Kalor dan Perpindahannya

Kamu tentu sudah menyadari bahwa sumber panas yang uatama di duniaini adalah matahari. Energi panas atau energi kalor yang diradiasikanhingga ke bumi itu dimanfaatkan oleh tumbuhan hijau untuk fotosintesis.Manusia dan hewan mentransfer energi itu dengan memakan bagian dari tumbuhan. Tumbuhan-tumbuhan purba masih menyisakan energi tersebut dalam wujud batubara, dan hewan-hewan purba menyisakan energi itu dalam wujud minyak bumi.Kamu akan memperdalam pengaruh energi kalor terhadap zat, cara-caraenergi kalor berpindah, dan penerapan asas Black dalam pemecahanmasalah tentang kalor pada bab ini.
Kamu tentu pernah merebus air bukan? Air yang tadinya terasa dingin dan sejuk setelah direbus beberapa saat akan terasa hangat dan lama-kelamaan menjadi  panas. Tahukah Kamu mengapa demikian? Selama direbus air mendapat energi dari api yang menyala di bawah air tersebut. energi yang dihasilkan oleh nyala api akan berpindah ke air dan berubah menjadi panas dalam air. Bentuk energi yang berpindah karena perbedaan suhu disebut sebagai energi kalor. Perpindahanenergi kalor selalu terjadi dari benda bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Jadi jika ada dua buah benda A dan B mempunyai suhu yang berbeda,dan suhu A lebih dari suhu B kemudian kedua benda tersebut disentuhkan maka suhu A akan menurun dan suhu B akan naik hingga suhu kedua benda tersebut setimbang. Dalam bab ini akan diperdalam tentang energi kalor.
A. Kalor
      Tujuan Pembelajaran
  • Menerapkan kalor sebagai bentuk energi yang dapat diserap dan dilepas
  • Membedakan tiga cara perpindahan panas
  • Menerapkan persamaan asas Black untuk menyelesaikan persoalan
Apa itu kalor? Untuk apa kita mempelajari kalor? Apakegunaan kalor dalam kehidupan sehari-hari? Seberapapenting bahasan kalor bagi kehidupan manusia?Misteri dan pertanyaan tentang kalor tidak kali ini sajaterjadi, tapi jauh pada abad 18 hingga 19 masih merupakansuatu pertanyaan yang perlu mendapat penjelasan yanglogis dan rasional, guna menyingkap tabir pemahamantentang kalor.
1. Pemahaman Tentang Kalor
     Dari awal abad 18 hingga 19 Masehi, kalor masih diyakini oleh sebagian orangsebagai suatu fluida yang disebut kalorik.
Fluida ini dapat berpindah dari suatu zat ke zatyang lainnya. Arah perpindahan itu adalah dari zat yang bersuhu tinggi ke zat yang bersuhurendah. Kalor adalah suatu bentuk energi. Istilah kalor berasal dari Caloric, pertama kalidiperkenalkan oleh A.L. Lavoiser seorang ahli kimia dari Perancis. Oleh para ahli kimia dan fisika kalor dianggap sejenis zat alir yang tidak terlihat oleh manusia, berdasarkanitulah satuan kalor ditetapkan dengan nama kalori disingkat kal. Kalori didefinisikan :Satu kalori (kal) adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 gr air sehingga suhunya naik 1ºC. Sedang pengertian suhu adalah ukuran derajat panas dinginnya suatu benda. Suhuumumnya diukur dengan alat ukur suhu berupa termometer. Adapun syarat terjadinya perpindahan kalorik ini adalah adanya sentuhan kedua benda yang berbeda suhu. Fluida kalorik ini akan berpindah dari zat yang bersuhu tinggi kezat yang bersuhu rendah, hingga tercapai suatu kesamaan suhu antara kedua benda yang disebut dengan kesetimbangan termal.
Hingga pertengahan abad ke 18 pengertian kalor sebagai suatu fluida masih mengemuka dimasyarakat, bahkan pengertian kalor semakin rancu dengan pengertian suhu,yang sesungguhnya memang berbeda. Kalor adalah fluida atau zat alir, dan suhu adalahderajat panas atau dinginya suatu benda yang diukur dengan termometer. Namun pendapat tersebut berubah, ketika seorang bernama Benjamin Thompsonmenyatakan bahwa kalor bukanlah suatu fluida kalorik tetapi dihasilkan oleh usaha yangdilakukan oleh kerja mekanis.
Percobaan Joule :
Pemikiran bahwa kalor bukanlah suatu fluida, namun dihasilkan dari suatu usahayang berarti berhubungan dengan energi, maka Prescot Joule melakukan percobaan untuk menghitung besar energi mekanik yang ekuivalen dengan kalor sebanyak 1 kalori.Percobaan joule adalah dengan menggantung beban pada suatu kontrol yangdihubungkan dengan kincir yang dapat bergerak manakala beban bergerak. Kincir tersebutdimasukkan kedalam air. Akibat gerakan kincir tersebut, maka suhu air akan berubah naik Penurunan ketinggian beban dapat menunjukkan adannya perubahan energi potensial gravitasi pada beban. Jika beban turun dengan kecepatan tetap, maka dapat dikatakan tidak terdapat perubahan energi kinetic pada beban, sehingga seluruh perubahanenergi potensial dari beban akan berubah menjadi energi kalor pada air.Berdasarkan teori bahwa terjadi perubahan energi potensial gravitasi menjadi energikalor, maka diperoleh suatu nilai tara mekanik kalor, yaitu ekuivalensi energi mekanik menjadi energi kalor.1 joule = 0,24 kalori1 kalori = 4, 18 joule.

Gambar Kalorimeter

2. Kapasitas Kalor (C) dan Kalor Jenis (c)
Kapasitas kalor adalah jumlah kalor yang diperlukan suatu zat untuk menaikkansuhu zat sebesar 1°C. jika sejumlah kalor Q menghasilkan  perubahan suhu sebesar ∆t, makakapasitas kalor dapat dirumuskan: C=Q/Δt
Dengan keterangan:
C= kapasitas kalor (Joule / K atau kal / K)
Q= kalor pada perubahan suhu tersebut (J atau kal)
∆t= perubahan suhu (K atau°C)
Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diperlukan zat sebesar 1 kg untuk mengalami perubahan suhu sebesar 1 K atau 1°C.
Kalor jenis merupakan karakteristik termal suatu benda, karena tergantung dari jenis benda yang dipanaskan atau didinginkan,serta dapat dinyatakan dalam persamaan :c=C/m atau c= Q/m∆t
Dengan keterangan;
c= kalor jenis (J/kg.K atau J/kg.°C)
C= kapasitas kalor (Joule/K atau kal/K)Q: kalor pada perubahan suhu tersebut (J atau kal)
∆t= perubahan suhu (K atau°C)
m=  massa benda (kg)
3. Pengaruh kalor terhadap suhu dan wujud 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 darisuatu benda atau zat.Apabila suatu benda diberikan kalor, maka pada zat tersebut dapat terjadi perubahan seperti :
a. terjadi pemuaian
b. terjadi perubahan wujud
c. terjadi kenaikan suhu
Adanya pengaruh kalor terhadap perubahan wujud atau suhu,diteliti lebih lanjut oleh Joseph Black.Beberapa hal yang dikemukakan oleh Joseph Black berkaitan dengan perubahansuhu benda, ternyata dapat digunakan untuk menentukan besar kalor yang diserap oleh suatu zat.
a. Pemuaian
Pemberian kalor pada sustu zat selain dapat menaikkan ataumenurunkan 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, padasuatu interval suhu tertentu. Kejadian penyusutan wujud zat saat benda mengalamikenaikan suhu disebut anomali,seperti terjadi pada air. Air saat dipanaskan darisuhu 0°C menjadi 4°C justru volumenya mengecil, dan baru setelah suhunyalebih besar dari 4°C volumenya membesar.
1) Pemuaian Panjang (Linier)
Suatu batang panjang mula-mula lo dipanaskan hingga bertambah panjang Δl, bila perubahan suhunya Δt maka,α = 1/lo.Δt/Δl
Δl = αlo.Δt
α = koefisien muai panjang suatu zat ( per °C )
Sehingga panjang batang suatu logam yang suhunya dinaikkan sebesar Δtakan menjadi
lt= lo+ Δl
lt= lo( l + α . Δt )
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 / Δt
ΔA = Aoβ Δt
β = Koefisien muai luas suatu zat ( per °C ) dimana β = 2 α
Sehingga luas bidang yang suhunya dinaikkan sebesar t akan menjadi At= Ao+ ΔA
At= Ao( 1 + β Δt )
3) Pemuaian Ruang ( volume )
Volume mula-mula suatu benda Vo, kemudian dipanaskan sehinggasuhunya naik sebesar Δt, dan volumenya bertambah sebesar ΔV ini dapatditunjukkan dalam rumus :γ = 1/Vo. ΔV/Δt
ΔV = γ . Vo. Δt
γ = koefisien muai ruang suatu zat ( per °C )γ = 3 αsehingga persamaan volumenya menjadi Vt= Vo+ Δt
Vt= Vo( 1 + γ . Δt)
b. 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 yangmengkaitkan 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,yangdapat 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)(kalor uap atau kalor lebur)
Adanya kalor laten berupa kalor lebur dan kalor didih sangat sering dijumpai dalamkehidupan, seperti meleburnya es cream pada suhu normal, atau mendidihnya air sebelumdikonsumsi untuk kehidupan sehari-hari.Perubahan wujud ini dapat dijelaskan dengan teori kinetik, yang menyatakan bahwasaat mencapai titik lebur atau titik didih, kecepatan getar zat akan bernilai maksimum,sehingga kalor yang diterima tidak digunakan untuk menambah kecepatan, namundigunakan untuk melawan gaya ikat antar molekul zat. Sehingga saat molekul-molekul itudapat melepaskan ikatannya, maka zat akan berubah wujud melebur atau mendidih.
c. Perubahan Suhu
Suhu merupakan suatu istilah yang dipakai untuk membedakan panas dinginnyasuatu benda. Misalnya benda panas akan dikatakan mempunyai suhu tinggi dan bendadingin mempunyai suhu yang rendah.Zat cair yang biasanya dipakai untuk mengisi termometer adalah air raksa. Suhu dapat diukur dengan termometer. Kebaikan air raksa dari zat cair lainnya yaitu :
a.Air raksa dapat cepat mengambil panas benda yang diukur sehingga suhunya sama dengan suhu benda yang diukur tersebut.
b.Dapat dipakai untuk mengukur suhu benda dari yang rendah sampai yang tinggi,karena air raksa punya titik beku –39°C dan titik didih 357°C.
c.Tidak dapat membasahi dinding tabung, sehingga pengukurannya dapat lebih teliti.d.Pemuaian dari air raksa adalah teratur.e.Mudah dilihat, karena air raksa mengkilat.Selain air raksa dapat juga digunakan alkohol untuk mengisi tabung termometer.Alkohol mempunyai titik rendah / beku –114°C dengan titik didih 78°C.
Termometer ada berbagai macam menurut fungsinya, yaitu :
a.Termometer suhu badan
b.Termometer udara
c.Termometer logam
d.Termometer maximum dan minimum
e.Termograf untuk terminologi
f.Termometer digital
B.Perpindahan Kalor

Setelah sekilas memahami adanya sejumlah kalor dapat menyebabkan perubahan wujud atau kenaikan suhu pada suatu benda, serta telah dipelajarinya proses pemuaian sebagai dampak adanya penyerapan kalor pada benda, yang

tentunya menuntut pemahaman tentang adanya konsep konversi dari berbagaisatuan dari besaran perubahan suhu, maka yang tak kalah pentingnya dari semuaitu bahwa kalor sebagai suatu bentuk energi ternyata dapat mengalami perubahantempat, atau dikatakan bahwa kalor dapat berpindah tempat.Tanpa usaha luar, maka kalor sebagai suatu bentuk energi dapat berpindah tempat dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendahdengan berbagai cara, yaitu :
1.Konduksi
Konduksi adalah hantaran kalor yang tidak disertai dengan perpindahan partikel perantaranya. Pada hantaran kalor ini yang berpindah hanyalah energinya,tanpa melibatkan partikel perantaranya, seperti hantaran kalor pada logam yang dipanaskan dari satu ujung ke ujung lainnya. Saat ujung B dipanaskan, maka ujungA, lama kelamaan akan mengalami pemanasan juga, hal tersebut dikarenakanenergi kalor yang menggetarkan molekul-molekul di ujung B turut menggetarkanmolekul-molekul yang ada disampingnya hingga mencapai titik A.
2.Konveksi
Konveksi adalah hantaran kalor yang disertai dengan perpindahan partikel perantaranya.
Contoh dari peristiwa konveksi adalah seperti perpindahankalor pada zat cair yang dipanaskan, ventilasi kamar, cerobong asap, pengaturankatub udara pada kompor, dan kipas angin. Umumnya konveksi terjadi pada gasdan zat cair.Energi kalor yang dipindahkan secara konveksi sebesar,Q = k A∆t . t
3.Radiasi
Radiasi adalah hantaran kalor yang tidak memerlukan medium perantara,seperti kalor dari matahari yang sampai ke bumi, kalor api unggun yang sampai pada orang yang ada di sekitarnya, pendingin (pemanas) rumah, pengeringan kopi, pembakaran dengan oven dan efek rumah kaca.
C. Asas Black 
Ilmuwan Inggris pada tahun 1761 Joseph Black menyatakan bahwa kalor yangdiberikan suatu benda sama dengan kalor yang diterima pada suatu benda dalam suatusistem tertutup. Sistem tertutup tersebut dapat dilakukan dalam suatu kalorimeter, misalkanada jumlah masa m1 zat, bersuhu t1, kemudian dicampuri dengan sejumlah masa m2zat lain bersuhu t2dan keduanya dapat ditentukan dengan persamaan:Qserap= Qlepas
 Bunyi asas Black “ Kalor yang diserap/diterima sama dengan kalor yang dilepas.Persamaan di atas dikenal dengan nama asas Black atau hukum kekekalan energi kalor.

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s