Hubungan Kalor Dengan Suhu Benda Dan Wujudnya

1. Kalor

Kalor didefinisikan sebagai energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. Secara umum

untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu dengan mengukur suhu

benda tersebut. Jika suhunya tinggi maka kalor yang dikandung oleh benda sangat besar,

begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang dikandung sedikit. Dari hasil

percobaan yang sering dilakukan besar kecilnya kalor yang dibutuhkan suatu benda(zat)

bergantung pada 3 faktor

1. massa zat

2. jenis zat (kalor jenis)

3. perubahan suhu

Kalor merupakan bentuk lain dari energi. Adapun sifat dari kalor diantaranya sebagai

berikut:

a. Berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah

b. Benda pada saat menerima kalor suhunya mungkin naik atau tetap (pada saat perubahan

fase)

c. Benda pada saat memberi kalor, suhunya turun atau mungkin tetap (pada saat perubahan

fase)

Kalor jenis zat merupakan jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu

satuan massa zat sebanyak 1°C. Adapun secara matematis dituliskan sebagai berikut:

c= Qm .∆ t

Q=m.c .∆t

Q = m.c.(T2 – T1)

Keterangan:𝑄 = jumlah kalor yang dikandung zat (kalori atau Joule)𝑡 = massa zat (gram atau kg)𝑐 = kalor jenis zat (kal/g°C atau J/kg°C)∆T = kenaikan suhu (°C)T2-T1adalah perubahan suhu (0C)

Kalor dapat dibagi menjadi 2 jenis yaitu : 1) Kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu; 2)

Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud (kalor laten). Persamaan yang digunakan dalam

kalor laten ada dua macam Q=m.U dan Q=m. L. Dengan U adalah kalor uap (J/kg) dan L

adalah kalor lebur (J/kg). Dalam pembahasan kalor ada dua kosep yang hampir sama tetapi

berbeda yaitu kapasitas kalor (H) dan kalor jenis (c). Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor

yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda sebesar 1 derajat celcius.

H = Q/(t2-t1)

Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1

derajat celcius. Alat yang digunakan untuk menentukan besar kalor jenis adalah kalorimeter.

c = Q/m.(t2-t1)

Bila kedua persamaan tersebut dihubungkan maka terbentuk persamaan baru

H = m.c

Analisis grafik perubahan wujud pada es yang dipanaskan sampai menjadi uap. Dalam grafik ini

dapat dilihat semua persamaan kalor digunakan.

Grafik Perubahan Wujud Es

Keterangan :

Pada Q1 es mendapat kalor dan digunakan menaikkan suhu es, setelah suhu sampai pada 0 C

kalor yang diterima digunakan untuk melebur (Q2), setelah semua menjadi air barulah terjadi

kenaikan suhu air (Q3), setelah suhunya mencapai suhu 100 C maka kalor yang diterima

digunakan untuk berubah wujud menjadi uap (Q4), kemudian setelah berubah menjadi uap

semua maka akan kembali terjadi kenaikan suhu kembali (Q5)

2. Kapasitas Termal

Kapasitas termal merupakan jumlah kalor untuk menaikkan suhu 1°C dari sejumlah

zat yang besarnya sama dengan massa air. Secara matematis dituliskan sebagai berikut:

C=m .c atau C= Q∆T

Keterangan:

𝐶 = kapasitas termal (kal/°C)

3. Perubahan Wujud

Zat pada saat menerima atau melepas kalor dapat berubah wujud. Selama perubahan

wujud hanya massa dari zat yang tidak mengalami perubahan.

Keterangan:

A. Perubahan wujud zat padat menjadi zat cair → mencair

B. Perubahan wujud zat cair menjadi padat → membeku

C. Perubahan wujud zat gas menjadi cair → mengembun

D. Perubahan wujud zat cair menjadi gas → menguap

E. Perubahan wujud zat gas menjadi padat → menyublin/mengkristal

F. Perubahan wujud zat padat menjadi gas → menyublin

Kalor laten merupakan jumlah kalor yang dibutuhkan untuk mengubah wujud zat bukan untuk

menaikan suhu. Contohnya pada proses B-C dan proses D-E.

Secara matematis dituliskan sebagai berikut:

Q=m. L

Keterangan:

= kalor lebur (kal/gram atau J/kg)

Azas Black

Kekekalan energi pada pertukaran kalor, pertama kali diukur oleh Joseph Black

(1728-1799). Azas Black menyatakan bahwa “kalor yang dilepaskan benda panas (𝑄lepas)

sama dengan kalor yang diterima benda dingin (Qterima).

Q lepas=Q terima

Berdasarkan deskripsi di atas, maka jika dua buah benda berbeda suhu didekatkan

hingga terjadi kontak termis, maka suhu kedua benda akan setimbang.

Perpindahan Kalor secara Konduksi, Konveksi dan Radiasi

Kalor berpindah dari tempat yang bertemperatur tinggi menuju ke tempat bertemperatur

rendah. Cepat rambat kalor ditentukan oleh zat perantara atau susunan molekul zat.

1. Konduksi

Perpindahan (hantaran) kalor yang tidak disertai perpindahan massa zat.

Contoh:

Perpindahan kalor pada logam atau zat padat.

H=kA ∆Tl

Keterangan:

𝐻 = jumlah kalor yang mengalir tiap detik (kal/s) atau (J/s)

𝑘 = koefisien konduksi termal (kal/cm.s.°C) atau (J/m.s.K)

𝐴 = luas penampang (cm2 atau m2)

∆𝑇 = perubahan suhu (°C)

𝑙 = panjang atau tebal bahan (cm atau m)

II. Konveksi

Perpindahan kalor secara konveksi hanya terjadi pada zat cair dan gas saja (fluida) karena

partikel-partikelnya dapat bergerak bebas. Perpindahan kalor secara konveksi merupakan

kalor yang disertai perpindahan partikel.

Contoh:

Memanaskan air.

H=h . A .∆T

Keterangan:

𝐻 = jumlah kalor yang mengalir tiap detik (kal/s) atau (J/s)

h = koefisien konveksi termal (kal/cm2.s.°C) atau (J/m2. S. K)

𝐴𝐴 = luas penampang (cm2 atau m2)

∆𝑇 = perubahan suhu (°C) atau (K)

III. Radiasi

Perpindahan kalor kalor secara radiasi tidak memerlukan medium. Misalnya, pancaran

panas matahari yang sampai di bumi melalui ruang angkasa yang hampa, ternyata panasnya

masih dapat kita rasakan.

Radiasi kalor merupakan bentuk pemancaran energi. Joseph Stefan Boltzman (1835-1893)

mengadakan penelitian tentang radiasi kalor pada benda dan akhirnya mengungkapkan dalam

persaman matematis sebagai berikut:

W=Aeσ T 4

Keterangan:

𝑊 = energi radiasi yang dipancarkan (watt)

𝐴 = luas penampang (cm2 atau m2)

𝑒 = emisivitas benda ( 0 < 𝑒 ≤ 1)

σ = konstanta Stefan-Boltzman (5,67 x 10-8 watt/ m2.K4)

∆𝑇 = perubahan suhu (°C) atau (K)

Emisivitas benda (𝑒) menunjukkan besar energi radiasi kalor suatu benda dibandingkan

dengan energi radiasi benda hitam sempurna. Banda yang berwarna hitam sempurna mempunyai

(𝑒 = 1) dan benda semacam ini merupakan pemancar dan sekaligus penyerap kalor yang paling

baik.