Kalor

 

Sinar matahari dari jendela

Cobalah kalian mendekati salah satu jendela yang ada di rumah pada waktu siang hari yang terik. Pilihlah posisi di dekat jendela di mana sinar Matahari paling optimal ditangkap oleh kulit tangan kalian. Apakah kalian merasakan panas? Mengapa kulit kalian merasakan panas? Mengapa sinar Matahari pada siang hari menyebabkan kulit terasa panas? Apa yang dihantarkan atau dibawa sinar Matahari sehingga menyebabkan kulit terasa panas?

1. Apakah Kalor Itu Sama dengan Suhu?

Selain percobaan sederhana di atas, kalian mungkin pernah berdiri atau duduk-duduk bersama teman di dekat api unggun lalu badan kalian terasa hangat? Mengapa bisa demikian? Ketika itu energi yang menyebakan panas yang dibawa oleh sinar Matahari maupun api unggun mengalir ke kulit kalian.

Energi tersebut mengalir dari benda bersuhu tinggi (api unggun) ke benda bersuhu rendah (kulit). Energi tersebut dikenal sebagai kalor. Kalor secara alamiah mengalir dari benda bersuhu lebih tinggi (panas) ke benda yang bersuhu lebih rendah (dingin). Kalor tidak sama dengan suhu. Suhu adalah sifat suatu benda yang muncul setelah diberikan energi kalor. Terlepas benda tersebut suhunya menjadi tinggi atau tidak. Kalor adalah salah satu bentuk energi yang diterima atau dilepaskan suatu benda. 

Kalor diukur dalam satuan kalori. Satu kalori adalah jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 ⁰C dari 1 gram air. Satuan kalor dalam SI adalah Joule. Satu kalori sama dengan 4,184 Joule, dan sering dibulatkan menjadi 4,2 Joule.

 

2. Kenapa Benda yang Berbeda Nilai Suhunya Tidak Sama Ketika Diberikan Kalor yang Sama?

Pernahkah kalian memperhatikan di siang hari yang begitu terik, air yang berada di kolam, sungai atau danau tetap terasa dingin? Sedangkan aspal di jalan terasa begitu panas? Padahal mendapatkan terik Matahari yang sama. Mengapa bisa demikian? Apakah masing-masing benda atau zat memiliki kemampuan menyerap kalor yang berbeda-beda?

Air termasuk zat yang memiliki kalor jenis tinggi yang dapat menyerap banyak energi kalor dengan hanya sedikit perubahan suhu. Apa itu kalor jenis?  Kalor jenis adalah jumlah energi panas yang diperlukan oleh 1 kg bahan tertentu untuk menaikkan suhunya sebesar 1 Kelvin.

Setiap bahan atau zat memiliki kalor jenis yang berbeda. Satuan kalor jenis adalah Joule per kilogram per Kelvin [J/(kg.K)], atau dalam Joule per kilogram per derajat Celsius [J/(kg.⁰C)]. Mengapa bisa sama? Hal ini dikarenakan bahwa perubahan suhu 1 Kelvin sama dengan 1 derajat Celsius.

Menurut kalian kenapa masing-masing benda bisa memiliki kalor jenis yang berbeda-beda? Apakah ada hubungannya dengan atom-atom atau molekul benda atau zat tersebut?

Kalor Jenis Beberapa Bahan

Tabel diatas menunjukkan bahwa kalor jenis air lebih tinggi dibandingkan dengan kalor jenis beberapa bahan lainnya. Air, alkohol dan bahan-bahan lain yang memiliki kalor jenis tinggi dapat menyerap banyak energi panas dengan sedikit perubahan suhu.

 

3. Bagaimana Menghitung Besar Kalor?

Keluarga kalian memiliki daging sapi mentah yang begitu banyak. Daging tersebut tidak akan habis dimasak dan dimakan oleh keluarga kalian sampai dua hari. Orang tua kalian kemudian menyimpannya di dalam lemari es agar daging tersebut awet. Informasi apa yang diperlukan oleh orang tua kalian agar penyimpanan daging tersebut sesuai yang diharapkan? Adakah hubungannya dengan suhu dan kalor?

Pada suhu berapa daging sapi tersebut di simpan di lemari es agar tetap awet selama beberapa hari? Bagaimana kita dapat mengetahui energi panas yang dilepaskan untuk mendapatkan suhu tersebut? Penurunan suhu karena disebabkan lepasnya kalor pada suatu benda tidak dapat diukur secara langsung.

Sekarang anggap saja daging sapi tersebut 10 kg dan suhu ruang adalah sekitar 27 ^oC. Agar daging tersebut membeku diperlukan suhu sebesar –10 ^oC. Kalian dan orang tua kalian sebenarnya sudah memiliki cukup informasi untuk menemukan kalor yang dikeluarkan oleh daging menggunakan persamaan di bawah ini.

Perubahan Energi Panas = Massa × Kalor Jenis × Perubahan Suhu

Q = m . c . ΔT

m adalah massa daging, c adalah kalor jenis daging, dan Δ (baca: delta) berarti “perubahan,” jadi “delta T” adalah perubahan suhu. “Perubahan” yang ditunjukkan oleh Q, merupakan simbol perubahan energi panas (benda menerima kalor atau melepas kalor).

ΔT = T_akhir – T_awal

Apabila delta T positif, Q juga positif. Ini berarti bahwa benda mengalami kenaikan suhu dan mendapat energi panas (menerima kalor). Apabila delta T negatif, Q juga negatif. Benda kehilangan energi panas (melepas kalor) dan mengalami penurunan suhu.

Pada kasus daging sapi di atas adalah peristiwa melepas energi panas. Ayo kita hitung kalor yang dilepaskan daging sapi tersebut. Langkah-langkah penyelesaian yang dapat kalian lakukan adalah sebagai berikut.

Informasi yang diketahui adalah:

Massa daging, m = 10 kg

Kalor jenis, C, daging sapi adalah 3.500 J/(kg.K)

Suhu awal, T_awal = 27 °C

Suhu akhir, T_akhir = –10 °C

ΔΤ = –10 °C – 27 °C = –37 °C = –37 K

Apa yang ditanyakan?

Perubahan energi panas (kalor yang dilepas), Q

Gunakan persamaan Q = m × c × ΔΤ

Penyelesaian:

Q = m × c × (T_akhir – T_awal)

   = 10 kg × 3.500 J/(kg.K) × (-37 K)

   = –1.295.000 J = –1.295 kJ

Untuk membekukan daging hingga suhu –10°C diperlukan energi sebesar 1.295 kJ. Besar energi tersebut dapat dikonversi menjadi besaran energi listrik, sehingga kalian mengetahui berapa besar listrik yang diperlukan pada lemari es yang diperlukan untuk membekukan daging sapi tersebut.

 

4. Perpindahan Kalor

Posisi batang korek yang berbeda-beda pada lilin yang sedang menyala

Pada Aktivitas seperti gambar diatas, kalian telah mendapati bahwa nyala masing-masing batang korek berbeda-beda. Mengapa bisa terjadi demikian? Apakah kalian menemukan perpindahan kalor dari api lilin ke ujung batang korek? Bagaimanakah cara kerjanya?

Jika kalian perhatikan lebih teliti pada percobaan Aktivitas seperti gambar di atas, terdapat beberapa cara perpindahan kalor yang terjadi. Pada dasarnya kalor berpindah melalui tiga cara yang disebut sebagai konduksi, konveksi dan radiasi.

Berikut akan diuraikan ketiga cara perpindahan kalor tersebut. Coba pahami dengan seksama perbedaan di antara ketiganya.

 

a. Konduksi

Saat Ibu kalian menyetrika baju, bagian bawah setrika yang panas bersentuhan langsung dengan kain. Kalor berpindah dari bagian bawah setrika yang terbuat dari logam ke kain. Perpindahan kalor seperti ini disebut konduksi. Perhatikan mekanisme perpindahan kalor secara konduksi pada Gambar berikut.

Gambar Perpindahan kalor secara konduksi pada logam

Konduksi merupakan perpindahan panas melalui suatu bahan tanpa disertai dengan perpindahan partikel-partikel pada bahan tersebut. 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. Seperti pada bagian bawah setrika, bahan logam termasuk konduktor. Kayu dan plastik termasuk isolator.

Berbagai peralatan rumah tangga yang memanfaatkan sifat konduktivitas bahan, terlihat pada Gambar berikut ini.

Gambar Berbagai benda (a) konduktor dan (b) isolator.

b. Konveksi

Telah kita ketahui bahwa air merupakan bahan isolator. Namun, ketika memasak air, setelah bagian bawah panci dipanaskan beberapa saat, ternyata permukaan air juga ikut panas bahkan mendidih. Hal tersebut menunjukkan bahwa air dapat menjadi konduktor panas ketika diberikan kalor yang cukup. Berarti, ada cara perpindahan panas yang berbeda dari yang sebelumnya atau konduksi. Perpindahan kalor yang seperti itu dikenal sebagai konveksi.

Saat air bagian bawah mendapatkan kalor dari pemanas, kumpulan partikel air memuai sehingga menjadi lebih ringan dan bergerak naik, digantikan dengan partikel air dingin (yang lebih berat) dari bagian atas. Dengan cara ini, panas dari air bagian bawah berpindah bersama aliran air menuju bagian atas. Proses perambatan energi panas pada air tersebut disebut konveksi. Pola aliran partikel air tersebut membentuk arus konveksi.

Gambar Konveksi saat memasak air.

Konveksi adalah perpindahan kalor dari satu bagian ke bagian yang lain bersama dengan gerak fisik dari partikel-parikel bendanya. Konveksi juga dapat terjadi pada aliran udara panas atau asap yang dihasilkan oleh nyala api. Ingatkah kalian saat membakar kayu ketika api unggun? Asap dari hasil pembakaran kayu tersebut membuat suhu udara di atasnya menjadi lebih panas.

 

c. Radiasi

Saat kalian bermain bersama kawan di tengah hari yang cerah, kalian merasakan panasnya Matahari pada wajah kalian. Bagaimana kalor yang dipancarkan Matahari dapat sampai ke wajah kalian? Bukankah jaraknya berjuta-juta kilometer dan melewati ruang hampa udara? Dalam ruang hampa tidak ada materi yang dapat memindahkan kalor secara konduksi dan konveksi. Jadi, perpindahan kalor dari Matahari sampai ke Bumi dengan cara lain. Cara tersebut dinamakan radiasi. Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa membutuhkan zat perantara atau medium.

Gambar Kalor berpindah dari Matahari hingga ke Bumi melalui radiasi.

Referensi

Ilmu Pengetahuan Alam SMP Kelas VII. Kementerian Pendidikan, Kebudayaan, Riset, dan Teknologi Republik Indonesia, 2021. Penulis: Victoriani Inabuy, Dkk. ISBN: 978-602-244-384-1 (Jilid-1).

Gambar sinar matahari dari jendela oleh wallhere.com

Baca juga:

Suhu, Kalor, dan Pemuaian
01	Suhu
02	Aktifitas Suhu
03	Uji Suhu
04	Kalor
05	Aktifitas Kalor
06	Uji Kalor
07	Pemuaian
08	Aktifitas Pemuaian
09	Uji Pemuaian
10	Proyek Membuat Purwarupa Balon Udara