Kalor: Pengertian, Satuan, Jenis, Rumus, Penerapan, Pola Soal Dan Pembahasan
Pernahkan kalian melaksanakan pengukuran suhu? Misalnya, pada suatu termometer kolom raksa, kalian mengamati perubahan panjang kolom sebagai indikator adanya perubahan suhu. Sesungguhnya, perubahan suhu itu terjadi tanggapan benda yang sedang diukur melepaskan kalor atau mendapatkan kalor. Lalu, tahukah kalian apa itu kalor? Berikut ini klarifikasi lengkapnya.
Pengertian Kalor
Kalor merupakan salah satu bentuk energi yang sanggup berpindah dari benda yang satu ke benda yang lain. Jika dua buah benda yang suhunya berbeda disentuhkan, suatu ketika akan terjadi kesetimbangan termal (suhunya sama). Hal ini terjadi lantaran adanya perpindahan kalor dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah.
Kalor berbeda dengan suhu, walaupun keduanya mempunyai hubungan erat. Suhu yaitu derajat panas atau cuek suatu benda, sedangkan kalor yaitu energi yang dipindahkan dari suatu benda ke benda yang lain. Suhu dan kalor sanggup dibedakan dengan terang pada insiden perubahan wujud suatu zat.
Untuk mengubah es menjadi air diharapkan kalor. Pada insiden perubahan wujud ini, es bersuhu 0oC berkembang menjadi air bersuhu 0oC. Jadi, tidak ada perubahan suhu pada ketika es mencair, tetapi dibutuhkan kalor untuk mengubah wujud es tersebut.
Pada dasarnya, kalor yaitu perpindahan energi kinetik dari satu benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Kalor dilambangkan dengan aksara Q. |
Pada waktu zat mengalami pemanasan, partikel-partikel benda akan bergetar dan menumbuk partikel tetangga yang bersuhu rendah. Hal ini berlangsung terus menerus membentuk energi kinetik rata-rata sama antara benda panas dengan benda yang semula dingin. Pada kondisi ibarat ini, terjadi keseimbangan termal dan suhu kedua benda akan sama.
Satuan Kalor
Kalian tentunya sudah mengetahui beberapa bentuk energi, contohnya energi listrik, energi mekanik, energi potensial, energi kinetik, energi kimia, dan lain-lainnya. Kalor juga merupakan salah satu bentuk energi yang sanggup berpindah lantaran adanya perbedaan suhu. Karena kalor yaitu energi, maka juga mempunyai satuan dalam SI (Sistem Internasional) satuannya yaitu joule (J).
Sebelum orang mengetahui bahwa kalor yaitu salah satu bentuk energi, kalor diberi satuan kalori atau kilokalori. Satu kalori didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diharapkan untuk menaikkan suhu satu gram air sebesar 1oC. Untuk konversi satuan kalor dari joule ke kalori atau sebaliknya yaitu sebagai berikut.
1 kalori = 4,18 Joule
1 Joule = 0,24 kalori
Tokoh Fisika |
Joseph Black, yaitu seorang kimiawan Skotlandia yang mendukung teori wacana panas, yaitu bahwa suhu merupakan konsentrasi kalori dalam suatu benda. Ia kemudian menemukan ilmu gres yang disebut kalorimetri. Ketika menyidik wacana panas (kalori), ia mengira bahwa kapasitas panas merupakan jumlah panas yang sanggup ditampung oleh suatu benda. Padahal, ini bahwasanya merupakan ukuran wacana jumlah energi yang diharapkan untuk menaikkan suhu suatu benda dalam jumlah tertentu |
Rumus Hubungan Suhu dan Kalor
Untuk memahami hubungan antara suhu dan kalor, silahkan kalian perhatikan ilustrasi berikut ini. Misalkan, pada 200 mL air dan 200 mL alkohol diberikan kalor yang sama. Ternyata, kenaikan suhu pada alkohol lebih besar daripada air. Demikian halnya bila pada 200 mL air dan 500 mL air diberikan kalor yang sama banyaknya, kenaikan suhu pada 200 mL air lebih besar daripada 500 mL air. Peristiwa tersebut menunjukkan hal-hal sebagai berikut.
■ Kalor yang diberikan pada zat sebanding dengan kenaikan suhunya. Dapat ditulis sebagai berikut.
Q ∆T
■ Kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu zat sebanding dengan massa zat. Dapat ditulis sebagai berikut.
Q m
■ Kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu bergantung pada jenis zat. Dapat ditulis sebagai berikut.
Q c
Dari ketiga persamaan di atas, sanggup disimpulan bahwa banyaknya kalor yang diberikan pada suatu benda sebanding dengan kenaikan suhu (∆T), massa benda (m) dan kalor jenis bendanya (c). Ditulis dengan persamaan berikut.
Q = mc∆T ………. Pers. (1) |
Keterangan:
Q = jumlah kalor yang diberikan (kalori atau joule)
m = massa benda (g atau kg)
c = kalor jenis (kal/goC atau J/kgoC)
∆T = perubahan suhu (oC)
Persamaan (1), bila kalor ditambahkan ke zat maka Q dan ∆T yaitu positif dan temperatur naik. Sebaliknya bila kalor dilepas dari zat, Q dan ∆T yaitu negatif dan temperatur turun. Definisi yang diberikan oleh persamaan (1) berlaku untuk c konstan.
Kalor Jenis
Dari persamaan (1) di atas, maka sanggup kita tulis persamaan kalor jenis (c) yaitu sebagai berikut.
c | = | Q | ………. Pers. (2) |
m∆T |
Dari persamaan (2), maka kalor jenis sanggup didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diharapkan suatu zat untuk menaikkan suhu 1 kg zat tersebut sebesar 1oC. Tabel berikut ini menunjukkan kalor jenis beberapa zat pada suhu 20oC dan tekanan tetap 1 atmosfer.
Tabel kalor jenis beberapa zat pada suhu 20oC dan tekanan 1 atm
Zat Padat | Kalor jenis (J/kgoC | Zat Cair | Kalor jenis (J/kgoC | |
Kuningan | 367 | Alkohol | 2.400 | |
Aluminium | 900 | Raksa | 140 | |
Tembaga | 390 | Air | ||
Besi atau baja | 450 | Es (-5oC) | 2.100 | |
Timah | 130 | Cair (15oC) | 4.186 | |
Marmer | 860 | Uap (110oC) | 2.010 | |
Perak | 230 | Badan manusia | 3.470 | |
Kayu | 1.700 | Protein | 1.700 | |
Seng | 388 | Minyak parafin | 2.100 |
Kapasitas Kalor
Kapasitas kalor yaitu banyaknya kalor yang diharapkan untuk menaikkan suhu suatu benda sebesar 1oC. Secara matematis, pernyataan tersebut ditulis sebagai berikut.
C | = | Q | ………. Pers. (3) |
∆T |
Keterangan:
Q = kalor yang diserap/dilepas (J)
C = kapasitas kalor benda (J/oC)
∆T = perubahan suhu benda (oC)
Persamaan (3) yaitu kapasitas kaor. Terdapat perbedaan pengertian antara kapasitas kalor (C) dan kalor jenis (c), tetapi secara matematis keduanya mempunyai hubungan sebagai berikut.
Dari persamaan (2) dan persamaan (3) diperoleh:
c | = | C |
m |
Maka:
C = mc ………. Pers. (4) |
Keterangan:
C = kapasitas kalor benda (J/oC)
m = massa zat (kg)
c = kalor jenis (J/kgoC)
Hukum Kekekalan Energi untuk Kalor (Asas Black)
Telah kalian ketahui bahwa kalor berpindah dari satu benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Perpindahan ini menjadikan terbentuknya suhu tamat yang sama antara kedua benda tersebut. Pernahkah kalian menciptakan susu atau kopi?
Sewaktu susu diberi air panas, kalor akan menyebar ke seluruh cairan susu yang dingin, sehingga susu terasa hangat. Suhu tamat sehabis percampuran antara susu dengan air panas disebut suhu termal (keseimbangan).
Kalor yang dilepaskan air panas akan sama besarnya dengan kalor yang diterima susu yang dingin. Kalor merupakan energi yang sanggup berpindah, prinsip ini merupakan prinsip aturan kekekalan energi. Hukum kekekalan energi di rumuskan pertama kali oleh Joseph Black (1728 – 1899). Oleh lantaran itu, pernyataan tersebut juga di kenal sebagai asas Black.
Joseph Black merumuskan perpindahan kalor antara dua benda yang membentuk suhu termal sebagai berikut.
Qlepas = Qterima | ………. Pers. (5) |
(mc∆T)lepas = (mc∆T)terima |
Keterangan:
Qlepas = besar kalor yang diberikan (J)
Qterima = besar kalor yang diterima (J)
Selanjutnya, persamaan (5) dikenal sebagai asas Black.
Jenis-Jenis Kalor
Setiap zat mempunyai kecenderungan untuk berubah bila zat tersebut diberikan temperatur yang tinggi (dipanaskan) ataupun temperatur yang rendah (didinginkan). Kecenderungan untuk berubah wujud ini disebabkan oleh kalor yang dimiliki setiap zat. Suatu zat sanggup berkembang menjadi tiga wujud zat, di antaranya cair, padat, dan gas. Perubahan wujud zat ini diikuti dengan perembesan dan pelepasan kalor.
1. Kalor Penguapan dan Pengembunan
Kalor penguapan yaitu kalor yang dibutuhkan oleh suatu zat untuk menguapkan zat tersebut. Jadi, setiap zat yang akan menguap membutuhkan kalor. Adapun kalor pengembunan yaitu kalor yang dilepaskan oleh uap air yang berubah wujud menjadi air. Jadi, pada setiap pengembunan akan terjadi pelepasan kalor.
Besarnya kalor yang dibutuhkan pada ketika penguapan dan kalor yang dilepaskan pada ketika pengembunan yaitu sama. Secara matematis, kalor penguapan dan pengembunan sanggup dituliskan sebagai berikut.
Q = mL ………. Pers. (6) |
Keterangan:
Q = kalor yang dibutuhkan ketika penguapan atau kalor yang dilepaskan ketika pengembunan.
m = massa zat
L = kalor laten penguapan atau pengembunan
2. Kalor Peleburan dan Pembekuan
Pernahkah kalian mendengar atau mendapatkan isu wacana insiden mencairnya gunung-gunung es di kutub utara tanggapan pemanasan global? Mencair atau meleburnya es di kutub utara disebabkan oleh adanya pemanasan. Jika benda mengalami peleburan, perubahan wujud yang terjadi yaitu dari wujud zat padat menjadi zat cair.
Dalam hal ini, akan terjadi perembesan kalor pada benda. Adapun perubahan wujud zat dari cair ke padat disebut sebagai proses pembekuan. Dalam hal ini, akan terjadi proses pelepasan kalor. Besarnya kalor yang dibutuhkan pada ketika peleburan dan besarnya kalor yang dilepaskan dalam proses pembekuan yaitu sama.
Perumusan untuk kalor peleburan dan pembekuan sama dengan perumusan pada kalor penguapan dan pengembunan, yakni sebagai berikut.
Q = mL ………. Pers. (7) |
Keterangan:
Q = kalor yang dibutuhkan ketika peleburan atau kalor yang dilepaskan ketika pembekuan.
m = massa zat
L = kalor laten peleburan atau pembekuan.
Contoh soal dan Pembahasan wacana Kalor
1. 200 gram air dikalorkan dari 20oC menjadi 45oC. Jika diketahui kalor jenis air 1 kalg-1oC-1 atau 4200 Jkg-1K-1. Tentukan:
a. Banyaknya kalor dalam kalori
b. Banyaknya kalor dalam joule
Penyelesaian:
Diketahui:
m = 200 g = 0,2 kg
T1 = 20oC = 293 K
T2 = 45oC = 318 K
c = 1 kalg-1oC-1 = 4200 Jkg-1K-1
Ditanyakan: Q dalam kalori dan joule
Jawab:
a. Menentukan jumlah kalor dalam kalori
Q = mc∆T
Q = mc(T2 – T1)
Q = 200 g × 1 kalg-1oC-1 × (45oC – 20oC)
Q = 200 g × 1 kalg-1oC-1 × 25oC
Q = 5.000 kalori
b. Menentukan jumlah kalor dalam joule
Q = mc∆T
Q = mc(T2 – T1)
Q = 0,2 kg × 4200 Jkg-1K-1× (318 K – 293 K)
Q = 0,2 kg × 4200 Jkg-1K-1 × 25 K
Q = 21.100 joule.
Catatan penting: perubahan suhu dari satuan celcius dan kelvin sama, jadi tidak perlu melaksanakan koversi satuan terlebih dahulu.
2. Berapa besar kalor yang diharapkan untuk menaikkan suhu sebatang besi yang massanya 10 kg dari 20oC menjadi 100oC, bila kalor jenis besi 450 J/kgoC?
Penyelesaian:
Diketahui:
Diketahui:
m = 10 kg
T1 = 20oC
T2 = 100oC
c = 450 J/kg oC
Ditanyakan: Q?
Jawab:
Q = mc∆T
Q = mc(T2 – T1)
Q = 10 × 450 × (100 – 20)
Q = 10 × 450 × 80
Q = 360.000 J = 360 kJ
Jadi, kalor yang dibutuhkan sebatang besi tersebut sebesar 360 kJ.
3. Sepotong besi yang mempunyai massa 3 kg, dipanaskan dari suhu 20oC sampai 120oC. Jika kalor yang diserap besi sebesar 135 kJ. Tentukan kapasitas kalor besi dan kalor jenis besi.
Penyelesaian:
Diketahui:
m = 3 kg
∆T = 120oC – 20oC = 100oC
Q = 135 kJ = 135.000 J
Ditanyakan C dan c
Jawab:
■ Menentukan kapasitas kalor besi
C = Q/∆T
C = 135.000 J/100oC
C = 1.350 J/oC
■ Menentukan kalor jenis besi
c = C/m
c = 1.350/3
c = 450 J/kgoC
4. Air sebanyak 0,5 kg yang bersuhu 100oC dituangkan ke dalam ember dari aluminium yang mempunyai massa 0,5 kg. Jika suhu awal ember sebesar 25oC, kalor jenis aluminium 900 J/kgoC, dan kalor jenis air 4.200 J/kgoC, maka tentukan suhu tamat kesetimbangan yang tercapai! (anggap tidak ada kalor yang mengalir ke lingkungan).
Penyelesaian:
Diketahui:
Diketahui:
mbjn = 0,5 kg
mair = 0,5 kg
Tair = 100oC
Tbjn = 25oC
cair = 4.200 J/kgoC
cbjn = 900 J/kgoC
Ditanyakan: Ta (suhu akhir)
Jawab:
Qlepas = Qterima
mair × cair × ∆Tair = mbjn × cbjn × ∆Tbjn
0,5 × 4.200 × (100 – Ta) = 0,5 × 900 × (Ta – 25)
210.000 – 2.100Ta = 450Ta – 11.250
450Ta + 2.100Ta = 210.000 + 11.250
2.550Ta = 222.250
Ta = 222.250/2.550
Ta = 87,156oC
Jadi, suhu tamat adonan atau suhu kesetimbangan termalnya yaitu 87,156oC.
5. Berapakah besarnya kalor yang dibutuhkan untuk mencairkan es sebanyak 500 gram pada temperatur 0oC menjadi cair seluruhnya yang mempunyai temperatur 10oC? Diketahui kalor laten peleburan es menjadi air sebesar 80 kal/g.
Jawab
Diketahui:
L = 80 kal/g, dan m = 500 gram.
Dengan memakai Persamaan (7), diperoleh:
Q = m L
Q= 500 gram × 80 kal/g
Q= 40.000 kal Q = 40 kkal
Jadi, besarnya kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan es menjadi cair seluruhnya yaitu sebesar 40 kkal.
Penerapan Kalor dalam Kehidupan Sehari-hari
Penerapan atau pemanfaatan kalor dalam kehidupan sehari-hari sanggup kita jumpai dari peralatan rumah tangga, ibarat pada termos, setrika, panci, dan alat-alat dapur lainnya. Berikut ini yaitu beberapa pola pemanfaatan kalor dan penjelasannya.
1. Penerapan kalor pada lemari pendingin (kulkas)
Penurunan suhu dalam kulkas disebabkan oleh penguapan freon yang mengalir dalam pipa yang melewati kulkas. Apabila freon menguap dalam pipa yang terletak di dalam ruang pembeku, maka freon akan menyerap kalor dari ruang pembekuan. Pompa listrik mengalirkan freon yang sudah dimampatkan melalui pipa.
Freon melepaskan kalor, terjadi pengembunan. Freon berubah wujud dari gas ke cair. Pada waktu pengembunan, sirip pipa di pecahan belakang terasa panas. Freon cair dialirkan ke dalam ruang pembekuan. Freon menyerap kalor, menjadikan suhunya menjadi turun. Uap freon terus dialirkan dan keluar ruang pembekuan, kemudian dimampatkan lagi. Dan seterusnya secara berulang-ulang.
2. Penerapan kalor pada setrika
Seterika terbuat dari logam yang bersifat konduktor yang sanggup memindahkan kalor secara konduksi ke pakaian yang sedang diseterika. Adapun, pegangan seterika terbuat dari materi yang bersifat isolator.
3. Penerapan kalor pada panci masak
Panci masak terbuat dari materi konduktor yang pecahan luarnya mengkilap. Hal ini untuk mengurangi pancaran kalor. Adapun pegangan panci terbuat dari materi yang bersifat isolator untuk menahan panas.
4. Penerapan kalor pada termos
Termos berfungsi untuk menyimpan zat cair yang berada di dalamnya semoga tetap panas dalam jangka waktu tertentu. Termos dibentuk untuk mencegah perpindahan kalor secara konduksi, konveksi, maupun radiasi. Dinding termos dibentuk sedemikian rupa, untuk menghambat perpindahan kalor pada termos, yaitu dengan cara:
■ Permukaan tabung beling pecahan dalam dibentuk mengkilap dengan lapisan perak yang berfungsi mencegah perpindahan kalor secara radiasi dan memantulkan radiasi kembali ke dalam termos,
■ Dinding beling sebagai konduktor yang jelek, tidak sanggup memindahkan kalor secara konduksi, dan
■ Ruang hampa di antara dua dinding kaca, untuk mencegah kalor secara konduksi dan semoga konveksi dengan udara luar tidak terjadi.
5. Penerapan kalor pada solder
Untuk melekatkan komponen elektro ke papan rangkaian kita memakai cairan timah dengan menyoldernya. Solder listrik akan mendapatkan panas dari konversi energy listrik. Panas dari energy listrik ini akan diterukan ke ujung logam pada solder yang di sentuhkan ke timah yang diposisikan di kaki-kaki komponen elektro yang akan di lekatkan.
Setelah beberapa saat, timah akan meleleh dan pada ketika itu solder kita angkat. Timah akan segera mendingin dan membeku, melekatkan kaki komponen elektro tadi ke papan rangkaian dengan kuat.
Referensi:
http://fisikazone.com/pemanfaatan-kalor-dalam-kehidupan-sehari-hari