Pengertian Kalor Beserta Rumus dan Contoh Soal.

Kalor merupakan suatu energi yang mudah diterima dan mudah sekali dilepaskan sehingga dapat mengubah temperatur zat tersebut menjadi naik atau turun. Kalor juga bisa berpindah dari satu zat ke zat yang lain melalui medium atau perantara. Misalkan, dua buah zat yang memiliki temperatur berbeda dicampurkan pada sebuah wadah. Maka temperatur kedua benda tersebut akan menjadi sama.

Pengertian Kalor

Kalor adalah salah satu bentuk energi yang dapat berpindah dari satu benda pada benda lainnya karena terdapat suatu perbedaan suhu. Saat dua benda memiliki perbedaan suhu dipertemukan maka kalor akan mengalir atau berpindah dari benda yang suhunya tinggi ke benda yang suhunya rendah.

Istilah kalor berasal dari kata caloric, yang diperkenalkan untuk pertama kalinya oleh Antoine Laurent Lavoiser (1743 – 1794), seorang ahli kimia Prancis. Pada saat itu, ahli kimia dan fisika menganggap kalor sebagai zat cair yang tidak terlihat oleh mata telanjang. kalor mempengaruhi perubahan suhu dan bentuk zat. Alat untuk mengukur jumlah panas disebut kalorimeter.

Contohnya adalah pada saat kita mencampurkan air dingin dengan air panas,maka kita akan memperoleh air hangat. Banyak yang belum mengetahui perbedaan suhu dan kalor. Suhu merupakan nilai yang terukur pada termometer, sedangkan kalor merupakan energi yang mengalir dari suatu benda ke benda lainnya.

Kalor Pada Perubahan Benda

1. Kalor bisa mengubah suhu zat

Pada dasarnya, masing-masing benda yang suhunya lebih dari nol mutlak, maka benda tersebut memiliki kalor. Kandungan ini yang akan menjadi penentu berapa suhu benda tersebut. Jika benda tersebut dipanaskan, maka benda menerima tambahan kalor menjadikan suhunya bertambah atau meningkat. Sedangkan jika benda tersebtu didingingkan, maka benda tersebut melepaskan kalor menjadikan suhunya menurun.

2. Kalor bisa mengubah wujud zat

Beberapa benda jika diberikan kalor dalam satuan tertentu, maka benda tersebut akan mengalami perubahan wujud. Contohnya adalah es yang dipanaskan (diberi kalor) maka es (bentuk padat) tadi akan menjadi cair (bentuk gas), dan apabila pemanaasan terus dilakukan maka air tadi juga akan berubah menjadi gas. Tititk dimana zat akan berubah bentuk menjadi zat titik cair atau titik lebur benda.

Asas Black

Asas Black adalah sebuah dalil fisika mengenai kalor yang di kemukakan oleh ilmuwan Skotlandia. Kalor adalah energi yang dipindahkan dari benda yang memiliki temperatur tinggi ke benda yang memiliki temperatur lebih rendah sehingga pengukuran kalor selalu berhubungan dengan perpindahan energi. Energi adalah kekal sehingga benda yang memiliki temperatur lebih tinggi akan melepaskan energi sebesar QL dan benda yang memiliki temperatur lebih rendah akan menerima energi sebesar QT dengan besar yang sama.

Secara matematis, Pengukuran kalor sering dilakukan untuk menentukan kalor jenis suatu zat. Jika kalor jenis suatu zat diketahui, kalor yang diserap atau dilepaskan dapat ditentukan dengan mengukur perubahan temperatur zat tersebut. Ketika menggunakan persamaan ini, perlu diingat bahwa temperatur naik berarti zat menerima kalor, dan temperatur turun berarti zat melepaskan kalor.

Kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kalor. Salah satu bentuk kalorimeter, Kalorimeter ini terdiri atas sebuah bejana logam dengan kalor jenisnya telah diketahui. Bejana ini biasanya ditempatkan di dalam bejana lain yang agak lebih besar. Kedua bejana dipisahkan oleh bahan penyekat, misalnya gabus atau wol. Kegunaan bejana luar adalah sebagai pelindung agar pertukaran kalor dengan lingkungan di sekitar kalorimeter dapat dikurangi.

Kalorimeter juga dilengkapi dengan batang pengaduk. Pada waktu zat dicampurkan di dalam kalorimeter, air di dalam kalorimeter perlu diaduk agar diperoleh temperatur merata dari percampuran dua zat yang suhunya berbeda. Batang pengaduk ini biasanya terbuat dan bahan yang sama seperti bahan bejana kalorimeter.

Zat yang diketahui kalor jenisnya dipanaskan sampai temperatur tertentu. Kemudian, zat tersebut dimasukkan ke dalam kalorimeter yang berisi air dengan temperatur dan massanya yang telah diketahui. Selanjutnya, kalorimeter diaduk sampai suhunya tetap.

Kalor jenis

Kalor jenis adalah sifat zat yang menunjukan banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu zat bermassa 1 kg sebesar 1°C atau 1 K. temperatur yang sama, ternyata setiap benda akan menyerap energi kalor dengan besar yang berbeda. Misalnya, terdapat empat buah bola masing-masing terbuat dari aliminium, besi, kuningan, dan timah. Keempat bola ini memiliki massa sama dan ditempatkan di dalam suatu tempat yang berisi air mendidih.

Setelah 30 menit, keempat bola akan mencapai kesetimbangan termal dengan air dan akan memiliki temperatur yang sama dengan temperatur air. Kemudian, keempat bola diangkat dan ditempatkan di atas kepingan parafin. Bola aluminium dapat melelehkan parafin dan jatuh menembus parafin. Beberapa sekon kemudian, bola besi mengalami kejadian yang sama.

Bola kuningan hanya dapat melelehkan parafin sebagian, sedangkan bola timah hampir tidak dapat melelehkan parafin. Keempat bola tersebut menyerap kalor dari air mendidih, kemudian memindahkan kalor tersebut pada parafin sehingga parafin meleleh.

Oleh karena setiap benda memiliki kemampuan berbeda untuk melelehkan parafin, setiap bola akan memindahkan kalor dari air ke parafin dengan besar yang berbeda. Kemampuan yang dimiliki setiap benda ini berhubungan dengan kalor jenis benda tersebut. Kalor jenis suatu benda dapat didefinisikan sebagai jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 kg suatu zat sebesar 1K.

Kalor jenis menunjukkan kemampuan suatu benda untuk menyerap kalor. Semakin besar kalor jenis suatu benda, semakin besar pula kemampuan benda tersebut untuk menyerap kalor.

Satuan kalor

Satuan kalor adalah joule (J) yang diambil dari nama seorang ilmuwan yang telah berjasa dalam bidang ilmu Fisika, yaitu James Joule. Satuan kalor lainnya adalah kalori. Hubungan satuan joule dan kalori, yakni 1 kalori = 4,184 joule.

Kalor uap

Kalor uap adalah banyaknya kalor per satuan massa yang diberikan pada zat di titik didihnya agar wujud zat cair berubah menjadi wujud gas seluruhnya pada titik didih tersebut.

Perpindahan Kalor

Seperti yang sudah kami jelaskan di awal bahwa perpindahan kalor terjadi dari benda bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Perpindahan kalor terjadi dari benda bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Terdapat jenis - jenis perpindahan kalor yang dapat terjadi, antara lain:

1. Perpindahan kalor secara konduksi

Perpindahan kalor dengan melewati suatu zat perantara (logam) tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut secara permanen. Seperti misal pada saat memanaskan salah satu ujung logam, maka ujung logam lainnya akan ikut panas, hal ini dikarenakan terjadi hantaran kalor dari suhu tinggi ke suhu rendah.

Pada saat memanaskan salah satu ujung logam, maka partikel yang ada pada ujung logam tersebut akan membuat getaran terjadi pada partikel lain yang tersambung dengannya. Sehingga semua partikel logam tersebut akan bergetara walau hanya satu ujung logam yang dipanaskan, hal ini akan merangsang terjadinya perpindahan kalor.

2. Perpindahan kalor secara konveksi

Perpindahan kalor secara konveksi adalah perpindahan kalor melewati suatu zat yang disertai dengan perpindahan bagian-bagian zat tersebut. Konveksi bisa terjadi pada zat-zat cair ataupun gas. Terdapat dua jenis perpindahan kalor secara konveksi, antara lain:

a. Konveksi secara ilmiah

Konveksi alamiah yaitu konveksi yang dipangaruhi oleh gaya apung tanpa faktor luar, dan diakibatkan oleh terdapatnya perbedaan jenis benda. Contohnya pada pemanasan air, massa jenis partikel air yang telah panas akan naik menjauh dari api dan digantikan dengan partikel air lain yang bersuhu lebih rendah. Proses ini menjadikan semua partikel zat tersebut akan panas sempurna.

b. Konveksi paksa

Konveksi paksa yaitu konveksi yang terjadi karena terdapanya pengaruh faktor luar (misal tekanan), dan perpindahan kalor dilaksanakan dengan cara paksa atau sengaja. Yang berarti panas kalor dipaksa menuju ke tempat yang ingin dituju dengan bantuan faktor luar seperti tekanan, misalnya pada kipas angin yang akan membawa udar dingin ke tempat yang pnas, dan seperti radiator pada mobil yang mempunyai sistem pendingin mesin.

3. Perpindahan kalor secara radiasi

Perpindahan kalor secara radiasi yaitu proses perpindahan kalor yang tidak menggunakan zat perantara. Perpindahan kalor secara radiasi tidak sama dengan konduksi dan konveksi. Pada radiasi, supaya terjadinya perpindahan kalor, maka kedua benda tidak selalu harus bertemu karena kalor bisa berpindah tanpa zat perantara. Yang berarti kalor itu akan dipancarkan ke semua arah oleh sumber panas, dan akan mengalir ke semua arah. Contohnya pada saat kita dengan dengan api unggung dari sudut manapun, maka kita tetap akan merasakan kehangatan dari sumber api tersebut. Contoh lainnya adalah panas matahari yang sampai ke bumi dan planet lainnya.

Pencegahan perpindahan kalor

Perpindahan kalor secara konveksi, konduksi dan radiasi bisa dicegah dengan mengisolasi ruangan tersebut. Seperi misalnya pada termos dipakai untuk menjaga suhu air supaya tetap panas dengan mencegah perpindahan kalornya.

Kapasitas Kalor

Berdasarkan penelitian didapatkan bahwa bila kalor diberikan pada dua benda yang berbeda, maka akan menghasilkan suhu yang berbeda pula, Contohnya ketika minyak dan air dipanaskan dengan suhu yang sama maka minyak akan mempunyai perubahan suhu 2 kali lebih besar dibandingkan air. Hal Ini dikarenakan oleh perbedaan kalor jenis yang dipunyai suatu benda.

Kalor Jenis Benda yaitu banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu dari 1 kg massa benda tersebut menjadi 1 derjat celcius. Satuan dari Kalor Jenis yaitu Kalori / GramoCelcius atau dalam Sistem Internasional ditetapkan dengan Joule / KilogramoCelcius. Kalor Jenis dapat dituliskan dalam persamaan berikut :

Keterangan :

Q = Kalor (J)

m : Massa Benda (kg)

c = Kalor Jenis (J Kg oC)

ΔT = Perubahan Suhu (oC)

Selain itu, ada rumus lain untuk menentukan kapasitas kalor itu sendiri, yaitu: 

C = m. c

Keterangan:

C = kapasitas kalor (J/K)

m = massa benda yang menerima atau melepas kalor (kg)

c = kalor jenis zat (J/kg.K)

Sedangkan kapasitas kalor adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu zat tersebut sebanyak 1 derajat Celcius. Jika kalor Q menghasilkan suhu sebesar t maka kapasitas kalor dapat dirumuskan :

Kalorimeter.

Kalorimeter tersusun atas dua buah bejana dari tembaga dan tembaga yang jenis kalornya belum diketahui. Bejana tempat kecil diletakkan pada bejana lain yang lebih besar. Agar kedua bejana tidak bersentuhan, maka kedua bejana tersebut diletakkan isolator sebagai bahan penyekat kalor, misalnya gabus. Bahan isolator ini bermanfaat untuk menahan kalor yang berada dalam kalorimeter agar tidak keluar dan juga tidak ada kalor yang masuk dari luar.

Umumnya tutup yang dipakai terbuat dari bahan kayu yang juga dapat dimanfaatkan sebagai isolator yang baik. Pada umumnya ada dua buah lubang yang fungsinya untuk meletakkan termometer dan pengaduk. Pada waktu sampel logam dimasukan ke dalam kalorimeter, air didalamnya tidak harus diaduk supaya sistem bisa mencapai keseimbangan termal dengan cepat. Batang pengaduk ini terbuat dari bahan yang sama dengan bejana kalorimeter.

Contoh Soal Kalor.

1. Sepotong tembaga massanya 5 kg dengan suhu 20°C. Jika kalor jenis tembaga 390J/kg°C. Berapa kalor yang diperlukan untuk memanaskan tembaga agar suhu tembaga menjadi 100°C?

Penyelesaian:

m = 5 kg

c = 390 J/kg°C

∆T = T2-T1

     = 100-20 = 80°C

Q = m • c •  ∆T

    = 5-390-80 J

    = 156.000 J = 156 kJ

2. Air sebanyak tiga kg dengan suhu 10C dipanaskan hingga mempunyai suhu 35C. jika jenis air 4.186 J/kgC, maka tentukan berapa kalor yang diserap air tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui:

• m = 3 kg
• c = 4.186 J/kgoC
• ∆T = (35 – 10)oC = 25oC
• Ditanyakan: Q = …?

Jawab:

Q = mc∆T

Q = 3 kg × 4.186 J/kgoC × 25oC

Q = 313.950 J

Demikianlah artikel yang menjelaskan tentang "Pengertian Kalor Beserta Rumus dan Contoh Soal ". Semoga melalui tulisan ini memberikan pemahaman kepada pembaca yang sedang mempelarinya. Mohon maaf jika ada kesalahan dan silahkan tinggal tanggapan maupun kritikan yang sifatnya memperbaiki untuk yang akan datang. Terima kasih dan semoga bermanfaat.