Zsmart.id - Halo kawan-kawan sekalian, pada artikel kali ini kita akan sama-sama memberikan highlight atau rangkuman materi kalor pada mata pelajaran fisika SMA/MA kelas 11 semester 2 kurikulum merdeka.
A. Pengertian Kalor
Kalor merupakan aliran energi panas yang dapat ditransfer dari satu benda ke benda lainnya karena perbedaan suhu antara keduanya. Dalam fisika, kalor diukur dalam satuan joule (J) di sistem internasional (SI). Kalor dapat mengubah suhu suatu benda atau mengubah bentuk energi lainnya seperti energi kinetik atau energi potensial.
Secara umum, kalor terjadi saat ada perpindahan energi panas dari benda yang lebih panas ke benda yang lebih dingin. Proses ini terjadi sampai tercapai kesetimbangan termal, di mana suhu kedua benda menjadi sama.
Dalam kehidupan sehari-hari, kalor sangat penting karena berperan dalam banyak proses termal seperti memasak, pemanasan ruangan, dan dalam berbagai aplikasi teknologi seperti mesin dan sistem pendingin.
Terdapat beberapa persamaan-persamaan dasar dalam kalor seperti rumus kalor, kapasitas panas, kalor lebur dan kalor uap.
1. Rumus Kalor
Secara matematis, persamaan kalor dapat dituliskan ke dalam bentuk persamaan :
\[ Q=mc\Delta T\]
di mana Q merupakan kalor dalam J, c adalah kalor jenis benda (J/Kg.K), dan ΔT (K) merupakan selisih temperatur atau suhu.
2. Rumus Kapasitas Panas/Kalor
Secara matematis, persamaan kapasitas panas dapat dituliskan ke dalam bentuk persamaan:
\[C=\frac{Q}{\Delta T}\]
di mana C merupakan kapasitas panas/kalor benda.
3. Rumus Kalor Lebur
Kalor lebur merupakan kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan suatu objek. Akibatnya, benda tersebut akan mengalami transisi perubahan wujud dari padat menuju cair. Secara matematis, kalor lebur dapat dituliskan ke dalam bentuk persamaan :
\[Q=mL_{f}\]
di mana Lf merupakan kalor lebur spesifik bahan (J/Kg). Kalor lebur spesifik adalah besaran fisik yang spesifik untuk setiap jenis bahan. Nilainya bergantung pada bahan tersebut dan dapat diukur dalam laboratorium. Kalor lebur seringkali memiliki nilai yang tinggi, karena untuk mengubah bahan dari keadaan padat ke cair memerlukan energi untuk mengatasi gaya tarik antar partikel dalam bahan padat.
4. Rumus Kalor Uap
Kalor uap merupakan banyaknya kalor yang dibutuhkan agar benda atau objek tersebut berubah menjadu uap. Untuk menentukan nilai kalor uap, dapat diketahui dengan menggunakan rumus kalor uap.
\[Q=mL_{u}\]
di mana Lu adalah kalor uap spesifik (J/Kg). Kalor uap adalah besaran fisik yang spesifik untuk setiap jenis bahan. Nilainya bergantung pada bahan tersebut dan dapat diukur dalam laboratorium. Kalor uap spesifik biasanya memiliki nilai yang lebih tinggi dibandingkan dengan kalor lebur, karena proses mengubah zat dari cair menjadi uap memerlukan energi tambahan untuk mengatasi gaya tarik antar molekul yang lebih lemah dalam fase uap.
B. Rambatan Kalor
Rambatan kalor adalah proses perpindahan panas dari satu benda ke benda lainnya yang berada dalam kontak langsung atau tidak langsung, tanpa adanya perpindahan materi antara kedua benda tersebut. Proses ini terjadi karena adanya perbedaan suhu antara dua benda atau sistem yang saling berhubungan.
Ada tiga mekanisme utama yang dapat terjadi dalam rambatan kalor, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi:
1. Konduksi
Ini adalah perpindahan kalor melalui materi secara langsung. Ketika dua benda dalam kontak langsung, energi panas bergerak dari daerah dengan suhu lebih tinggi ke daerah dengan suhu lebih rendah. Contohnya adalah ketika memasak menggunakan panci di atas kompor, di mana panas dari kompor diserap oleh panci dan kemudian disebarkan ke makanan di dalamnya.
Rumus konduksi dari perpindahan kalor ini secara matematis dapat dituliskan ke dalam bentuk persamaan:
\[H=\frac{Q}{t}=kA\frac{\Delta T}{L}\]
di mana A merupakan luas penampang benda (m2), L adalah panjang benda (m) dan k adalah konduktivitas termal benda (W/m.K) yang menyatakan kemampuan benda dalam menghantarkan panas.
2. Konveksi
Proses ini terjadi ketika perpindahan panas terjadi melalui aliran fluida (biasanya udara atau air). Konveksi terbagi menjadi dua jenis: konveksi alami (terjadi karena perbedaan kepadatan dan suhu) dan konveksi paksa (terjadi karena adanya sumber panas eksternal seperti kipas atau pompa). Misalnya, pemanas ruangan bekerja dengan mendorong udara panas ke seluruh ruangan.
Rumus konveksi dari perpindahan kalor ini secara matematis dapat dituliskan ke dalam bentuk persamaan:
\[\frac{Q}{t}=hA\Delta T\]
di mana h merupakan koefisien konveksi termal benda (W/m².K)
3. Radiasi
Ini adalah proses perpindahan panas melalui gelombang elektromagnetik, seperti sinar inframerah. Radiasi tidak memerlukan medium untuk merambatkan panas dan dapat terjadi bahkan di ruang hampa udara. Contohnya adalah panas matahari yang mencapai bumi melalui radiasi.
Dalam kehidupan sehari-hari, rambatan kalor sangat penting untuk pemahaman kita tentang bagaimana panas disebarkan dan dikontrol di sekitar kita, seperti dalam pengaturan suhu di dalam bangunan, proses memasak, dan dalam desain peralatan elektronik dan industri.
Rumus radiasi dari perpindahan kalor ini secara matematis dapat dituliskan ke dalam bentuk persamaan:
\[\frac{Q}{t}=e\sigma AT^{4}\]
di mana pada persamaan tersebut e merupakan koefisien emisivitas benda yang nilainya 0<e<1, dan sigma merupakan konstanta Stefen-Boltzmann yakni 5.67x10¯⁸ W/m²K⁴.
C. Asas Black
Asas Black pada dasarnya merupakan kata lain dari proses termodinamika yakni kesetimbangan termal. Asas Black menekankan bahwa jumlah kalor yang diserap oleh benda harus sama dengan kalor yang dilepas oleh benda yang lainnya.
Penerapan asas Black biasanya banyak digunakan dalam membuktikan adanya kesetimbangan termal dari dua atau lebih benda yang saling berinteraksi. Secara matematis, prinsip asas Black dituliskan ke dalam bentuk :
\[Q_{Lepas}=Q_{Terima}\]
Sehingga, kalor lepas sama dengan kalor yang diterima.
D. Latihan Soal Materi Kalor
Sebuah panci berisi 2 liter air dengan suhu awal 20°C diletakkan di atas kompor. Ketika air dipanaskan, suhu naik menjadi 80°C. Kalor jenis air adalah 4.18 J/g·°C. Berapa kalor yang diperlukan untuk mengubah suhu air tersebut dari 20°C menjadi 80°C?
Pembahasan:
1. Data yang Diketahui
- Volume air: 2 liter = 2000 gram (mengingat kerapatan air adalah 1 gram/mL)
- Suhu awal air: \( T_1 = 20°C \)
- Suhu akhir air: \( T_2 = 80°C \)
- Kalor jenis air: \( c = 4.18 \, \text{J/g}·°C \)
2. Rumus Kalor yang Diperlukan
Kalor yang diperlukan (\( Q \)) untuk mengubah suhu suatu bahan dinyatakan dengan rumus:
\[ Q = m \cdot c \cdot \Delta T \]
di mana:
- \( m \) adalah massa bahan (dalam gram),
- \( c \) adalah kalor jenis bahan (dalam J/g·°C),
- \( \Delta T \) adalah perubahan suhu (dalam °C).
3. Langkah-langkah Perhitungan
a. Hitung massa air:
\[ m = 2000 \, \text{g} \]
b. Hitung perubahan suhu:
\[ \Delta T = T_2 - T_1 = 80°C - 20°C = 60°C \]
c. Hitung kalor yang diperlukan:
\[ Q = 2000 \, \text{g} \cdot 4.18 \, \text{J/g}·°C \cdot 60°C \]
\[ Q = 500160 \, \text{J} \]
Jadi, kalor yang diperlukan untuk mengubah suhu air dari 20°C menjadi 80°C adalah sekitar 500160 joule atau 500.16 kJ.
Soal ini menggambarkan penerapan konsep kalor jenis dan perubahan suhu dalam menghitung kalor yang diperlukan untuk memanaskan air dari suhu awal ke suhu tertentu. Demikian ramngkuman materi kalor fisika SMA kelas 11 semester 2 kurikulum merdeka. Semoga bermanfaat!
Post a Comment for "Rangkuman Materi Kalor Fisika SMA Kelas 11 Semester 2 Kurikulum Merdeka"