PERTEMUAN KELIMA PERUBAHAN WUJUD ZAT MAPEL FISIKA

- Februari 24, 2021

3. Perubahan Wujud Zat

Zat terdiri atas padat,cair, dan gas. Zat dapat mengalami perubahan wujud. Perubahan wujud dari fase zat yang lain dipengaruhi oleh kalor yang diserap maupun kalor yang dilepas oleh zat tersebut. Misalnya air dapat berubah wujud menjadi padat (es) maupun gas (uap air).

Pada gambar dapat dijelaskan bahwa air pada suhu dibawah 0°C berbentuk es (padat) dengan memberikan kalor kemudian suhunya akan naik sampai 0°C. Panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu es pada fase ini adalah sebagai berikut.

Q = m C_es ∆T

dengan:

Q = banyak kalor (J),

m = massa (kg),

c = kalor jenis (J/kg°C), dan

∆T = perubahan suhu (°C)

Tepat pada suhu 0°C, es mulai mencari. Proses ini disebut proses melebur (perubahan fase dari padat menjadi cair). Kalor yang diperlukan untuk proses ini adalah

Q = mL_L

dengan L_L = kalor lebur es (J/kg atau kal/g).

Setelah semua es menjadi cair, pada fase selanjutnya dibutuhkan kalor untuk mengubah es menjadi air, yaitu

Q = m c _air ∆T

dengan c air = kalor jenis (J/kg°C).

Setelah suhu air mencapai 100°C, sebagian air akan berubah menjadi uap air. Proses ini disebut proses mendidih (perubahan fase cair ke uap). Kalor yang dibutuhkan untuk proses tersebut adalah:

Q = m L_U

dengan L_U = kalor uap air (J/kg)

Setelah semua air menjadi uap air, suhu uap air dapat ditingkatkan lagi dengan pemberian kalor sampai mencapai kondisi fase plasma, di mana gas telah berubah menjadi ion-ion dan besarnya kalor yang dibutuhkan adalah sebagai berikut.

Q = m c_gas ∆T

dengan Cgas = kalor jenis gas (J/kg°C)

Pada keadaan tertentu (suhu dan tekanan tetap), zat dapat langsung berubah fase dari padat ke gas tanpa melewati fase cair. Proses ini disebut sublimasi. Contohnya pada kapur barus dan minyak wangi.

Pada proses perubahan dan wujud zat, dapat disimpulkan bahwa selama proses perubahan wujud, suhu zat tidak berubah karena panas yang diterima atau dilepas selama proses berlangsung digunakan seluruhnya untuk mengubah wujudnya.

Ketika sejumlah kalor diterima atau dilepas oleh suatu zat, ada dua kemungkinan yang terjadi pada suatu benda, yaitu benda akan mengalami perubahan suhu atau mengalami perubahan wujud. Kenaikan suhu suatu benda dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan yang mengaitkan kalor jenis atau kapasitas kalor.

Pada saat benda mengalami perubahan wujud, tidak terjadi perubahan suhu karena semua kalor saat itu digunakan untuk mengubah wujud zat dan dapat ditentukan dengan persamaan yang mengandung unsur kalor laten.

Besar kalor laten yang digunakan untuk mengubah wujud suatu zat dirumuskan

Q = m L

dengan:

Q = kalor yang diterima atau dilepas (joule/kalori)

m = massa benda (kg/g), dan

L = kalor laten (J/kg atau Kal/kg) (kalor uap atau kalor lebur).

Kalor laten berupa kalor lebur dan kalor didih sangat sering dijumpai dalam kehidupan, seperti meleburnya es krim pada suhu normal, atau mendidih nya air saat dimasak untuk keperluan sehari-hari. Perubahan wujud ini dapat dijelaskan dengan teori kinetik gas yang menyatakan bahwa saat mencapai titik lebih atau titik didih, kecepatan getar zat akan bernilai maksimum sehingga kalor yang diterima tidak digunakan untuk menambah kecepatan, tetapi digunakan untuk melawan gaya ikat antar molekul zat. Akibatnya, saat molekul-molekul itu dapat melepaskan ikatannya, zat akan berubah wujud melebur atau mendidih.

D. Asas Black dan Penerapannya

Pada tahun 1761, ilmuwan Inggris bernama Joseph Black menyatakan bahwa kalor yang diberikan suatu benda sama dengan kalor yang diterima pada suuatu benda dalam suatu sistem tertutup. Sistem tertutup tersebut contohnya kalorimeter. Misal zat dengan massa m1 dan suhu T1 dicampurkan dengan zat lain dengan massa m2 dan T2. Besar kalor yang diterima akan sama dengan besarnya kalor yang dilepaskan, secara matematis dituliskan:

Q terima = Q lepas

Persamaan tersebut dikenal dengan nama asas Black atau hukum kekekalan energi kalor.

Perpindahan Kalor Secara Konduksi Konveksi dan Radiasi

1) Konduksi

Konduksi adalah perpindahan panas melalui zat padat yang tidak ikut mengalami perpindahan. Artinya, perpindahan kalor pada suatu zat tersebut tidak disertai dengan perpindahan partikel-partikelnya.

Contoh:

Benda yang terbuat dari logam akan terasa hangat atau panas jika ujung benda dipanaskan, misalnya ketika memegang kembang api yang sedang dibakar.

Knalpot motor menjadi panas saat mesin dihidupkan.

Tutup panci menjadi panas saat dipakai untuk menutup rebusan air.

Mentega yang dipanaskan di wajan menjadi meleleh karena panas.

Contoh konduksi

2) Konveksi

Konveksi adalah perpindahan panas melalui aliran yang zat perantaranya ikut berpindah. Jika partikel berpindah dan mengakibatkan kalor merambat, terjadilah konveksi. Konveksi terjadi pada zat cair dan gas (udara/angin).

Contoh: