawab : Langkah pertama, perkirakan keadaan akhir. Kalor yang harus dilepaskan oleh air untuk menurunkan suhu 0,2 kg teh hangat dari 40 oC sampai 0oC :



Kalor yang diserap oleh 0,2 kg es untuk menaikkan suhunya dari -10 oC sampai 0oC :



Kalor yang diserap untuk mencairkan 0,2 kg es (kalor yang diperlukan untuk mengubah semua es menjadi air) :



Berdasarkan perhitungan di atas, diperoleh hasil sebagai berikut : Q lepas = 33,444 kJ Q terima = 4,2 kJ Q lebur = 66,8 kJ Ketika teh hangat melepaskan kalor sebanyak 33,44 kJ, suhu teh hangat berubah dari 40oC menjadi 0oC. Sebagian kalor yang dilepaskan (sekitar 4,2 kJ) digunakan untuk menaikkan suhu es dari -10 oC sampai 0oC. 33,44 kJ – 4,2 kJ = 29,24 kJ. Untuk meleburkan semua es menjadi air diperlukan kalor sebesar 66,8 kJ. Kalor yang tersisa adalah 29,24 kJ. Dapat disimpulkan bahwa kalor yang dilepaskan oleh teh hangat digunakan hanya untuk menaikkan suhu es dari -10 oC sampai 0oC dan meleburkan sebagian es. Sebagian es telah berubah menjadi air, sebagiannya belum. Selama proses perubahan wujud padat menjadi cair, suhu tidak berubah. Karenanya suhu akhir campuran adalah 0oC. 2. Massa teh panas = 0,4 kg, massa es = 0,2 kg, suhu es batu = -10 oC, suhu teh panas = 90oC. Jika keduanya dicampur, berapakah suhu akhir campuran ? Pembahasan Langkah pertama : perkirakan keadaan akhir Kalor yang harus dilepaskan oleh air untuk menurunkan suhu 0,4 kg air teh panas dari 90oC sampai 0oC :



Kalor yang diterima oleh 0,2 kg es untuk menaikkan suhunya dari -10 oC sampai 0oC :



Kalor yang diperlukan untuk meleburkan 0,2 kg es (kalor yang diperlukan untuk mengubah semua es menjadi air) :



Berdasarkan perhitungan di atas, diperoleh hasil sebagai berikut : Q lepas = 150,48 kJ Q terima = 4,2 kJ Q lebur = 66,8 kJ Ketika teh panas melepaskan kalor sebanyak 150,48 kJ, suhu teh panas berubah dari 90oC menjadi 0oC. Sebagian kalor yang dilepaskan (4,2 J) digunakan untuk menaikkan suhu es dari -10 oC sampai 0oC. 150,48 kJ – 4,8 kJ = 146,28 kJ. Kalor yang tersisa = 146,28 kJ. Kalor yang diperlukan untuk meleburkan semua es menjadi air hanya sebesar 66,8 kJ. 146,28 kJ – 66,8 kJ = 79,48 kJ. Teh panas tidak perlu melepaskan semua kalor hingga suhunya berkurang menjadi 0oC. Kesimpulannya suhu akhir campuran pasti lebih besar daripada 0 oC. Langkah kedua : menentukan suhu akhir (T) Kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu es dari -10oC sampai 0oC adalah4200 J. Kalor yang diperlukan untuk meleburkan semua es menjadi air (kalor laten) = 66.800 J Kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu air (air hasil peleburan semua es) dari 0 oC sampai ToC = (massa es)(kalor jenis air)(T – 0) = (0,2)(4180)(T) = 836 T Kalor yang dilepaskan oleh teh hangat untuk menurunkan suhunya dari 90oC sampai T = (massa jenis air)(90-T) = (0,4)(4180)(90 – T) = 1672 (90-T) = 150.480 – 1672 T







Alkohol yang massanya 50 gram dan suhunya adalah 66,3°C dimasukkan ke dalam air yang massanya adalah 75 gram dan suhunya adalah 21,9°C. Kalor jenis alkohol = 2,4 J/g°C dan kalor jenis air = 4,2 J/g°C. Berapakah suhu akhir campuran itu? Q_terima m * c * Δt terima 50 * 2,4 * (66,3 - t_A) = 120 * (66,3 - t_A) 7.956 - 120t_A 7.956 + 6.898,5 14.854,5 t_A



= Q_lepas = m * c * Δt lepas 75 * 4,2 * (t_A - 21,9) = 315 * (t_A - 21,9) = 315t_A - 6.898,5 = 315t_A + 120t_A = 435t_A = 34,15°C