Kalor Lebur Es: Pengertian, Rumus, dan Contoh Soalnya.

HermanAnis.com – Teman-teman semua, dalam tulisan kali ini kita akan membahas satu topik dalam sains yaitu kalor lebur es.

A. Apa itu Kalor Lebur?

Kalor laten atau kalor lebur adalah kuantitas panas yang harus di berikan persatuan massa zat agar semua zat berubah wujud menjadi cair. Atau, jumlah kalor yang dibutuhkan untuk mencairkan satu satuan massa dari sebuah zat pada suhu leburnya tanpa perubahan suhu. Sedangkan kuantitas panas yang harus diberikan persatuan massa zat agar semua zat berubah wujud gas di sebut kalor uap.

Kalor lebur adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk mengubah satu satuan massa zat dari suatu fase ke fase lain tanpa mengubah suhu. Setiap bahan memiliki kalor lebur yang berbeda-beda tergantung pada zat dan fase yang mengalami perubahan. Kalor lebur dapat diukur dalam joule per gram (J/g) atau kalori per gram (cal/g). Ada tiga jenis kalor lebur yang umumnya digunakan, yaitu kalor lebur pendinginan, kalor lebur pemanasan, dan kalor lebur campuran.

Kalor lebur dapat dibagi menjadi tiga jenis, yaitu kalor lebur pendinginan, kalor lebur pemanasan, dan kalor lebur campuran.

1. Kalor Lebur Pendinginan

Jumlah kalor yang dilepaskan ketika satu satuan massa dari sebuah zat berubah dari keadaan cair menjadi keadaan padat pada suhu lebur zat. Ini adalah jumlah kalor yang dilepaskan ketika zat membeku. Kalor lebur pendinginan adalah kalor lebur yang diperlukan untuk membekukan satu satuan massa zat dari suatu fase cair ke fase padat pada suhu leburannya.

Contohnya adalah kalor lebur pendinginan air, yang merupakan jumlah kalor yang diperlukan untuk membekukan satu gram air pada suhu 0 derajat Celsius, yang bernilai sekitar 334 J/g.

2. Kalor Lebur Pemanasan

Jumlah kalor yang diperlukan untuk mencairkan satu satuan massa dari sebuah zat pada suhu lebur zat. Ini adalah jumlah kalor yang harus disediakan untuk melawan gaya-gaya tarik antar partikel dalam zat, sehingga partikel dapat bergerak bebas dan zat dapat menjadi cair.

3. Kalor Lebur Campuran

Jumlah kalor yang diperlukan untuk mencampurkan dua zat pada suhu lebur yang sama sehingga membentuk campuran homogen. Ini terjadi karena dalam proses pencampuran, molekul-molekul zat bergerak lebih bebas dan lebih saling tercampur satu sama lain. Kalor lebur campuran bergantung pada sifat kimia dan fisika dari kedua zat.

Semua jenis kalor lebur ini penting dalam berbagai aplikasi seperti dalam industri pendinginan dan pembekuan makanan, pemrosesan logam, dan dalam teknologi pendinginan. Pada suhu lebur, zat mengalami perubahan wujud dari padat ke cair dan selama perubahan ini, suhu zat tetap konstan meskipun energi sedang ditransfer ke dalamnya.

Setiap zat memiliki nilai kalor lebur yang berbeda-beda tergantung pada sifat kimia dan fisikanya. Satuan untuk kalor lebur adalah Joule per kilogram (J/kg) atau kalori per gram (cal/g). Kalor lebur penting dalam berbagai aplikasi seperti dalam pemrosesan logam, pendinginan dan pembekuan makanan, dan dalam teknologi pendinginan.

B. Kalor Lebur Es

1. Apa yang dimaksud kalor jenis es?

Kalor jenis es adalah jumlah kalor yang di perlukan untuk menaikkan suhu satu kilogram es sebesar satu derajat Celsius tanpa mengalami perubahan fase (dari padat menjadi cair). Kalor jenis adalah sifat fisika dari suatu bahan yang menunjukkan seberapa banyak energi panas yang di perlukan untuk meningkatkan suhu bahan tersebut.

Pada umumnya, kalor jenis es adalah sekitar 2,05 kilojoule per kilogram per derajat Celsius (2,05 kJ/(kg°C)). Artinya, di perlukan sekitar 2,05 kilojoule energi panas untuk menaikkan suhu satu kilogram es sebesar satu derajat Celsius. Kalor jenis es sering di gunakan dalam perhitungan terkait dengan perubahan suhu dan perubahan fase es.

2. Berapa besar kalor lebur es?

Kalor lebur es adalah sekitar 80 kalori per gram (80 kal/gram). Artinya, untuk mencairkan satu gram es menjadi air pada suhu 0 derajat Celsius, di perlukan sekitar 80 kalori energi panas tanpa mengubah suhu. Jumlah ini merupakan konstanta yang di kenal sebagai kalor lebur es atau entalpi lebur es, yang merupakan sifat fisika dari air dan di gunakan dalam banyak perhitungan terkait dengan perubahan fase air dari padat menjadi cair atau gas.

3. Berapa kalor lebur es dalam joule?

Untuk mengkonversi kalor lebur es dalam satuan kalori menjadi joule, kita dapat menggunakan konversi sebagai berikut:

1 kalori = 4,184 joule

Jadi, kalor lebur es sebesar 80 kalori per gram dapat di konversi menjadi:

80 kal/gram x 4,184 J/kal = 334,72 J/gram

Jadi, kalor lebur es sebesar 80 kalori per gram setara dengan sekitar 334,72 joule per gram. Ini adalah jumlah energi yang di perlukan untuk mencairkan satu gram es menjadi air pada suhu 0 derajat Celsius tanpa mengubah suhu.

Untuk mengkonversi kalor lebur es dari satuan per gram ke per kilogram, kita perlu mengalikan jumlahnya dengan faktor konversi 1000, karena satu kilogram sama dengan 1000 gram. Oleh karena itu, kalor lebur es dalam joule per kilogram (J/kg) dapat di hitung dengan menggunakan rumus berikut:

Kalor lebur es dalam J/kg = Kalor lebur es dalam J/gram x 1000

Dari jawaban sebelumnya, kalor lebur es es sebesar 80 kal/gram atau 334,72 J/gram, oleh karena itu:

Kalor lebur es dalam J/kg = 334,72 J/gram x 1000 = 334720 J/kg

Jadi, kalor lebur es es adalah sekitar 334720 J/kg, artinya di perlukan sekitar 334720 joule energi panas untuk mencairkan satu kilogram es menjadi air pada suhu 0 derajat Celsius tanpa mengubah suhu.

4. Besar Kalor lebur es adalah 80 kal/gr, apa maksudnya?

Kalor lebur es sebesar 80 kal/gram merujuk pada jumlah energi yang di perlukan untuk mencairkan satu gram es menjadi air pada suhu 0 derajat Celsius tanpa mengubah suhu.

Dalam hal ini, kalor (dalam satuan kalori) adalah satuan untuk mengukur energi panas, sedangkan gram adalah satuan untuk mengukur massa. Jadi, ketika di katakan bahwa kalor lebur es adalah 80 kal/gram, artinya di perlukan sekitar 80 kalori energi panas untuk mencairkan satu gram es menjadi air pada suhu 0 derajat Celsius.

Kalor lebur es adalah 80 kal/gram. Hal ini berarti, untuk meleburkan 1 gram es di butuhkan kalor sebanyak 80 kalori. Sederhana toh, defenisinya. Olehnya itu, jika ada tanya, apa itu kalor lebur? jawabnya:

“besar atau banyaknya kalor yang di butuhkan untuk meleburkat zat, persatuan massanya”

Untuk memahaminya, kita bisa definisikan dari besar kalor leburnya, seperti,

“Kalor lebur es adalah 80 kal/gram. Ini berarti, untuk satu gram es di butuhkan sebanyak 80 kalori untuk meleburkannya.”

Untuk kalor lebur zat lain, definisinya sama saja. Silahkan teman-teman mendefinisikan sendiri!

Kemudian, apa itu kalor lebur sama dengan kalor beku? jawabannya, keduanya dapat di definisikan sama dan bisa juga berbeda. Berdasarkan definisinya kalor lebur adalah besarnya kalor yang harus di berikan untuk melebur zat persatuan massanya.

Sedangkan kalor beku, dapat di definisikan kalor yang harus keluarkan dari zat agar dapat berubah wujud menjadi padat. Ini hanya pendapat pribadi yah. Mudah-mudahan tidak salah. Istilah kalor beku jarang di pakai, kita lebih sering menggunakan istilah kalor llebut dan kalor laten.

C. Satuan dan Dimensi Kalor Lebur

Satuan dari kalor laten atau lebur adalah kalori per gram di simbol (kal/gr), atau Btu per pound yang di simbol (Btu/lb) atau bisa juga, kilo joule per kilogram atau (kJ/kg). Kalor laten es kira-kira 80 kal/gram atau setara dengan 144 Btu/lb.

Sementara Dimensi dari kalor lebur adalah [L/T]². Dimensi ini sama dengan dimensi kecepatan kuadrat. Apa maknanya? coba pikir-pikir yah, aku belum dapat referensinya.

Simbol kalor lebur es adalah ΔH_fus atau ΔH_m, di mana ΔH merupakan simbol untuk perubahan entalpi dan “fus” atau “m” merujuk pada perubahan fase dari padat (fus = fusion, artinya peleburan) ke cair. Jadi, ΔH_fus atau ΔH_m adalah simbol yang di gunakan untuk menyatakan perubahan entalpi selama proses peleburan dari suatu zat pada suhu tertentu. Satuan yang di gunakan untuk menyatakan kalor lebur es biasanya adalah joule per gram (J/g) atau joule per kilogram (J/kg).

Baca Juga : Proses Terjadinya Petir Secara Fisika

D. Kalor Lebur Es dan Beberapa zat lainnya

Besaran beberapa kalor laten beberapa zat dapat teman-teman lihat pada tabel di bawah ini.

Tabel 1. Kalor dan titik lebur berbagai jenis zat atau bahan

Dari tabel 1, terlihat bahwa kalor laten atau lebur es adalah 334 kJ/kg, atau jika di jadikan satuan lain, kalor laten es juga sebesar 80 kal/gram atau 144 Btu/lb. Jadi kalor laten es adalah 80 kal/gr, 334 kJ/kg atau 144 Btu/lb. Yang mana ingin di gunakan terserah ketiga sama besarnya, namun kelihatan berbeda karena satuannya berbeda.

Ini hanya contoh untuk es, untuk bahan lainnya, teman-teman bisa lihat di tabel 1 di atas. Tabel ini juga menampulkan titik lebur dari berbagai jenis zat. Misalnya, titik lebur timbal 327 ⁰C, sementara titik lebur seng 420 ⁰C. Ini berarti timbal lebih mudah melebur di bandingkan dengan seng. Timbal sudah melebur ketika bersuhu 327 ⁰C, sementara seng baru melebur ketika suhunya 420 ⁰C.

Selain itu, kita juga bisa menyimpulkan bahwa, semakin besar titik lebur suatu zat, maka semakin banyak kalor yang di butuhkan untuk meleburnya. Begitupun sebaliknya.

E. Rumus Kalor Lebur Es

Rumus kalor lebur es dapat di nyatakan sebagai berikut:

Q = m x ΔH_fus

dalam buku standar, ΔH_fus di tuliskan sebagai L.

Q = m x L_es

di mana:

• Q adalah jumlah kalor lebur es yang di perlukan untuk mencairkan massa m dari suatu zat pada suhu tertentu, di ukur dalam joule (J) atau kalori (cal).
• m adalah massa dari zat yang mencair, diukur dalam gram (g) atau kilogram (kg).
• ΔH_fus atau L adalah kalor lebur es, yaitu jumlah kalor yang di perlukan untuk mencairkan satu satuan massa zat pada suhu leburannya tanpa mengubah suhu, di ukur dalam J/g atau J/kg.

Rumus ini di gunakan untuk menghitung jumlah kalor yang di perlukan untuk mencairkan suatu zat pada suhu leburnya. Misalnya, jika kita ingin mencairkan 1 kg es pada suhu 0 derajat Celsius, maka jumlah kalor yang di perlukan dapat di hitung dengan menggunakan rumus di atas, dengan nilai ΔH_fus es sebesar sekitar 334720 J/kg.

F. Contoh Soal dan Pembahasan Kalor Lebur Es

Berikut ini kami berikan 3 contoh soal terkait kalor lebur es lengkap dengan pembahasannya.

Soal 1:

Pertanyaan:
Berapa banyak kalor yang di butuhkan untuk melelehkan 50 gram es pada suhu 0°C menjadi air?
Diketahui:

• Kalor lebur es = 80 kalori/gram.

Pembahasan:
Rumus kalor lebur adalah:

Q = m × L

Dimana:

• Q = kalor yang di butuhkan (kalori)
• m = massa es yang melebur (gram)
• L = kalor lebur es (kalori/gram)

Dari soal, kita tahu:

• m= 50 gram
• L= 80 kalori/gram

Maka, kalor yang di butuhkan adalah:

Q= 50 gram × 80 kal/gram =4000 kalori

Jawaban: 4000 kalori.

Soal 2:

Pertanyaan:
Sebanyak 200 gram es pada suhu 0°C di cairkan menjadi air pada suhu 0°C. Jika kalor lebur es adalah 80 kalori/gram, berapa banyak energi yang di butuhkan untuk mencairkan es tersebut?
Diketahui:

• Kalor lebur es = 80 kalori/gram.

Pembahasan:
Menggunakan rumus kalor lebur: Q = m × L

Dimana:

• Q = kalor yang di butuhkan (kalori)
• m = massa es yang melebur (gram)
• L = kalor lebur es (kalori/gram)

Dari soal, kita tahu:

• m = 200 gram
• L = 80 kalori/gram

Maka, kalor yang di butuhkan adalah:Q

Q =200 gram × 80 kal/gram = 16.000 kalori

Jawaban: 16.000 kalori.

Soal 3:

Pertanyaan:
Sejumlah 500 gram es pada suhu -10°C di panaskan hingga mencair dan berubah menjadi air pada suhu 20°C. Diketahui bahwa:

• Kalor lebur es = 80 kalori/gram.
• Kalor jenis es = 0,5 kalori/gram°C.
• Kalor jenis air = 1 kalori/gram°C.

Berapa banyak energi yang di butuhkan untuk proses tersebut?

Pembahasan:
Langkah pertama adalah menghitung energi untuk menaikkan suhu es dari -10°C ke 0°C.
Menggunakan rumus kalor:

Q₁ = m×c×ΔT

Dimana:

• Q₁= kalor untuk menaikkan suhu (kalori)
• m = massa es (gram)
• c = kalor jenis es (kalori/gram°C)
• ΔT = perubahan suhu (°C)

Diketahui:

• m = 500 gram
• c = 0,5 kalori/gram°C
• ΔT = 0−(−10) = 10°C

Maka, kalor yang di butuhkan untuk menaikkan suhu es adalah:

Q₁ = 500 gram×0,5 kal/gram°C×10°C=2500 kalori

Langkah kedua adalah kalor lebur untuk mencairkan es.
Menggunakan rumus:

Q₂ = m×L

Dimana:

• Q₂​ = kalor untuk mencairkan es (kalori)

Diketahui:

• m =500gram
• L = 80 kal/gram

Maka, kalor yang di butuhkan untuk mencairkan es adalah:

Q₂ = 500 gram×80 kal/gram = 40.000 kalori

Langkah ketiga adalah menaikkan suhu air dari 0°C ke 20°C.
Menggunakan rumus kalor:

Q₃ = m×c×ΔT

Dimana:

• Q₃ = kalor untuk menaikkan suhu air (kalori)
• m =500 gram
• c = 1 kal/gram°C (kalor jenis air)
• ΔT = 20°C−0°C = 20°C

Maka, kalor yang di butuhkan untuk menaikkan suhu air adalah:

Q₃ = 500 gram×1 kal/gram°C×20°C = 10.000 kalori

Total kalor yang di butuhkan adalah jumlah dari ketiga proses:

Q_total=Q₁+Q₂+Q₃ = 2500+40.000+10.000 = 52.500 kalori

Jawaban: 52.500 kalori.

G. Penerapan dalam kehidupan sehari-hari

Kalor lebur adalah jumlah energi yang diperlukan untuk mengubah satu satuan massa zat dari keadaan padat menjadi cair pada titik leburnya tanpa mengubah suhunya. Proses ini terjadi ketika zat menyerap energi dalam bentuk kalor yang cukup untuk memutuskan ikatan antar molekul dalam zat tersebut. Dalam kehidupan sehari-hari, fenomena ini dapat diamati dalam berbagai situasi yang melibatkan perubahan wujud zat dari padat ke cair.

1. Contoh penerapan konsep kalor lebur dalam kehidupan sehari-hari

Berikut beberapa contoh penerapan konsep kalor lebur dalam kehidupan sehari-hari:

1. Peleburan Es Batu
   Salah satu contoh paling umum dari kalor lebur adalah proses peleburan es batu. Ketika es batu di letakkan di luar ruangan atau dalam minuman panas, es akan menyerap kalor dari lingkungan sekitarnya, menyebabkan molekul-molekul es bergerak lebih cepat dan akhirnya meleleh menjadi air cair. Proses ini memerlukan energi yang di sebut kalor lebur. Misalnya, untuk meleburkan 1 gram es pada 0°C, di butuhkan sekitar 334 joule energi.
2. Peleburan Logam dalam Industri
   Dalam industri manufaktur, proses peleburan logam memanfaatkan prinsip kalor lebur untuk mengubah logam padat menjadi cair. Misalnya, dalam pembuatan perhiasan atau komponen mesin, logam seperti emas atau perak di panaskan hingga mencapai titik lebur mereka, memungkinkan pencetakan atau pembentukan sesuai desain yang diinginkan. Proses ini memerlukan kontrol suhu yang tepat untuk memastikan kualitas produk akhir.
3. Peleburan Salju dan Es di Jalan Raya
   Selama musim dingin, salju dan es yang menumpuk di jalan raya dapat menyebabkan bahaya bagi pengendara. Untuk mengatasi hal ini, garam sering di taburkan di atas salju atau es. Garam menurunkan titik beku air, memungkinkan es meleleh pada suhu yang lebih tinggi, sehingga memudahkan proses peleburan dan membersihkan jalan dari es.
4. Peleburan Es dalam Proses Pendinginan
   Dalam sistem pendinginan seperti kulkas atau AC, proses peleburan es juga terjadi. Misalnya, dalam kulkas, es yang terbentuk di evaporator dapat meleleh saat siklus defrost, di mana elemen pemanas digunakan untuk melelehkan es yang menumpuk, memastikan efisiensi pendinginan tetap optimal.
5. Peleburan Es dalam Proses Pembuatan Es Krim
   Dalam pembuatan es krim, proses peleburan es juga terjadi. Bahan-bahan seperti susu dan krim di panaskan hingga mencapai titik lebur tertentu sebelum di campur dan di bekukan kembali untuk menghasilkan es krim dengan tekstur yang di inginkan.

2. Pentingnya Memahami Kalor Lebur

Memahami konsep kalor lebur penting dalam berbagai bidang, termasuk:

• Industri Manufaktur: Proses peleburan logam memerlukan pemahaman mendalam tentang kalor lebur untuk mengontrol suhu dan kualitas produk akhir.
• Teknik Pendinginan: Sistem pendinginan seperti kulkas dan AC bergantung pada prinsip kalor lebur untuk mengatur suhu dan efisiensi energi.
• Ilmu Lingkungan: Proses peleburan es di kutub dan gletser mempengaruhi tingkat permukaan laut dan iklim global.

Dengan memahami bagaimana kalor lebur bekerja, kita dapat mengoptimalkan berbagai proses dalam kehidupan sehari-hari dan industri, serta menghargai peran penting energi dalam perubahan wujud zat.

H. Cara Menentukan Kalor Lebur Es (L_es)

Bagaimana cara mencari kalor lebur? Yah, jawabannya dengan melakukan ekperimen sederhana menggunakan alat-alat di laboratorium IPA atau Fisika. Berikut ini kami berikan cara untuk menentukan kalor laten atau lebur es.

Contoh ini bisa teman-teman, apa lagi yang berprofesi guru untuk kembangkan menjadi LKPD berbasis keterampilan proses sains.

Untuk menentukan kalor laten atau lebur es, teman-teman perlu menyediakan alat dan bahan yang akan di gunakan seperti dalam gambar di bawah ini.

1. Alat dan bahan

Alat dan bahan yang akan di gunakan dalam menentukan L_es adalah,

• Satu set kalorimeter Joule (penyekat gabus, tutup plastik, pengaduk)
• Termometer batang celcius.
• Neraca Ohauss 311 gram atau alat ukur semacamnya.
• Air hangat panas (H₂O) secukupnya.
• Potongan-potongan kecil es batu, kira-kira seukuran kelereng secukupnya.

2. Prosedur kerja

1. Ukur dan catat massa kalorimeter beserta pengaduknya sebagai m₁ dengan neraca ohaus 311 gram atau alat ukur lain yang tersedia. Jangan lupa, tanpa penyekat dan tutup plastik.
2. Isilah kalorimeter dengan air murni (H₂O) sekitar 150 ml, kemudian, ukur dan catat massa kalorimeter dengan air (m₂). Jangan lupa lagi, tanpa penyekat dan tutup plastik.
3. Ukur suhu kalorimeter beserta air di dalamnya dengan termometer batang. Catatlah hasilnya sebagai
   Ta.
4. Ambil potongan es, ukur suhunya. Nyatakan sebagai T_es.
5. Kemudian potongan-potongan es tersebut ke dalam kalorimeter. Aduklah pelan-pelan sampai semua es melebur dan sistem mencapai suhu kesetimbangannya, lalu catat suhu kesetimbangannya (ts).

3. Hasil Pengamatan

Massa kalorimeter dengan pengaduk (m₁)

• m₁ = ……..

Massa kalorimeter dengan pengaduk di tambah air 150 ml (m₂)

• m₂ = …….

Suhu awal air panas (T_a)

• T_a = …….

Temperatur/suhu potongan-potongan es (T_es)

• T_es = …….

Suhu campuran (T_c)

• T_c = …….

Massa kalorimeter dengan pengaduk di tambah air 150 ml dan es sebagai (m_c)

• m_c = …….

4. Analisis Data

Untuk memperoleh besar kalor laten atau lebur es ikuti langkah-langkah analisis berikut ini.

• Tentukan besar massa air panas (m_a). Untuk memperolehnya anda dapat menggunakan persamaan ini.

m_a = m₂ – m₁

• Tentukan besar massa es (m_es). Untuk memperolehnya anda dapat menggunakan persamaan ini.

m_es = m_c – m₂

• Setelah itu, gunakan persamaan azas black untuk memperoleh kalor laten lebur es. Untuk memperolehnya anda dapat menggunakan persamaan ini.

Q₁ = Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅

Sehingga akan di peroleh, rumus untuk menentukan kalor laten es ini.

Dengan hasil pengukuran yang telah di lakukan maka, seharusnya tidak sulit lagi untuk menentukan kalor laten es (L_es) .

Penting di ingat sebagai catatan:

• Suhu air panas di anggap sama dengan suhu kalorimeter dan pengaduknya
• Anda perlu membuka referensi untuk menemukan kalor jenis air (c_a) dan kalor jenis es (c_es) . Ini di butuhkan dalam analisis.

Ingin memahami lebih jauh? Baca artikel terkait tentang kalor jenis dan penerapannya!

Baca juga: Kalor jenis dan penerapannya

Terima kasih telah membaca artikel ini,
semoga bermanfaat.

Terakhir di perbarui: 14 Januari 2025