SUHU DAN KALOR

 SUHU

Suhu merupakan ukuran derajat panas dinginnya suatu benda atau sistem. Alat ukur untuk mengukur perubahan suhu yaitu thermometer. Ada beberapa jenis thermometer yang memiliki skala bawah dengan acuan es pada saat membeku dan skala atas dengan acuan air mendidih.
Acuan ini ditentukan pada tekanan 1 atm = 76 cm Hg.

Sumber : https://yoskin.files.wordpress.com/2010/07/skalathermometer.jpg

Dari gambar (1) diatas, rentang skala Celcius adalah 100 skala, Reamur 80 skala, Fahrenheit 180 skala dan Kelvin 100 skala. Jika skala C, R, F dan K kita bandingkan melalui pembagian skalanya akan didapat : C : R : F : K adalah 100 : 80 : 180 : 100 dan disederhanakan menjadi C : R : F : K adalah 5 : 4 : 9 : 5.

v  KALOR

Kalor adalah bentuk Energi yang berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah. Jika suatu benda menerima / melepaskan kalor maka suhu benda itu akan naik/turun atau wujud benda berubah.

Beberapa pengertian kalor :

·      Kalori adalah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram air sebesar 1ºC. 1 kalori = 4.18 joule atau 1 joule = 0.24 kalori

·      Kapasitas kalor (C) adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh zat untuk menaikkan suhunya 1ºC (satuan kalori/ºC).

·      Kalor jenis (c): adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan 1 gram atau 1 kg zat sebesar 1ºC (satuankalori/gram.ºC atau kkal/kg ºC).

Persamaan Kalor

Ketika anda memanaskan air dalam teko dengan kompor atau gas atau kompor sumbu biasa, makin besar nyala api makin besar kalor yang diberikan api pada air dalam teko. Tentu saja akan dihasilkan kenaikkan suhu air lebih besar dalam selang waktu yang sama. Jadi ada hubungan antara kalor yang diberikan Q, dengan kenaikkan suhu ∆T. Besarnya kalor yang diserap atau dilepas oleh suatu benda berbanding lurus dengan : 

·         Massa benda (m)

·         Kalor jenis benda (c), dan

·         Perubahan suhu (∆T)

Jadi, besarnya kalor yang dilepaskan atau diserap dapat dituliskan menjadi :

Dengan :

M   = massa benda (kg)

∆T  = kenaikan suhu T2 - T1 (℃)

C    = kalor jenis benda (kal/gram ℃ atau joule/kg K)

Dalam system SI, satuan kalor adalah joule. Satu kalori adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1℃ air murni yang massanya 1 gram. Besaran dalam kalor

Ø  Kapasitas kalor (C)

Kapasitas kalor adalah perbandingan antara jumlah kalor yang diterima benda dengan kenaikan suhu atau banyak panas yang diperlukan untuk menaikkansejumlah zat tertentu sebesar satu derajat Celcius atau satu Kelvin.

Dengan :

∆T = kenaikan suhu (K)

Q   = kalor (joule)

C   = kapasitas panas ( joule/K)

Ø  Kalor jenis (c)

Kalor jenis adalah perbandingan antara kapasitas panas dengan massa benda atau banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu derajat Celcius dari satu kilogram zat tersebut.

Dengan :

C = kapasitas panas (joule/K)

m = massa benda (kg)

c = kalor jenis benda (joule/ kg K)

Asas Black

Apabila suatu zat dicampur dengan zat lain yang suhunya berbeda, maka antara kedua zat itu akan terjadi pertukaran kalor hingga tercapainya keseimbangan termal dimana suhu kedua zat akan sama. Black menemukan bahwa pada proses pencampuran ini, besarnya kalor yang dilepaskan oleh zat yang suhu awalnya lebih tinggi akan sama dengan besarnya kalor yang diterima oleh zat yang suhu awalnya lebih rendah. Black kemudian merumuskan asasnya yang berbunyi: kalor yang dilepas sama dengan kalor yang diterima. Asas Black merupakan bentuk lain dari hukum kekekalan energi, yaitu banyaknya energi selalu tetap. Artinya, bila sebuah benda memberikan kalor kepada benda lain, maka kalor yang diterima sama dengan kalor yang diberikan. Secara matematis:

m₁ . c₁ . Δt₁ = m₂ . c₂ . Δt₂

m₁ . c₁ . (t₁ – t_cp) = m₂ . c₂ . (t_cp – t₂)

Dimana :

m = massa zat (kg)

c= kalor jenis zat (J/Kg ͦ C)

t = suhu awal zat (ͦ C)

t_cp = suhu campuran / suhu akhir (ͦC)

Keterangan :

·         Proses I

Pada proses ini kalor yang diberikan pada zat yang bersuhu A digunakan untuk menaikkan suhu hingga mencapai titik lebur. Besarnya kalor yang diperlukan adalah Q₁ = m . c . Δt

·         Proses II

Pada proses ini, setelah zat mencapai titik lebur, kalor yang diberikan digunakan untuk mengubah wujud zat yaitu melebur. Pada proses ini tidak ada perubahan suhu pada zat tersebut atau suhu zat adalah tetap. Besarnya kalor yang diperlukan adalah Q₂ = m . L

·         Proses III

Setelah seluruh zat habis melebur, kalor yang diberikan kembali digunakkan untuk menaikkan suhu zat hingga mencapai titik didih. Besarnya kalor yang diperlukan adalah Q₃ = m . c . Δt

·         Proses IV

Pada proses ini, setelah zat mencapai titik didih, kalor yang diberikan digunakan untuk mengubah wujud zat yaitu mendidih. Pada proses ini tidak ada perubahan suhu pada zat tersebut atau suhu zat adalah tetap. Besarnya kalor yang diperlukan adalah Q₄ = m . U

·         Proses V

Setelah seluruh zat habis menjadi uap, kalor yang diberikan kembali digunakan untuk menaikkan suhu zat. Besarnya kalor yang diperlukan adalah Q₅ = m . c . Δt

Jadi kalor total yang diperlukan pada peristiwa perubahan wujud zat diatas yaitu :

Q_total = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅

Perpindahan Kalor

1.      Konduksi 

Proses perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa diikuti perpindahan bagian-bagian zat itu disebut konduksi  atau hantaran. Misalnya, salah satu ujung batang besi kita panaskan. Akibatnya, ujung besi yang lain akan terasa panas. 

Coba perhatikan gambar berikut:

Pada batang besi yang dipanaskan, kalor berpindah dari bagian yang panas ke bagian yang dingin. Jadi, syarat terjadinya konduksi kalor pada suatu zat adalah adanya perbedaan suhu. Berdasarkan kemampuan menghantarkan kalor, zat dapat dikelompokkan menjadi dua golongan, yaitu konduktor dan isolator. Konduktor adalah zat yang mudah menghantarkan kalor (penghantar yang baik). Isolator adalah zat yang sulit menghantarkan kalor (penghantar yang buruk).

2.      Konveksi
Proses perpindahan kalor melalui suatu zat yang disertai dengan  perpindahan bagian-bagian yang dilaluinya disebut konveksi atau aliran.  Konveksi dapat terjadi pada zat cair dan gas.

a.       Konveksi pada Zat Cair

Syarat terjadinya konveksi padaz at cair adalah adanya  pemanasan. Hal ini disebabkan partikel-partikel zat cair ikut berpindah  tempat.

b.       Konveksi pada Gas

Konveksi terjadi pula pada gas, misalnya udara.  Seperti halnya pada air, rambatan (aliran) kalor dalam gas (udara)  terjadi dengan cara konveksi. Beberapa peristiwa yang terjadi akibat adanya konveksi udara adalah sebagai berikut.

Ø  Adanya angin laut. Angin laut terjadi pada siang hari. Pada siang  hari, daratan lebih cepat menjadi panas daripada lautan sehingga  udara di daratan naik dan digantikan oleh udara dari lautan.

Ø  Adanya angin darat, Angin darat terjadi pada malam hari.  Pada malam hari, daratan lebih cepat menjadi dingin daripada lautan.  Dengan demikian, udara di atas lautan naik dan digantikan oleh udara dari daratan.

·         Adanya sirkulasi udara pada ruang kamar di rurnah.

·         Adanya cerobong asap pabrik.

3.      Radiasi

Proses perpindahan kalor tanpa zat perantara disebut radiasi atau  pancaran. Kalor diradiasikan dalam bentuk gelombang elektromagnetik,  gelombang radio, atau gelombang cahaya. Misalnya, radiasi panas dari api  Apabila kita berdiam di dekat api unggun, kita merasa hangat.  Kemudian, jika kita memasang selembar tirai di antara api dan kita, radiasi  kalor akan lerhalang oleh tirai itu. Dengan demikian, kita dapat mengatakan  bahwa kalor dari api unggun atau matahari dapat dihalangi oleh tabir sehingga kalor tidak dapat merambat. 

Perubahan Wujud Zat

Perubahan wujud zat adalah perubahan termodinamika dari satu fase benda ke keadaan wujud zat yang lain. Perubahan wujud zat ini bisa terjadi karena peristiwa pelepasan dan penyerapan kalor.Perubahan wujud zat terjadi ketika titik tertentu tercapai oleh atam/senyawa zat tersebut yang biasanya dikuantitaskan dalam angka suhu. Semisal air untuk menjadi padat harus mencapai titik bekunya dan air menjadi gas harus mencapai titik didihnya.

Wujud benda ( zat) terdiri dari :

1)      Benda padat contohnya : papan tulis, penghapus, es batu, dan sebagainya.

Sifat yang dimiliki benda padat yaitu bentuknya tetap dan mencair jika dipanaskan pada suhu tertentu.

2)      Benda cair contohnya : air, bensin, minyak goreng, spirtus, dan sebagainya.

Sifat-sifat benda cair, antara lain:
a. Bentuknya tidak tetap, selalu mengikuti bentuk wadahnya;
b. Bentuk permukaan benda cair yang tenang selalu datar;
c. Benda cair mengalir ke tempat yang lebih rendah;
d. Benda cair menekan ke segala arah;
e. Benda cair meresap melalui celah-celah kecil (kapilaritas)

3)      Benda gas contohnya  udara

Benda gas tidak dapat diamati secara langsung tetapi dapat dirasakan keberadaannya. Sifat benda gas yaitu bentuknya tidak tetap karena selalu mengisi seluruh ruangan yang ditempatinya.

Proses perubahan wujud zat

Berdasarkan diagram tersebut, zat dari wujud yang satu ke wujud yang lainnya dapat dijelaskan sebagai berikut.

1.      Membeku yaitu perubahan wujud zat dari cair ke padat

2.      Mencair atau melebur yaitu perubahan wujud zat dari padat ke cair

3.      Menyublim (mengkristal) yaitu perubahan wujud zat dari gas ke padat

4.      Menyublim yaitu perubahan wujud zat dari padat ke gas

5.      Menguap yaitu perubahan wujud zat dari cair ke gas

6.      Mengembun yaitu perubahan wujud zat dari gas ke cair