Kalor dan Wujud Suatu Benda

IX.2 Kalor dan Wujud Suatu Benda

Sebagaimana kita ketahui bahwa suatu benda bisa berada dalam wujud padat, cair dan gas. Sekarang malah telah diketahui pula bahwa suatu benda bisa berada dalam wujud ‘plasma” yaitu suatu keadaan dimana benda gas, atom-atomnya sudah terionisasi semua dalam keadaan bebas. Disini wujud plasma itu tidak akan diuraikan karena seluk-beluknya cukup luas dan merupakan salah satu cabang ilmu fisika yang cukup berkembang.
Selanjutnya kita mendefinisikan suatu besaran yang dinamakan “kalor” yang merupakan suatu kuantitas panas dinyatakan dalam satuan kalori. Dalam hal ini satu kalori didefinisikan sebagai )kuantitas panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu gram air murni (H₂o dari 19,5^oC.Selanjutnya menurut penyelidikan yang dilakukan oleh Joule bila tenaga mekanik yang diberikan pada suatu sistem dapat diisolir sedemikian rupa sehingga tak ada tenaga yng hilang, maka dari hasil eksperimen itu tenaga mekanik 4,2 joule setara dengan 1 kalori.Jadi kalau kita mengubah satuan tenaga kedalam satuan kalori maka perbandingannya adalah 4,2 joule = 1 kalori.
Setelah definisi satuan panas kita definisikan maka segera kita dapat merumuskan sangkutan antara kuantitas kalor dengan perubahan suhu.Dalam hal ini andaikan kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu m gram suatu benda dari t₀ ke t₁ = t₀ + t, kita lambangkan dengan Q, maka:

Dengan demikian kita dapat mendefinisikan Sebagai "kalor jenis" suatu benda.Jadi nyatalah bahwa besarnya klor yang diserap suatu benda jika suhunya dinaikan sebesar t adalah:
(9.4) Perlu kita catat disini bahwa besaran mc pada persamaan (9.4) sering dinamakan “harga air kalorimeter” yang mempunyai satuan.
Gambar 9.1 Grafik Perubahan Wujud Air Sekarang kalau kita tinjau grafik perubahan wujud air (H₂O) dalam bidang ( t, Q ) maka diagramnya akan tampak seperti Gambar 9.1. Pada diagram tersebut tampak dengan jelas bahwa suhu benda tidak berubah namun terjadi perubahan kalor. Pada peralihan tersebut jumlah kalor (Q) sebanding dengan massa benda (m) dengan demikian menurut grafik diatas.
Q_o – Q_c = Q ( penguapan air )= u m (9.5) Dimana u = panas penguapan / pengembunan air, dan
Q₁ – Q_o = Q ( peleburan es ) = L m Dimana L = panas peleburan / pembekuan air. Perlu dicatat disini bahwa dalam praktek untuk keperluan perhitungan yang tidak teliti biasanya diambil u = 540 kalori/gram dan L = 80 kalori/gram. Patut dicatat disini bahwa dalam proses perubahan benda dari fasa yang satu kefasa lain ditandai dengan jumlah kalor tertentu. Hal ini perlu diperingatkan bahwa dalam suatu proses yang berlangsung secara sinambung (seperti pada proses pembuatan garam) perubahan wujud itu sebenarnya tidak mesti dikaitkan dengan suhu tertentu. Yang penting jumlah kalor yang telah diserap dalam proses yang bersangkutan sesuai dengan keperluan perubahan wujud tersebut.
Selain itu seperti telah disinggung pada uraian lalu bahwa dua buah sistem yang mempunyai kalor yang berbeda, maka apabila kedua sistem dalam keadaan berkontakan satu sama lain akan ternyata bahwa keadaan setimbang kedua sistem tersebut akan mempunyai kalori yang sama. Menurut pernyataan ini suatu sistem yang kalornya besar akan memberikan kalornya kepada sistem yang lain yang lebih rendah kalornya bila keduanya berkontakan. Perpindahan kalor tersebut akan berlangsung terus kepihak yang rendah kalornya sampai pada akhirnya kedua sistem sudah sama kalornya. Azaz ini penting sekali artinya dalam kalorimetri. Tentu saja dalam proses kontakan antara kedua sistem yang berkontakan itu haruslah terisolir terhadap sistem lainnya sedemikian tidak ada proses perpindahan kalor kecuali antara kedua sistem yang bersangkutan.
Contoh 2 : Sepotong aluminium ( C = 0,21 kal/groC) dengan massa 20 gram bersuhu 90^oC dijatuhkan pada balok es besar bersuhu 0oC. Berapakah es dapat dilebur oleh potongan aluminium itu?
Jawab :

Kalor lebur es = 80 kal/gr. Kalor yang dilepaskan aluminium :

Q₁ = (m Ct)Al = ( 20 gr )(0,21 kal/gr^oC)(90^oC) = 378 kalori

Kalor yang diterima es : Q₂ = L m = ( 80 kal/gr)(m) Azaz Black :

Q₁ = Q₂

378 kal = 80 m kal m = 378/80 = 4,7 gram