ASAS BLACK

Pernahkah Anda mandi dan airnya kedinginan? Apa yang Anda lakukan? Kemudian pernahkah anda membuat teh manis dan terlalu panas? Apa yang Anda lakukan? Tentunya anda akan menuangkan sejumlah air panas pada air mandi anda. Dan Anda akan mendinginkan teh manis dengan menambahkan es.

Kejadian-kejadian yang pernah Anda lakukan diatas ternyata sangat sesuai dengan konsep fisika. Apabila dua zat atau lebih mempunyai suhu yang berbeda dan terisolasi dalam suatu system, maka kalor akan mengalir dari zat yang suhunya tinggi ke zat yang suhunya rendah. Jika air panas dicampur dengan air dingin, sehingga diperoleh campuran yaitu air hangat. Ini berarti air panas turun suhunya, karena memberikan kalor kepada air yang dingin. Sedangkan air dingin naik suhunya karena ia menyerap kalor dari air panas.

Jika sistem ini terisolir, yaitu aliran kalor bebas dari pengaruh lingkungan, maka berlaku hukum kekekalan energy kalor (asas black) yaitu:

“ Jumlah kalor yang dilepas oleh zat yang panas sama dengan jumlah kalor yang diserap oleh zat yang dingin.”

Kasus asas black juga dapat dilihat dalam animasi berikut:

Contoh:

1.      Jika 2 kg air bersuhu 5 ⁰C dicampur dengan 5 kg air bersuhu 26 ⁰C, maka tentukan suhu akhir campuran kedua zat !

Jawab :

Karena kedua zat sejenis, maka kalor jenis dari kedua zat adalah sama, dan dapat saling meniadakan.

Q serap = Q lepas

m₁ . c . ∆T₁ = m₂ . c . ∆T₂

2 . c . ( T – 5 ) =  5 . c . ( 26 – T )

2T – 10 = 130 – 5T

7T = 140

T = 20⁰C

2.      Jika 0,5 kg es bersuhu -10 ⁰C dicampur dengan sejumlah air bersuhu 40 ⁰C, sehingga  suhu campurannya adalah 20 ⁰C, maka tentukan massa dari air yang dicampurkan !

(c_es  =  2100 J/kg.⁰C, c _air  =  4200 J/kg.K, L_es = 3,35.105 J/kg)

Jawab :

Dalam proses ini es akan mengalami tiga tahap wujud , yaitu padat (es),

melebur dan wujud cair. Sedang air bersuhu 40⁰C hanya mengalami satu tahapan, yaitu perubahan suhu.

Q _{serap (es)} = Q _{lepas (air)}

Q₁ + Q₂ +Q₃ = Q₄

 m₁ . c_es . ∆T₁ + m₁ . L + m₁ . c_air .∆T₂ = m₂ . c_air . ∆T₃

0,5 x 2.100 x [0-(-10)] + 0,5 x 3,35 . 10⁵ + 0,5 x 4.200 x  (40 - 20)

=  m₂ x 4.200(40-20)

 10.500 + 1,675.10⁵ + 42.000  =  84.000 x m₂

m₂  = 2,61kg

1.    100 gram air dingin suhunya -10^oC dicampur dengan 200 gram air panas yang suhunya 70^oC. Berapa suhu campuran setelah kesetimbangan termal?

2.    Kapasitas kalor sebuah calorimeter adalah 120 kal/oC. Kalorimeter tersebut berisi 300 gram air panas yang suhunya 80oC. Jika kemudian kedalam calorimeter diisikan 168 gram air dingin bersuhu 10oC, hitung suhu campuran!