 |
| Energi Panas |
Energi Panas
A. Pengertian Kalor
Suhu menyatakan tingkat panas benda. Ketika memasak air, maka akan diperlukan energi panas untuk menaikkan suhu air tersebut. Pada suhu yang sama, zat yang massanya lebih besar akan mempunyai energi panas yang lebih besar pula.
Energi panas yang berpindah dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah disebut kalor. Sebagai bentuk energi, satuan kalor dalam SI adalah joule (J). Satuan kalor yang popular (sering digunakan pada bidang gizi) adalah kalori dan kilokalori. Satu kalori adalah jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram air hingga naik sebesar 1° C. Satu kalori sama dengan 4,184 J, sering dibulatkan menjadi 4,2 J.
Zat gizi pada makanan mengandung energi kimia yang dapat diubah menjadi energi panas atau energi bentuk lain Tubuh manusia akan mengubah sebagian makanan tersebut menjadi energi panas. Energi panas yang berasal dari makanan dan diukur dalam kilokalori, sering disingkat kkal atau Kal (dengan K huruf kapital). Satu Kal makanan sama dengan 1.000 kalori. Kilokalori digunakan pada makanan, karena kalori terlalu kecil jika dipakai mengukur energi pada makanan yang kita dimakan.
B. Kalor dan Perubahan Suhu Benda
Air yang panas jika dibiarkan, lama-kelamaan akan menjadi dingin mendekati suhu ruang. Hal ini menunjukkan bahwa sebagian kalor dilepaskan benda tersebut ke lingkungan. Apakah yang mempengaruhi kenaikan suhu hanya jumlah kalor dan massa benda saja?
Yang mempengaruhi kenaikan suhu benda selain jumlah kalor dan massa benda adalah jenis benda. Besaran yang digunakan untuk menunjukkan hal ini adalah kalor jenis. Ingat kembali, bahwa perubahan suhu pada skala Celcius sama dengan perubahan suhu pada skala Kelvin.
Tabel di bawah ini menunjukkan kalor jenis beberapa bahan.
Tabel kalor jenis beberapa bahan
| Bahan | Kalor Jenis (J/(Kg.K)) |
|---|---|
| Air | 4.184 |
| Alkohol | 2.450 |
| Alumunium | 920 |
| Karbon | 710 |
| Pasir (Grafit) | 664 |
| Besi | 450 |
| Tembaga | 380 |
| Perak | 235 |
Kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu benda bergantung pada jenis benda itu. Makin besarnya kenaikan suhu, maka kalor yang diperlukan makin besar pula. Makin besar massa benda, kalor yang yang diperlukan untuk menaikkan suhu makin besar pula. Maka rumusan matematisnya, dapat ditulis seperti berikut.
Kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu = kalor jenis × massa benda × kenaikan suhu
Kesimpulan di atas dapat dilambangkan sebagai berikut.
Q = c × m × Δt
- Q = Kalor yang dibutuhkan
- c = kalor jenis
- m = massa benda
- Δt = kenaikan suhu
Terjadinya perubahan wujud sering diamati dalam kehidupan sehari-hari. Contoh yang sering di jumpai, yaitu pada air mendidih kelihatan gelembung-gelembung uap air yang menunjukkan adanya perubahan wujud dari air menjadi uap. Untuk mendidihkan air, diperlukan kalor. Jadi, untuk mengubah wujud zat cair menjadi gas diperlukan kalor.
Contoh :
Berapa kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 500 g air, dari suhu mula-mula 20° C menjadi 100° C?
Diketahui:
- Massa m = 500 g = 0,5 kg
- Kalor jenis air = c = 4.184J/(kg.K)
- Kenaikan suhu air = Δt = (100 – 30)°
- C = 80 °C = 80 K
Pertanyaan:
Berapa kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu air?
Jawab:
Dengan persamaan: Q = c × m × Δt = 4.184 × 0,5 × 80J = 167.360 J
Besarnya energi kalor (Q) yang dibutuhkan untuk mengubah wujud zat berbanding lurus dengan massa benda (m) dan kalor laten (L)
Saat perubahan wujud tidak terjadi perubahan suhu. Kalor untuk mengubah wujud zat disebut kalor laten. Kalor laten adalah kalor yang dibutuhkan tiap satuan massa zat untuk mengubah wujudnya tanpa mengalami perubahan suhu.
Keterangan:
- Q = Kalor yang dibutuhkan/dilepas untuk berubah wujud (J)
- m = Massa zat yang berubah wujud (kg)
- L = Kalor lebur atau kalor beku (J/kg)
- U = Kalor penguapan atau kalor pengembunan (J/kg)
Secara umum wujud zat adalah padat, cair dan gas. Suatu zat dapat berubah wujud jika diberi kalor dari luar atau zat tersebut melepas kalor ke lingkungan. Terdapat enam macam perubahan wujud zat, yaitu
Dari gambar di atas, dapat dikelompokkan menjadi dua jenis yaitu
1. Perubahan wujud zat yang memerlukan kalor (menyerap kalor)
- a. Mencair
- b. Menguap
- c. Menyublim
2. Perubahan wujud zat yang melepaskan kalor
- a. Membeku
- b. Mengkristal
- c. Mengembun
C. Perpindahan Kalor
Ketika Anda memasak air di panci. Panci tersebut dipanasi bagian bawahnya dengan api. Kenapa lama kelamaan panci dan air menjadi terasa panas sedangkan pegangan panci yang terbuat dari kayu tidak ikut panas?
Peristiwa ini merupakan contoh perpindahan kalor. Kalor dapat berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Kalor berpindah melalui tiga cara, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Berikut ini akan di uraikan ketiga cara perpindahan kalor tersebut. Coba pahami dengan seksama.
1. Konduksi
Konduksi merupakan perpindahan kalor melalui sebuah zat tanpa di sertai perpindahan partikel-partikel zat karena adanya perbedaan (selisih) suhu.
Benda yang jenisnya berbeda memiliki kemampuan menghantarkan panas secara konduksi (konduktivitas) yang berbeda pula. Bahan yang mampu menghantarkan panas dengan baik disebut konduktor. Bahan yang menghantarkan panas dengan buruk disebut isolator.
2. Konveksi
Ketika air dipanaskan bagian bawahnya ternyata air pada bagian atas juga ikut panas. Berarti, terdapat perpindahan panas yang lain pada air tersebut, yaitu konveksi. Konveksi merupakan perpindahan panas atau kalor yang disertai dengan perpindahan bagian zat perantaranya.
3. Radiasi
Ketika Anda berjalan di luar rumah pada siang hari. Anda merasakan panasnya matahari pada diri Anda. Bagaimana kalor dari matahari dapat sampai ke wajah Anda? Kalor yang sampai ke bumi melewati ruang hampa dimana pada ruang ini tidak ada materi yang memindahkan kalor baik secara konveksi maupun konduksi. Per pindahan kalor dari matahari sampai ke bumi dengan cara radiasi.
Saat kita memakai pakaian yang hitam pada siang hari, maka badan kita akan terasa lebih panas jika dibandingkan dengan memakai pakaian yang putih. Jadi, setiap benda dapat memancarkan dan menyerap radiasi kalor, yang besarnya bergantung pada suhu benda dan warna benda.