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 terperinci pada insiden perubahan wujud suatu zat.

Untuk mengubah es menjadi air diharapkan kalor. Pada insiden perubahan wujud ini, es bersuhu 0oC menjelma 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 karakter 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 menyerupai 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 perihal panas, yaitu bahwa suhu merupakan konsentrasi kalori dalam suatu benda. Ia kemudian menemukan ilmu gres yang disebut kalorimetri. Ketika menilik perihal panas (kalori), ia mengira bahwa kapasitas panas merupakan jumlah panas yang sanggup ditampung oleh suatu benda. Padahal, ini gotong royong merupakan ukuran perihal 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 jikalau 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 menawarkan 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), jikalau kalor ditambahkan ke zat maka Q dan ∆T yaitu positif dan temperatur naik. Sebaliknya jikalau 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 menawarkan 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 final 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 final sesudah 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 jikalau 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 menjelma tiga wujud zat, di antaranya cair, padat, dan gas. Perubahan wujud zat ini diikuti dengan peresapan 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 info perihal 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 peresapan 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 perihal 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, jikalau kalor jenis besi 450 J/kgoC?

Penyelesaian:
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 final kesetimbangan yang tercapai! (anggap tidak ada kalor yang mengalir ke lingkungan).

Penyelesaian:
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 final 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, menyerupai 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 penggalan 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 penggalan 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 penggalan 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