Pemuaian Volume zat Cair dan Pemuaian Volume Gas

 A) Pemuaian Volume zat Cair

Zat cair yang hanya mempunyai koefisien muai volume ( γ ). Bila volume mula-mula suatu zat cair V₀ kemudian zat cair itu dipanaskan sehingga suhunya naik sebesar Δt dan volumenya bertambah besar ΔV, maka dapat ditulis sebagai berikut

V_t = γ . V_o . Δt

dan volumenya sekarang menjadi

V_t = V_o + ΔV

V_t = V_o ( 1 + γ Δt )

Hal ini tidak berlaku bagi air dibawah 4 °C, ingat anomali air.

B) Pemuaian Volume Gas

Khusus untuk gas, pemuaian volume dapat menggunakan persamaan seperti pemuaian zat cair,

V_t = V_o ( 1 + γ Δt )

Perubahan volume gas tidak hanya menggunakan persamaan tersebut di atas, namun ada besaran-besaran lain yang perlu diperhatikan seperti tekanan dan temperatur. Persamaan yang berlaku dalam pemuaian gas dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut.

Pada saat tekanan konstan, berlaku hukum Gay Lussac :

Pada saat temperatur konstan, berlaku hukum Boyle :

P₁.V₁ = P₂.V₂

Pada saat volume konstan, berlaku hukum Charles :

Pada saat kondisi ideal dengan mol konstan, berlaku hukum Boyle-Gay Lussac :

dengan keterangan,

V = volume (liter atau m³)

T = temperature (K)

P = tekanan (N/m² atau atm atau Pa)

Soal

Suatu gas mula-mula volumenya V, berapa besarkah suhu harus dinaikkan supaya volumenya menjadi 2 kali volume mula-mula, dengan tekanan tetap.

Jawab

Diketahui :

V_o = V dan V_t = 2V

Ditanya : Dt ....?

V_t   = V_o ( 1 + 1/ 273 Δt )

2V = V ( 1+ 1/ 273 Δt )

2    = ( 1 + 1/ 273 Δt )

1    = 1/ 273 Δt

Δt  = 273 °C

Jadi suhu gas tersebut harus dinaikkan sebesar 273 °C

Perubahan Wujud

Ketika sejumlah kalor diterima atau dilepas oleh suatu zat, maka 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 mengkaitkan dengan kalor jenis atau kapasitas kalor. Sedangkan pada saat benda mengalami perubahan wujud, maka tidak terjadi perubahan suhu, namun semua kalor saat itu digunakan untuk merubah wujud zat, yang dapat ditentukan dengan persamaan yang mengandung unsur kalor laten. Besar kalor laten yang digunakan untuk mengubah wujud suatu zat dirumuskan :

Q = m.L

Dengan keterangan,

Q : kalor yang diterima atau dilepas (Joule atau kal)

m : massa benda (kg atau gram)

L : kalor laten (J/kg atau kal/gr)

Tabel kalor lebur dan kalor didih beberapa zat

Nama Zat	Titik lebur (°C)	Kalor lebur (J/kg)	Titik didih	Kalor didih (J/kg)
Air (es)	0	3,34.105	100	2,26.105
Raksa	-39	1,18.104	356,6	2,94.105
Alkohol	-115	1,04.104	78,3	8,57.106
Hidrogen	-2599	5,58.104	-252	3,8.105

Adanya kalor laten berupa kalor lebur dan kalor didih sangat sering dijumpai dalam kehidupan, seperti meleburnya es cream pada suhu normal, atau mendidihnya air sebelum dikonsumsi untuk kehidupan sehari-hari. Perubahan wujud ini dapat dijelaskan dengan teori kinetik, yang menyatakan bahwa saat mencapai titik lebur atau titik didih, kecepatan getar zat akan bernilai maksimum, sehingga kalor yang diterima tidak digunakan untuk menambah kecepatan, namun digunakan untuk melawan gaya ikat antar molekul zat. Sehingga saat molekul-molekul itu dapat melepaskan ikatannya, maka zat akan berubah wujud melebur atau mendidih.

Soal

Tentukan kalor yang diperlukan untuk meleburkan 10 kg es pada suhu 0 °C. jika kalor lebur es 3,35. 10⁵ J/kg !

Jawab 

Q = m . L

Q = 10 kg . 3,35. 10 ⁵ J/kg

Q = 3,35. 10⁶ J

Soal

Berapakah banyaknya kalor yang diperlukan untuk mengubah 2 gram es pada suhu 0 °C menjadi uap air pada suhu 100 °C ? (c _air = 4.200 J/kg K, L es = 336 J/ g, L uap = 2.260 J/g)

Jawab

Diketahui :
m _es    = 0 °C

t _air     = 0 °C

t_didih   = 100 °C

c _air    = 4.200 J/kg K

L es   = 336 J/ Gajahmungkur

L uap = 2.260 J/g

Ditanya : Q _{total……..?}

Jawab :

Q₁ = m _es x L _es

     = (2) x (336)

     = 672 Joule

Q₂ = m _es x c _air x ∆t

     = (2 x 10^-3)(4.200)(100)

     = 840 Joule

Q₃ = m_es x L _uap

     = (2) (2.260)

     = 4.520 Joule

Jadi
Q _total = Q₁ + Q₂ + Q₃

           = 672 + 840 + 4.520

           = 6.032 Joule