A. Pengertian
Perpindahan kalor adalah ilmu yang memperkirakan terjadinya perpindahan energi yang disebabkan oleh adanya perbedaan suhu di antara benda atau material. Ilmu perpindahan kalor menjelaskan bagaimana energi berpindah dari suatu benda ke benda lain dengan memperkirakan laju perpindahan yang terjadi pada kondisi-kondisi tertentu.(Holman, 1986).
Dalam proses industri, umumnya panas berpindah dari fluida yang satu menuju ke fluida yang lain setelah melalui dinding padat. Gambar a memperlihatkan bahwa panas berpindah dari aliran fluida panas ke aliran fluida dingin dengan menunjukkan profil suhu.
B. Jenis – jenis perpin dahan panas
1. Induksi
Induksi adalah perpindahan kalor tanpa disertai zat perantara sedangkan konveksi merupakan perpindahan kalor yang di ikuti zat perantara. dengan contoh yang lebih simpel, yakni satu logam panjang yang dipanaskan. Satu ujung logam panjang yang di beri nama A dipanaskan maka beberapa saat kemudian ujung yang lain (kita sebut ujung B) juga akan ikut panas. Pemanfaatan Konduksi dalam kehidupan sehari-hari sendiri bisa dengan mudah kita temukan, misalnya saja saat memasak air maka kalor berpindah dari api (kompor) menuju panci dan membuat air mendidih.
2. Radiasi
Merupakan proses terjadinya perpindahan panas (kalor) tanpa menggunakan zat perantara. Perpindahan kalor secara radiasi tidak membutuhkan zat perantara, contohnya anda bisa melihat bagaimana matahari memancarkan panas ke bumi dan api yang memancarkan hangat ke tubuh anda. Kalor dapat di radiasikan melalui bentuk gelombang cahaya, gelombang radio dan gelombang elektromagnetik. Radiasi juga dapat dikatakan sebagai perpindahan kalor melalui media atau ruang yang akhirnya diserap oleh benda lain. Contoh radiasi dalam kehidupan sehari-hari dapat anda lihat saat anda menyalakan api unggun, anda berada di dekat api unggun tersebut dan anda akan merasakan hangat.
3. Konveksi
Merupakan perpindahan kalor (panas) yang disertai dengan berpindahnya zat perantara. Konveksi sebenarnya mirip dengan Induksi, hanya saja jika Induksi adalah perpindahan kalor tanpa disertai zat perantara sedangkan konveksi merupakan perpindahan kalor yang di ikuti zat perantara. Contoh konveksi dalam kehidupan sehari-hari dapat anda lihat pada proses pemasakan air, apakah anda tau apa yang terjadi saat air dimasak? Saat air dimasak maka air bagian bawah akan lebih dulu panas, saat air bawah panas maka akan bergerak ke atas (dikarenakan terjadinya perubahan masa jenis air) sedangkan air yang diatas akan bergerak kebawah begitu seterusnya sehingga keseluruhan air memiliki suhu yang sama. Selain itu contoh konveksi yang lain juga dapat anda temui pada ventilasi ruangan dan cerobong asap.
C. Alat penukar kalor
Penukar kalor adalah alat untuk melaksanakan perpindahan energi thermal dari satu fluida ke fluida yang lain. Dalam penukar kalor yang paling sederhana, fluida panas dan fluida dingin bercampur langsung sedangkan dalam kebanyakan penukar kalor yang lain kedua fluida itu terpisah oleh suatu dinding. Penukar kalor jenis ini, disebut rekuperator, mungkin hanya berupa dinding rata sederhana yang memisahkan dua fluida yang mengalir, tetapi mungkin pula merupakan konfigurasi rumit yang melibatkan lintas-lintas rangkap, sirip, atau sekat. Dalam hal ini, diperlukan prinsip perpindahan kalor konduksi dan konveksi, kadang-kadang juga radiasi, untuk memberikan prosos pertukaran energi.
Menurut Incropera dan Dewitt (1981), efektivitas suatu heat exchanger didefinisikansebagaiperb andingan antara perpindahan panas yang diharapkan (nyata) dengan perpindahanpanasmaksimum yang mungkin terjadi dalam heat exchanger tersebut. Secara umumpengertian alatpenukar panas atau heat exchanger (HE), adalah suatu alat yangmemungkinkan perpindahanpanas dan bisa berfungsi sebagai pemanas maupun sebagaipendingin. Biasanya, mediumpemanas dipakai uap lewat panas (super heated steam) dan airbiasa sebagai air pendingin(cooling water). Penukar panas dirancang sebisa mungkin agarperpindahan panas antar fluidadapat berlangsung secara efisien. Pertukaran panas terjadikarena adanya kontak, baik antarafluida terdapat dinding yang memisahkannya maupunkeduanya bercampur langsung begitu saja.Penukar panas sangat luas dipakai dalam industriseperti kilang minyak, pabrik kimia maupunpetrokimia, industri gas alam,refrigerasi,pembangkit listrik. Salah satu contoh sederhana dari alatpenukar panas adalahradiator mobil di mana cairan pendingin memindahkan panas mesin keudara sekitar.
Pengertian Heat ExchangerMenurut Incropera dan Dewitt (1981), efektivitas suatu heat exchanger didefinisikansebagaiperbandingan antara perpindahan panas yang diharapkan (nyata) dengan perpindahanpanasmaksimum yang mungkin terjadi dalam heat exchanger tersebut. Secara umumpengertian alatpenukar panas atau heat exchanger (HE), adalah suatu alat yangmemungkinkan perpindahanpanas dan bisa berfungsi sebagai pemanas maupun sebagaipendingin. Biasanya, mediumpemanas dipakai uap lewat panas (super heated steam) dan airbiasa sebagai air pendingin(cooling water). Penukar panas dirancang sebisa mungkin agarperpindahan panas antar fluidadapat berlangsung secara efisien. Pertukaran panas terjadikarena adanya kontak, baik antarafluida terdapat dinding yang memisahkannya maupunkeduanya bercampur langsung begitu saja.Penukar panas sangat luas dipakai dalam industriseperti kilang minyak, pabrik kimia maupunpetrokimia, industri gas alam,refrigerasi,pembangkit listrik. Salah satu contoh sederhana dari alatpenukar panas adalahradiator mobil di mana cairan pendingin memindahkan panas mesin keudara sekita
Dalam Bahasa Indonesia heat exchanger memiliki arti harfiah alat penukar panas. Namun di sini saya akan tetap menggunakan bahasa aslinya agar tidak terjadi kerancuan lebih lanjut. Pengertian ilmiah dari heat exchanger adalah sebuah alat yang berfungsi untuk mentransfer energi panas (entalpi) antara dua atau lebih fluida, antara permukaan padat dengan fluida, atau antara partikel padat dengan fluida, pada temperatur yang berbeda serta terjadi kontak termal. Lebih lanjut, heat exchanger dapat pula berfungsi sebagai alat pembuang panas, alat sterilisasi, pesteurisasi, pemisahan campuran, distilisasi (pemurnian, ekstraksi), pembentukan konsentrat, kristalisasi, atau juga untuk mengontrol sebuah proses fluida.
Satu bagian terpenting dari heat exchanger adalah permukaan kontak panas. Pada permukaan inilah terjadi perpindahan panas dari satu zat ke zat yang lain. Semakin luas bidang kontak total yang dimiliki oleh heat exchanger tersebut, maka akan semakin tinggi nilai efisiensi perpindahan panasnya. Pada kondisi tertentu, ada satu komponen tambahan yang dapat digunakan untuk meningkatkan luas total bidang kontak perpindahan panas ini. Komponen tersebut adalah sirip.
D. Jenis-jenis penukar kalor
Jenis-jenis penukar kalor yang umum antara lain ialah jenis plat-rata ( flat-plate ), selongsong dan tabung ( shell and tube ) dan jenis aliran silang (crossflow ). Contoh penukar kalor pipa ganda ( double pipe exchanger ), yang merupakan salah satu bentuk yang paling sederhana dari jenis shell and tube, terlihat pada gambar b. jika kedua fluida mengalir menurut arah yang sama, seperti pada gambar, maka penukar kalor itu termasuk jenis aliran sejajar ( parallel flow ); jika kedua fluida mengalir berlawanan arah, maka penukar kalor itu disebut jenis aliran lawan arah ( counterflow ). (R.Pitts dan E.Sissom,1987)
E. Macam-macam Heat Exchanger Berdasarkan Proses Transfer Panas
1. Heat Exchanger Tipe Kontak Tak Langsung
Heat exchanger tipe ini melibatkan fluida-fluida yang saling bertukar panas dengan adanya lapisan dinding yang memisahkan fluida-fluida tersebut. Sehingga pada heat exchanger jenis ini tidak akan terjadi kontak secara langsung antara fluida-fluida yang terlibat. Heat exchanger jenis ini masih dibagi menjadi beberapa jenis lagi, yaitu:
- o Heat Exchanger Tipe Direct-Transfer. Pada heat exchanger tipe ini, fluida-fluida kerja mengalir secara terus-menerus dan saling bertukar panas dari fluida panas ke fluida yang lebih dingin dengan melewati dinding pemisah. Yang membedakan heat exchanger tipe ini dengan tipe kontak tak langsung
- lainnya adalah aliran fluida-fluida kerja yang terus-menerus mengalir tanpa terhenti sama sekali. Heat exchanger tipe ini sering disebut juga dengan heat exchanger recuperator.
- o Storage Type Exchange. Heat exchanger tipe ini memindahkan panas dari fluida panas ke fluida dingin secara intermittent (bertahap) melalui dinding pemisah. Sehingga pada jenis ini, aliran fluida tidak secara terus-menerus terjadi, ada proses penyimpanan sesaat sehingga energi panas lebih lama tersimpan di dinding-dinding pemisah antara fluida-fluida tersebut. Tipe ini biasa pula disebut dengan regenerative heat exchanger.
- o Fluidized-Bed Heat Exchanger Heat exchanger tipe ini menggunakan sebuah komponen solid yang berfungsi sebagai penyimpan panas yang berasal dari fluida panas yang melewatinya. Fluida panas yang melewati bagian ini akan sedikit terhalang alirannya sehingga kecepatan aliran fluida panas ini akan menurun, dan panas yang terkandung di dalamnya dapat lebih efisien diserap oleh padatan tersebut. Selanjutnya fluida dingin mengalir melalui saluran pipa-pipa yang dialirkan melewati padatan penyimpan panas tersebut, dan secara bertahap panas yang terkandung di dalamnya ditransfer ke fluida dingin.
2. Heat Exchanger Tipe Kontak Langsung
Suatu alat yang di dalamnya terjadi perpindahan panas antara satu atau lebih fluida dengan diikuti dengan terjadinya pencampuran sejumlah massa dari fluida-fluida tersebut disebut dengan heat exchanger tipe kontak langsung. Perpindahan panas yang diikuti percampuran fluida-fluida tersebut, biasanya diikuti dengan terjadinya perubahan fase dari salah satu atau labih fluida kerja tersebut. Terjadinya perubahan fase tersebut menunjukkan terjadinya perpindahan energi panas yang cukup besar. Perubahan fase tersebut juga meningkatkan kecepatan perpindahan panas yang terjadi.
F. Sistem kerja Heat Exchanger
1. Secara kontak langsung, panas yang dipindahkan antara fluida panas dan dingin melalui permukaan kontak langsung berarti tidak ada dinding antara kedua fluida.Transfer panas yang terjadi yaitu melalui interfase / penghubung antara kedua fluida.
Contoh : aliran steam pada kontak langsung yaitu 2 zat cair yang immiscible (tidak dapat bercampur), gas-liquid, dan partikel padat-kombinasi fluid.
2. Secara kontak tak langsung, perpindahan panas terjadi antara fluida panas dandingin melalui dinding pemisah. Dalam sistemini, kedua fluida akan mengalir.
Jadi pada intinya, sistem kerja heat exchanger yaitu memindahkan panas baik menggunakan perantara maupun tidak, dari suhu yang lebih tinggi kesuhu yang lebih rendah.
Aplikasi heat exchanger pada Rice Cooker atau Magicom
Rice Cooker atau penanak nasi merupakan alat rumah tangga listrik yang berguna untuk memasak nasi. Meskipun tujuan utama alat ini adalah untuk n memasak nasi, tetapi dapat juga difungsikan untuk merebus sayuran, mengukus kuah dan sebagainya.
Rice cooker pertama kali ditemukan oleh Yoshitada Minami. Pada tahun 1937, tentara Jepang mulai menjalankan prinsip kerja perangkat penanak nasi bertenaga listrik tersebut. Awalnya rice cooker yang digunakan terdiri dari wadah kayu tahan bocor dan lempengan logam bertenaga listrik. Lempengan logam tersebut berfungsi memanaskan wadah kayu yang sudah terisi beras dan air di dalamnya. Wadah kayu yang terus dipanaskan dengan logam pemanas, kemudian menjadikan beras di dalamnya masak. Saat itu, proses untuk mengubah beras menjadi nasi masih sangat lama karena wadah kayu yang digunakan belum dilengkapi penutup. Akibatnya, uap panas yang dihasilkan dari air mendidih di dalam wadah terbuang percuma ke udara bebas.
Untuk menyingkat waktu, kemudian perangkat ini dilengkapi dengan tutup, sehingga uap panas bisa dimaksimalkan fungsinya di dalam wadah untuk menjadikan beras lebih cepat masak jadi nasi. Hasil dari penyempurnaan ini kemudian memunculkan ide Mitsubishi memproduksinya secara massal. Pada tahun 1945, perusahaan tersebut untuk pertama kalinya memproduksi dan memperdagangkan rice cooker.
Jika tentara Jepang membuat rice cooker dengan wadah kayu, Mistubishi melengkapi perabotan ini dengan wadah aluminium. Dengan demikian, hantaran panas di dalam wadah bekerja lebih maksimal. Dampaknya, nasi di dalam wadah menjadi cepat sekali masak. Ditambah lagi, uap air yang terjebak di dalamnya akibat tertutup rapat, ikut menghasilkan panas yang mempercepat proses menanak nasi.
Inovasi ini ternyata belum menjadi titik akhir bagi rice cooker. Pada tahun 1956, Toshiba menyempurnakan perabot ini secara signifikan. Saat itu, Toshima membuat produk membuat rice cooker yang secara otomatis berhenti bekerja begitu nasi yang dalamnya sudah masak. Inovasi ini menjadikan rice cooker bekerja lebih aman dibanding sebelumnya.
Toshiba meraih sukses besar dengan inovasinya. Dalam satu bulan, rata-rata 200 ribu rice cooker terserap pasar dalam negeri. Empat tahun setelah produk Toshiba ini diluncurkan, sekitar 50 persen warga Jepang melengkapi dapurnya dengan rice cooker.
Seiring perkembangan waktu, alat ini kemudian menembus pasar dunia dan dilengkapi fungsinya. Alat yang semula hanya bisa memasak nasi, kemudian dilengkapi dengan fungsi menghangatkan nasi, juga menghangatkan sayur-mayur. Namun demikian, sumber tenaga yang digunakannya tetap listrik dan dibuat lebih hemat.
Cara kerja Rice Cooker dan Nama Bagian pada Rice Cooker
1. Bagian – bagian pada Rice Cooker
1. Cast Heater.
Heater ini menyatu dengan logam. Menghasilkan daya 300-400 watt, tergantung jenis cookernya. Apabila kerusakan pada bagian ini, sudah tidak memungkinkan untuk diperbaiki.
2. Mica heater / termistor
Heater jenis ini tertutup oleh semacam kertas (mica) yang berfungsi pada waktu warming. Heater ini juga berfungsi sebagai termistor, yaitu tahanan makin besar bila bertambah panasnya. Makin besar tahanan maka tegangan yang masuk berkurang sehingga mengurangi daya panas yang dihasilkan heater. Sehingga mampu mengontrol panas cooker saat warming supaya panasnya tetap di kisaran 70-80 celcius.
3. Thermostat
Dalam thermostat terdapat magnet dan pegas, pada suhu ruang gaya magnet lebih besar dari gaya pegas. Bagian metal thermostat (bagian yang kontak langsung dengan panci tempat nasi) menyensor panas dari panci apakah panasnya sudah mencapai sekitar 134 derajat celcius. Metal bila terkena panas maka daya magnet berkurang sehingga gaya pegas lebih besar dari gaya magnet. Akibatnya pegas terlepas dari magnet (menjauh) sehingga menekan tuas dan tuas menekan saklar.
4. Thermal Fuse
Thermal fuse berfungsi memutus arus bila panasnya melebihi kewajaran akibat adanya kerusakan dari rice cooker.
5. Saklar
saklar berfungsi untuk memindah dari posisi cooking ke warming maupun sebaliknya. Tombol saklar ditekan oleh tuas yang digerakkan otomatis oleh thermostat maupun secara manual melalui tombol panel.
6. Panel led (lampu)
Terdiri led indikator untuk posisi cooking dan warming.
2. Cara kerja pada Rice Cooker
Pada posisi cooking, saklar (swicth) terhubung. Arus listrik dari L langsung ke cast heater dan led cooking. Lampu led cooking menyala, dan cast heater menghasilkan panas secara maksimal. Bila tegangan listrik 220 volt maka cast heater juga mendapat tegangan 220 volt. Pada panas 100 celcius (titik didih air), air dalam panci sudah menguap semua. Panas dilanjutkan hingga pada 134 celcius thermostat trip (pegas lepas dari magnet), selanjutnya menekan tuas dan menggerakkan saklar menjadi off (putus), masuk ke mode warming. Saat warming, arus listrik dari L melalui mica heater (termistor) dan led warming. Tegangan yang keluar dari mica heater kurang dari 25 volt. Posisi warming, cast heater hanya mendapat tegangan kurang dari 25 volt, tegangan yang masuk ke cast heater dikontrol oleh termistor (mica heater) sehingga didapat panas yang stabil (sekitar 70-80 celcius) untuk menjaga nasi tetap hangat.
KESIMPULAN
Jadi, sistem kerja pada magicom atau rice cooker itu menggunakan sistem perpindahan panas, menggunakan jenis induksi dan konveksi. Panas yang dihaslikan oleh heater langsung dihubungkan atau disalurkan kepanci, peristiwa ini merupakan jenis perpindahan panas induksi. Panas dari heater tadi langsung kepanci dan dari panci langsung menuju air dan beras yang ada didalamnya, air didalam panci akan mendidih dan beras akan matang, peristiwa ini merupan jenis perpindahan panas konveksi, karena panas yang diterima air dan beras tadi menggunakan perantara, yaitu panci. Panci menjadi panas karena mendapat suplai dari heater dan panas yang diperoleh oleh panci, disalurkan atau didistribusikan keair dan beras. Perpindahan panas sangat membantu dan mendukung kebutuhan hidup manusia, pengapllikasian perpindahan panas tidak hanya pada magicom saja, masih banyak alat kebutuhan manusia yang menggunakan aplikasi perpindahan panas.
==============================================================
KALOR DAN PERPINDAHAN KALOR
PENGARUH KALOR TERHADAP SUATU ZAT
Setiap ada perbedaan suhu antara dua sistem, maka akan terjadi perpindahan kalor. Kalor mengalir dari sistem bersuhu tinggi ke sistem yang bersuhu lebih rendah. Apa sajakah pengaruh kalor terhadap suatu sistem atau benda?
1. Kalor Dapat Mengubah Suhu Benda
Kalor merupakan salah satu bentuk energi, sehingga dapat berpindah dari satu sistem ke sistem yang lain karena adanya perbedaan suhu. Sebaliknya, setiap ada perbedaan suhu antara dua sistem maka akan terjadi perpindahan kalor. Sebagai contoh, es yang dimasukkan ke dalam gelas berisi air panas, maka es akan mencair dan air menjadi dingin. Karena ada perbedaan suhu antara es dan air maka air panas melepaskan sebagian kalornya sehingga suhunya turun dan es menerima kalor sehingga suhunya naik (mencair).
2. Kalor Dapat Mengubah Wujud Zat
Kalor yang diberikan pada zat dapat mengubah wujud zat tersebut. Perubahan wujud yang terjadi ditunjukkan oleh Gambar 6.15. Cobalah mengingat kembali pelajaran SMP, dan carilah contoh dalam kehidupan sehari-hari yang menunjukkan perubahan wujud zat karena dipengaruhi kalor.
KALOR SEBAGAI TRANSFER ENERGI
Kalor mengalir dengan sendirinya dari suatu benda yang suhunya lebih tinggi ke benda lain dengan suhu yang lebih rendah. Pada abad ke-18 diilustrasikan aliran kalor sebagai gerakan zat fluida yang disebut kalori.
Kalor Jenis ( c ) dan Kapasitas Kalor ( C )
Apabila sejumlah kalor diberikan pada suatu benda, maka suhu benda itu akan naik. Kemudian yang menjadi pertanyaan, seberapa besar kenaikan suhu suatu benda tersebut? Pada abad ke-18, sejumlah ilmuwan melakukan percobaan dan menemukan bahwa besar kalor Q yang diperlukan untuk mengubah suhu suatu zat yang besarnya ΔT sebanding dengan massa m zat tersebut.
Pernyataan tersebut dapat dinyatakan dalam persamaan:
Q = m.c. ΔT .................................................. (6.18)
dengan:
Q = banyaknya kalor yang diperlukan ( J)
m = massa suatu zat yang diberi kalor (kg)
c = kalor jenis zat (J/kgoC)
ΔT = kenaikan/perubahan suhu zat (oC)
Dari persamaan (6.18) tersebut, c adalah besaran karakteristik dari zat yang disebut kalor jenis zat. Kalor jenis suatu zat dinyatakan dalam satuan J/kgoC (satuan SI yang sesuai) atau kkal/kgoC. Untuk air pada suhu 15 oC dan tekanan tetap 1 atm, cair = 1 kkal/kgoC = 4,19 × 103 J/kgoC.
Untuk suatu zat tertentu, misalnya zatnya berupa bejana kalorimeter ternyata akan lebih memudahkan jika faktor massa (m) dan kalor jenis (c) dinyatakan sebagai satu kesatuan. Faktor m dan c ini biasanya disebut kapasitas kalor, yaitu banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat sebesar 1oC.
Kapasitas kalor (C ) dapat dirumuskan:
C = m.c atau C = Q/∆T......................... (6.19)
Dari persamaan (6.18) dan (6.19), besarnya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat adalah:
Q = m.c. ΔT = C. ΔT .................................... (6.20)
dengan:
Q = banyaknya kalor yang diperlukan (J)
m = massa suatu zat yang diberi kalor (kg)
c = kalor jenis zat (J/kgoC)
ΔT = kenaikan/perubahan suhu zat (oC)
C = kapasitas kalor suatu zat (J/oC)
Contoh Soal
Air sebanyak 3 kg bersuhu 10 oC dipanaskan hingga bersuhu 35 oC. Jika kalor jenis air 4.186 J/kgoC, tentukan kalor yang diserap air tersebut!
Penyelesaian:
Diketahui: m = 3 kg, c = 4.186 J/kgoC, Δt = (35 – 10)oC = 25 oC
Ditanya: Q = ... ?
Jawab:
Q = m.c. Δt = 3 kg × 4.186 J/kgoC × 25 oC = 313.950 J
LEMBAR KERJA PRAKTIK
Kegiatan
Tujuan : Melakukan pengukuran panas jenis dengan menggunakan kalorimeter.
Alat dan Bahan : Kalorimeter lengkap, pemanas dan tungku spiritus, landasan besi, termometer, kaleng pemanas, air, minyak, berbagai zat cair lainnya, berbagai macam logam.
Cara Kerja :
- Ambillah tungku pemanas dan nyalakan, lalu letakkan kaleng pemanas yang sebagian berisi air di atas tungku dengan dasar landasan besi sampai air mendidih.
- Ambillah sebuah logam yang sebelumnya ditimbang massanya m1, selanjutnya logam ini ditaruh di bagian atas kaleng pemanas.
- Timbanglah sejumlah volume air mc.
- Timbanglah massa kalorimeter mk beserta logam pengaduknya mp.
- Siapkan kalorimeter dan isilah dengan air yang telah ditimbang tersebut. Ukurlah suhu awal dari air bersama kalorimeter sebagai T1.
- Ukur suhu logam yang masih berada di dalam pemanas sebagai T2, selanjutnya ambillah logam tersebut dan masukkan ke dalam kalorimeter yang tersedia.
- Aduklah kalorimeter berisi logam itu sehingga merata dan ukur suhu akhir sebagai T3.
- Ulangi percobaan dengan menggunakan zat cair lain sebagai pengganti air yang digunakan untuk mengisi kalorimeter.
- Masukkan data percobaan ke dalam tabel berikut ini.
Diskusi :
Carilah panas jenis logam untuk pengisi cairan adalah air!
Carilah panas jenis cairan untuk cairan bukan air!
Apa yang dapat disaimpulkan dari percobaan tersebut?
Hukum Kekekalan Energi Kalor (Asas Black)
Apabila dua zat atau lebih mempunyai suhu yang berbeda dan terisolasi dalam suatu sistem, maka kalor akan mengalir dari zat yang suhunya lebih tinggi ke zat yang suhunya lebih rendah. Dalam hal ini, kekekalan energi memainkan peranan penting. Sejumlah kalor yang hilang dari zat yang bersuhu tinggi sama dengan kalor yang didapat oleh zat yang suhunya lebih rendah.
Hal tersebut dapat dinyatakan sebagai Hukum Kekekalan Energi Kalor, yang berbunyi:
Kalor yang dilepas = kalor yang diserap
QL = QS
Persamaan tersebut berlaku pada pertukaran kalor, yang selanjutnya disebut Asas Black. Hal ini sebagai penghargaan bagi seorang ilmuwan dari Inggris bernama Joseph Black (1728 - 1799).
Contoh Soal
Jika teh 200 cm3 pada suhu 95 oC dituangkan ke dalam cangkir gelas 150 g pada suhu 25 oC, berapa suhu akhir (T ) dari campuran ketika dicapai kesetimbangan, dengan menganggap tidak ada kalor yang mengalir ke sekitarnya?
Penyelesaian:
Teh sebagian besar berupa air, memiliki kalor jenis (C ) 4.186 J/kgoC.
V = 200 cm3 = 200 × 10- 6 m3,
massa, m = ρ.V = (1,0 × 103 kg/m3)(200 × 10- 6 m3) = 0,20 kg
Dengan menerapkan Hukum Kekekalan Energi, maka:
kalor yang hilang dari teh = kalor yang diterima cangkir
mteh.cteh (95 oC – T ) = mcangkir.ccangkir (T – 25 oC)
di mana T adalah temperatur yang masih belum diketahui.
(0,20 kg)(4.186 J/kgoC)(95oC – T ) = (0,15 kg)(840 J/kgoC)(T – 25oC)
79.534 J – (837,2)T = (126)T – 3.150 J
T = 85 Oc
Teh berkurang suhunya sebesar 10 oC dalam mencapai kesetimbangan dengan cangkir.
