KalorPengertian kalor

Adalah energi panas yang mengalir dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu

lebih rendah. Sebelum memahami kalor kita harus mengetahui energi panas. Energi panas adalah

energi total partikel-partikel penyusun zat. Pada suhu yang sama, zat yang massanya lebih besar

mempunyai energi panas yang lebih besar pula. Besi yang lebih besar memiliki massa yang lebih

besar. Besi ini memiliki energi panas yang lebih besar meskipun suhunya sama dengan suhu yang

dimiliki besi yang lebih kecil.

Pengertian Kalor

Secara alami kalor selalu mengalir dari benda yang bersuhu lebih tinggi (panas) ke benda yang

bersuhu lebih rendah (dingin). Kita tidak mungkin berharap dingin apabila kita berdiri di dekat api.

Kalor diukur dalam satuan kalori. Satu kalori adalah jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk

menaikkan suhu sebesar 1 Co dari 1 gram air. Akan dibutuhkan 500 kalori untuk memanaskan 500

gram air dari 20 oC menjadi 21 oC. Namun, satuan kalor dalam SI adalah joule. Satu kalorisama

dengan 4,184 joule, dan sering dibulatkan menjadi 4,2 joule.

Tubuhmu mengubah beberapa makanan yang kita makan menjadi energi panas. Energi panas yang

disediakan oleh makanan diukur dalam kalori (kilokalori). Satu kilokalori (kkal) makanan sama dengan

1000 kalori. Kita menggunakan kilo kalori untuk makanan karena kalori terlalu kecil untuk dipakai

mengukur energi pada makanan yang kita makan.

Kalor Jenis

Pada saat kita mencebur ke sungai atau danau di siang hari yang panas, apakah air terasa lebih

dingin? Meskipun banyak energi pancaran yang dipindahkan dari matahari ke air, suhu air itu masih

lebih dingin daripada suhu sekitarnya.

Jumlah energi panas yang diperlukan oleh 1 kg bahan untuk menaikkan suhunya sebesar 1 kelvin

disebut kalor jenis. Setiap bahan memiliki kalor jenis yang berbeda. Satuan kalor jenisadalah joule

per kilogram per kelvin [J/(kg.K)], atau dalam joule per kilogram per celsius derajat [J/(kg.Co)].

Mengapa demikian? Hal ini dikarenakan bahwa perubahan suhu 1 kelvin sama dengan 1 celsius

derajat.

Tabel Kalor Jenis Beberapa Bahan

Dari tabel diatas terlihat bahwa kalor jenis air lebih tinggi dibandingkan dengan kalor jenis beberapa

bahan lainnya. Air, alkohol, dan bahan-bahan lain yang memiliki kalor jenis tinggi dapat menyerap

banyak energi panas dengan sedikit perubahan suhu. Kalor jenis dari suatu bahan bergantung pada

susunan kimia dari bahan itu.

Penghitungan Kalor

Perubahan energi panas (kalor yang diterima atau kalor yang diberikan) suatu benda tidak dapat

diukur secara langsung, namun dapat dihitung. Kalor jenis dapat dipakai untuk penghitungan

kalor tersebut. Misalnya, kita meletakkan benda yang panas di kalorimeter seperti gambar dibawah.

Dengan mengukur kenaikan suhu air dalam kalorimeter kita dapat menghitung kalor yang diterima air.

Sekarang anggap saja kita mengambil 32 g sendok perak dari sebuah panci yang berisi air dengan

suhu 60 oC dan biarkan dingin hingga mencapai suhu kamar, yaitu sekitar 27 oC. Kita memiliki cukup

informasi untuk menemukan kalor yang dikeluarkan oleh sendok dengan menggunakan persamaan di

bawah ini.

Q = m × C × ΔT

Dimana :

Q = perubahan energi panas

m = massa

C = kalor jenis

ΔT = perubahan suhu

Simbol Δ (delta) berarti “perubahan,” jadi ΔΤ adalah perubahan suhu. “Perubahan” yang ditunjukkan

oleh Q, merupakan simbol perubahan energi panas (benda menerima kalor atau melepas kalor).

ΔT = T akhir – T awal

Apabila ΔΤ positif, Q juga positif; ini berarti bahwa benda mengalami kenaikan suhu dan

mendapat energi panas (menerima kalor). Apabila DT negatif, Q juga negatif; benda kehilangan

energi panas (melepas kalor) dan mengalami penurunan suhu.

Pengaruh Kalor Terhadap Suatu Zat

Adanya pengertian, bahwa kalor bukanlah aliran fluida, melainkan merupakan suatu bentuk energi, yang dapat diperoleh dari perubahan energi mekanik, maka akan kita perhatikan apakah kalor tersebut akan mempengaruhi suatu benda atau temperatur dari suatu benda atau zat. 

Apabila suatu benda diberikan kalor, maka pada zat tersebut dapat terjadi perubahan seperti :a. terjadi pemuaianb. terjadi perubahan wujudc. terjadi kenaikan suhu 

Ternyata kalor dapat menyebabkan benda berubah wujud atau menyebabkan benda mengalami perubahan suhu. Adanya pengaruh kalor terhadap perubahan wujud atau suhu, diteliti lebih lanjut oleh Joseph Black. Beberapa hal yang dikemukakan oleh Joseph Black berkaitan dengan perubahan suhu benda, ternyata dapat digunakan untuk menentukan besar kalor yang diserap oleh suatu zat.

Pemuaian

Pemberian kalor pada sustu zat selain dapat menaikkan atau menurunkan suhu zat, dapat juga merubah wujud suatu zat, atau menyebabkan benda mengalami pemuaian. Umumnya semua zat akan memuai jika ia mengalami kenaikan suhu, kecuali beberapa zat yang mengalami penyusutan saat terjadi kenaikan suhu, pada suatu interval suhu tertentu. Kejadian penyusutan wujud zat saat benda mengalami kenaikan suhu disebut anomali, seperti terjadi pada air. Air saat dipanaskan dari suhu 0 °C menjadi 4 °C justru volumenya mengecil, dan baru setelah suhunya lebih besar dari 4 °C volumenya membesar.

Anomali Air

Hal tersebut diatas tidak berlaku sepenuhnya pada air, pada air terjadi perkecualian. Misalnya volume air akan berkurang bila suhunya dinaikkan dari 0 °C, peristiwa ini disebut dengan anomali air. Peristiwa anomali air dapat diterangkan dengan meninjau bangun kristal es. Dari pengamatan kristal es disimpulkan bahwa kedudukan molekul-molekul H2O teratur seperti bangun kristal es, yang penuh dengan rongga-rongga. Sedangkan molekul H2O dalam bentuk cair (air) lebih rapat dibandingkan dalam bentuk es, oleh karena itu es terapung dalam air. Bila air mulai 4 °C didinginkan molekul air mulai mengadakan persiapan untuk membentuk bangun

berongga tersebut. °C. Volume air terkecil pada suhu 4 °C, dan pada 0 °C terjadi loncatan volume dari air 0 °C sampai es 0 °C, dimana pada suhu 0 °C volume es > volume air

Pada umumnya zat akan memuai menurut aturan sebagai berikut. 

1) Pemuaian Panjang (Linier)Suatu batang panjang mula-mula lo dipanaskan hingga bertambah panjang Δl, bila perubahan suhunya Δt maka, 

α = 1/lo . Δt/ΔlΔl = α lo . Δtα = koefisien muai panjang suatu zat ( per °C ) 

Sehingga panjang batang suatu logam yang suhunya dinaikkan sebesar Δt akan menjadi 

lt = lo + Δllt = lo ( l + α . Δt ) 

Tabel Beberapa koefisien Muai Panjang Benda

Benda a (K-1)

Besi 1,2x10-5

Tembaga 1,7x10-5

Kaca 8,5x10-6

Kuningan 1,8x10-5

Soal

Suatu batang logam yang terbuat dari aluminium panjangnya 2 m pada suhu 30 °C. Bila koefisien muai panjang aluminium 25 x 10–6 /°C.Berapakah pertambahan panjang batang aluminium tersebut bila suhunya dinaikkan menjadi 50 °C.

Jawab :

Δl = lo . α . Δt= 2 . ( 25 x 10 -6 ) . (50 – 30 )= 10 -3 mΔl = 0,1 cm 

Soal

Jika besi sepanjang 20 m dengan koefisien muai panjang 1,2. 10-5 /K dipanaskan dari suhu 00C hingga 1000C, maka tentukan pertambahan panjangnya !

Jawab :

∆l = lo .a. ∆t∆l = 20 . 1,2.10-5. (100– 0)∆l =2,4.10-3 mCatatan :

Perubahan suhu dalam satuan derajat Celcius senilai dengan perubahan suhu pada Kelvin. Namun perlu diingat bahwa suhu derajat Celcius tidak senilai dengan Kelvin.

2) Pemuaian Bidang ( Luas )

Suatu bidang luasnya mula-mula Ao , terjadi kenaikkan suhu sebesar Δt sehingga bidang bertambah luas sebesar ΔA, maka dapat dituliskan : 

β    = 1/Ao. ΔA / ΔtΔA = Ao β Δtβ    = Koefisien muai luas suatu zat ( per °C ) dimana β = 2 α

Sehingga luas bidang yang suhunya dinaikkan sebesar t akan menjadiAt = Ao + ΔAAt = Ao ( 1 + β Δt )

Soal

Plat besi luasnya 4 m2 pada 20 °C. Bila suhunya dinaikkan menjadi 100 °C maka berapa luasnya sekarang ?

Jawab:

α    = 11 x 10-6/ °Cβ    = 22 x10-6/ °CAt  = Ao (1 + β . Δt )      = 4 .[1 + 22 . 10-6 . (100 - 20 ) ]      = 4 [ 1 + 1760 . 10-6 ]      = 4 [ 1 + 0,00176 ]      = 4,00704 m2

Soal

Kaca seluas 2 m2 , dengan koefisien muai panjang 8,5.10-6 K, mengalami pemanasan dari suhu 20 °C hingga 120 °C. Tentukan luas akhir dari kaca !

Jawab :

At =Ao (1+ b.∆t)At =2 (1+ 2 x 8,5.10-6.(120 – 20 )At =2,66 m2

3) Pemuaian Ruang ( volume )

Volume mula-mula suatu benda Vo , kemudian dipanaskan sehingga suhunya naik sebesar Δt, dan volumenya bertambah sebesar ΔV ini dapat ditunjukkan dalam rumus :

γ     = 1/Vo. ΔV/ΔtΔV  = γ . Vo . Δt 

γ = koefisien muai ruang suatu zat ( per °C )γ = 3 α 

sehingga persamaan volumenya menjadiVt = Vo + ΔtVt = Vo ( 1 + γ . Δt )

Soal

Sebuah balok kuningan mempunyai panjang 5 m, tinggi 2 m, dan lebar 1 m pada suhu 20 °C. Jika kalor jenis kuningan 1,8 . 10-5 /K, tentukan volume kuningan pada suhu 120 °C !

Jawab :

Vt =Vo (1+ g.∆t)Vt =(5 x 2 x 1) (1+3.x1,8.10-5.(120 – 20 )Vt =10,054 m3

a) Pemuaian Volume zat Cair

Zat cair yang hanya mempunyai koefisien muai volume ( γ ). Bila volume mula-mula suatu zat cair V0kemudian zat cair itu dipanaskan sehingga suhunya naik sebesar Δt dan volumenya bertambah besar ΔV, maka dapat ditulis sebagai berikutVt = γ . Vo . Δtdan volumenya sekarang menjadiVt = Vo + ΔVVt = Vo ( 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,

Vt = Vo ( 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 :Vo = V dan Vt = 2VDitanya : Dt ....?

Vt   = Vo ( 1 + 1/ 273 Δt )2V = V ( 1+ 1/ 273 Δt )2    = ( 1 + 1/ 273 Δt )1    = 1/ 273 ΔtΔt  = 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 . LQ = 10 kg . 3,35. 10 5 J/kgQ = 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 °Ct air     = 0 °Ctdidih   = 100 °Cc air    = 4.200 J/kg KL es   = 336 J/ GajahmungkurL uap = 2.260 J/gDitanya : 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 = mes x L uap

     = (2) (2.260)     = 4.520 Joule 

JadiQ total = Q1 + Q2 + Q3

           = 672 + 840 + 4.520           = 6.032 Joule 

Asas Black

Asas Black adalah suatu prinsip dalam termodinamika yang dikemukakan oleh Joseph Black.

Asas ini menjabarkan:

Jika dua buah benda yang berbeda yang suhunya dicampurkan, benda yang panas

memberi kalor pada benda yang dingin sehingga suhu akhirnya sama

Jumlah kalor yang diserap benda dingin sama dengan jumlah kalor yang dilepas benda

panas

Benda yang didinginkan melepas kalor yang sama besar dengan kalor yang diserap bila

dipanaskan

Bunyi Asas Black adalah sebagai berikut:

"Pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat yang suhunya lebih tinggi sama

dengan banyaknya kalor yang diterima zat yang suhunya lebih rendah"

Rumus Asas Black

Secara umum rumus Asas Black adalah

Qlepas = Qterima

Keterangan:

Qlepas adalah jumlah kalor yang dilepas oleh zat

Qterima adalah jumlah kalor yang diterima oleh zat

dan rumus berikut adalah penjabaran dari rumus diatas :

(M1 X C1) (T1-Ta) = (M2 X C2) (Ta-T2)

Cara cepat/mudah

(M1 X T1 + M2 X T2) / (M1 + M2)

Keterangan :

M1 = Massa benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi

C1 = Kalor jenis benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi

T1 = Temperatur benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih tinggi

Ta = Temperatur akhir pencampuran kedua benda

M2 = Massa benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah

C2 = Kalor jenis benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah

T2 = Temperatur benda yang mempunyai tingkat temperatur lebih rendah

Catatan : Pada pencampuran antara dua zat, sesungguhnya terdapat kalor yang hilang ke

lingkungan sekitar. Misalnya, wadah pencampuran akan menyerap kalor sebesar hasil kali

antara massa, kalor jenis dan kenaikan suhu wadah dan rumus cepat di atas hanya berlaku

untuk dua jenis zat cair yang sejenis (air dengan air) dan wadahnya dianggap tidak ikut

menyerap.

Perpindahan Kalor

1. Konduksi  

Proses perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa diikuti perpindahan bagian-bagian zat itu disebut konduksi  

atau hantaran. Misalnya, salah satu ujung batang besi kita panaskan. Akibatnya, ujung besi yang lain akan

terasa panas. 

Coba perhatikan gambar berikut:

Pada batang besi yang dipanaskan, kalor berpindah dari bagian yang panas ke bagian yang dingin. Jadi, syarat

terjadinya konduksi kalor pada suatu zat adalah adanya perbedaan suhu. Berdasarkan kemampuan

menghantarkan kalor, zat dapat dikelompokkan menjadi dua golongan, yaitu konduktor dan isolator. Konduktor

adalah zat yang mudah menghantarkan kalor (penghantar yang baik). Isolator adalah zat yang sulit

menghantarkan kalor (penghantar yang buruk).

2. KonveksiProses perpindahan kalor melalui suatu zat yang disertai dengan  perpindahan bagian-bagian yang dilaluinya disebut konveksi atau aliran.  Konveksi dapat terjadi pada zat cair dan gas.a. Konveksi pada Zat CairSyarat terjadinya konveksi padaz at cair adalah adanya  pemanasan. Hal ini disebabkan partikel-partikel zat cair ikut berpindah  tempat.b. Konveksi pada Gas

Konveksi terjadi pula pada gas, misalnya udara.  Seperti halnya pada air, rambatan (aliran) kalor dalam gas

(udara)  terjadi dengan cara konveksi. Beberapa peristiwa yang terjadi akibat adanya konveksi udara adalah

sebagai berikut.1) Adanya angin laut. Angin laut terjadi pada siang hari. Pada siang  hari, daratan lebih cepat menjadi panas daripada lautan sehingga  udara di daratan naik dan digantikan oleh udara dari lautan.2). Adanya angin darat, Angin darat terjadi pada malam hari.  Pada malam hari, daratan lebih cepat menjadi dingin daripada lautan.  Dengan demikian, udara di atas lautan naik dan digantikan oleh udara dari daratan.

3) Adanya sirkulasi udara pada ruang kamar di rurnah4) Adanya cerobong asap pabrik.

3. Radiasi

Proses perpindahan kalor tanpa zat perantara disebut radiasi atau  pancaran. Kalor diradiasikan dalam bentuk

gelombang elektromagnetik,  gelombang radio, atau gelombang cahaya. Misalnya, radiasi panas dari api 

Apabila kita berdiam di dekat api unggun, kita merasa hangat.  Kemudian, jika kita memasang selembar tirai di

antara api dan kita, radiasi  kalor akan lerhalang oleh tirai itu. Dengan demikian, kita dapat mengatakan  bahwa:

Kalor dari api unggun atau matahari dapat dihalangi oleh tabir sehingga kalor tidak dapat merambat.  Ada

beberapa benda yang dapat menyerap radiasi kalor atau menghalanginya. Alat yang digunakan untuk

mengetahui atau  menyelidiki adanya radiasi disebut termoskop, seperti yang tampak  pada gambar berikut:

Dari hasil penyelidikan dengan menggunakan termoskop, kita  dapat mengetahui bahwa:1) Permukaan yang hitam dan kusam adalah penyerap atau  permancar radiasi kalor yang baik.2) Permukaan yang putih dan mengkilap adalah penyerap atau  pemancar radiasi yang buiruk.

4. Mencegah Perpindahan Energi Kalor 

Energi kalor dapat dicegah untuk berpindah dengan mengisolasi ruang  tersebut. Misalnya, pada penerapan

beberapa peralatan rumah tangga,  seperti termos dan setrika listrik.a. Termos

Mengapa permukaan di dalam botol termos mengilap?  Dindinnya berlapis dua  ruang  di antara kedua dinding

itu dihampakan. Dengm demikian, zat  cair yang ada di dalamnya tetap  panas untuk waktu yang relatif  lama.

Termos dapat mencegah  perpindahan kalor, baik secara  konduksi, konveksi, maupun  radiasi.

b. Setrika Listrik

Mengapa pakaian yang disetrika menjadi halus atau  tidak kusut? Di dalam setrika listrik terdapat filamen dari

bahan nikelin yang berbentuk kumparan. Kurnparan nikelin ini ditempatkan  pada dudukan besi. Ketika listrik

mengalir, filamen setrika listrik menjadi  panas. Panas ini dikonduksikan pada dudukan besi dan akhirnya

dikonduksikan pada pakaian yang disetrika. Dengan demikian, setrika mengkonduksi kalor pada  pakaian yang

disetrika.