Pengertian Asas Black
Jika kita mencampur air panas dan air dingin di dalam sebuah wadah terbuka (misalnya ember), maka terjadi perpindahan kalor dari air panas menuju air dingin. Karena wadah terbuka, maka sebagian kalor berpindah menuju udara. Wadah juga menjadi lebih hangat. Kalor yang dilepaskan oleh air panas, tidak hanya diserap oleh air dingin, tetapi juga diserap oleh udara dan wadah. Dalam hal ini, ember merupakan sistem tidak terisolasi.
Apabila kita mencampur air panas dan air dingin di dalam sebuah termos tertutup, maka terjadi perpindahan kalor dari air panas menuju air dingin. Termos merupakan sistem terisolasi karenanya tidak ada kalor yang berpindah menuju udara atau menuju termos. Kalor yang dilepaskan oleh air panas hanya diserap oleh air dingin hingga campuran air panas dan air dingin mencapai kesetimbangan termal.
Asas Black menyatakan bahwa dalam sistem tertutup terisolasi, kalor yang dilepaskan oleh benda bersuhu tinggi = kalor yang diserap oleh benda bersuhu rendah.
Rumus asas Black
Qlepas = Qserap
Keterangan : Qlepas = kalor yang dilepaskan oleh benda bersuhu tinggi, Qserap = kalor yang diserap oleh benda bersuhu rendah.
Contoh soal asas Black
1. Sepotong besi panas bermassa 1 kg dan bersuhu 100 oC dimasukkan ke dalam sebuah wadah berisi air bermassa 2 kg dan bersuhu 20 oC. Berapa suhu akhir campuran ? Kalor jenis besi = 450 J/kg Co, kalor jenis air = 4200 J/kg Co.
Pembahasan :
Diketahui :
m besi = 1 kg, Tbesi = 100 oC, m air = 2 kg, Tair = 20 oC, c besi = 450 J/kg Co, c air = 4200 J/kg Co.
Ditanya :
T campuran ?
Jawab :
Besi bersuhu lebih tinggi daripada air sehingga besi yang melepaskan kalor, air yang menyerap kalor.
(m) (c) (delta T) = (m) (c) (delta T)
(1)(450)(100-T) = (2)(4200)(T-20)
(450)(100-T) = (8400)(T-20)
45000 – 450T = 8400 T – 168000
45000 + 168000 = 8400 T + 450 T
213000 = 8850 T
T = 213000 : 8850
T = 24 oC
Suhu akhir campuran besi panas dan air dingin ketika keduanya berada dalam kesetimbangan termal adalah 24 oC.
2. Soal UN fisika SMA/MA 2015/2016 No.20
Sebanyak 75 gram air yang suhunya 0oC dicampur dengan 50 gram air sehingga suhu campurannya 40oC, maka suhu awal air 50 gram adalah…
A. 125oC
B. 120oC
C. 110oC
D. 100oC
E. 80oC
Pembahasan
Diketahui :
Massa air 1 (m1) = 75 gram
Suhu awal air 1 (T1) = 0oC
Massa air 2 (m2) = 50 gram
Suhu akhir campuran (T) = 40oC
Satuan massa sama sehingga tidak perlu konversi
Ditanya : Suhu awal air 2 (T2)
Jawab :
Asas Black menyatakan bahwa dalam sistem tertutup terisolasi, kalor yang dilepaskan oleh benda bersuhu tinggi sama dengan kalor yang diserap oleh benda bersuhu rendah.
Qlepas = Qserap
m1 c (ΔT1) = m2 c (ΔT2)
Kalor jenis air sama sehingga c dilenyapkan dari persamaan.
m1 (ΔT1) = m2 (ΔT2)
(75)(40 – 0) = (50)(T2 – 40)
(75)(40) = (50)(T2 – 40)
3000 = 50 T2 – 2000
3000 + 2000 = 50 T2
5000 = 50 T2
T2 = 100
Jawaban yang benar adalah D.
3. Soal UN fisika SMA/MA 2015/2016 No.20
Suatu logam 200 gram dipanaskan sampai 120oC kemudian dimasukkan ke dalam 100 gram air pada suhu 30oC. Setelah keadaan seimbang suhu campuran menjadi 60oC. Apabila kalor jenis air 4200 J.kg-1 oC-1, maka kalor jenis logam tersebut adalah….
A. 10,5 J.kg-1oC-1
B. 105 J.kg-1oC-1
C. 150 J.kg-1oC-1
D. 1050 J.kg-1oC-1
E. 1500 J.kg-1oC-1
Pembahasan
Konversi satuan massa dari gram menjadi kilogram (satuan Internasional)
Diketahui :
Massa logam (m1) = 200 gram = 0,2 kg
Suhu logam (T1) = 120oC
Massa air (m2) = 100 gram = 0,1 kg
Suhu air (T2) = 30oC
Suhu akhir campuran (T) = 60oC
Kalor jenis air (c2) = 4200 J.kg-1 oC-1
Ditanya : Kalor jenis logam (c1)
Jawab :
Qlepas = Qserap
m1 c1 (ΔT1) = m2 c2 (ΔT2)
(0,2)(c1)(120 – 60) = (0,1)(4200)(60 – 30)
(0,2)(c1)(60) = (0,1)(4200)(30)
12 c1 = 12600
c1 = 12600 / 12
c1 = 1050
Jawaban yang benar adalah D.
4. Soal UN SMA/MA 2018
Air mendidih (100oC) sebanyak 250 ml dituangkan ke dalam panci berisi 400 ml air bersuhu 35oC. Setelah terjadi keseimbangan termal, maka suhu campuran adalah… (kalor jenis air 1,0 kal.gr-1.oC-1)
Pembahasan
Diketahui:
Suhu air panas = 100 oC
Volume air panas = 250 ml = 0,25 liter = 0,25 dm3 = (0,25)(1000 cm3) = 250 cm3
Suhu air dingin = 35 oC
Volume air dingin = 400 ml = 0,4 liter = 0,4 dm3 = (0,4)(1000 cm3) = 400 cm3
Kalor jenis air = 1,0 kal.gr-1.oC-1
Massa jenis air = 1 gr/cm3
Ditanya: Suhu campuran
Jawab:
Hitung massa air panas dan dingin menggunakan rumus massa jenis:
m = ρ V
m = massa, ρ = massa jenis, V = volume
Massa air panas: m = ρ V = (1 gr/cm3)(250 cm3) = 250 gram
Massa air dingin: m = ρ V = (1 gr/cm3)(400 cm3) = 400 gram
Hitung suhu campuran menggunakan rumus asas Black:
Kalor yang diserap air dingin = kalor yang dilepas air panas
m c ΔT = m c ΔT
Kalor jenis sama sehingga dilenyapkan dari persamaan.
m ΔT = m ΔT
(400)(T-35) = (250)(100-T)
400T – 14000 = 25000 – 250T
400T + 250T = 25000 + 14000
650T = 39000
T = 39000 / 650
T = 60 oC
