Kalor dan Peranannya

Artikel ini akan menjelaskan Kalor dan Peranannya, Kalor dan Perubahan Suhu Zat, Tokoh Sains, Kapasitas kalor, Kalor dan Perubahan Wujud Zat, Penguapan dan Pengembunan, Pendidihan, Pencairan dan Pembekuan.
Ketika kita menuangkan air hangat ke dalam gelas untuk membuat minumah seperti susu atau teh, kemudian kita memegang gelas tersebut, maka apa yang kita rasakan adalah tangan kita akan terasa hangat.

Mengapa demikian? Pada saat tangan kita bersentuhan dengan gelas berisi susu atau teh hangat, tangan akan mengalami kenaikan suhu.

Hal ini dikarenakan kalor dari gelas berisi air hangat yang suhunya lebih tinggi berpindah ke tangan yang suhunya lebih rendah.

Jadi, kalor adalah salah satu bentuk energi yang berpindah dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah.  Bagaimana peran kalor dalam mengubah wujud zat dan suhu?

Kalor dan Perubahan Suhu Zat

Apabila kita ingin membuat air hangat untuk mandi pagi, maka terlebih dahulu kita harus memasak air itu hingga mendidih, kemudian mencampurkannya dengan air dari sumur atau ledeng.

Nah, ketika kita mencampur air panas dan air ledeng, terjadi perpindahan energi kalor dari air panas menuju air dingin sampai suhu air tersebut menjadi sama.

Peristiwa ini menunjukkan bahwa kalor dapat mengubah suhu suatu benda. Oleh karena kalor merupakan salah satu bentuk energi, maka satuan kalor adalah joule.

Pada kehidupan sehari-hari kalor sering juga dinyatakan dalam satuan kalori. Satu kalori didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 gram air hingga suhunya naik 1 °C. Hubungan antara joule dan kalori dinyatakan sebagai berikut.

    1 kalori = 4,2 joule atau 1 joule = 0,24 kalori 

Besarnya kenaikan suhu dipengaruhi oleh massa dan jenis zat tersebut. Semakin besar kalor yang diberikan pada suatu zat, semakin besar pula kenaikan suhunya. Semakin besar massa suatu zat, semakin besar kalor yang diperlukan untuk memanaskan zat tersebut.

Dan kalor yang diberikan pada suatu zat sebanding dengan kalor jenis zat tersebut. Jika dituliskan dalam bentuk persamaan matematika, diperoleh hubungan sebagai berikut.

    Q = m ⋅ c ⋅ ΔT ... (3 – 12)

Keterangan:

Q = banyaknya kalor yang diperlukan (J)
m = massa zat (kg)
c = kalor jenis zat (J kg-1 °C-1)
ΔT = kenaikan suhu (°C)

Tidak semua zat memiliki kemampuan yang sama dalam menyerap kalor. kemampuan untuk menyerap kalor ditentukan oleh sifat dari suatu zat dinamakan kalor jenis.

kalor jenis suatu zat adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kilogram zat sebesar 1 °C.

Satuan internasional dalam sistem MKS untuk kalor jenis adalah J kg-1 °C-1. Satuan kalor jenis suatu zat dapat juga dituliskan dalam kalori per gramoCelsius.

Sebagai contoh, dalam sistem MKS kalor jenis air adalah 4.200 J kg-1 °C-1. Hal ini berarti bahwa kalor yang diperlukan untuk menaikkan 1 kg air sebesar 1 °C adalah 4.200 J.

Tokoh Sains

James Prescott Joule
James Prescott Joule (1818 - 1889) ialah seorang ilmuwan Inggris yang merumuskan Hukum Kekekalan Energi, yaitu "Energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan." Ia adalah seorang ilmuwan Inggris yang hobi fisika. Dengan percobaan ia berhasil membuktikan bahwa panas (kalor) tak lain adalah suatu bentuk energi. Dengan demikian ia berhasil mematahkan teori kalorik, teori yang menyatakan panas sebagai zat alir.

Kapasitas kalor

Kapasitas kalor didefinisikan sebagai jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 °C atau 1 K. Secara matematis kapasitas kalor dirumuskan:

C =    Q     ... (3 – 14)ΔTAtau
C = m ⋅ c ... (3 – 15)

Keterangan:

Q = jumlah kalor yang diserap atau dilepas (J)
C = kapasitas kalor (J °C-1 atau J K-1)
ΔT = kenaikan suhu (°C atau K)
m = massa benda (kg)
c = kalor jenis (J kg-1 °C-1)

Kalor dan Perubahan Wujud Zat

Jika kita membeli es krim, kemudian es krim tersebut kita biarkan beberapa saat di tempat yang terbuka, maka es krim tersebut lama-kelamaan akan mencair.

Mengapa es krim dapat mencair? Hal ini disebabkan es krim menerima kalor dari udara di sekitarnya sehingga es krim mengalami perubahan wujud dari zat padat menjadi zat cair.

Peristiwa tersebut membuktikan bahwa kalor yang diberikan pada suatu zat dapat mengubah wujud zat tersebut.

Ciri dari perubahan wujud yang memerlukan kalor adalah terjadinya kenaikan suhu. Sedangkan ciri dari perubahan wujud yang melepaskan kalor adalah terjadinya penurunan suhu.

1) Penguapan dan Pengembunan

Ketika kita selesai berenang di siang hari yang panas, lalu beristirahat di tepi kolam dan tidak segera
mengeringkan tubuh kita dengan handuk, lama-kelamaan tubuh kita akan merasa kedinginan meskipun saat itu cuaca sangat panas. Kenapa demikian?

kita merasa kedinginan karena kalor yang ada dalam tubuh berpindah ke tetes-tetes air yang suhunya lebih rendah dari suhu tubuh sampai tetes air tersebut menguap dan membawa kalor dari tubuh.

Peristiwa tersebut menyebabkan kita telah kehilangan energi kalor sehingga tubuh kita merasakan kedinginan.

Untuk mempercepat proses penguapan dapat dilakukan caracara seperti berikut.

a) Memperluas Permukaan
b) Mengurangi Tekanan pada Permukaan
c) Memanaskan atau Menaikkan Suhu Zat
d) Meniupkan Udara di Atas Permukaan

2) Pendidihan

Ketika kita memanaskan air, suhu air tersebut akan bertambah. Pada suhu tertentu, keseluruhan zat cair tersebut mengalami penguapan (tidak hanya di permukaan air) sehingga gelembung-gelembung uap terjadi di dalam seluruh zat cair. Peristiwa ini dinamakan pendidihan.

Air mendidih pada suhu 100 °C (tekanan 1 atm), jika air terus dipanaskan sewaktu mendidih, suhunya tetap 100 °C. Untuk menguapkan 1 kg air pada suhu 100 °C diperlukan kalor sebanyak 2.260.000 J.

Banyaknya kalor yang diperlukan untuk menguapkan 1 kg zat cair pada titik didihnya dinamakan kalor uap (U).

Satuan kalor uap adalah Joule per kg. Secara matematis banyaknya kalor yang diperlukan untuk menguapkan zat cair pada titik didihnya dituliskan sebagai berikut.

    Q = m · U ... (3 – 16)

Keterangan:
Q = kalor yang diperlukan (J)
m = massa zat (kg)
U = kalor uap (J kg-1)

3) Pencairan dan Pembekuan

Apabila Es krim dibiarkan beberapa saat dalam keadaan terbuka, lama-kelamaan es krim tersebut akan mencair. Peristiwa mencair atau melebur adalah proses perubahan wujud dari zat padat menjadi zat cair.

Peristiwa membeku merupakan kebalikan dari peristiwa mencair. Membeku adalah proses perubahan wujud dari zat cair menjadi zat padat.

Lalu apakah proses mencair dan membeku memerlukan kalor? Untuk mencair suatu zat memerlukan kalor, sedangkan untuk membeku suatu zat melepaskan kalor.

Pada saat zat melebur atau mencair suhu suatu zat selalu tetap. Berapa kalor yang diperlukan untuk mencairkan suatu zat? Kalor yang diperlukan untuk mencairkan 1 kg zat padat menjadi 1 kg zat cair pada titik leburnya dinamakan kalor lebur.

Sebaliknya, kalor yang dilepaskan pada saat 1 kg zat cair membeku menjadi 1 kg zat padat pada titik bekunya dinamakan kalor beku. Apakah kalor lebur dan kalor beku suatu zat berbeda?

Hasil penelitian menunjukkan bahwa kalor lebur dan kalor beku suatu zat yang sejenis adalah sama, begitu juga halnya dengan titik lebur dan titik beku suatu zat sejenis adalah sama.

Secara matematis, banyaknya kalor yang diperlukan untuk meleburkan zat padat pada titik leburnya adalah sebagai berikut.

    Q = m · U ... (3 – 17)

Keterangan:

Q = kalor yang diperlukan (J)
m = massa zat (kg)
L = kalor lebur atau kalor beku (J kg-1)

Baca Juga : Pemuaian Zat dalam Kehidupan Sehari-hari

Tweet

Subscribe to receive free email updates: