KALOR DAN PERPINDAHAN KALOR

A. Suhu dan Pemuaian1. Termometer

Suhu merupakan derajat panas atau dinginnya suatu benda. suhu termasuk kedalam besaran skalar. Alat untuk mengukur suhu dinamakan termometer. Sifat termometrik zat adalah sifat-sifat zat yang berubah jika dipanaskan, misalnya volume zat cair, panjang logam, hambatan listrik seutas kawat platina, tekanan gas pada volume tetap, dan warna pijar (filamen) lampu.a. Beberapa Jenis Termometer

Termometer yang paling umum digunakan untuk mengukur suhu dalam keseharian adalah termometer yang terbuat dari kaca dan diisi dengan zat cair. Yang tergolong termometerzat cair adalah termometer klinis, termometer dinding, dan termometer maksimum/minimum. Selain termometer zat cair, jenis-jenis termometer lainnya adalah termometer bimetal, termometer hambatan, termokopel, termometer gas, dan pirometer. b. Kalibrasi Termometer

Kalibrasi termometer adalah kegiatan menetapkan skala sebuah termometer yang belum memililki skala. Suhu termasuk besaran pokok dalam fisika. Oleh karena itu, suhu mempunyai standar. Standar untuk suhu disebut titik tetap. Ada dua titik tetap yaitu titik tetap bawah dan titik tetap atas.

Pada kenyataannya, suhu yang diketahui tetap adalah suhu pada waktu benda mengalami perubahan wujud. Untuk pengukuran suhu yang tidak begitu tinggi digunakan titik lebur es sebagai titik tetap bawah dan titik didih air sebagai titik tetap atas. Menurut termometer yang banyak digunakan saat ini, titik tetap bawah adalah titik lebur es murni dan ditandai dengan angka 0. Alasan menyebut es murni karena ketidakmurnian es ( misalnya bercampur dengan air garam) akan menyebabkan titik lebur es lebih rendah ( dibawah nol). Titik tetap atas adalah suhu uap diatas air yang sedang mendidih pada tekanan 1 atm dan ditandai dengan angka 100. Alasan menyebut tekanan dalam 1 atm adalah karena titik didih air sangat dipengaruhi oleh tekanan udara diatas permukaan air. Skala yang ditetapkan berdasarkan titik lebur es dan titik didih air disebut skala celcius. c. Hubungan Panjang Kolom Raksa dan Bacaan Suhu

Panjang kolom raksa dalam pipa kaca menentukan bacaan suhu yang ditunjukkan termometer. grafik pada gambar 1 menunjukkan bagaimana kolom raksa X berubah

terhadap bacaan suhu dalam skala celcius. Perhatikan, hubngan antara X dan suhu adalah linier.

Jika X menyatakan panjang kolom raksa pada suhu sembarang yang tidak diketahui, X0 dan X100 masing-masing menyatakan panjang kolom raksa pada titik

lebur es (00C) dan titik didih air (1000C), suhu sembarang dapat dirumuskan Hubungan Suhu dan Panjang Kolom Raksa

d. Skala Kelvin

Skala Kelvin (simbol: K) adalah skala suhu di mana nol absolut didefinisikan sebagai 0 K. Satuan untuk skala Kelvin adalah kelvin (lambang K), dan merupakan salah satu dari tujuh unit dasar SI. Satuan kelvin didefinisikan oleh dua fakta: nol kelvin adalah nol absolut (ketika gerakan molekuler berhenti, dalam termodinamika), dan satu kelvin adalah pecahan 1/273,16 dari suhu termodinamik triple point air (0,01 °C). Skala suhu Celsius kini didefinisikan berdasarkan kelvin.

Para ilmuan lebih menyukai skala kelvin karena skala ini tidak dikalibrasi berdasarkan titik lebur es dan titik didih air, tetapi dikalibrasi berdasarkan batasan energi yang dimiliki oleh benda itu sendiri. Olelh karena itu, para ilmuan menetapkan satuan SI untuk suhu adalah kelvin. Skala Kelvin disebut juga skala termoodinamik atau skala mutlak. e. Skala Fahrenheit

Skala Fahreheit adalah salah satu skala suhu selain Celsius dan Kelvin. Nama Fahrenheit diambil dari ilmuwan Jerman yang bernama Gabriel Fahrenheit (1686-1736). Skala ini dikemukakan pada tahun 1724. Dalam skala ini, titik beku air adalah 32 derajat Fahrenheit (ditulis 32 °F) dan titik didih air adalah 212 derajat Fahrenheit. Negatif 40 derajat Fahreheit sama dengan negatif 40 derajat Celsius. Skala Fahrenheit banyak digunakan di Amerika Serikat.

2. Pemuaiana. Pengertian pemuaian

Pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena pengaruh perubahan

suhu atau bertambahnya ukuran suatu benda karena menerima kalor. Pemuaian terjadi

pada 3 zat yaitu pemuaian pada zat padat, pada zat cair, dan pada zat gas. Pemuaian

pada zat padat ada 3 jenis yaitu pemuaian panjang (untuk satu demensi), pemuaian

luas (dua dimensi) dan pemuaian volume (untuk tiga dimensi). Sedangkan pada zat

cair dan zat gas hanya terjadi pemuaian volume saja, khusus pada zat gas biasanya

diambil nilai koofisien muai volumenya sama dengan 1/273.

b. Macam-macam pemuaian

b.1 Pemuaian Zat Padat

Pemuaian Panjang

Pernahkah kamu mengamati kabel jaringan listrik pada pagi hari dan siang hari?

Kabel jaringan akan tampak kencang pada pagi hari dan tampak kendor pada siang

hari. Kabel tersebut mengalami pemuaian panjang akibat terkena panas sinar

matahari. Alat yang digunakan untuk menyelidiki pemuaian panjang berbagai jenis

zat padat adalah musschenbroek. Pemuaian panjang suatu benda dipengaruhi oleh

panjang mula-mula benda, besar kenaikan suhu, dan tergantung dari jenis benda.

Gambar 4. Alat MusschenbroekBesarnya panjang logam setelah dipanaskan adalah sebesar

Besarnya panjang zat padat untuk setiap kenaikan 1ºC pada zat sepanjang 1 m disebut koefisien muai panjang (α). Hubungan antara panjang benda, suhu, dan koefisien muai panjang dinyatakan dengan persamaan

Keterangan:L = Panjang akhir (m)L0 = Panjang mula-mula (m)ΔL = Pertambahan panjang (m)α = Koefisien muai panjang (/ºC)Δt = kenaikan suhu (ºC)

- Beberapa Koefisien Muai Panjang Benda

Pemuaian Luas

Jika yang dipanaskan adalah suatu lempeng atau plat tipis maka plat tersebut akan

mengalami pemuaian pada panjang dan lebarnya. Dengan demikian lempeng akan

mengalami pemuaian luas atau pemuaian bidang. Pertambahan luas zat padat untuk

setiap kenaikan 1ºC pada zat seluas 1 m^2 disebut koefisien muai luas (β). Hubungan

antara luas benda, pertambahan luas suhu, dan koefisien muai luas suatu zat adalah

Keterangan:A = Luas akhir (m2)Δ0 = Pertambahan luas (m2)A0 = Luas mula-mula (m2)β = Koefisien muai luas zat (/º C)Δt = Kenaikan suhu (ºC)

Besarnya β dapat dinyatakan dalam persamaan berikut.

Pemuaian VolumeJika suatu balok mula-mula memiliki panjang P0, lebar L0, dan tinggi h0

dipanaskan hingga suhunya bertambah Δt, maka berdasarkan pada pemikiran muai panjang dan luas diperoleh harga volume balok tersebut sebesar

Dimana,

Keterangan:V = Volume akhir (m^3)V0 = Volume mula-mula (m^3)ΔV = Pertambahan volume (m^3)γ = Koefisien muai volume (/ºC)Δt = Kenaikan suhu (ºC)

b.2 Pemuaian Zat Cair

Pada zat cair tidak melibatkan muai panjang ataupun muai luas, tetapi hanya dikenal muai ruang atau muai volume saja. Semakin tinggi suhu yang diberikan pada zat cair itu maka semakin besar muai volumenya. Pemuaian zat cair untuk masing-masing jenis zat cair berbeda-beda, akibatnya walaupun mula-mula volume zat cair sama tetapi setelah dipanaskan volumenya menjadi berbeda-beda. Pemuaian volume zat cair terkait dengan pemuaian tekanan karena peningkatan suhu. Titik pertemuan antara wujud cair, padat dan gas disebut titik tripel.

Anomali Air Khusus untuk air, pada kenaikan suhu dari 0º C sampai 4º C volumenya tidak

bertambah, akan tetapi justru menyusut. Pengecualian ini disebut dengan anomali air. Oleh karena itu, pada suhu 4ºC air mempunyai volume terendah. Hubungan volume dengan suhu pada air dapat digambarkan pada grafik berikut.

Pada suhu 4ºC, air menempati posisi terkecil sehingga pada suhu itu air memiliki massa jenis terbesar. Jadi air bila suhunya dinaikkan dari 0ºC – 4ºC akan menyusut, dan bila suhunya dinaikkan dari 4ºC ke atas akan memuai. Biasanya pada setiap benda bila suhunya bertambah pasti mengalami pemuaian. Peristiwa yang terjadi pada air itu disebut anomali air. Hal yang sama juga terjadi pada bismuth dengan suhu yang berbeda.

b.3 Pemuaian GasMungkin kamu pernah menyaksikan mobil atau motor yang sedang melaju di

jalan tiba-tiba bannya meletus?. Ban mobil tersebut meletus karena terjadi pemuaian udara atau gas di dalam ban. Pemuaian tersebut terjadi karena adanya kenaikan suhu udara di ban mobil akibat gesekan roda dengan aspal.

Pemuaian pada gas adalah pemuaian volume yang dirumuskan sebagai

γ adalah koefisien muai volume. Nilai γ sama untuk semua gas, yaitu 1/273 ºC^-1

Pemuaian gas dibedakan tiga macam, yaitu:

a. pemuaian gas pada suhu tetap (isotermal),b. pemuaian gas pada tekanan tetap (isobar), danc. pemuaian gas pada volume tetap (isokhorik).

1. Pemuaian Gas pada Suhu Tetap (Isotermal)Pernahkah kalian memompa ban dengan pompa manual. Apa yang kalian rasakan

ketika baru pertama kali menekan pompa tersebut? Apa yang kalian rasakan ketika kalian menekannya lebih jauh? Awalnya mungkin terasa ringan. Namun, lama kelamaan menjadi berat. Hal ini karena ketika kita menekan pompa, itu berarti volume gas tersebut mengecil. Pemuaian gas pada suhu tetap berlaku hukum Boyle, yaitu gas di dalam ruang tertutup yang suhunya dijaga tetap, maka hasil kali tekanan dan volume gas adalah tetap. Dirumuskan sebagai:

Keterangan:P = tekanan gas (atm)V = volume gas (L)

2. Pemuaian Gas pada Tekanan Tetap (Isobar)Pemuaian gas pada tekanan tetap berlaku hukum Gay Lussac, yaitu gas di dalam

ruang tertutup dengan tekanan dijaga tetap, maka volume gas sebanding dengan suhu mutlak gas. Dalam bentuk persamaan dapat dituliskan sebagai:

Keterangan:V = volume (L)T = suhu (K)

3. Pemuaian Gas Pada Volume Tetap (Isokhorik)Pemuaian gas pada volume tetap berlaku hukum Boyle-Gay Lussac, yaitu jika

volume gas di dalam ruang tertutup dijaga tetap, maka tekanan gas sebanding dengan suhu mutlaknya. Hukum Boyle-Gay Lussac dirumuskan sebagai

Dengan menggabungkan hukum boyle dan hukum Gay Lussac diperoleh persamaan

Keterangan:P = tekanan (atm)V = volume (L)T = suhu (K)

B. KALOR DAN PERUBAHAN WUJUD

1. Pengertian Kalor dan Perbedaannya dengan suhuSecara alami, kalor dengan sendirinya berpindah dari benda yang bersuhu tinggi

menuju benda yang bersuhu rendah. Perpindahan kalor cenderung menyamakan suhu

benda yang saling bersentuhan. Pada abad ke-18, para fisikawan menduga bahwa aliran

kalor merupakan gerakan suatu fluida, suatu jenis fluida yang tidak kelihatan (fluida

adalah zat yang dapat mengalir. Fluida meliputi zat cair dan zat gas. Air (zat cair)

termasuk fluida karena dapat mengalir. Udara juga termasuk fluida karena dapat

mengalir). Fluida tersebut dinamakan caloric. Teori mengenai caloric tidak digunakan

lagi karena berdasarkan hasil percobaan, keberadaan caloric ini tidak bisa dibuktikan.

Pada abad ke-19, seorang fisikawan Inggris bernama James Prescott Joule (1818-

1889) mempelajari cara memanaskan air dalam sebuah wadah menggunakan roda

pengaduk. Berdasarkan hasil percobaannya, Joule membuat perbandingan dengan air

yang dipanaskan menggunakan api. Ketika nyala api dan wadah yang berisi air

bersentuhan, kalor berpindah dari api (suhu tinggi) menuju air (suhu rendah). Setelah

membuat perbandingan antara meningkatnya suhu air karena bersentuhan dengan api dan

meningkatnya suhu air akibat adanya usaha yang dilakukan oleh pengaduk, Joule

menyimpulkan bahwa kalor merupakan energi yang berpindah dari benda bersuhu

tinggi menuju benda bersuhu rendah. Kalor bukan energi (kalor bukan suatu jenis

energi tertentu, seperti energi kinetik, energi potensial, energi kimia dll). K alor

adalah energi yang berpindah akibat perbedaan suhu. Jadi ketika kalor mengalir dari

benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah, sebenarnya energi yang

berpindah dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah.

Perpindahan energi terhenti setelah benda-benda yang bersentuhan mencapai suhu yang

sama atau setimbang termal.

2. Persamaan Kalor

Ketika anda memanaskan air dalam teko dengan kompor atau gas atau kompor sumbu

biasa, makin besar nyala api makin besar kalor yang diberikan api pada air dalam teko.

Tentu saja akan dihasilkan kenaikkan suhu air lebih besar dalam selang waktu yang

sama. Jadi ada hubungan antara kalor yang diberikan, Q, dengan kenaikkan suhu, ∆T.

Besarnya kalor yang diserap atau dilepas oleh suatu benda berbanding lurus

dengan:  

Massa benda (m)     

Kalor jenis benda (c), dan

Perubahan suhu (ΔT)

Jadi, besarnya kalor yang dilepaskan atau diserap dapat dituliskan menjadi :

Q = m.c.∆T

dengan:

m = massa benda (kg)

∆T = kenaikan suhu T2-T1(℃)

c = kalor jenis benda (kal/gram ℃ atau joule/kg K)

Dalam system SI, satuan kalor adalah joule. Satu kalori adalah banyaknya kalor yang

diperlukan untuk menaikkan suhu 1℃ air murni yang massanya 1 gram.

Besaran dalam kalor

Kapasitas kalor (C)

Kapasitas kalor adalah perbandingan antara jumlah kalor yang diterima benda dengan

kenaikan suhu atau banyak panas yang diperlukan untuk menaikkansejumlah zat tertentu

sebesar satu derajat Celcius atau satu Kelvin.

C=Q/∆T

Dengan :

∆T = kenaikan suhu (K)

Q = kalor (joule)

C = kapasitas panas ( joule/K

Kalor jenis (c)

Kalor jenis adalah perbandingan antara kapasitas panas dengan massa benda atau

banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu derajat Celcius dari satu

kilogram zat tersebut.

c=C/m=Q/m∆T

Dengan :

C = kapasitas panas (joule/K)

m = massa benda (kg)

c = kalor jenis benda (joule/ kg K)

3. Asas Black

Kalor adalah energi yang dipindahkan dari benda yang memiliki temperatur tinggi ke

benda yang memiliki temperatur lebih rendah sehingga pengukuran kalor selalu

berhubungan dengan perpindahan energi. Energi adalah kekal sehingga benda yang

memiliki temperatur lebih tinggi akan melepaskan energi sebesar QL dan benda yang

memiliki temperatur lebih rendah akan menerima energi sebesar QT dengan besar yang

sama. Secara matematis, pernyataan tersebut dapat ditulis sebagai berikut.

QLepas = QTerima …….. (7–15)

Persamaan (7–15) menyatakan hukum kekekalan energi pada pertukaran kalor yang

disebut sebagai Asas Black. Nama hukum ini diambil dari nama seorang ilmuwan

Inggris sebagai penghargaan atas jasa-jasanya, yakni Joseph Black (1728–1799).

Pengukuran kalor sering dilakukan untuk menentukan kalor jenis suatu zat. Jika kalor

jenis suatu zat diketahui, kalor yang diserap atau dilepaskan dapat ditentukan dengan

mengukur perubahan temperatur zat tersebut. Kemudian, dengan menggunakan

persamaan

Q = m c ΔT

besarnya kalor dapat dihitung. Ketika menggunakan persamaan ini, perlu diingat bahwa

temperatur naik berarti zat menerima kalor, dan temperatur turun berarti zat melepaskan

kalor. Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kalor. Salah satu bentuk

kalorimeter, tampak pada Gambar 7.5. Kalorimeter ini terdiri atas sebuah bejana logam

dengan kalor jenisnya telah diketahui. Bejana ini biasanya ditempatkan di dalam bejana

lain yang agak lebih besar. Kedua bejana dipisahkan oleh bahan penyekat, misalnya

gabus atau wol. Kegunaan bejana luar adalah sebagai pelindung agar pertukaran kalor

dengan lingkungan di sekitar kalorimeter dapat dikurangi. Kalorimeter juga dilengkapi

dengan batang pengaduk. Pada waktu zat dicampurkan di dalam kalorimeter, air di dalam

kalorimeter perlu diaduk agar diperoleh temperatur merata dari percampuran dua zat

yang suhunya berbeda. Batang pengaduk ini biasanya terbuat dan bahan yang sama

seperti bahan bejana kalorimeter. Zat yang diketahui kalor jenisnya dipanaskan sampai

temperatur tertentu. Kemudian, zat tersebut dimasukkan ke dalam kalorimeter yang

berisi air dengan temperatur dan massanya yang telah diketahui. Selanjutnya, kalorimeter

diaduk sampai suhunya tetap.

4. Kalorimeter

Kalorimeter, sebuah alat untuk mengukur jumlah kalor yang dilepaskan atau diserap

dalam proses fisik dan kimia. Kalorimeter ini terdiri dari bermacam-macam jenis.

Kalorimeter digunakan untuk menentukan kandungan kalor, kalor spesifik, kalor laten,

dan sifat termal zat lainnya. Pembacaan Kalorimeter biasanya diambil dengan satuan

kalori atau British thermal (Btu).

Kalorimeter terdiri atas bejana logam yang jenisnya telah diketahui, dinding penyekat

dari isolator yang berfungsi untuk mencegah terjadinya perambatan kalor ke lingkungan

sekitar, termometer, dan pengaduk. Bejana logam berisi air yang suhu awalnya dapat

diketahui dari termometer. Jika sebuah bahan yang belum diketahui kalor jenisnya

dipanaskan, kemudian dimasukkan ke dalam kalorimeter dengan cepat, kalor jenis itu

dapat dihitung. Untuk mempercepat terciptanya keseimbangan termal, bersamaan dengan

dimasukkannya bahan ke dalam kalorimeter, air dalam bejana diaduk. Keseimbangan

termal terjadi jika suhu yang ditunjukkan oleh termometer sudah konstan. Pada saat

terjadi keseimbangan termal itulah kalor jenis bahan dapat dihitung berdasarkan asas

black.

Pengukuran kalor jenis dengan calorimeter didasarkan pada asas Black, yaitu kalor

yang diterima oleh calorimeter sama dengan kalor yang diberikan oleh zat yang dicari

kalor jenisnya. Hal ini mengandung pengertian jika dua benda yang berbeda suhunya

saling bersentuhan, maka akan menuju kesetimbangan termodinamika. Suhu akhir kedua

benda akan sama.

Kalorimeter tidak hanya digunakan untuk mengukur kalor jenis bahan logam,

melainkan dapat juga digunakan untuk keperluan lain yang berkaitan dengan kalor

(jumlah kalor). Beberapa kegunaan kalorimeter yang lain adalah untuk menunjukkan

asas Black, mengukur kesetaraan kalor listrik, mengukur kalor lebur es, mengukur kalor

uap, dan mengukur kalor jenis cairan.

5. Perubahan Wujud Zat

Perubahan wujud zat adalah perubahan termodinamika dari satu fase benda ke

keadaan wujud zat yang lain. Perubahan wujud zat ini bisa terjadi karena peristiwa

pelepasan dan penyerapan kalor.Perubahan wujud zat terjadi ketika titik tertentu tercapai

oleh atam/senyawa zat tersebut yang biasanya dikuantitaskan dalam angka suhu. Semisal

air untuk menjadi padat harus mencapai titik bekunya dan air menjadi gas harus

mencapai titik didihnya.

Gambar diagram perubahan wujud zat

Perhatikan saat kamu memasukkan sebuah es ke dalam segelas minuman teh panas, Apa yang

terjadi? Wujud es padat pasti akan mencair. Simak penjelasan berikut!

Selama proses terjadinya perubahan wujud suatu zat, ternyata suhu benda tetap.

Mengapa demikian? Saat terjadi perubahan wujud tersebut kalor yang diperlukan atau

dilepaskan tidak digunakan untuk menaikkan suhu, tetapi digunakan untuk mengubah

wujud suatu zat. Ingat bahwa wujud zat yang terdapat di alam dibedakan menjadi tiga,

yaitu : padat, cair dan gas.

Misal, pada saat kamu memasukkan air ke dalam freezer (ruang pembeku) dalam

lemari es untuk membuat es batu. Saat membeku, wujud zat terjadi perubahan yaitu dari

cair menjadi padat. Demikian sebaliknya saat es batu kamu taruh di bawah sinar terik

matahari, saat mencair wujud zat berubah dari padat menjadi cair.

Contoh lain yang dapat kamu jumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah saat

memasak air, kamu dapat mengamati bahwa saat mendidih akan terjadi perubahan wujud

zat dari cair menjadi gas. Terdapatbanyak zat cair untuk mengubah wujudnya dari cair

menjadi gas tanpa mendidihkan. Selama penguapan berlangsung, zat cair tersebut

berangsur-angsur berubah menjadi gas pada suhu di bawah titik didihnya. Misal, kamu

berenang kemudian keluar dari kolam renang ke udara hangat, maka air yang menempel

pada kulitmu akan segera menguap. Penguapan ini tentu membutuhkan energi kalor yang

diperoleh dari panas tubuhmu. Kamu tentu akan mengerti bagaimana pengeringan ini

mengakibatkan dinginnya tubuhmu.

Perubahan wujud zat dapat berubah dari wujud yang satu ke wujud yang lain. Berikut

perubahan wujud yang terjadi pada zat, yaitu :

1) Mencair

Perubahan wujud zat padat menjadi cair disebut mencair. Saat zat mencair

memerlukan energi kalor. Contoh peristiwa mencair, antara lain: es dipanaskan, lilin

dipanaskan.

2) Membeku

Perubahan wujud zat cair menjadi padat disebut membeku. Pada saat zat membeku

melepaskan energi kalor. Contoh peristiwa membeku, antara lain : air didinginkan di

bawah 00C, lilin cair didinginkan. 

3) Menguap

Perubahan wujud zat cair menjadi gas disebut menguap. Pada saat tersebut zat

memerlukan energi kalor. Contoh, antara lain: minyak wangi, air dipanaskan sampai

mendidih.

4). Mengembun

Perubahan wujud zat gas menjadi cair disebut mengembun. Saat terjadi pengembunan

zat melepaskan energi kalor. Contoh, antara lain : gelas berisi es bagian luarnya basah,

titik air di pagi hari pada tumbuhan. 

5) Menyublim

Perubahan wujud zat padat menjadi gas disebut menyublim. Saat penyubliman zat

memerlukan energi kalor. Contoh, antara lain: kapur barus (kamper), obat hisap. 

6) Mengkristal atau menghablur

Perubahan wujud zat gas menjadi padat. Pada saat pengkristalan zat melepaskan

energi kalor. Contoh peristiwa pengkristalan, antara lain: salju, gas yang didinginkan.

Untuk lebih memahami pengaruh kalor terhadap perubahan wujud zat, perhatikan

grafik pemanasan es berikut ini!

 Perhatikan grafik tersebut! Garis AB dan CD condong ke atas, apa yang

menyebabkan hal ini terjadi? Hal ini disebabkan karena saat itu energi kalor yang

diperlukan pada garis AB adalah untuk menaikkan suhu es mencapai 00C untuk

mengubah wujud es menjadi cair. Juga pada garis CD kalor yang diperlukan adalah

untuk mengubah wujud zat cair menjadi gas pada suhu 1000C. Jika kamu perhatikan

garis BC dan DE mendatar, apa yang menyebabkannya? Pada saat proses garis BC es

yang berwujud padat mulai mencair berubah menjadi air, demikian pula garis DE terjadi

perubahan wujud zat cair menjadi gas. Apabila kamu perhatikan garis BC dan DE

mendatar, hal ini menunjukkan bahwa energi kalor yang diperlukan saat itu tidak

digunakan untuk menaikkan suhu zat, melainkan untuk mengubah wujud zat.

C. Perpindahan KalorPernahkah kamu membantu ibumu memasak sayur? Tahukah kamu mengapa api

kompor dapat memanaskan air dalam panci sehingga sayuran yang ada di dalamnya

menjadi masak? Ketika kamu memasak sayuran, kalor dari api kompor berpindah ke

dalam panci. Kemudian, kalor tersebut berpindah ke dalam air sehingga air menjadi

panas dan sayuran yang ada di dalamnya menjadi masak. Peristiwa tersebut

membuktikan bahwa kalor dapat berpindah.

Letak Matahari dari planet kita ini sangat jauh, yaitu sekitar 152.100.000 km, tetapi

kalor dari Matahari dapat berpindah ke planet kita ini sehingga kita dapat merasakan

cuaca yang hangat. Andai saja kalor tidak dapat merambat, dapatkah kamu

membayangkan bagaimana keadaan planet kita ini?

Kalor berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah.

Bagaimana kalor dapat berpindah? Kalor dapat berpindah melalui tiga cara yaitu

konduksi, konveksi, dan radiasi.

A. Perpindahan Kalor secara Konduksi

Jika sebuah logam yang salah satu ujungnya dipanaskandalam selang waktu tertenu,

ujung lainnya pun akan terasa panas. Hal ini menunjukkan bahwa pada batang logam

tersebut terjadi aliran atau perpindahan kalor dari bagian logam yang bersuhu tinggi ke

bagian logam yang bersuhu rendah. Perpindahan kalor pada logam yang tidak diikuti

perpindahan massa ini disebut dengan perpindahan kalor secara konduksi. Jadi konduksi

adalah perpindahan kalor melalui zat perantara dn selama terjadi perpindahan kalor, tidak

disertai dengan perpindahan partikel-partikel zat perantaranya.

Perpindahan kalor di dalam zat padat dapat dijelaskan dengan teori atom. Atom atom

dalam zat padat yang dipanaskan akan bergetar dengan kuat. Atom atom yang bergetar

akan memindahkan sebagian energinya kepada atom atom tetangga terdekat yang

ditumbuknya. Kemudian atom tetangga yang ditumbuk dan mendapatkan kalor ini akan

ikut bergetar dan menumbuk atom tetangga lainnya, demikian seterusnya sehingga

terjadi perpindahan kalor dalam zat padat.

Syarat terjadinya konduksi kalor suatu benda adalah adanya perbedaan suhu antar dua

tempat pada benda tersebut. Kalor akan berpindah dari tempat bersuhu tinggi ke tempat

bersuhu rendah. Jika suhu kedua tempat tersebut menjadi sama, maka rambatan kalor

pun akan terhenti.

Berdasarkan kemampuan suatu zat menghantarkan kalor secara konduksi, zat dapat

digolongkan menjadi dua golongan, yaitu konduktor dan isolator. Konduktor adalah zat

yang dapat menghantarkan kalor dengan baik, sedangkan isolator adalah kebalikannya,

yaitu zata yang sukar menghantarkan kalor. Dari hasil percobaan diperoleh bahwa

perpindahan kalor secara konduksi bergantung pada jenis logam, luas penampang

penghantar kalor, perbedaan suhu antar ujung-ujung logam, serta panjang penghantar

yang dilalui oleh kalor tersebut. Bersarnya perpindahan kalor secara konduksi tiap satu

satuan waktu dinyatakan dengan persamaan berikut.

Keterangan :

Q/t = laju perpindahan kalor,

k = konduktivitas termal,

A = luas penampang,

T1 = suhu tinggi,

T2 = suhu rendah,

l = panjang benda.

B. Perpindahan Kalor secara Konveksi

Konveksi adalah proses perpindahan kalor dengan disertainya perpindahan partikel.

Konveksi ini terjadi umumnya pada zat fluid (zat yang mengalir) seperti air dan udara.

Konveksi dapat terjadi secara alami ataupun dipaksa. Konveksi alamiah misalnya saat

memasak air terjadi gelembung udara hingga mendidih dan menguap. Sedangkan

konveksi terpaksa contohnya hair dryer yang memaksa udara panas keluar

Bagaimanakah proses terjadinya konveksi saat memasak air? Air merupakan zatcair

yang terdiri dari partikel-partikel penyusun air. Saat memasak air dalam panci, api

memberikan energi kepada panci dalam hal ini termasuk proses konduksi. Kemudian

panas yang diperoleh panci kemudian dialirkan pada air. partikel air paling bawah yang

pertama kali terkena panas kemudian lama kelamaan akan memiliki  massa jenis yang

lebih kecil karena sebagian berubah menjadi uap air. Sehingga saat massa jenisnya lebih

kecil partikel tersebut akan berpindah posisi naik ke permukaan. Air yang masih diatas

permukaan kemudian turun ke bawah menggantikan posisi partikel yang tadi. begitulah

seterusnya hingga mendidih dan menguap seperti tampak pada gambar di bawah ini:

Besarnya energi konveksi atau bisa disebut laju konveksi ditentukan oleh persamaan berikut:

Keterangan:Q = kalor (joule)h = koefisien konveksit = waktu (s)A = luas penampang (m persegi)T = Suhu (kelvin)

C. Perpindahan Kalor secara RadiasiRadiasi merupakan proses peripandahan kalor yang tidak memerlukan medium (perantara).

Radiasi ini biasanya dalam bentuk Gelombang Elektromagnetik (GEM) yang berasal dari matahari. Namun demikian dalam kehidupan sehari-hari proses radiasi juga berlaku saat kita berada didekat api unggun, seperti gambar di bawah.

Bagaimanakah proses radiasinya? matahari adalah sumber cahaya di bumi, sinarnya masuk ke bumi melewati filter yang disebut atmosfer, sehingga cahaya yang masuk ke bumi adalah cahaya yang tidak berbahaya. Cahaya yang masuk ke bumi melalui lapisan atmosfer itu dikenal dengan gelombang elektromagnetik yang terbagi ke dalam gelombang pendek dan gelombang panjang. Seperti Radio, TV, Radar, Inframerah, Cahaya Tampak, Ultraviolet, Sinar X dan Sinar Gamma.

Sinar Gelombang Elektromagnetik tersebut dibedakan berdasarkan panjang gelombang dan frekuensinya. Semakin besar panjang gelombang semakin kecil frekuensinya. Energi radiasinya tergantung dari besarnya frekuensi dalam arti semakin besar frekuensi semakin besar energi radiasinya. Sinar Gamma adalah gelombang elektromagnetik dan sinar radioaktif dengan energi radiasi terbesar.

Dalam kasus ini, terdapat hal yang disebut radiasi benda hitam, yang memaparkan bahwa semakin hitam benda tersebut maka energi radiasi yang dikenainya juga makin besar. Hal ini adalah fakta sehari-hari. Saat kita menjemur pakaian hitam dan putih dibawah sinar matahari berwarna dengan jenis dan tebal yang sama, maka pakaian warna hitam akan lebih cepat kering dibandingkan dengan pakaian berwarna putih.

Oleh karena itu, warna hitam dikatakan sempurna menyerap panas, sedangkan warna putih mampu memantulkan panas atau cahaya dengan sempurna. Sehingga emisivitas bahan (kemampuan menyerap panas) untuk warna hitam e = 1 sedangkan warna putih e = 0. Untuk warna lainnya berkisar antara 0 dan 1. Besarnya energi radiasi benda hitam tergantung pula pada tingkat derajat suhunya. Seperti yang terlihat dari rumus energi radiasi berikut:

Keterangan:P = Daya Radiasi/Energi Radiasi setiap Waktu (watt)Q = Kalor (joule)t = waktu (s)e = emisivitas bahan

A = luas penampang (m persegi)T = suhu (kelvin)δ = konstanta stefan boltzmann (5,67 x 108)