Rumus Perubahan Kalor dan Peranannya
 |
| Diagram perubahan wujud zat. |
1. Kalor dalam Mengubah Wujud Zat dan Suhu Suatu Benda
Bagaimana peran kalor dalam mengubah wujud zat dan suhu? Marilah kita pelajari lebih lanjut.
a. Kalor dan Perubahan Suhu Zat
Pernahkah kamu membuat air hangat untuk mandi pagi? Untuk membuat air hangat kamu terlebih dahulu memasak air hingga mendidih, kemudian mencampurkannya dengan air leding. Nah, ketika kamu mencampur air panas dan air leding, 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.
Kamu dapat mengamati bahwa besarnya kenaikan suhu dipengaruhi oleh massa dan jenis zat tersebut. Jadi, dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut.
1. Semakin besar kalor yang diberikan pada suatu zat, semakin besar kenaikan suhunya.
2. Semakin besar massa suatu zat, semakin besar kalor yang diperlukan untuk memanaskan zat tersebut.
3. Kalor yang diberikan pada suatu zat sebanding dengan kalor jenis zat tersebut.
Jika dituliskan dalam bentuk persamaan matematika, diperoleh hubungan sebagai berikut.
1. Semakin besar kalor yang diberikan pada suatu zat, semakin besar kenaikan suhunya.
2. Semakin besar massa suatu zat, semakin besar kalor yang diperlukan untuk memanaskan zat tersebut.
3. Kalor yang diberikan pada suatu zat sebanding dengan kalor jenis zat tersebut.
Jika dituliskan dalam bentuk persamaan matematika, diperoleh hubungan sebagai berikut.
Berdasarkan hasil pengamatan dari Kegiatan 3.8, apakah waktu yang diperlukan untuk menaikkan 1 °C air dan 1 °C alkohol sama? Tidak semua zat memiliki kemampuan yang sama dalam menyerap kalor. Hal ini terbukti bahwa kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu alkohol sebesar 1 °C lebih kecil daripada kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu air sebesar 1 °C. Artinya, alkohol lebih cepat panas daripada air. Nah, kemampuan untuk menyerap kalor ditentukan oleh sifat dari suatu zat dinamakan kalor jenis. Jadi, kalor
jenis suatu zat adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kilogram zat sebesar 1 °C. Secara matematis, kalor jenis didefinisikan sebagai berikut.
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. Nah, tahukah kamu kalor jenis zat-zat lainnya? Kalor jenis beberapa zat dapat kamu lihat pada Tabel 3.5.
Contoh
1. Berapa kalor yang diperlukan untuk memanaskan 500 g air dari 25 °C menjadi 100 °C, jika kalor jenis air adalah 4.200 J kg-1 °C-1?
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. Nah, tahukah kamu kalor jenis zat-zat lainnya? Kalor jenis beberapa zat dapat kamu lihat pada Tabel 3.5.
Contoh
1. Berapa kalor yang diperlukan untuk memanaskan 500 g air dari 25 °C menjadi 100 °C, jika kalor jenis air adalah 4.200 J kg-1 °C-1?
Jadi, kalor yang diperlukan adalah 157.500 J.
2. Sebuah besi yang bermassa 2 kg dipanaskan dari 14 °C menjadi 30 °C. Jika kalor yang diperlukan untuk
memanaskan besi tersebut adalah 14.400 J, berapakah kalor jenis besi tersebut?
Jadi, kalor jenis besi tersebut adalah 450 J kg-1 °C-1.
3. Kalor 31,5 kJ dilepaskan dari 1,2 kg es pada suhu -15 °C. Berapakah suhu akhirnya, jika kalor jenis es
adalah 2.100 J kg-1 °C-1?
3. Kalor 31,5 kJ dilepaskan dari 1,2 kg es pada suhu -15 °C. Berapakah suhu akhirnya, jika kalor jenis es
adalah 2.100 J kg-1 °C-1?
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:
Kapasitas kalor didefinisikan sebagai jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 °C atau 1 K. Secara matematis kapasitas kalor dirumuskan:
Contoh
Untuk menaikkan suhu suatu benda dari 10 °C hingga 30 °C diperlukan kalor 60.000 J. Hitung besar kapasitas kalor benda tersebut!
Jawab:
Jadi, kapasitas kalor benda adalah 3.000 J °C-1.
 |
| Es Krim meleleh karena menerima kalor dari sekitarnya |
b. Kalor dan Perubahan Wujud Zat
Pernahkah kamu membeli es krim? Jika kamu membeli es krim, kemudian es krim tersebut kamu 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.
|
| Diagram perubahan wujud zat. |
Untuk memudahkan kamu mengingat perubahan wujud zat, perhatikan diagram perubahan wujud zat di samping. Anak panah yang bergaris tegas menyatakan bahwa dalam proses perubahan wujud, zat tersebut memerlukan kalor. Adapun anak panah yang bergaris putus-putus menyatakan bahwa dalam proses perubahan wujud, zat tersebut melepaskan kalor.
Menyublim adalah peristiwa perubahan wujud dari padat menjadi gas. Pada peristiwa menyublim, zat padat memerlukan kalor. Adapun mengkristal adalah proses perubahan wujud dari gas menjadi padat. Pada peristiwa menyublim, zat gas melepaskan kalor.
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 kamu selesai berenang di siang hari yang panas, lalu beristirahat di tepi kolam dan tidak segera
mengeringkan tubuhmu dengan handuk, lama-kelamaan tubuhmu akan merasa kedinginan. Nah, tahukah kamu mengapa tubuhmu merasa kedinginan, meskipun saat itu cuaca sangat panas? Kamu merasa kedinginan karena kalor yang ada dalam tubuhmu berpindah ke tetes-tetes air yang suhunya lebih rendah dari suhu tubuhmu sampai tetes air tersebut menguap dan membawa kalor dari tubuhmu. Peristiwa tersebut menyebabkan kamu telah kehilangan energi kalor sehingga tubuhmu merasakan kedinginan.
Alkohol mudah menguap. Ketika alkohol diteteskan ke permukaan kulit, maka untuk penguapan dibutuhkan kalor yang diambil dari kulit sehingga kulit merasa dingin karena melepas kalor. Dari peristiwa tersebut jelaslah bahwa zat memerlukan kalor untuk menguap.
Nah, tahukah kamu hal-hal apa saja yang dapat dilakukan untuk mempercepat proses penguapan? Untuk
mempercepat proses penguapan dapat dilakukan cara-cara seperti berikut.
a) Memperluas Permukaan
Pernahkah kamu mengamati ibumu ketika menjemur pakaian? Apa yang dilakukan ibumu agar pakaian yang dijemur cepat kering? Untuk mempercepat proses penguapan agar pakaian yang dijemur cepat kering, ibumu biasanya membentangkan atau melebarkan letak pakaian. Dengan memperluas permukaan pakaian yang dijemur, berarti kamu telah memperbanyak molekul-molekul air dekat dengan permukaan udara yang memungkinkan air meninggalkan molekul lainnya untuk berubah wujud menjadi molekul-molekul gas.
b) Mengurangi Tekanan pada Permukaan
Untuk mempercepat proses penguapan dapat juga dilakukan dengan mengurangi tekanan pada permukaan. Jika tekanan pada permukaan zat cair diperkecil, partikel-partikel udara yang ada di atas permukaan zat cair menjadi lebih renggang. Hal ini menyebabkan, partikel-partikel zat cair yang ada di permukaan dapat lebih cepat melepaskan diri dari molekul-molekul lainnya karena tidak ada molekul udara yang menghalanginya dan molekul zat cair tersebut dapat dengan mudah mengisi ruang kosong di antara molekul-molekul udara tersebut.
c) Memanaskan atau Menaikkan Suhu Zat
Jika air dalam bejana dipanaskan maka air akan lebih mudah menguap daripada air dalam bejana yang
tidak dipanaskan. Hal ini terjadi karena molekul-molekul yang lebih dekat dengan permukaan bergetar
lebih cepat sehingga mampu melepaskan diri dari permukaan zat cair, yang disebut dengan menguap.
d) Meniupkan Udara di Atas Permukaan
Ketika kamu membeli bakso yang masih panas, apa yang seharusnya kamu lakukan agar bakso yang masih panas cepat dingin? Bakso yang masih panas perlu kamu tiupkan udara di atas permukaan bakso agar cepat dingin. Udara yang bertiup di atas permukaannya dapat membawa molekul-molekul air di dekat permukaan meninggalkan air panas pada bakso. Contoh lainnya, yaitu ketika kamu meneteskan alkohol di atas permukaan kulitmu, kemudian kamu meniupnya maka alkohol tersebut perlahan-lahan mulai menguap dan habis.
Peristiwa pengembunan dapat kamu amati ketika kamu memasak air di ceret dan uap airnya mengenai
tutup ceret.
2) Pendidihan
Menyublim adalah peristiwa perubahan wujud dari padat menjadi gas. Pada peristiwa menyublim, zat padat memerlukan kalor. Adapun mengkristal adalah proses perubahan wujud dari gas menjadi padat. Pada peristiwa menyublim, zat gas melepaskan kalor.
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 kamu selesai berenang di siang hari yang panas, lalu beristirahat di tepi kolam dan tidak segera
mengeringkan tubuhmu dengan handuk, lama-kelamaan tubuhmu akan merasa kedinginan. Nah, tahukah kamu mengapa tubuhmu merasa kedinginan, meskipun saat itu cuaca sangat panas? Kamu merasa kedinginan karena kalor yang ada dalam tubuhmu berpindah ke tetes-tetes air yang suhunya lebih rendah dari suhu tubuhmu sampai tetes air tersebut menguap dan membawa kalor dari tubuhmu. Peristiwa tersebut menyebabkan kamu telah kehilangan energi kalor sehingga tubuhmu merasakan kedinginan.
Alkohol mudah menguap. Ketika alkohol diteteskan ke permukaan kulit, maka untuk penguapan dibutuhkan kalor yang diambil dari kulit sehingga kulit merasa dingin karena melepas kalor. Dari peristiwa tersebut jelaslah bahwa zat memerlukan kalor untuk menguap.
Nah, tahukah kamu hal-hal apa saja yang dapat dilakukan untuk mempercepat proses penguapan? Untuk
mempercepat proses penguapan dapat dilakukan cara-cara seperti berikut.
a) Memperluas PermukaanPernahkah kamu mengamati ibumu ketika menjemur pakaian? Apa yang dilakukan ibumu agar pakaian yang dijemur cepat kering? Untuk mempercepat proses penguapan agar pakaian yang dijemur cepat kering, ibumu biasanya membentangkan atau melebarkan letak pakaian. Dengan memperluas permukaan pakaian yang dijemur, berarti kamu telah memperbanyak molekul-molekul air dekat dengan permukaan udara yang memungkinkan air meninggalkan molekul lainnya untuk berubah wujud menjadi molekul-molekul gas.
b) Mengurangi Tekanan pada Permukaan
Untuk mempercepat proses penguapan dapat juga dilakukan dengan mengurangi tekanan pada permukaan. Jika tekanan pada permukaan zat cair diperkecil, partikel-partikel udara yang ada di atas permukaan zat cair menjadi lebih renggang. Hal ini menyebabkan, partikel-partikel zat cair yang ada di permukaan dapat lebih cepat melepaskan diri dari molekul-molekul lainnya karena tidak ada molekul udara yang menghalanginya dan molekul zat cair tersebut dapat dengan mudah mengisi ruang kosong di antara molekul-molekul udara tersebut.
c) Memanaskan atau Menaikkan Suhu Zat
Jika air dalam bejana dipanaskan maka air akan lebih mudah menguap daripada air dalam bejana yang
tidak dipanaskan. Hal ini terjadi karena molekul-molekul yang lebih dekat dengan permukaan bergetar
lebih cepat sehingga mampu melepaskan diri dari permukaan zat cair, yang disebut dengan menguap.
d) Meniupkan Udara di Atas PermukaanKetika kamu membeli bakso yang masih panas, apa yang seharusnya kamu lakukan agar bakso yang masih panas cepat dingin? Bakso yang masih panas perlu kamu tiupkan udara di atas permukaan bakso agar cepat dingin. Udara yang bertiup di atas permukaannya dapat membawa molekul-molekul air di dekat permukaan meninggalkan air panas pada bakso. Contoh lainnya, yaitu ketika kamu meneteskan alkohol di atas permukaan kulitmu, kemudian kamu meniupnya maka alkohol tersebut perlahan-lahan mulai menguap dan habis.
Peristiwa pengembunan dapat kamu amati ketika kamu memasak air di ceret dan uap airnya mengenai
tutup ceret.
2) Pendidihan
 |
| Grafik suhu terhadap waktu dari pemanasan air hingga mendidih pada suhu 100° C dan terus dipanaskan. |
Ketika kamu 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.
Air mendidih pada suhu 100 °C (tekanan 1 atm), jika air terus dipanaskan sewaktu mendidih, suhunya tetap 100 °C. Jika digambarkan dalam bentuk grafik, diperoleh grafik seperti Gambar.
Dapat diamati juga bahwa sewaktu mendidih, zat cair tersebut tetap memerlukan kalor. Nah, tahukah kamu berapakah besar kalor yang diperlukan untuk menguapkan air pada titik didihnya? Berdasarkan penelitian, untuk menguapkan 1 kg air pada suhu 100 °C diperlukan kalor sebanyak 2.260.000 J.
Nah, 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.
Besarnya kalor uap setiap zat berbeda. Pada Tabel dibawah akan ditunjukkan besarnya titik didih dan kalor uap berbagai zat.
|
| Titik didih dan kalor uap berbagai zat. |
Contoh
Berapakah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menguapkan 3 kg air pada suhu 100 °C jika kalor uap air
2.260.000 J kg-1?
Jawab:
Berapakah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menguapkan 3 kg air pada suhu 100 °C jika kalor uap air
2.260.000 J kg-1?
Jawab:
Jadi, banyaknya kalor yang diperlukan adalah 6.780.000 J.
3) Pencairan dan Pembekuan
 |
| Diagram kalor yang di- perlukan dalam peru- bahan wujud es hingga menjadi uap |
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. Nah, 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.
Nah, tahukah kamu 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.
Nah, tahukah kamu 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.
Setiap benda memiliki titik lebur dan kalor lebur yang berbeda, pada Tabel dibawah akan diperlihatkan titik lebur dan kalor lebur beberapa zat.
 |
| Titik lebur dan kalor lebur berbagai zat. |
Contoh
1. Berapakah kalor yang diperlukan untuk melebur 5 kg aluminium jika kalor lebur aluminium 403.000 J kg-1?
Jawab:
1. Berapakah kalor yang diperlukan untuk melebur 5 kg aluminium jika kalor lebur aluminium 403.000 J kg-1?
Jawab:
Jadi, banyaknya kalor yang diperlukan adalah sebesar 2.015.000 J.
2. Berapakah banyaknya kalor yang diperlukan untuk meleburkan 200 g es yang mempunyai suhu -5 °C,
jika kalor jenis es 2.100 J kg-1 °C dan kalor lebur es 340.000 J kg-1?
Jawab:
Perhatikan grafik pada gambar diatas. Dari grafik terlihat bahwa untuk meleburkan es yang bersuhu -5 °C terlebih dahulu diperlukan kalor Q1 untuk menaikkan suhu es sampai pada titik leburnya (0 °C), yaitu sebesar:
Jadi, banyaknya kalor yang diperlukan untuk meleburkan es yang bersuhu -5 °C menjadi air yang bersuhu 0 °C adalah:
c. Peralatan Sederhana yang Memanfaatkan Prinsip Kalor
Tahukah kamu bagaimana cara membuat air murni? Untuk membuat air murni dapat menggunakan proses penyulingan. Alat penyulingan sederhana terdiri atas labu didih, pipa uap air, kondensor (alat pendingin), pembakar bunsen, dan wadah penampung air hasil penyulingan. Perangkat proses penyulingan ditunjukkan pada Gambar.
Nah, bagaimana prinsip kerja alat penyulingan air sederhana tersebut? Ketika air tidak murni di dalam labu dipanaskan sampai mendidih, uap airnya dialirkan melalui pipa uap air dalam kondensor. Selanjutnya pada kondensor dialiri air dingin secara terus-menerus. Akibatnya, uap air murni dalam pipa uap air mengembun menghasilkan air murni.
2. Asas Black
Pada uraian sebelumnya telah dijelaskan bahwa jika kamu ingin membuat air hangat untuk mandi pagi, kamu terlebih dahulu mencampurkan air panas dengan air dingin. Untuk kasus pencampuran dua zat cair yang mempunyai suhu berbeda, akan terjadi aliran energi panas dari zat cair yang mempunyai suhu lebih tinggi ke zat cair yang mempunyai suhu lebih rendah hingga mencapai titik kesetimbangan.
Peristiwa ini diteliti oleh fisikawan dari Skotlandia yang bernama Joseph Black. Joseph Black menyatakan bahwa banyaknya kalor yang dilepaskan air panas sama dengan banyaknya kalor yang diterima air dingin. Pernyataan ini kemudian dikenal dengan nama Asas Black. Secara matematis, Asas Black dinyatakan sebagai berikut.
Contoh
Untuk membuat air hangat, Tina mencampurkan 500 g air yang bersuhu 30°C dengan air sebanyak 250 g yang bersuhu 60°C. Jika kalor jenis air adalah 4.200 J kg-1 °C-1, berapakah suhu akhir campuran?
Jawab:
Jadi, suhu campurannya adalah 40 °C.
Joseph Black
Joseph Black (16 April 1728 – 6 Desember 1799) adalah seorang ahli fisika dan kimia asal Skotlandia. Black memulai penelitian mengenai sifat kimia magnesia alba (magnesium karbonat) dan menemukan sesuatu yang disebutnya dengan fixed air (karbon dioksida). Eksperimen ini melibatkan pengukuran gravimetrik pertama yang dilakukan dengan sangat hati-hati pada suatu perubahan ketika magnesia alba (dengan melepaskan CO2) dan bereaksi menghasilkan produk berupa asam atau basa.
Pada tahun 1756, dia bertemu James Watt (penemu mesin uap) dan memulai bekerja mengembangkan kalor laten, dan bagian pertama dari kalorimetri. Karena dia tinggal di Glasgow, dia melakukan eksperimen pada proses pembekuan dan pendidihan air dan campuran air alkohol yang mengawalinya pada konsep kalor laten leburan. Dia melakukan penelitian yang sama untuk kalor laten penguapan, yang merupakan awal dari konsep kapasitas kalor atau kalor spesifik.
Sumber: www.chem-is-try.org
Pernahkah kamu membuat air panas dengan menggunakan dispenser? Prinsip Asas Black juga dipakai dalam pembuatan air panas oleh dispenser. Air dalam dispenser tersebut dapat mendidih karena memperoleh energi panas dari energi listrik yang berasal dari elemen pemanas. Pada peristiwa tersebut, elemen pemanas memberikan energi panas dan air menerimanya. Secara matematis peristiwa pada dispenser dituliskan sebagai berikut.
Contoh
Sebuah pemanas listrik yang memiliki daya 350 W digunakan untuk memanaskan air dari suhu 30 °C menjadi 80 °C selama 20 menit. Jika kalor jenis air 4.200 J kg-1 °C-1, tentukan massa air tersebut!
Jawab:
Jadi, massa air tersebut adalah 2 kg.
3. Perpindahan Kalor
Pernahkah kamu membantu ibumu memasak sayur? Tahukah kamu mengapa api kompor dapat memanaskan air dalam panci sehingga sayuran yang ada di dalamnya menjadi masak? Ketika kamu memasak sayuran, kalor dari api kompor berpindah ke dalam panci. Kemudian, kalor tersebut berpindah ke dalam air sehingga air menjadi panas dan sayuran yang ada di dalamnya menjadi masak. Peristiwa tersebut membuktikan bahwa kalor dapat berpindah.
Letak Matahari dari planet kita ini sangat jauh, yaitu sekitar 152.100.000 km, tetapi kalor dari Matahari dapat berpindah ke planet kita ini sehingga kita dapat merasakan cuaca yang hangat. Andai saja kalor tidak dapat merambat, dapatkah kamu membayangkan bagaimana keadaan planet kita ini?
Kalor berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Bagaimana kalor dapat berpindah? Kalor dapat berpindah melalui tiga cara yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.
a. Perpindahan Kalor secara Konduksi
 |
| Benda berpindah dari kanan ke kiri secara estafet. |
Pernahkah kamu bersama teman-temanmu memindahkan suatu benda dengan cara estafet dari satu tangan ke tangan lainnya? Perhatikan Gambar disamping. Dari Gambar disamping, kamu dapat mengamati bahwa benda dapat berpindah dari tangan kanan ke kiri secara estafet.
Nah, apakah selama benda berpindah, orangnya ikut berpindah? Pada perpindahan secara estafet hanya bendanya saja yang berpindah, sedangkan orangnya tidak ikut berpindah. Peristiwa perpindahan benda secara estafet menyerupai perpindahan kalor secara konduksi.
Benda terdiri atas molekul-molekul. Jika benda-benda tersebut diumpamakan sebagai kalor dan orang-orang dianggap sebagai molekul-molekul, maka dapat disimpulkan bahwa perpindahan kalor secara konduksi adalah perpindahan kalor pada suatu zat tanpa disertai dengan perpindahan molekul-molekul zat tersebut.
Daya hantar kalor secara konduksi untuk setiap benda adalah berbeda-beda. Ada benda yang dapat menghantarkan kalor dengan baik, ada pula benda yang tidak dapat menghantarkan kalor dengan baik. Benda-benda yang dapat menghantarkan kalor dengan baik dinamakan konduktor. Logam dan besi merupakan contoh konduktor yang baik. Sebaliknya, benda-benda yang tidak dapat mengantarkan kalor dengan baik dinamakan isolator. Contoh benda yang termasuk isolator adalah kaca, kayu, dan plastik.
Benda yang bersifat konduktor dan isolator sering dipakai dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya, panci pada umumnya terbuat dari bahan yang bersifat konduktor, seperti aluminium, tembaga, atau besi. Hal itu dikarenakan bahan-bahan yang bersifat konduktor mudah untuk menghantarkan kalor dari api ke bahan makanan atau air.
Tahukah kamu mengapa panci memiliki gagang yang terbuat dari kayu atau plastik? Jika panci memiliki gagang dari bahan logam yang umumnya bersifat konduktor, maka gagang panci tersebut akan menjadi panas juga. Jika hal ini terjadi kamu akan sulit mengangkat panci tersebut.
Nah, apakah selama benda berpindah, orangnya ikut berpindah? Pada perpindahan secara estafet hanya bendanya saja yang berpindah, sedangkan orangnya tidak ikut berpindah. Peristiwa perpindahan benda secara estafet menyerupai perpindahan kalor secara konduksi.
Benda terdiri atas molekul-molekul. Jika benda-benda tersebut diumpamakan sebagai kalor dan orang-orang dianggap sebagai molekul-molekul, maka dapat disimpulkan bahwa perpindahan kalor secara konduksi adalah perpindahan kalor pada suatu zat tanpa disertai dengan perpindahan molekul-molekul zat tersebut.
Daya hantar kalor secara konduksi untuk setiap benda adalah berbeda-beda. Ada benda yang dapat menghantarkan kalor dengan baik, ada pula benda yang tidak dapat menghantarkan kalor dengan baik. Benda-benda yang dapat menghantarkan kalor dengan baik dinamakan konduktor. Logam dan besi merupakan contoh konduktor yang baik. Sebaliknya, benda-benda yang tidak dapat mengantarkan kalor dengan baik dinamakan isolator. Contoh benda yang termasuk isolator adalah kaca, kayu, dan plastik.
Benda yang bersifat konduktor dan isolator sering dipakai dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya, panci pada umumnya terbuat dari bahan yang bersifat konduktor, seperti aluminium, tembaga, atau besi. Hal itu dikarenakan bahan-bahan yang bersifat konduktor mudah untuk menghantarkan kalor dari api ke bahan makanan atau air.
Tahukah kamu mengapa panci memiliki gagang yang terbuat dari kayu atau plastik? Jika panci memiliki gagang dari bahan logam yang umumnya bersifat konduktor, maka gagang panci tersebut akan menjadi panas juga. Jika hal ini terjadi kamu akan sulit mengangkat panci tersebut.
 |
| Seseorang membawa benda berpindah dari satu tempat ke tempat yang lain. |
b. Perpindahan Kalor secara Konveksi
Pernahkah kamu memindahkan benda-benda dan kamu ikut bergerak serta membawa sendiri benda-benda tersebut? Perhatikan Gambar disamping.
Seperti pada perpindahan secara konduksi, jika benda-benda tersebut dianggap sebagai kalor dan seseorang tersebut dianggap sebagai molekul, maka dapat disimpulkan bahwa kalor tersebut berpindah disertai dengan perpindahan molekulnya. Perpindahan kalor dengan disertai perpindahan molekulnya dinamakan konveksi.
Perpindahan panas secara konveksi juga terjadi dalam peristiwa alam, seperti terjadinya angin laut dan angin darat. Pada siang hari, panas matahari menyebabkan daratan lebih cepat panas daripada lautan. Hal ini menyebabkan udara di atas daratan menjadi lebih panas daripada udara di atas laut. Oleh karena itu, udara di atas daratan naik dan tempatnya digantikan oleh udara di atas laut sehingga terjadilah aliran udara dari lautan menuju daratan yang dinamakan angin laut. Pada malam hari, daratan lebih cepat dingin daripada lautan.
Hal ini menyebabkan udara di atas daratan lebih dingin daripada udara di atas lautan. Oleh karena itu, udara di atas laut naik dan tempatnya digantikan oleh udara di atas darat sehingga terjadilah aliran udara dari daratan menuju lautan yang dinamakan angin darat.
c. Perpindahan Kalor secara Radiasi
 |
| Panas matahari bisa sampai ke bumi tanpa melalui zat perantara. |
Bagaimana panas matahari dapat sampai ke bumi? Kalor dari panas matahari tidak dapat menghantar secara konduksi, karena udara yang terdapat dalam atmosfer termasuk konduktor yang paling buruk. Kalor dari matahari pun tidak dapat menghantar secara konveksi karena antara matahari dan bumi terdapat ruang hampa yang tidak menghantarkan kalor. Jadi, kalor dari matahari merambat ke bumi tanpa melalui zat perantara. Proses perpindahan kalor yang tidak memerlukan zat perantara dinamakan radiasi.
Dapatkah kamu memberikan contoh lainnya perambatan kalor secara radiasi? Ketika kamu dan teman-temanmu pergi berkemah ke pegunungan, udara di pegunungan sangat dingin. Untuk menghangatkan badan, kamu perlu membuat api unggun. Nah, panas dari api unggun tersebut dapat sampai ke tubuhmu tanpa melalui zat perantara. Perpindahan panas seperti ini dikatakan secara radiasi.
Pernahkah kamu pergi ke luar rumah pada siang hari yang terik dengan menggunakan baju hitam? Apa yang kamu rasakan? Ketika kamu keluar rumah pada siang hari yang terik dengan menggunakan baju hitam, badanmu akan terasa panas. Hal ini disebabkan warna hitam merupakan penyerap kalor radiasi yang paling baik. Benda-benda berwarna hitam lebih banyak menyerap kalor dan memantulkan sebagian kalor jika dibandingkan dengan benda-benda yang berwarna putih dan berkilap. Sebaliknya, pada malam hari orang yang memakai baju hitam merasa lebih dingin daripada orang yang mengenakan baju putih.
Tahukah kamu mengapa hal ini dapat terjadi? Hal tersebut dapat terjadi karena pakaian yang berwarna hitam menyerap kalor yang dikeluarkan tubuh.
d. Penerapan Prinsip Perpindahan Kalor
Dapatkah kamu memberikan contoh lainnya perambatan kalor secara radiasi? Ketika kamu dan teman-temanmu pergi berkemah ke pegunungan, udara di pegunungan sangat dingin. Untuk menghangatkan badan, kamu perlu membuat api unggun. Nah, panas dari api unggun tersebut dapat sampai ke tubuhmu tanpa melalui zat perantara. Perpindahan panas seperti ini dikatakan secara radiasi.
Pernahkah kamu pergi ke luar rumah pada siang hari yang terik dengan menggunakan baju hitam? Apa yang kamu rasakan? Ketika kamu keluar rumah pada siang hari yang terik dengan menggunakan baju hitam, badanmu akan terasa panas. Hal ini disebabkan warna hitam merupakan penyerap kalor radiasi yang paling baik. Benda-benda berwarna hitam lebih banyak menyerap kalor dan memantulkan sebagian kalor jika dibandingkan dengan benda-benda yang berwarna putih dan berkilap. Sebaliknya, pada malam hari orang yang memakai baju hitam merasa lebih dingin daripada orang yang mengenakan baju putih.
Tahukah kamu mengapa hal ini dapat terjadi? Hal tersebut dapat terjadi karena pakaian yang berwarna hitam menyerap kalor yang dikeluarkan tubuh.
d. Penerapan Prinsip Perpindahan Kalor
 |
| Bagian-bagian termos. |
Alat rumah tangga apakah yang dipakai untuk mempertahankan panas air sehingga tidak cepat dingin? Alat untuk mencegah hilangnya panas baik secara konduksi, konveksi, atau radiasi adalah termos. Termos terdiri atas dua jenis, yaitu termos air panas dan termos es. Termos air panas digunakan untuk mempertahankan air panas supaya tidak cepat dingin, sedangkan termos es digunakan untuk mempertahankan es supaya tidak cepat mencair karena pengaruh panas udara sekitarnya.
Tahukah kamu terdiri atas apa saja termos itu? Perhatikan Gambar disamping. Termos sebenarnya adalah sebuah botol di dalam botol. Antara botol luar dan botol dalam terdapat ruang vakum atau ruang hampa sehingga perpindahan kalor secara konveksi dari dinding kaca ke luar tidak dapat terjadi. Pada botol bagian dalam dilapisi permukaan yang mengilap sehingga suhu air dalam termos relatif tetap karena permukaan yang mengkilap ini berfungsi sebagai pemantul radiasi. Pada botol bagian luar biasanya dilapisi lapisan perak untuk memantulkan radiasi kembali ke dalam termos. Tutup termos biasanya dibuat dari bahan isolator, misalnya gabus atau plastik. Tutup termos dari bahan isolator ini berfungsi mencegah perpindahan kalor secara konduksi pada permukaan air.
Penerapan prinsip perpindahan kalor juga dipakai dalam setrika. Pakaian yang kusut disetrika agar menjadi rapi. Menyetrika pakaian merupakan salah satu contoh penerapan prinsip perpindahan kalor. Pada setrika terjadi perubahan energi dari energi listrik menjadi energi panas. Panas yang dihasilkan elemen pemanas dikonduksikan melalui alas besi yang terdapat di bagian bawah setrika. Pada setrika hanya terjadi perpindahan panas secara konduksi. Pada setrika tidak terjadi perpindahan panas secara konveksi dan radiasi.
Tahukah kamu terdiri atas apa saja termos itu? Perhatikan Gambar disamping. Termos sebenarnya adalah sebuah botol di dalam botol. Antara botol luar dan botol dalam terdapat ruang vakum atau ruang hampa sehingga perpindahan kalor secara konveksi dari dinding kaca ke luar tidak dapat terjadi. Pada botol bagian dalam dilapisi permukaan yang mengilap sehingga suhu air dalam termos relatif tetap karena permukaan yang mengkilap ini berfungsi sebagai pemantul radiasi. Pada botol bagian luar biasanya dilapisi lapisan perak untuk memantulkan radiasi kembali ke dalam termos. Tutup termos biasanya dibuat dari bahan isolator, misalnya gabus atau plastik. Tutup termos dari bahan isolator ini berfungsi mencegah perpindahan kalor secara konduksi pada permukaan air.
Penerapan prinsip perpindahan kalor juga dipakai dalam setrika. Pakaian yang kusut disetrika agar menjadi rapi. Menyetrika pakaian merupakan salah satu contoh penerapan prinsip perpindahan kalor. Pada setrika terjadi perubahan energi dari energi listrik menjadi energi panas. Panas yang dihasilkan elemen pemanas dikonduksikan melalui alas besi yang terdapat di bagian bawah setrika. Pada setrika hanya terjadi perpindahan panas secara konduksi. Pada setrika tidak terjadi perpindahan panas secara konveksi dan radiasi.