Pengertian Asas Black, Contoh Soal, dan Perhitungannya

Pengertian Asas Black, Contoh Soal, dan Perhitungannya

Amongguru.com. Kalor merupakan salah satu bentuk energi. Sebagai energi, maka kalor dapat berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah.

Perpindahan tersebut mengakibatkan terbentuknya suhu akhir yang sama antara kedua benda. Pada waktu kita mencampurkan air panas dengan air dingin, maka kalor akar berpindah dari ait panas menuju air dingin, sehingga campuran air akan terasa hangat.

Pengertian Asas Black, Contoh Soal, dan Perhitungannya
Pengertian Asas Black, Contoh Soal, dan Perhitungannya

Suhu akhir setelah pencampuran antara air panas dengan air dingin ini disebut suhu termal (keseimbangan).

A. Pengertian Asas Black

Kalor yang dilepaskan air panas akan sama besarnya dengan kalor yang diterima air yang dingin. Prinsip perpindahan energi kalor ini pertama kali dirumuskan oleh Joseph Black (1728  1899) atau lebih dikenal sebagai Asas Black.

Joseph Black adalah ilmuwan dari Skotlandia. Berdasarkan hasil penelitiannya, Black menyatakan bahwa es dapat mencair tanpa berubah suhunya.

Joseph Black

Hal ini berarti bahwa es dapat menyerap panas dan menggunakan energi panas tersebut untuk mengubah bentuknya menjadi cair.

Black menemukan bahwa kejadian yang sama akan terjadi saat air berubah menjadi uap air.

Black juga menyatakan bahwa sejumlah substansi yang berbeda akan membutuhkan sejumlah energi panas yang berbeda pula untuk menentukan suhunya dengan kenaikan yang sama.

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”.

Asas Black merupakan suatu prinsip dalam termodinamika yang dikemukakan oleh Joseph Black.

Asas Black menjabarkan beberapa hal sebagai berikut.

  • 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 apabila dipanaskan.

B. Rumus Asas Black

Kalor merupakan energi yang dipindahkan dari benda yan bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah.

Dengan demikian, pengukuran kalor selalu berhubungan dengan adanya perpindahan energi.

Benda yang memiliki suhu lebih tinggi akan melepaskan energi sebesar QLepas dan benda yang bersuhu lebih rendah akan menerima energi sebesar QTerima dengan besar yang sama. 

Secara matematis, pernyataan tersebut daoat ditulis sebagai berikut.

QLepas = QTerima  ..…… (Persamaan 1)

Keterangan:

QLepas = jumlah kalor yang dilepaskan oleh zat (Joule)

QTerima = jumlah kalor yang diterima oleh zat (Joule)

Persamaan 1 menyatakan hukum kekekalan energi pada pertukaran kalor yang disebut sebagai Asas Black.

Pengukuran kalor sering dilakukan untuk menentukan kalor jenis suatu zat. Jika kalor jenis suatu zat diketahui, maka kalor yang diserap atau dilepaskan dapat ditentukan dengan mengukur perubahan temperatur zat tersebut. 

Rumus yang digunakan sebagai berikut.

Q = m c T  ..…… (Persamaan 2)

Dengan menggunakan persamaan 2 maka persamaan 1 dapat dijabarkan secara lebih spesifik sebagai berikut.

QLepas = QTerima

mcT1 = mcT2 ..…… (Persamaan 3)

dengan T1 = T  Takhir dan T2 = Takhir  T, maka kita mendapatkan persamaan berikut.

mc(T1 Tc) = m2 c2 (Tc – T2)  ..…… (Persamaan 4)

Keterangan:
m1 = massa benda 1 yang suhunya tinggi (kg)
m2 = massa benda 2 yang suhunya rendah (kg)
c1 = kalor jenis benda 1 (J/kg°C)
c2 = kalor jenis benda 2 (J/kg°C)
T1 = suhu mula-mula benda 1 (°C atau K)
T2 = suhu mula-mula benda 2 (°C atau K)
Tc = suhu akhir atau suhu campuran (°C atau K)

C. Penerapan Asas Black

Dengan menggunakan Asas Black, kita dapat menghitung suhu akhir dari dua buah benda atau zat yang dicampurkan.

Selain itu, jika kalor jenis salah satu benda diketahui, kita dapat mencari kalor jenis benda kedua.

Alat yang digunakan untuk mencari kalor jenis benda atau zat yang menggunakan Asas Black adalah kalorimeter.

Berikut ini adalah beberapa contoh penerapan Asas Black dalam kehidupan sehari-hari.

  1. Penentuan nilai pembakaran suatu bahan bakar (LHV/HHV/GHV).
  2. Penentuan kapasitas beban pendinginan mesin (cooling water rate).
  3. Menentukan jumlah energi dalam bentuk perpindahan panas untuk menaikkan temperatur pada derajat tertentu, sehingga dapat memperkirakan waktu yang diperlukan untuk pemanasan.
  4. Penentuan temperatur kesetimbangan termal insulasi reaktor atau engine atau sistem apa saja yang menerapkan pemakaian insulasi termal.
  5. Penetapan pemilihan lantai untuk bangunan rumah. Sesuai Asas Black, maka energi dalam bentuk perpindahan panas haruslah sama, hanya ada konstanta panas jenis (kalor jenis). Jika dipilih konstanta panas jenis yang tinggi, maka lantai tersebut akan terasa lebih hangat dibanding lantai dengan bahan yang memiliki panas jenis yang lebih rendah yang lebih terasa dingin.
  6. Pada proses pembuatan es teh, dimana  mula-mula teh diseduh dengan air panas baru kemudian dicampurkan es. Pada proses pencampuran ini, air seduhan yang panas dan es akan berinteraksi termal dan mencapai temperatur kesetimbangan baru, yang mana akan lebih rendah dari panas semula.

D. Contoh Soal Asas Black dan Pembahasan

Soal nomor 1

Air sebanyak 0,5 kg yang bersuhu 100°C dituangkan ke dalam bejana dari aluminium yang memiliki massa 0,5 kg. Jika suhu awal bejana sebesar 25°C, kalor jenis aluminium 900 J/kg°C, dan kalor jenis air 4.200 J/kg°C, maka tentukan suhu kesetimbangan yang tercapai! 

Pembahasan :

QLepas = QTerima
mair × cair × Tair = mbjn × cbjn × Tbjn
mair × cair × (Tair Ttermal) = mbjn × cbjn × (Ttermal Tbjn)
0,5 × 4.200 × (100  Ttermal) = 0,5 × 900 × (Ttermal 25)
2.100 × (100  Ttermal) = 450 × (Ttermal 25)
210.000  2.100Ttermal = 450Ttermal 11.250
450Ttermal + 2.100Ttermal = 210.000 + 11.250
2.550Ttermal = 221.250
Ttermal = 221.250/2.550
Ttermal = 86,76°C

Jadi, suhu kesetimbangannya adalah 86,76°C.

Soal nomor 2

Sepotong besi panas bermassa 1 kg dan bersuhu 100°C dimasukkan ke dalam sebuah wadah berisi air bermassa 2 kg dan bersuhu 20°C. Berapa suhu akhir campuran, jika jalor jenis besi = 450 J/kg°C dan kalor jenis air = 4200 J/kg°C.

Pembahasan :

Jawab :
Besi bersuhu lebih tinggi daripada air sehingga besi yang melepaskan kalor, air yang menyerap kalor.

QLepas = QTerima
mair × cair × Tair = mbesi × cbesi × Tbesi
mair × cair × (Tair Ttermal) = mbesi × cbesi × (Ttermal Tbesi)
(1) (450) (100 – Ttermal) = (2) (4200) (Ttermal – 20)
(450) (100 – Ttermal) = (8400) (Ttermal – 20)
45000 – 450 Ttermal = 8400 Ttermal – 168000
45000 + 168000 = 8400 Ttermal + 450 Ttermal
213000 = 8850 Ttermal
Ttermal = 213000 : 8850
Ttermal = 24°C

Jadi suhu akhir campuran besi panas dan air dingin ketika keduanya berada dalam kesetimbangan termal adalah 24°C.

Baca juga :

Demikian ulasan mengenai Pengertian Asas Black, Contoh Soal, dan Perhitungannya. Terima kasih sudah berkunjung dan semoga bermanfaat.

Tinggalkan Balasan