Kalor: Pengertian, Perpindahan Kalor, Kalor Jenis, Kapasitas, Rumus, dll

Perpindahan kalor yaitu secara konduksi, konveksi, dan radiasi.

A. Pengertian Kalor

Kalor adalah proses transfer energi dari suatu zat ke zat lainnya yang disertai dengan perubahan suhu. Satuan dari kalor adalah Joule (J) dan kalori. Satuan Joule yang diambil dari seorang ilmuwan fisika bernama James Joule.

1 kalori = 4,184 Joule
1 Joule ≈ 0,239 kalori

B. Perpindahan Kalor

Perpindahan kalor dapat menyebabkan perubahan wujud zat. Secara umum, terdapat tiga cara perpindahan kalor yaitu:

  1. Konduksi
  2. Konveksi
  3. Radiasi

Ketiga cara perpindahan kalor tersebut dijelaskan sebagai berikut.

kalor dan perpindahan kalor

1. Konduksi

a. Pengertian Konduksi

Konduksi adalah perpindahan kalor melalui zat tanpa disertai perpindahan partikel partikelnya.

Konduksi terjadi karena partikel-partikel penyusun ujung zat yang bersentuhan dengan sumber kalor bergetar. Makin besar getarannya, maka energi kinetiknya juga makin besar.

Energi kinetik yang besar menyebabkan partikel tersebut menyentuh partikel
di dekatnya, demikian seterusnya sampai akhirnya kamu merasakan panas.

Contoh konduksi yaitu:

  1. Memegang lantai/pelat besi akan terasa dingin (kalor mengalir dari tangan ke lantai/besi)
  2. Jika sendok makan dibakar, ujung sendok akan hangat dan bahkan panas (kalor mengalir dari api, ke sendok, ke tangan)
  3. Saat memasak kalor mengalir dari api, menuju wajan/panci, lalu ke makanan.

b. Rumus Konduksi

Laju kalor yang mengalir melalui konduksi dapat dihitung dengan rumus berikut.

H=K\cdot A\cdot \frac{\Delta T}{d}\\
atau\\
H=K\cdot A\cdot \frac{T_2-T_1}{d}

Keterangan:
H = jumlah kalor yang mengalir per satuan waktu (W atau J/s)
K = konduktivitas termal / daya hantar panas (J/msK)
A = luas permukaan kontak (m2)
T2 = suhu bagian yang lebih panas (K)
T1 = suhu bagian yang lebih dingin (K)
d = jarak/tebal lapisan antara kedua bagian (m)


c. Tabel Konduktivitas Termal

Konduktivitas termal adalah tingkat aliran panas melalui bahan tertentu. Setiap zat memiliki konduktivitas termal yang berbeda-beda. Konduktivitas termal beberapa zat terdapat pada tabel berikut.

Zat/Bahank (kJ/msK)
Logam:
Perak4,2×10-1
Tembaga3,8×10-1
Aluminium2,1×10-1
Kuningan1,0×10-2
Besi/Baja4,6×10-3
Zat Padat Lainnya:
Beton1,7×10-3
Kaca8,0×10-4
Batu Bata7,1×10-4
Kayu Cemara1,2×10-4
Zar Cair:
Air5,7×10-4
Bahan Isolator:
Serbuk Gergaji5,9×10-5
Gabus4,0×10-5
Wol Gelas3,9×10-5
Kapuk3,5×10-5
Gas:
Hidrogen1,7×10-4
Udara2,3×10-5
Tabel konduktivitas termal

2. Konveksi

a. Pengertian Konveksi

Konveksi adalah perpindahan kalor melalui zat disertai perpindahan partikel partikelnya. Rambatan kalor konveksi terjadi pada fluida atau zat alir, seperti pada zat cair, gas, atau udara.

Contoh konveksi yaitu:

  1. Uap dari air panas memindahkan kalor dari air panas ke udara.
  2. Air yang sedang mendidih memindahkan kalor dari air bagian bawah yang lebih panas ke air bagian atas yang lebih dingin.

b. Rumus Konveksi

Laju kalor yang mengalir melalui konveksi dapat dihitung dengan rumus berikut.

H=h\cdot A\cdot \Delta T\\
atau\\
H=h\cdot A\cdot (T_2-T_1)

Keterangan:
H = jumlah kalor yang mengalir per satuan waktu (W atau J/s)
h = koefisien konveksi (W/m2K)
A = luas permukaan kontak (m2)
T2 = suhu bagian yang lebih panas (K)
T1 = suhu bagian yang lebih dingin (K)


3. Radiasi

a. Pengertian Radiasi

Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa zat perantara. Maka dari itu, kalor tetap dapat merambat meskipun berada di ruang hampa udara/vakum. Panas merambat dari benda yang lebih panas dalam bentuk gelombang elektromagnetik.

Contoh radiasi yaitu:

  1. Panas matahari sampai ke bumi yang merambat dalam bentuk gelombang elektromagnetik (termasuk cahaya)
  2. Rasa hangat/panas saat berada di dekat api unggun (kalor merambat dari api ke badan dalam bentuk gelombang elektromagnetik).

Baca Juga:
Apa Itu Gelombang Elektromagnetik?

b. Rumus Radiasi

Laju kalor yang mengalir melalui radiasi dapat dihitung dengan rumus berikut.

W=\epsilon \cdot \sigma \cdot T^4

Keterangan:
W = jumlah energi yang dipancarkan per satuan waktu per satuan luas (W/m2)
ε = koefisien emisivitas (0 < e ≤ 1)
σ = konstanta Stefan–Boltzmann (5,672 × 10-8 watt/m2K4)
T = suhu mutlak benda (K)


C. Kalor Jenis

1. Pengertian Kalor Jenis

Kalor jenis adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg suatu zat sebesar satu satuan suhu (1 K atau 1°C). Sebagai contoh, kalor jenis air

Kalor jenis sendiri dimaknai sebagai kemampuan suatu benda untuk menyerap kalor. Semakin besar kalor jenis suatu benda, semakin besar pula kemampuan benda tersebut untuk menyerap kalor.

2. Rumus Kalor Jenis

Kalor jenis suatu zat dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut.

c=\frac{Q}{m\ \Delta T}

Keterangan:
c = kalor jenis suatu zat (J/kg K)
Q = kalor (J)
m = massa benda (kg)
ΔT = perubahan suhu (K)


3. Tabel Kalor Jenis

Kalor jenis beberapa zat dapat kamu lihat di tabel kalor jenis berikut.

NoNama ZatKalor Jenis
J•kg-1•K-1kal•g-1•°C-1
1Air41841
2Air laut39000,932
3Alkohol24400,583
4Alumunium9030,216
5Badan manusia34700,829
6Besi4490,107
7Emas1290,031
8Es20600,492
9Gliserin23500,562
10Kaca6640,159
11Kayu17000,406
12Kuningan3760,090
13Marmer8800,210
14Minyak tanah22000,526
15Perak2330,056
16Raksa1400,033
17Seng3880,093
18Spiritus2400,057
19Tembaga3850,092
20Timbal1300,031
21Uap air19960,477

D. Kapasitas Kalor

1. Pengertian Kapasitas Kalor

Kapasitas kalor adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu benda sebesar satu satuan suhu (1 K atau 1°C).

2. Perbedaan Kalor Jenis dan Kapasitas Kalor

Perbedaan kalor jenis dan kapasitas kalor yaitu kalor jenis adalah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk meningkatkan suhu 1 kg massa sebanyak 1 K atau 1°C, sedangkan kapasitas kalor adalah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk meningkatkan suhu suatu benda sebanyak 1 K atau 1°C.

3. Rumus Kapasitas Kalor

Kapasitas kalor suatu zat dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut.

C=\frac{Q}{ \Delta T}\\
atau\\
C=m\cdot c

Keterangan:
C = kapasitas kalor suatu zat (J/K)
c = kalor jenis suatu zat (J/kg K)
Q = kalor (J)
m = massa benda (kg)
ΔT = perubahan suhu (K)


E. Asas Black

1. Pengertian Asas Black

Asas black menyatakan bahwa jumlah energi panas yang diberikan oleh zat yang hangat sama dengan jumlah energi panas yang diterima oleh zat yang lebih dingin.

Bunyi asas Black tersebut berlaku ketika dua zat/benda dengan suhu berbeda saling bersentuhan/kontak.

Pada konsepnya, apabila dua zat/benda dengan suhu berbeda dicampur, maka zat yang lebih panas akan melepas kalor dan zat yang lebih dingin akan menerima kalor. Suhu hasil transfer kalor tersebut disebut suhu keseimbangan (equilibrium).

Kalor merupakan energi yang dapat berpindah sehingga asas ini sesuai dengan prinsip kekekalan energi. Hukum kekekalan energi di rumuskan pertama kali oleh Joseph Black (1728 –1899). Maka dari itu, asas ini dikenal sebagai asas Black.

2. Rumus Asas Black

Secara matematis, asas Black dapat dituliskan menjadi rumus berikut.

Q_{lepas}=Q_{terima}

Keterangan:
Qlepas = kalor/energi panas yang dilepaskan oleh zat yang lebih panas
Qterima = kalor/energi panas yang diterima oleh zat yang lebih dingin

3. Contoh Asas Black dalam Kehidupan Sehari-hari

Beberapa contoh asas black dalam kehidupan sehari-hari yaitu:

  1. Ketika membuat minuman hangat (air biasa dicampur dengan air panas), kalor pada air panas akan diserap oleh air yang lebih dingin (air biasa) dan secara keseluruhan menjadi air hangat.
  2. Ketika membuat minuman dingin (air biasa dicampur dengan es), kalor pada air biasa akan diserap oleh es tersebut sehingga tercapai suhu kesimbangan
  3. Ketika es didiamkan di ruang terbuka, terdapat perbedaan antara suhu es dengan udara sekitar sehingga es tersebut akan menerima kalor dari udara sekitar dan suhunya akan naik dan meleleh.

F. Ringkasan Rumus

1. Rumus Konduksi

H=K\cdot A\cdot \frac{\Delta T}{d}\\
atau\\
H=K\cdot A\cdot \frac{T_2-T_1}{d}

Keterangan:
H = jumlah kalor yang mengalir per satuan waktu (W atau J/s)
K = konduktivitas termal / daya hantar panas (J/msK)
A = luas permukaan kontak (m2)
T2 = suhu bagian yang lebih panas (K)
T1 = suhu bagian yang lebih dingin (K)
d = jarak/tebal lapisan antara kedua bagian (m)

2. Rumus Konveksi

H=h\cdot A\cdot \Delta T\\
atau\\
H=h\cdot A\cdot (T_2-T_1)

Keterangan:
H = jumlah kalor yang mengalir per satuan waktu (W atau J/s)
h = koefisien konveksi (W/m2K)
A = luas permukaan kontak (m2)
T2 = suhu bagian yang lebih panas (K)
T1 = suhu bagian yang lebih dingin (K)

3. Rumus Radiasi

W=\epsilon \cdot \sigma \cdot T^4

Keterangan:
W = jumlah energi yang dipancarkan per satuan waktu per satuan luas (W/m2)
ε = koefisien emisivitas (0 < e ≤ 1)
σ = konstanta Stefan–Boltzmann (5,672 × 10-8 watt/m2K4)
T = suhu mutlak benda (K)


4. Rumus Kalor Jenis

c=\frac{Q}{m\ \Delta T}

Keterangan:
c = kalor jenis suatu zat (J/kg K)
Q = kalor (J)
m = massa benda (kg)
ΔT = perubahan suhu (K)

5. Rumus Kapasitas Kalor

C=\frac{Q}{ \Delta T}\\
atau\\
C=m\cdot c

Keterangan:
C = kapasitas kalor suatu zat (J/K)
c = kalor jenis suatu zat (J/kg K)
Q = kalor (J)
m = massa benda (kg)
ΔT = perubahan suhu (K)

6. Rumus Asas Black

Q_{lepas}=Q_{terima}

Keterangan:
Qlepas = kalor/energi panas yang dilepaskan oleh zat yang lebih panas
Qterima = kalor/energi panas yang diterima oleh zat yang lebih dingin


G. Contoh Soal

Soal 1

Energi kalor yang diperlukan untuk memanaskan air dari 30°C sampai dengan 80°C dengan massa air 500 gram (cair = 4.200 J/kgK) adalah ….

Diketahui:
m = 500 g = 0.5 kg
c = 4200 J/kgK
ΔT = (80–30)°C = 50°C

Ditanya:
Q = … ?

Jawab:

Dari informasi yang diberikan, dapat digunakan rumus kalor jenis yang diuraikan sebagai berikut.

\begin{aligned}
c&=\frac{Q}{m\ \Delta T}\\
c\ m\ \Delta T&=Q\\
Q&=m\ c\ ΔT\\
Q&=0.5 \cdot 4200 \cdot 50\\
Q&= 105.000\ J
\end{aligned}

Referensi:

  1. Saripudin, A., Rustiawan, D., & Suganda, A. (2009). Praktis Belajar Fisika. Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional.
  2. Widodo, T. (2009). Fisika: untuk SMA dan MA Kelas X. Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional.
  3. Britannica, T. Editors of Encyclopaedia (Invalid Date). heat. Encyclopedia Britannica. https://www.britannica.com/science/heat

Tinggalkan komentar