1.
PENGERTIAN KALOR
Kalor didefinisikan sebagai energi panas yang dimiliki oleh suatu
zat. Secara umum untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda
yaitu dengan mengukur suhu benda tersebut. Jika suhunya tinggi maka kalor yang
dikandung oleh benda sangat besar, begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah
maka kalor yang dikandung sedikit.
Dari hasil percobaan yang sering dilakukan
besar kecilnya kalor yang dibutuhkan suatu benda(zat) bergantung pada 3 faktor
- Massa zat
- Jenis zat (kalor jenis)
- Perubahan suhu
PENGERTIAN KALOR DAN PERPINDAHAN
KALOR SECARA RADIASI
(Pengertian Kalor dan Perpindahan Kalor secara Radiasi) – Kalor adalah salah satu bentuk energi maka satuan kalor pun sama dengan
satuan energi, yaitu joule atau kalori. Kalor dapat menaikkan suhu suatu
zat dan dapat mengubah wujud zat. Benda yang mendapat kalor suhunya naik,
sedang yang melepas kalor suhunya turun. Banyaknya kalor yang diperlukan untuk
menaikkan suhu suatu zat dipengaruhi oleh massa zat, kenaikan suhu, dan jenis
zat. Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud zat dinamakan kalor laten.
Menguap dan melebur adalah peristiwa perubahan wujud yang membutuhkan kalor,
sedang mengembun dan membeku adalah peristiwa perubahan wujud yang melepaskan
kalor. Kalor berpindah dari suhu tinggi menuju ke suhu rendah secara konduksi,
konveksi, dan radiasi. Pemanfaatan kalor dalam kehidupan sehari-hari antara
lain pada termos, seterika, panci, dan alat-alat dapur lainnya.
Perpindahan Kalor secara Radiasi
Bagaimanakah
energi kalor matahari dapat sampai ke bumi? Telah kita ketahui bahwa antara matahari dengan bumi
berupa ruang hampa udara, sehingga kalor dari matahari sampai ke bumi tanpa
melalui zat perantara. Perpindahan kalor tanpa melalui zat perantara atau
medium ini disebut radiasi/hantaran. Contoh perpindahan kalor secara radiasi,
misalnya pada waktu kita mengadakan kegiatan perkemahan, di malam hari yang
dingin sering menyalakan api unggun.
Saat kita
berada di dekat api unggun badan kita terasa hangat karena adanya perpindahan
kalor dari api unggun ke tubuh kita secara radiasi. Walaupun di sekitar kita
terdapat udara yang dapat memindahkan kalor secara konveksi, tetapi udara
merupakan penghantar kalor yang buruk (isolator). Jika antara api unggun dengan
kita diletakkan sebuah penyekat atau tabir, ternyata hangatnya api unggun tidak
dapat kita rasakan lagi. Hal ini berarti tidak ada kalor yang sampai ke tubuh
kita, karena terhalang oleh penyekat itu. Dari peristiwa api unggun dapat
disimpulkan bahwa:
·
Dalam
peristiwa radiasi, kalor berpindah dalam bentuk cahaya, karena cahaya dapat
merambat dalam ruang hampa, maka kalor pun dapat merambat dalam ruang hampa;
·
Radiasi
kalor dapat dihalangi dengan cara memberikan tabir/penutup yang dapat
menghalangi cahaya yang dipancarkan dari sumber cahaya.
Hubungan
antara kalor Dengan energi listrik
·
Kalor
merupakan bentuk energi maka dapat berubah dari satu bentuk kebentuk yang lain.
Berdasarkan Hukum Kekekalan Energi maka energi listrik dapat berubah menjadi
energi kalor dan juga sebaliknya energi kalor dapat berubah menjadi energi
listrik. Dalam pembahasan ini hanya akan diulas tentang hubungan energi listrik
dengan energi kalor. Alat yang digunakan mengubah energi listrik menjadi energi
kalor adalah ketel listrik, pemanas listrik, dll.
Besarnya energi listrik yang diubah atau diserap sama dengan
besar kalor yang dihasilkan. Sehingga secara matematis dapat dirumuskan.
·
W
= Q
·
Untuk
menghitung energi listrik digunakan persamaan sebagai berikut :
·
W
= P.t
Keterangan
:
·
W
adalah energi listrik (J)
·
P
adalah daya listrik (W)
·
t
adalah waktu yang diperlukan (s)
·
Bila
rumus kalor yang digunakan adalah Q = m.c.(t2 – t1) maka diperoleh persamaan ;
·
P.t
= m.c.(t2 – t1)
·
Yang
perlu diperhatikan adalah rumus Q disini dapat berubah-ubah sesuai dengan soal.
2. ASAS BLACK
Menurut
asas Black apabila ada dua benda yang suhunya berbeda kemudian disatukan atau
dicampur maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bersuhu tinggi menuju
benda yang bersuhu rendah. Aliran ini akan berhenti sampai terjadi keseimbangan
termal (suhu kedua benda sama). Secara matematis dapat dirumuskan
:
Q
lepas = Q terima
Yang
melepas kalor adalah benda yang suhunya tinggi dan yang menerima kalor adalah
benda yang bersuhu rendah. Bila persamaan tersebut dijabarkan maka akan
diperoleh :
Q
lepas = Q terima
m1.c1.(t1
– ta) = m2.c2.(ta-t2)
Catatan
yang harus selalu diingat jika menggunakan asasa Black adalah pada benda yang
bersuhu tinggi digunakan (t1 – ta) dan untuk benda yang bersuhu rendah digunakan
(ta-t2). Dan rumus kalor yang digunakan tidak selalu yang ada diatas bergantung
pada soal yang dikerjakan.
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)
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.
3.
PENGERTIAN METABOLISME
Metabolisme
adalah proses-proses kimia yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup/sel.
Metabolisme disebut juga reaksi enzimatis, karena metabolisme terjadi selalu
menggunakan katalisator enzim.
Berdasarkan prosesnya metabolisme dibagi menjadi 2, yaitu:
1.
Anabolisme/AsimilasI/Sintesis,
Yaitu proses
pembentakan molekul yang kompleks dengan menggunakan energi tinggi.
Contoh : fotosintesis (asimilasi C)
Contoh : fotosintesis (asimilasi C)
energi
cahaya
6
CO2 + 6 H2O ———————————> C6H1206 + 6 02
klorofil
,glukosa (energi kimia)
Pada
kloroplas terjadi transformasi energi, yaitu dari energi cahaya sebagai energi
kinetik berubah menjadi energi kimia sebagai energi potensial, berupa ikatan
senyawa organik pada glukosa. Dengan bantuan enzim-enzim, proses tersebut
berlangsung cepat dan efisien. Bila dalam suatu reaksi memerlukan energi dalam
bentuk panas reaksinya disebut reaksi endergonik. Reaksi semacam itu
disebut reaksi endoterm.
2.
Katabolisme Karbohidrat
Serangkaian
reaksi biokimia dalam sel organisme hidup disebut dengan metabolisme. Pada
metabolisme juga terjadi pertukaran zat dan energi yang terjadi dalam sel
Metabolisme dibedakan menjadi dua, yaitu katabolisme dan anabolisme.
Katabolisme adalah proses pemecahan molekul kompleks menjadi molekul sederhana
dengan melepaskan energi.
Molekul Yang Terlibat Dalam Metabolisme
1.
ENZIM
Enzim
merupakan biokatalisator / katalisator organik yang dihasilkan oleh sel.
Struktur enzim terdiri dari:
• Apoenzim, yaitu bagian enzim yang tersusun
dari protein, yang akan
rusak bila suhu terlampau panas(termolabil).
rusak bila suhu terlampau panas(termolabil).
• Gugus Prostetik (Kofaktor), yaitu bagian enzim yang tidak
tersusun
dari protein, tetapi dari ion-ion logam atau molekul-molekul organik
yang disebut KOENZIM. Molekul gugus prostetik lebih kecil dan tahan panas (termostabil), ion-ion logam yang menjadi kofaktor berperan sebagai stabilisator agarenzim tetap aktif. Koenzim yang terkenal pada rantai pengangkutan elektron (respirasi sel), yaitu NAD (Nikotinamid Adenin Dinukleotida), FAD (Flavin Adenin Dinukleotida), SITOKROM. Enzim mengatur kecepatan dan kekhususan ribuan reaksi kimia yang berlangsung di dalam sel. Walaupun enzim dibuat di dalam sel, tetapi untuk bertindak sebagai katalis tidak harus berada di dalam sel. Reaksi yang dikendalikan oleh enzim antara lain ialah respirasi, pertumbuhan dan perkembangan, kontraksi otot, fotosintesis, fiksasi, nitrogen, dan pencernaan.
dari protein, tetapi dari ion-ion logam atau molekul-molekul organik
yang disebut KOENZIM. Molekul gugus prostetik lebih kecil dan tahan panas (termostabil), ion-ion logam yang menjadi kofaktor berperan sebagai stabilisator agarenzim tetap aktif. Koenzim yang terkenal pada rantai pengangkutan elektron (respirasi sel), yaitu NAD (Nikotinamid Adenin Dinukleotida), FAD (Flavin Adenin Dinukleotida), SITOKROM. Enzim mengatur kecepatan dan kekhususan ribuan reaksi kimia yang berlangsung di dalam sel. Walaupun enzim dibuat di dalam sel, tetapi untuk bertindak sebagai katalis tidak harus berada di dalam sel. Reaksi yang dikendalikan oleh enzim antara lain ialah respirasi, pertumbuhan dan perkembangan, kontraksi otot, fotosintesis, fiksasi, nitrogen, dan pencernaan.
SIFAT-SIFAT
ENZIM
Enzim
mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:
1.
Biokatalisator, mempercepat jalannya reaksi tanpa ikut bereaksi.
2.
Thermolabil; mudah rusak, bila dipanasi lebih dari suhu 60º C, karena enzim
tersusun dari protein yang mempunyai sifat thermolabil.
3.
Merupakan senyawa protein sehingga sifat protein tetap melekat pada enzim.
4.
Dibutuhkan dalam jumlah sedikit, sebagai biokatalisator, reaksinya sangat cepat
dan dapat digunakan berulang-ulang.
5.
Bekerjanya ada yang di dalam sel (endoenzim) dan di luar sel (ektoenzim),
contoh ektoenzim: amilase,maltase.
6. Umumnya
enzim bekerja mengkatalisis reaksi satu arah, meskipun ada
juga yang mengkatalisis reaksi dua arah, contoh : lipase, meng-katalisis pembentukan dan penguraian lemak.
juga yang mengkatalisis reaksi dua arah, contoh : lipase, meng-katalisis pembentukan dan penguraian lemak.
lipase
Lemak + H2O ———————————> Asam lemak + Gliserol
7. Bekerjanya spesifik ; enzim bersifat spesifik, karena bagian yang aktif (permukaan tempat melekatnya substrat) hanya setangkup dengan permukaan substrat tertentu.
Lemak + H2O ———————————> Asam lemak + Gliserol
7. Bekerjanya spesifik ; enzim bersifat spesifik, karena bagian yang aktif (permukaan tempat melekatnya substrat) hanya setangkup dengan permukaan substrat tertentu.
8.
Umumnya enzim tak dapat bekerja tanpa adanya suatu zat non protein tambahan
yang disebut kofaktor.
Pada reaksis enzimatis terdapat zat yang mempengarahi
reaksi, yakni aktivator dan inhibitor, aktivator dapat mempercepat
jalannya reaksi, 2+ 2+
·
Contoh
aktivator enzim: ion Mg, Ca, zat organik seperti koenzim-A.
Inhibitor akan menghambat jalannya reaksi enzim.
Inhibitor akan menghambat jalannya reaksi enzim.
·
Contoh
inhibitor : CO, Arsen, Hg, Sianida.
2.
ATP (Adenosin Tri Phosphat)
Molekul ATP adalah molekul berenergi tinggi. Merupakan
ikatan tiga molekulfosfat dengan senyawa Adenosin. Ikatan kimianya labil, mudah
melepaskan gugus fosfatnya meskipun digolongkan sebagai molekul berenergi
tinggi.
Perubahan ATP menjadi ADP (Adenosin Tri Phosphat) diikuti
dengan pembebasan energi sebanyak 7,3 kalori/mol ATP. Peristiwa perubahan ATP
menjadi ADP merupakan reaksi yang dapat balik.
·
Katabolisme
Katabolisme adalah reaksi pemecahan
/ pembongkaran senyawa kimia kompleks yang mengandung energi tinggi menjadi
senyawa sederhana yang mengandung energi lebih rendah. Tujuan utama katabolisme
adalah untuk membebaskan energi yang terkandung di dalam senyawa sumber. Bila
pembongkaran suatu zat dalam lingkungan cukup oksigen (aerob) disebut proses
respirad, bila dalam lingkungan tanpa oksigen (anaerob) disebut
fermentasi.
Contoh
Respirasi : C6H12O6 + O2 ——————> 6CO2 + 6H2O + 688KKal.
(glukosa)
(glukosa)
4.
TITIK JUANG
a.
KALOR JENIS
Kalor jenis
sering disebut kapasitas kalor jenis, dengan simbol c. kalor jenis diartikan
dengan banyak kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kilogram zat sebesar
1 kelvin, dan dirumuskan : C = Q / m . Δt
Keterangan
Q = kalor yang diperlukan (J)
Q = kalor yang diperlukan (J)
m
= massa benda (kg)
Δt
= perubahan suhu (K)
C
= Kalor Jenis (J/Kg) kalor jenis, kalor, zat, fisika, kimia, massa, benda,
perubahan, suhu
Sehingga
secara matematis dapat dirumuskan :
Q
= m.c.(t2 – t1)
Dimana
:
Q
adalah kalor yang dibutuhkan (J)
m
adalah massa benda (kg)
c
adalah kalor jenis (J/kgC)
(t2-t1)
adalah perubahan suhu (C)
Kalor
dapat dibagi menjadi 2 jenis
- Kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu
- Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud (kalor laten), persamaan yang digunakan dalam kalor laten ada dua macam Q = m.U dan Q = m.L. Dengan U adalah kalor uap (J/kg) dan L adalah kalor lebur (J/kg)
Dalam pembahasan kalor ada dua kosep yang hampir sama tetapi
berbeda yaitu kapasitas kalor (H) dan kalor jenis (c)
Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk
menaikkan suhu benda sebesar 1 derajat celcius.
H
= Q/(t2-t1)
Ø Kalor jenis adalah banyaknya kalor
yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1 derajat celcius. Alat
yang digunakan untuk menentukan besar kalor jenis adalah kalorimeter.
Rumus:
dengan
ketentuan:
- = Kalor yang diterima suatu zat (Joule, Kilojoule, Kalori, Kilokalori)
- = Massa zat (Gram, Kilogram)
- = Kalor jenis (Joule/kilogram°C, Joule/gram°C, Kalori/gram°C)
- = Perubahan suhu (°C) → (t2 - t1)
Untuk mencari
kalor jenis, rumusnya adalah:
Untuk mencari
massa zat, rumusnya adalah:
c
= Q/m.(t2-t1)
b.
Kapasitas Kalor
Kapasitas kalor
adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh benda untuk menaikkan suhunya 1°C.
Rumus kapasitas
kalor:
dengan syarat:
- = Kalor yang diterima suatu zat (Joule, Kilojoule, Kalori, Kilokalori)
- = Kapasitas kalor (Joule/°C)
- = Massa zat (Gram, Kilogram)
- = Kalor jenis (Joule/kilogram°C, Joule/gram°C, Kalori/gram°C)
- = Perubahan suhu (°C) → (t2 - t1)
contoh soal:
sebuah zat dipanaskan dari suhu 10°C menjadi 35°C. Kalor yang dikeluarkan
adalah 5000 Joule. Jika masa zat adalah 20 kg. Berapakah kalor jenis dan
kapasitas kalor zat tersebut? Jawab = Diketahui=
t1 =10°C
t2 =35°C
Q
=5000 J
m
=20 kg
Ditanya = b.
Kapasitas kalor (H)
a. kalor jenis (c)
delta t = t2-t1
= 35°-10°
= 25°
c
= Q:(m*delta t)
c
= 5000:(20*25)
c
= 5000: 500
c
= 10 J/kg C°
H = m × c
= 20kg × 10 J/kg C°
= 200 J/ C°
Kalor lebur
Rumus:
dengan
ketentuan:
- = Kalor yang diterima suatu zat (Joule, Kilojoule, Kalori, Kilokalori)
- = Massa zat (Gram, Kilogram)
- = Kalor lebur zat (Joule/kilogram, Kilojoule/kilogram, Joule/gram)
Kalor uap
Rumus:
dengan
ketentuan:
- = Kalor yang diterima suatu zat (Joule, Kilojoule, Kalori, Kilokalori)
- = Massa zat (Gram, Kilogram)
- = Kalor uap zat (Joule/kilogram, Kilojoule/kilogram, Joule/gram)
Contoh
Soal :
Berapa energi
kalor yang diperlukan untuk menguapkan 5 Kg air pada titik didihnya, jika kalor
uap 2.260.000 Joule/Kilogram ?
Jawab :
Diketahui : m = 5 Kg
U = 2.260.000 J/Kg
Ditanyakan : Q =..... ?
Jawab Q = m x U
= 5 Kg x 2.260.000 J/Kg
= 11.300.000 J
= 11,3 x 106 J
Diketahui : m = 5 Kg
U = 2.260.000 J/Kg
Ditanyakan : Q =..... ?
Jawab Q = m x U
= 5 Kg x 2.260.000 J/Kg
= 11.300.000 J
= 11,3 x 106 J
Bila
kedua persamaan tersebut dihubungkan maka terbentuk persamaan baru
H
= m.c
Analisis
grafik perubahan wujud pada es yang dipanaskan sampai menjadi uap. Dalam grafik
ini dapat dilihat semua persamaan kalor digunakan.
Keterangan
:
Pada Q1 es mendapat kalor dan digunakan menaikkan suhu es,
setelah suhu sampai pada 0 C kalor yang diterima digunakan untuk melebur (Q2),
setelah semua menjadi air barulah terjadi kenaikan suhu air (Q3), setelah
suhunya mencapai suhu 100 C maka kalor yang diterima digunakan untuk berubah
wujud menjadi uap (Q4), kemudian setelah berubah menjadi uap semua maka akan
kembali terjadi kenaikan suhu kembali (Q5)
Hubungan
antara kalor dengan energi listrik
Kalor merupakan bentuk energi maka dapat berubah dari satu
bentuk kebentuk yang lain. Berdasarkan Hukum Kekekalan Energi maka energi
listrik dapat berubah menjadi energi kalor dan juga sebaliknya energi kalor
dapat berubah menjadi energi listrik. Dalam pembahasan ini hanya akan diulas
tentang hubungan energi listrik dengan energi kalor. Alat yang digunakan
mengubah energi listrik menjadi energi kalor adalah ketel listrik, pemanas
listrik, dll.
Besarnya energi listrik yang diubah atau diserap sama dengan
besar kalor yang dihasilkan. Sehingga secara matematis dapat dirumuskan.
W
= Q
Untuk
menghitung energi listrik digunakan persamaan sebagai berikut :
W
= P.t
Keterangan
:
W
adalah energi listrik (J), P adalah daya listrik (W), t adalah waktu yang diperlukan
(s), Bila rumus kalor yang digunakan adalah Q = m.c.(t2 – t1) maka diperoleh
persamaan ; P.t = m.c.(t2 – t1). Yang perlu diperhatikan adalah rumus Q disini
dapat berubah-ubah sesuai dengan soal.
KALOR
JENIS
KAPASITAS
KALOR
Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk
menaikkansuhu benda sebesar 1 derajat celcius. Perkataan ³kapasitas´ dapat
memberikan pengertian yang menyesatkan karena perkataan tersebut
menyarankan pernyataan³ banyaknya kalor yang dapat dipegang oleh sebuah benda´ yang
merupakan pernyataan yang pada pokoknya tidak berarti, sedangkan yang
artinya sebenarnyadengan perkataan tersebut hanyalah tenaga yang harus
ditambahkan sebagai kalor untuk menaikkan temperatur benda sebanyak satu
derajat.Alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang terlibat
dalamsuatu perubahan atau reaksi kimia disebut
kalorimeter
Kalorimeter yang biasadigunakan di laboraturium fisika
sekolah berbentuk bejana biasanya silinder danterbuat dari logam misalnya
tembaga atau aluminium dengan ukuran 75 mm x 50mm (garis tengah). Bejana ini
dilengkapi dengan alat pengaduk dan diletakkan didalam bejana yang lebih besar
yang disebut mantel.Mantel tersebut
bergunauntuk mengurangi hilangnya kalor
karena konveksi dan konduksi