A.
Pengertian
Kalor
Tangan
kita jika terkena api akan terasa panas. Pada siang hari yang sangat terik, di
bawah sinar matahari akan terasa sangat panas. Api dan matahari merupakan sumber
panas. Kalor merupakan bentuk energi yang berasal dari perubahan energi lain. Pada
masa lalu kalor dianggap sebagai zat alir (dikenal sebagai kalorik) yaitu zat
yang mengalir dari suatu benda ke benda lain. Teori ini mula-mula diperkenalkan
oleh Lavoiser. Berdasarkan teori ini satuan kalor dinyatakan dalam kalori. Kalor
sangat erat hubungannya dengan suhu. Suhu menyatakan
tingkat panas benda, sedangkan kalor
menyatakan banyaknya panas. Benda memiliki tingkat panas tertentu karena di
dalam benda terkandung energi panas. Tetapi
kalor bukan merupakan zat.
Jika
kita memanaskan air berarti kita memberikan kalor pada air. Akibatnya suhu air
naik, sebaliknya jika kita mendinginkan air berarti kita melepaskan kalor dari
air, akibatnya suhu air turun. Seperti telah kamu lakukan dalam
kegiatan penyelidikan di atas, segelas air dan seember air yang bersuhu
sama memiliki energi panas yang berbeda. Untuk menaikkan suhu 200
g air, memerlukan energi panas yang lebih besar daripada 100 g air.
Pada suhu yang sama, zat yang massanya lebih besar 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. Apa satuan kalor? Karena
kalor merupakan bentuk energi, maka ada kesetaraan antara satuan kalor dengan
satuan energi. Sebagai bentuk energi, dalam SI kalor
bersatuan Joule (J). Satuan kalor yang populer (sering digunakan pada bidang
gizi) adalah kalori dan kilokalori.
 |
|
 |
Bilangan
yang menunjukkan kesetaraan antara satuan energi kalor (kalori) dengan satuan
energi mekanik (joule) disebut Tara Kalor
Mekanik yang telah dilakukan oleh James
Prescoott Joule.
Sumber
energi kalor antara lain : matahari, magma, reaksi inti, pembakaran, perubahan
energi listrik.
B.
Kalori Makanan
Tubuh kamu mengubah sebagian makanan menjadi energi
panas. Perhatikan Gambar 1.1. Energi panas yang disediakan oleh makanan diukur
dalam kilokalori, sering disingkat kkal atau Kal (dengan K huruf kapital). Satu
Kal makanan sama dengan 1.000 kalori. Kita menggunakan kilokalori untuk makanan
karena kalori terlalu kecil untuk dipakai mengukur energi pada makanan yang
kita makan (agar bilangan yang dikomunikasikan tidak terlalu besar).
Zat gizi makanan mengandung energi kimia yang dapat
diubah menjadi energi panas atau energi bentuk lain. Sebagian energi ini
digunakan untuk mempertahankan suhu tubuh. Saat kamu sedang kedinginan, kamu
akan menggigil untuk mempercepat metabolisme tubuh sehingga suhu tubuh tetap
terjaga. Setiap makanan kemasan harus tercantum kandungan energinya.
C.
Kalor Menyebabkan Perubahan Suhu
Jika air diberi panas dari
pembakar spiritus yang menyala, ternyata suhunya naik. Secara umum, suhu benda
akan naik jika benda itu mendapatkan kalor. Sebaliknya, suhu benda akan turun
jika kalor dilepaskan dari benda itu. Air panas jika dibiarkan lama-kelamaan akan
mendingin menuju suhu ruang. Ini menunjukkan sebagian kalor dilepaskan benda
itu ke lingkungan.
Apabila dua zat cair yang
berbeda suhunya dicampur menjadi satu, misalnya air panas dan air dingim, maka
suhu air yang sebelumnya panas sekarang menjadi lebih dingin dan suhu air yang
sebelumnya dingin menjadi lebih panas. Hal ini menunjukkan bahwa air panas melepaskan
kalor dan air dingin menerima kalor dari air panas untuk menaikkan suhunya.
Semua benda dapat melepas
dan menerima kalor. Benda-benda yang bersuhu lebih tinggi dari lingkungannya
akan cenderung melepaskan kalor. Demikian juga sebaliknya benda-benda yang bersuhu
lebih rendah dari lingkungannya akan cenderung menerima kalor untuk menstabilkan
kondisi dengan lingkungan di sekitarnya. Suhu zat akan berubah ketika zat
tersebut melepas atau menerima kalor. Dengan demikian, dapat diambil kesimpulan
bahwa kalor dapat mengubah suhu suatu benda.
Kalor jenis suatu zat
adalah banyaknya kalor yang yang diperlukan oleh suatu zat bermassa 1 kg untuk
menaikkan suhu 1oC. Sebagai contoh, kalor jenis air 4.200 J/kg°C,
artinya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg air sebesar 1°C adalah
4.200 J. Kalor jenis suatu zat dapat diukur dengan alat kalorimeter.
Tabel 1.1. Kalor Jenis
Beberapa Zat
|
No
|
Jenis Zat
|
kalor jenis (J/kg°C)
|
|
1
|
Air
|
4200
|
|
2
|
Alkohol
|
2300
|
|
3
|
Aluminium
|
900
|
|
4
|
Baja
|
450
|
|
5
|
Besi
|
460
|
|
6
|
Emas
|
130
|
|
7
|
Es
|
2100
|
|
8
|
Gliserin
|
2400
|
|
9
|
Kaca
|
670
|
|
10
|
Kayu
|
1700
|
|
11
|
Kuningan
|
370
|
|
12
|
Marmer
|
860
|
|
13
|
Mninyak tanah
|
2200
|
|
14
|
Perak
|
234
|
|
15
|
Raksa
|
140
|
Faktor-faktor yang
mempengaruhi banyaknya kalor untuk mengubah suhu suatu zat adalah ;
a.
massa zat (kg)
b.
jenis zat/kalor jenis zat (J/kg°C)
c.
perubahan suhu (°C)
Oleh karena itu,
hubungan banyaknya kalor, massa zat, kalor jenis zat, dan perubahan suhu zat
dapat dinyatakan dalam persamaan.
|
Q = m ∙ c
∙ Δt
|
Keterangan
Q = Banyaknya kalor yang diserap atau dilepaskan (joule)
m = Massa zat (kg)
c = Kalor jenis zat (joule/kg oC)
Δt = Perubahan suhu (oC)
D.
Azas Black
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, pernyataan tersebut dapat ditulis sebagai berikut:
|
QLepas = QTerima
|
Persamaan tersebut menyatakan
hukum kekekalan energi pada pertukaran kalor yang
disebut sebagai Asas Black. Nama hukum ini diambil
dari nama seorang ilmuwan Inggris sebagai penghargaan atas jasajasanya, yakni
Joseph Black (1728–1799). 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.
Contoh Soal
1.
Mengapa pendapat
yang menyatakan bahwa kalor merupakan zat alir dianggap salah?
Pembahasan
Sebelum abad
ke-17, orang berpendapat bahwa kalor merupakan zat yang mengalir dari suatu
benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah jika kedua
benda tersebut bersentuhan atau bercampur.
Jika kalor
merupakan suatu zat tentunya akan memiliki massa dan ternyata benda yang
dipanaskan massanya tidak bertambah.
2.
Jelaskan bahwa
kalor merupakan salah satu bentuk energi!
Pembahasan
Kalor adalah
salah satu bentuk energi yang berpindah dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke
benda yang bersuhu lebih rendah.
Contohnya ketika
kamu menuangkan air hangat ke dalam gelas untuk membuat susu, kemudian kamu
memegang gelas tersebut. Pada saat kamu memegang gelas susu tersebut, tanganmu
akan terasa hangat. Pada saat tanganmu bersentuhan dengan gelas berisi susu
hangat, tanganmu akan mengalami kenaikan suhu. Hal ini dikarenakan
kalor dari gelas berisi air hangat yang suhunya lebih tinggi
berpindah ke tanganmu yang suhunya lebih rendah.
3.
Dalam suatu kegiatan percobaan,
satu kelompok siswa kelas VII melakukan pemanasan air 100 mL dan 200 mL Dalam
waktu 5 menit diperoleh data seperti pada tabel berikut:
|
No
|
Waktu (menit)
|
Suhu 100 mL air (oC)
|
Suhu 200 mL air (oC)
|
|
1
|
0
|
28
|
28
|
|
2
|
1
|
30
|
29
|
|
3
|
2
|
33
|
31
|
|
4
|
3
|
37
|
34
|
|
5
|
4
|
42
|
38
|
|
6
|
5
|
48
|
43
|
Bagaimanakah kesimpulan yang dapat
diambil dari hasil kegiatan percobaan di atas?
Pembahasan
Dalam waktu 5 menit, suhu air 100
mL menjadi 48oC, sedangkan suhu air 200 mL menjadi 43oC. Hal ini menunjukkan bahwa air yang volumenya 100 mL
lebih cepat mengalami kenaikan suhu, sehingga dapat disimpulkan bahwa volume
air atau massa air mempengaruhi banyaknya kalor yang diperlukan untuk
pemanasan, semakin besar massa atau volume air maka kalor yang diperlukan untuk
pemanasan juga semakin banyak.
4.
Berapa
kalor yang diperlukan untuk memanaskan 2 kg air yang suhunya 25oC
menjadi 75oC, jika kalor jenis air 4.200 j/kgoC?
Pembahasan
Diketahui
: m = 2 kg
c =
42.00 J/kgoC
Δt = 75 oC
— 25 oC = 50oC
Ditanya
: Q
Jawab
: Q = m ∙ c ∙ Δt
= 2 kg × 4.200 j/kgoC × 50oC
= 420.000 joule
Q = 420 kJ
5.
Sebuah besi yang bermassa 2 kg dipanaskan dari 24 °C
menjadi 40 °C. Jika kalor yang diperlukan untuk memanaskan besi tersebut adalah
14.400 J, berapakah kalor jenis besi tersebut?
Pembahasan
Diketahui : m = 2 kg
Δt = 40 °C – 24 °C = 16 °C
Q = 14.400 J
Ditanya : c =
...?
Jawab : c = Q /m⋅Δt =
= 14.400
J/2 kg × 16° C
c = 450 J kg-1 °C-1
6.
Sepotong tembaga yang
massanya 2 kg dipanaskan sampai suhunya 60oC, kemudian dimasukkan ke
dalam bejana berisi 1 kg air pada suhu 20oC. Berapakah suhu akhir
campuran ketika keseimbangan termal dicapai? (kalor jenis tembaga 400 J/kg oC
dan kalor jenis air 4200 J/kg oC)
Diketahui : tembaga:
m1 = 2 kg
t1 =
60oC
air: m2 = 1 kg
t2
= 20oC
Ditanya : suhu akhir campuran
= … ?
Jawab :
Qlepas =
Qterima
m1 . c1
. Δt1 =
m2 . c2 . Δt2
(2
kg) (400 J/kg) (60oC – xoC) = (1kg) (4200 J/kg oC)
(x oC – 20oC)
800 (60 – x) = 4200 (x – 20)
4 (60 – x) =
21 (x – 20)
240 – 4x =
21x – 420
240 + 420 =
21x + 4x
660 = 25x
x =
26,4oC
Jadi akhir campuran adalah 26,4oC
