Jatuhan air terjun memiliki energi potensial dan energi inilah yang akan digunakan untuk memanaskan air.
Perubahan energinya harus dipahami, sehingga kita bisa menghasilkan persamaan yang digunakan untuk menghitung perubahan suhu.
Persamaan yang digunakan
Air terjun mencurahkan airnya dari ketinggian tertentu, energi yang terkandung di dalamnya adalah energi potensial.
Nah, energi inilah yang harus kita temukan dulu.
Kemudian, energi potensial ini diubah menjadi energi panas atau kalor. Dari sinilah akhirnya kita bisa mendapatkan perubahan suhu.
Untuk lebih lengkapnya, perhatikan persamaan berikut.
Ep = m₁.g.h
Q = m₂.c.Δt
Keterangan :
- m₁ = massa jatuhan air terjun
- g = gravitasi bumi
- h = ketinggian air terjun
- m₂ = massa air yang dipanaskan
- c = kalor jenis air
- Δt = perubahan suhu
Contoh soal
Soal :
1. Air terjun bermassa 1000 kg/s jatuh dari ketinggian 20 meter. Jika energi ini digunakan untuk memanaskan air 20 kg selama 1 menit, maka perubahan suhu yang terjadi adalah...
1. Air terjun bermassa 1000 kg/s jatuh dari ketinggian 20 meter. Jika energi ini digunakan untuk memanaskan air 20 kg selama 1 menit, maka perubahan suhu yang terjadi adalah...
Kita harus mencari dulu nilai dari energi potensial yang terjadi.
Ep = m₁.g.h
Diketahui :
- m₁ = 1000 kg/s
- g = 10 m/s² (Nilai g selalu konstan. Jika tidak diketahui pada soal, gunakan nilai ini)
- h = 20 meter
- t = 1 menit
- m₂ = 20 kg
Masukkan nilai yang sudah diketahui pada soal.
Ep = m₁.g.h
Ep = 1000 kg/s × 10 m/s² × 20 m
Ep = 200.000 Joule/s
Kunci soal
Massa air yang jatuh satuannya kg/s.
Nah, disini kunci soalnya.
Karena masih ada kg/s, maka energi yang dihasilkan, Ep, juga dalam bentuk per sekon, yaitu joule/s.
Kita harus hilangkan dulu "s".
Caranya?
Dalam soal diketahui waktu selama 1 menit = 60 s
Gunakan ini untuk mendapatkan energinya.
Sehingga :
Ep total = Ep × t
Ep total = 200.000 joule/s × 60 s
- satuan waktu diubah ke sekon agar bisa dicoret dengan satuan joule/s
Ep total = 12.000.000 joule
Ep total = kalor
Energi totalnya sudah diperoleh dan sekarang Ep total ini diubah sepenuhnya menjadi kalor untuk menaikkan suhu air.
Ep total = Q
Q = m₂.c.Δt
Diketahui :
- Q = 12.000.000 joule
- m₂ = 20 kg
- c = 4200 joule/kg.⁰C (Nilai kapasitas kalor air tetap, jika tidak diketahui pada soal gunakan nilai ini)
Masukkan datanya ke dalam rumus kalor.
Q = m₂.c.Δt
12.000.000 = 20 × 4.200 × Δt
12.000.000 = 84.000.Δt
- Untuk mendapatkan Δt, bagi 12.000.000 dengan 84.000
Δt = 12.000.000 ÷ 84.000
Δt = 142,8 ⁰C ≅ 143 ⁰C
Perubahan suhunya kita bulatkan menjadi 143⁰C.
Jadi...
Air 20 kg tersebut akan bertambah suhunya sebesar 143⁰C.
Inilah jawabannya.
Perhatikan kunci soalnya
Di sini kita memang harus hati-hati dalam mengerjakan soalnya agar energi potensialnya bisa ditemukan dalam satuan yang benar, yaitu joule.
Satuan air yang jatuh yaitu kg/s.
Ini harus diubah dulu agar menjadi kg, sehingga satuan energinya menjadi joule, bukan joule/s.
Langkahnya tentu saja dengan mengalikan kg/s atau joule/s dengan waktu yang sudah ditentukan. Dalam soal diketahui waktunya 1 menit.
Jangan lupa, 1 menit harus diubah menjadi detik, yaitu 60 sekon.
Mengapa?
Agar satuannya sama dengan kg/s atau joule/s yang sama-sama mengandung "s" atau sekon atau detik.
Kalau tidak dikalikan dengan waktu bagaimana?
Jika satuannya dibiarkan dalam joule/s maka energi totalnya salah.
Sehingga perubahan suhu yang diperoleh juga salah.
Makanya, harus hati-hati.
Apa yang terjadi dengan airnya?
Katakanlah air sebelum diberikan energi suhu awalnya 27⁰C, yaitu suhu normal air di udara terbuka. Kemudian, setelah diberikan energi sebesar 12.000.000 joule, suhunya melompat setinggi 143⁰C.
Berarti suhu air sekarang menjadi 27⁰C + 143⁰C = 170⁰C.
Suhu 170⁰C sudah berada di atas titik didihnya, sehingga bisa dipastikan air akan mendidih dan sebagian sudah menjadi uap panas.
Jika waktunya dibuat lebih lama, misalnya 5 menit atau 10 menit, bisa saja air yang tersisa semakin sedikit karena sudah banyak yang menjadi uap.
Baca juga ya :
Post a Comment for "Air terjun 1000 kg/s jatuh dari ketinggian 20 meter. Jika memanaskan air 20 kg selama 1 menit, perubahan suhu?"