KALOR
Maman hermansyah
UIN Sunan Gunung Djati Bandung
Jl. A.H Nasution NO. 104 Bandung
089654696714 Email
: mamanhermansyah11@yahoo.co.id
ABSTRAK
Tulisan ini bertujuan untuk memahami bagaimana
suatu kalor dapat berpindah dari suatau zat ke zat yang lain lalu beberapa zat
yang ada di alam mempunyai kalor jenis tertentu. Metode penelitian yang
digunakan adalah metode teoretis yang berdasarkan hasil rujukan. Hasil penemuan
menunjukan bahwa kalor mempunyai satuan, kalor dapat mempengaruhi suhu benda,
dan didalam suatu zat terdapat kalor jenis dan kapasitas kalor. Berarti kalor
merupakan suatu energi yang dapat berpindah dari suatu zat ke zat lain. Dengan
zat tersebut memiliki suatu kalor jenis, suatu kalor jenis itu hanya di miliki
oleh zat-zat tertentu dan salah satunya
ialah air yang memiliki kalor jenis sebesar 4180 J/kg
Kata
Kunci: Kalor, Kalor Jenis, Kapasitas Kalor, asas black, dan perpindahan kalor.
PENDAHULUAN
Ketika satu ketel air dingin diletakan diatas kompor, temperatur air akan
naik. Kita katakan bahwa kalor mengalir dari kompor ke air yang dingin. Ketika
dua benda yang temperaturnya berbeda diletakan saling bersentuhan, kalor akan
mengalir seketika dari yang panas ke yang dingin. Aliran seketika ini selalu
dalam arah yang cenderung menyamakan temperatur. Jika kedua benda tersebut
disentuhkan cukup lama sehingga temperatur keduanya sama, keduanya dikatakan
dalam kesetimbangan termal, dan tidak ada lagi kalor yang mengalir diantaranya.
Sebagai contoh, ketika termometer demam pertama kali dimasukan ke dalam mulut
pasien, kalor mengalir dari mulut pasien tersebut ke termometer; ketika
pembacaan temperatur berhenti naik, termometer setimbang dengan mulut orang tersebut,
dan temperaturnya sama.
Kita gunakan istilah “kalor” pada
kehidupan sehari-hari seakan-akan kita tahu apa yang dimaksud. Tetapi istilah
tersebut sering digunakan secara tidak konsisten, sehingga penting bagi kita
untuk mendefinisikan kalor dengan jelas, dan untuk memperjelas fenomena dan
konsep yang berhubungan dengan kalor.
Secara umum kita membicarakan “aliran/” kalor-kalor
mengalir dari kompor ke ketel kopi, dari matahari ke bumi, dari mulut seseorang
ke termometer meter demam. Kalor mengalir dengan sendirinya dari suatu benda yang
temperaturnya ke benda dengan temperatur yang lebih rendah. Dan memang, model
abad kedelapan belas dari kalor menggambarkan aliran kalor sebagai gerakan zat
fluida yang disebut kalori. Bagaimana fluida kalori tidak pernah di deteksi. Di
abad kesimbalan belas, ditemukan berbagai fenomena yang berhubunga dengan kalor
dapat dideskripsikan secara konsisten tanpa perlu menggunakan model fluida.
Model yang baru ini memandang kalor berhubungan dengan kerja dan energi, sebagaimana
akan kita bahas sebentar lagi. Pertama kita lihat bahwa suatu satuan yang umum
untuk kalor, yang masih digunakan sampai sekarang, dinamakan kalori. Satuan ini
disebut kalori (kal) dan didefinisikan sebagai kalor yang di butuhkan untuk
menaikan temperatur 1 gram air sebesar 1 derajat celcius. [tepatnya,
kisaran temperatur khusus dari 14,5
sampai 15,5
ditentukan karena kalor yang sedikit berbeda
pada temperatur yang berbeda. Perbedaaanynya kurang dari satu persen jangkauan
1 sampai 100
dan kita akan mengabaikan pada sebagian besar
kasus]. Yang sering digunakan dari kalori adalah kilokalori(kkal), yang
besarnya 1000 kalori. Dengan demikian 1 kkal adalah kalor yang dibutuhkan
untuk menaikan temperatur 1 kg air sebesar 1
. Kadang 1 kilokalori disebut kalori (dengan hurup K
besar), dan dengan satuan inilah nilai energi makanan ditentukan (kita mungkin
juga menamakannya “kalori makanan”). Pada sistem satuan british, kalor diukur
dalam satuan termal british (british thermal unit/btu). Satu btu didefenisikan
sebagai kalor yang diperlukan untuk menaikan temperatur air 1 lb sebesar 1
. dapat ditunjukan
bahwa 1 btu = 0,255 kkal = 1055 J.
Gagasan bahwa kalor berhubungan
dengan energi di kerjakan lebih lanjut oleh sekimlah ilmuwan pada tahun
1800-an, terutama oleh seorang pembuat minuman dari inggris, james prescott
joule (1818-1889). Joule melakukan sejumlah percobaan yang penting untuk
menetapkan pandangan kita saat ini bahwa kalor, seperti kerja,
merepresentasikan transfer energi. Salah satu bentuk dari percobaan joule di
tunjukan (disederhanakan), yaiut beban yang jatuh menyebabkan roda pedal
berputar. Gesekan antara air dan roda pedal menyebabkan temperatur air naik
sedikit (sebenarnya, hampir tidak terukur oleh joule). Tentu saja, kenaikan
temperatur yang sama juga bisa didapat dengan memanaskan air diatas kompor.
Pada percobaan ini, dan banyak percobaan penting lainnya(beberapa diantaranya
melibatkan energi listrik), joule menetukan bahwa sejumlah kerja tertentu dilakukan
selalu ekivalen dengan sejumlah masukan kalor tertentu. Secara kuantitatif,
kerja 4,186 J ternyata ekivalen dengan satu kalori (kal) kalor. Nilai ini
dikenal sebagai tara kalor mekanik.
Tara
kalor mekanik 4,186 =
1 kal
4,186
x 103 = 1 kkal
Sebagai hasil dari percobaan ini dan yang lainnya, para
ilmuwan kemudian menginterpretasikan kalor bukan senagai zat, dan bahkan bukan
sebagai bentuk energi. Melainkan, kalor merupakan transfer energi : ketika
kalor mengalir dari benda panas ke benda yang lebih dingin, energi lah yang di
transfer dari yang panas ke yang dingin. Denhan demikian kalor merupakan energi
yang di transfer dari satu benda ke yang lainnya karena adanya perbedaan
temperatur, dalam satuan SI, satuan untuk kalor, sebagaimana untuk bentuk
energi lain, adlah joule. Bagaimanapun, kalori Dan kkal kadang kala tetap
digunakan. Sekarang kalori di definisikan dalam joule (melalui tara kalor di
atas), dan bukan dalam sifat air, seperti sebelumnya. Yang terakhir ini tetap
pantas diingat : 1 kal menaikan temperatur 1 gram air sebesar 1 0C,
atau 1 kkal menaikan temperatur 1 kg air sebesar 1 oC.
HASIL
DAN PEMBAHASAN
Kembali ke kalor ; kalor
merupakan energi yang berpindah dari suatu tempat ke tempat lain karena
perbedaan suhu ( efrizon umar ; 2007 ; h 143).
Kalor
dapat mempengaruhi suatu benda, contohnya ketika air mulai dipanaskan
dipanaskan didalam panci, kalor yang diterimanya sedikit. Setelah diberikan
kalor terus menerus, ternyata suhu air bertambah sampai air mencapai titik
didihnya. Hal ini menunjukan bahwa kalor mempengaruhi suhu air. Apakah kalor
hanya mempengaruhi suhu benda saja.? Pembahsan dibawah ini akan membantu kita
menemukan pertanyaan tersebut.
a. Kalor dan kenaikan suhu benda
Peristiwa perpindahan energi dalam bentuk
kalor memberikan gambaran bahwa kalor mengubah suhu suatu benda. Untuk kenaikan
suhu yang besar, dibuthkan jumlah kalor yang lebih banyak. Jadi, Q
(kalor yang diberikan) sebanding dengan kenaikan suhu
). Semakin besar kenaikan suhu benda, semakin besar pula kalor yang
dibutuhkan. Pernyataan ini dapat dituliskan dalam bentuk persamaan berikit.
Q
Notasi
ini “
dibaca sebanding.
b. Kalor dan massa benda
Sekarang kita akn membahas hubungan kalor dan massa
benda. Berdasarkan hasil percobaan saya menemukan bahwa untuk kenaikan suhu
yang sama, dibutuhkan jumlah kalor yang lebih besar bila massa zat yang di
panaskan lebih banyak’
Pengaruh massa
benda terhadap jumlah kalor yang di berikan dapat diketahui dengan melakukan
variasi jumlah air yang di panaskan untuk kenaikan suhu air yang tetap.
c. Kalor dan jenis zat
Apakah jumlah kalor
yang diterima atau diberikan tiap benda itu sama ? mari kita bahas
bersama-sama. Setiap zat membutuhkan kalor yang berbeda untuk menaikan suhunya.
Besaran yang mempengaruhi suatu zat dalam menerima kalor untuk menaikan suhunya
ini dikenal dengan nama kalor jenis dengan lambang c dan satuannya J/kg.
Jadi, berdasarkan
persamaan
sampai
persamaan
. Dapat dikatakan bahwa jumlah kalor yang
dibutuhkan untuk memanaskan zat sebanding dengan kenaikan suhu, jumlah zat, dan
jenis zat yang digunakan. Jika di tuliskan dalam bentuk persamaan, akan di
peroleh persamaan berikut.
Dimana Q =
kalor jenis yang diberikan (J)
m
= massa benda (kg)
c = kalor jenis benda (J/kg.
)
(
Kalor
jenis dan kapasitas kalor
Kalor
jenis adalah sifat khas suatu zat yang menggambarkan jumlah kalor yang di
butuhkan untuk menaikan suhu 1 kg zat sebesar 1
. Secara matematis, kalor jenis dapat di tuliskan sebagai berikut.
c=
Nama zat
|
Kalor jenis
(J/kg
|
Air
Alkohol
Alumunium
Besi
Timah hutam
Tembaga
Raksa
Perak
Kayu
Es (-5
Protein
Tubuh manusia
|
4180
2400
900
450
130
390
140
230
1700
2100
1700
3470
|
Setiap zat mempunyai harga kalor jenisnya masing. Seperti pada tabel di samping
menunjukan harga kalor jenis beberapa zat pada suhu yang sama, air mampu
menyerap kalor dalam jumlah yang lebih banyak dibandingkan dengan zat
lainnya.Hal ini menyebabkan air sering digunakan sebagai zat penyimpan energi
termal yang berasal dari matahari seperti pada panel energi surya. Air juga
sering digunakan sebagai cairan pendingin pada berbagai jenis mesin atau
sostem pembangkit energi
Kalor sebesar Q joule diperlukan untuk menaikan suhu zat sebesar
. Jadi, kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu 1
ialah
Sementara itu, apakah yang dimaksud
dengan kapsitas kalor ? kapasitas
kalor adalah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikan suhu zat sebesar 1
Di mana Q = jumlah kalor ( joule), C=
kapasitas kalor ( J/
), dan
, (
Jika kalor diberikan pada suatu benda,
temperaturnya naik. Tetapi seberapa besar temperatur naik ? hal ini bergantung.
Pada abad kedelapan belas, orang-orang yang melakukan percobaan telah melihat
bahwa besar kalor Q yang dibutuhkan untuk merubah temperatur zat
tertentu sebanding dengan massa m zat tersebut dan dengan perubahan
temperatur
Asas black
Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi
bersifat kekal. Joseph Black (1720-1799), seorang ilmuwan inggris telah
melakukan perhitungan mengenai pertukaran kalor pada suatu zat akan sama dengan
kalor yang diterima oleh zat lainnya. Hukum kekalan energi inilah yang dikenal
sebagai asas black.
Qlepas = Qterima
Pada bagian ini kita akan
membahas beberapa kasus dengan analisis kuantitatif asas black.
a.
Pencampuran Dua Cairan
Jika kamu ingin meminum segelas
air dan ternyata air tersebut masih panas, secara naluri kamu akan menambah air
yang lebih dingin secukupnya kedalam gelas tersebut sehingga air menjadi hangat
dan dapat diminum. Sebenarnya berapakah jumlah kalor yang dilepaskan air panas
atau kalor yang diterima air dingin ?
Misalkan suhu air panas adalah T1,
massanya m1, sedangkan
air dingin memiliki suhu T2 dan massanya m2.
Suhu akhir campuran adalah x dan kalor jenis zat diasumsikan tidak berubah
terhadap suhu. Dengan mengabaikan kalor yang diserap oleh wadah dan kalor yang
terbuang ke lingkungan, dapat di tuliskan persamaan jumlah kalor yang berpindah
sebagai berikut.
Kalor yang dilepas :
Q1 = m1c
Q1 = m1c(T1
– x)
kalor yang dilepas :
Q2 = m2c
Q2 = m2c(x- T2)
b.
Cairan dengan wadahnya
Dalam proses pencampuran dua zat akan ada kalor yang
hilang kelingkungan misalnya ke udara dan ke wadah. Jika proses pencampuran
terjadi dalam wadah tertutup, kamu dapat mengabaikan kalor yang hilang ke
lingkungan karena sangat kecil. Tetapi tidak demikian halnya dengan penyerapan
oleh wadah.
Catatan yang harus selalu diingat jika menggunakan asasa Black adalah pada
benda yang bersuhu tinggi digunakan (t1 – ta) dan untuk benda yang
bersuhu rendah digunakan (ta-t2). Dan rumus kalor yang digunakan tidak selalu
yang ada diatas bergantung pada soal yang dikerjakan.
Perpindahan kalor
Kalor berpindah dari
satu tempat atau benda ke yang lainnya dengan tiga cara : dengan konduksi, konveksi, dan radiasi.
Sekarang akan dibahas satu persatu dari ketiga cara ini secara bergantian;
tetapi dalam situasi praktis, dua atau tiga dari cara-cara ini bisa bekerja
pada saat yang sama. Kita mulai dengan konduksi.
Ketika sebuah tongkat
logam dipakai untuk mengatur kayu di perapian, atau sebuah sendok perak
diletakan kedalam semangkuk sop, ujung yang kita pegang akan segera menjadi
panas juga, walaupun tidak bersentuhan langsung dengan sumber panas. Kita
katakan bahwa kalor dialirkan dari ujung yang panas ke ujung yang lain.
Konduksi
kalor pada banyak materi dapat digambarkan sebagai hasil tumbukan
molekul-molekul. Sementara satu ujung benda di panaskan, molekul-molekul
ditempat itu bergerak lebih cepat dan lebih cepat. Sementara bertumbukan dengan
tetanggga mereka yang bergerak lebih lambat, mereka mentransfer sebagian dari
energi ke molekul-molekul lain, yang lajunya kemudian bertambah.
Molekul-molekul ini kemudian juga mentransfer sebagian energi mereka dengan
molekul-molekul lain sepanjang benda tersebut. Dengan demikian energi gerakan
termal di transfer oleh tumbukan molekul sepanjang benda. Pada logam, menurut
teori modern, tumbukan antara elektron-elektron bebas di dalam logam dan dengan
atom logam tersebut terutama mengakibatkan untuk terjadinya konduksi.
Konduksi
kalor hanya terjadi jika ada perbedaan temperatur. Dan memang, ditemukan pada
percobaan bahwa kecepatan aliran kalor melalui benda sebanding dengan perbedaan
temperatur antara ujung-ujungnya. Kecepatan aliran kalor juga tergantung pada
ukuran dan bentuk benda, dan untuk menyelediki hal ini secara kuantitatif, mari
kita lihat aliran kalor melalui benda yang uniform, di temukan dari percobaan
bahwa aliran kalor
perselang waktu
dinyatakan oleh hubungan.
Di mana A adalah luas penampang lintang benda, I
adalah jarak antara kedua ujung, yang mempunyai temperatur T1 dan T2,
dan dan k adalah konstanta pembanding yang disebut konduktivitas termal,
yang merupakan karekteristik materi tersebut. Dari persamaan di atas kita lihat
bahwa kecepatan aliran kalor (satuan J/s) berbanding lurus dengan luas
penampang lintang dan dengan gradien temperatur (T1-T2)/l
Konduktivitas
termal k,untuk berbagai zat diberikan tabel. Zat-zat diamana k
besar, menghantarkan kalor dengan cepat dan dinamakan konduktor yang
baik. Sebagian besar logam masuk kedalam kategori ini, walaupun ada variasi
yang besar antar logam-logam tersebut sebagaimana bisa anda lihat dengan
memegang ujung-ujung sendok perak dan sendok stainles-teel yang
dimasukan ke mangkuk sop yang sama. Zat-zat yang memiliki k kecil,
seperti wol, fiberglass, polyurethane, dan bulu, merupakan penghantar kalor
yang buruk dan dengan demikian dinamakan isolator.besar relatif k dapat
menjelaskan fenomena sederhana seperti mengapa lantai ubin lebih dingin di kaki
dari pada lantai yang dilapisi karpet pada temperatur yang sama. Ubin merupakan
penghantar kalor yang lebih baik dari karpet; kalor yang ditransfer dari kaki
anda ke karpet tidak dihantarkan kembali dengan cepat terpanaskan ke temperatur
kaki anda. Tetapi ubin menghantarkan kalor kembali dengan cepat dan dengan demikian dapat menerima lebih
banyak kalor dari kaki anda, sehingga temperatur permukaan kaki anda menurun.(
giacoli;2001.h 501)
Perpindahan secara konveksi
konveksi adalah proses dimana kalor di transfer dengan
pengerakan molekul dari satu tempat ke tempat lain. Konsep konveksi ini
melibatkan pergerakan molekul dalam jarak yang besar.
Tungku
dengan udara yang di paksa, di mana udara di panaskan dan kemudian oleh kipas
angin ke dalam ruangan, merupakan satu contoh konveksi yang dipanaskan.
Konveksi alami juga terjadi dan satu contoh yang banyak dikenal adalah bahwa
udara panas akan naik. Misalnya udara diatas radiator ( atau pemanas jenis lainnya)
memuai pada saat di panaskan, dan kerapatannya akan berkurang; karena kerapatan
menurun, udara tersebut naik, sama seperti sebatang kaya yang dicelupkan
kedalam air akan terapung ke atas karena massa jenisnya lebih kecil massa jenis
air.( giancoli;2001.h 504)
Perpindahan kalor secara radiasi
Merupakan perpindahan energi kalor dalam bentuk gelombang
elektromagnetik. Sebagai contoh perpindalah kalor dari matahari kepermukaan
bumi. (ahmad zailani dkk; 2006.h 232)
Kesimpulan
Bahwa
kalor dapat berpinadah dari suhu yang tinggi ke suhu yang lebih rendah, dengan
tiga cara yaitu ;konduksi,konveksi dan radiasi.
daftar pustaka
giancoli.2001.fisika.Jakarta ; erlangga
efrizon umar.2006.fisika dan kecakapan hidup.Jakarta;ganeca
exact
ahmad zaelani dkk. 2006.fisika. Bandung; yrama
widya