Rumus, Pengertian, dan Perpindahan Kalor
Berdasarkan pengertian yang ditulis dalam Kamus Besar Bahasa Indonesia, kalor adalah tenaga panas yang dapat diterima dan diteruskan oleh satu benda ke benda lain secara hantaran (konduksi), penyinaran (radiasi), atau aliran (konveksi).
Kalor juga disebut sebagai energi panas yang berpindah dari benda bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Dalam satuan internasional, kalor dinyatakan dengan Joule (J), satuan lainnya dikenal dengan kalori (kal) yang biasa digunakan di bidang gizi.
Satu kalori adalah jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram air hingga naik sebesar 1 derajat selsius (oC).
Satu kalori = 4,184 J atau sering dibulatkan menjadi 4,2 J.
Kalor didefinisikan juga sebagai energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. Untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda umumnya dilakukan dengan mengukur suhu benda tersebut.
Air panas jika dibiarkan lama-kelamaan akan dingin, sebab kalor yang ada di dalamnya dilepaskan ke lingkungan sekitar air. Yang mempengaruhi kenaikan atau penurunan suhu benda adalah jumlah kalor, massa benda dan jenis benda.
Secara alami, kalor dengan sendirinya berpindah dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Perpindahan kalor cenderung menyamakan suhu benda yang saling bersentuhan.
Pada abad ke-18, para fisikawan menduga bahwa aliran kalor merupakan gerakan suatu fluida, suatu jenis fluida yang tidak kelihatan (fluida adalah zat yang dapat mengalir. Fluida meliputi zat cair dan zat gas. Air (zat cair) termasuk fluida karena dapat mengalir.
Udara juga termasuk fluida karena dapat mengalir. Fluida tersebut dinamakan caloric. Teori mengenai caloric tidak digunakan lagi karena berdasarkan hasil percobaan, keberadaan caloric ini tidak bisa dibuktikan.
Jika suhu suatu benda tinggi, maka kalor yang dikandung oleh benda tersebut sangat besar. Begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang dikandung sedikit.Besar kecilnya kalor yang dibutuhkan suatu benda(zat) bergantung pada 3 faktor:
- massa zat,
- jenis zat (kalor jenis),
- perubahan suhu.
Sehingga secara matematis dapat dirumuskan:
Q = m.c.(t2 – t1)
Keterangan:
Q adalah kalor yang dibutuhkan (J).
m adalah massa benda (kg).
c adalah kalor jenis (J/kgC).
(t2-t1) adalah perubahan suhu (C).
Kalor dapat menaikkan atau menurunkan suhu. Semakin besar kenaikan suhu, kalor yang diterima semakin banyak. Semakin kecil kenaikan suhu maka kalor yang diterima semakin sedikit. Artinya, hubungan kalor (Q) berbanding lurus atau sebanding dengan kenaikan suhu (∆ T), jika massa (m) dan kalor jenis zat (c) tetap.
Kalor Jenis
Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diserap atau diperlukan oleh 1 gram zat untuk menaikkan suhu sebesar 1⁰C. Kalor jenis juga diartikan sebagai kemampuan suatu benda untuk melepas atau menerima kalor. Masing-masing benda mempunyai kalor jenis yang berbeda-beda, lho. Satuan kalor jenis ialah J/kg⁰C.
Kapasitas Kalor
Kapasitas kalor adalah jumlah kalor yang diserap oleh benda bermassa tertentu untuk menaikkan suhu sebesar 1⁰C. Satuan kapasitas kalor dalam sistem international ialah J/K.
Rumus Kapasitas Kalor: C = Q / ΔT
Keterangan:
C = kapasitas kalor (J/K)
Q = banyaknya kalor (J)
ΔT = perubahan suhu (K)
Selain itu, ada rumus lain untuk menentukan kapasitas kalor itu sendiri, yaitu: C = m. c
Keterangan:
C = kapasitas kalor (J/K)
m = massa benda yang menerima atau melepas kalor (kg)
c = kalor jenis zat (J/kg.K)
Perpindahan Kalor
Perpindahan kalor atau panas adalah perpindahan energi akibat adanya perbedaan suhu di antara dua tempat yang berbeda. Perpindahan panas meliputi proses pemasukan dan pengeluaran panas.
Panas sangat lekat dalam kehidupan kita sehari-hari. Misalnya saja saat sebuah sendok stainless dimasukkan ke air panas, sendok pun ikut menjadi panas.
Di sisi lain, benda-benda yang terdapat di sekitar kita, ada yang bisa menghantarkan panas ada juga yang tidak bisa. Benda yang bisa menghantarkan panas disebut dengan konduktor. Contoh benda konduktor ialah tembaga, besi, air, timah, dan alumunium. Perpindahan Kalor sendiri terbagi atas tiga macam, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.
1. Konduksi
Konduksi adalah perpindahan panas melalui zat padat yang tidak ikut mengalami perpindahan. Artinya, perpindahan kalor pada suatu zat tersebut tidak disertai dengan perpindahan partikel-partikelnya.
Contoh:
Benda yang terbuat dari logam akan terasa hangat atau panas jika ujung benda dipanaskan, misalnya ketika memegang kembang api yang sedang dibakar, knalpot motor menjadi panas saat mesin dihidupkan, tutup panci menjadi panas saat dipakai untuk menutup rebusan air, atau mentega yang dipanaskan di wajan menjadi meleleh karena panas.
Rumus perpindahan kalor secara konduksi adalah:
Laju Kalor = Q/t = kA (T2 – T1)/x
2. Konveksi
Konveksi adalah perpindahan panas melalui aliran yang zat perantaranya ikut berpindah. Jika partikel berpindah dan mengakibatkan kalor merambat, terjadilah konveksi. Konveksi terjadi pada zat cair dan gas (udara/angin).
Contoh:
Gerakan naik dan turun air ketika dipanaskan.
Gerakan naik dan turun kacang hijau, kedelai dan lainnya ketika dipanaskan.
Terjadinya angin darat dan angin laut.
Gerakan balon udara.
Asap cerobong pabrik yang membumbung tinggi.
Rumus perpindahan kalor secara konveksi adalah:
Laju Kalor = Q/t = hA (T2 – T1)
3. Radiasi
Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa memerlukan medium. Dalam ruang hampa tidak ada materi yang memindahkan kalor secara konduksi dan konveksi. Jadi, perpindahan kalor dari matahari sampai ke bumi dengan cara lain. Cara tersebut dinamakan radiasi.
Kamu juga merasakan akibat radiasi kalor saat menghadapkan telapak tanganmu pada bola lampu yang menyala atau saat kamu duduk di dekat api unggun. Udara merupakan konduktor buruk dan udara panas api unggun bergerak ke atas. Namun, kamu yang berada di samping api unggun dapat merasakan panas.
Setiap benda dapat memancarkan dan menyerap radiasi kalor, yang besarnya bergantung pada suhu benda dan warna benda. Perhatikan benda-benda yang diletakkan di ruangan bersuhu 30oC. Besar kalor yang dipancarkan atau diserap benda ditunjukkan oleh banyaknya anak panah.
Makin panas benda dibandingkan dengan panas lingkungan sekitar, makin besar pula kalor yang diradiasikan ke lingkungannya. Makin luas permukaan benda panas, makin besar pula kalor yang diradiasikan ke lingkungannya.
Rumus perpindahan kalor secara radiasi adalah:
