Materi Suhu dan Kalor: Perpindahan Panas, Azas Black, dan Perubahan Zat

Suhu dan kalor tidak dapat dipisahkan. Suhu adalah ukuran yang menyatakan energi panas tersimpan dalam suatu benda. Benda bersuhu tinggi berarti memiliki energi panas yang tinggi, begitu juga sebaliknya.

Sedangkan kalor yaitu perpindahan energi panas yang terjadi dari benda bersuhu yang lebih tinggi ke benda bersuhu lebih rendah.

Skala Termometer

Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu benda. Terdapat 4 skala umum yang digunakan untuk termometer

• Celcius (oC)
• Reamur (oR)
• Fahrenheit (oF)
• Kelvin (K)

Konversi 4 skala termometer tersebut ditunjukkan pada tabel berikut.

Skala Celcius dan Fahrenheit umum digunakan pada pengukuran suhu di kehidupan sehari-hari, sedangkan skala suhu yang  ditetapkan sebagai Satuan Internasional adalah skala Kelvin.

Perpindahan Panas

Perpindahan panas dapat dibagi menjadi tiga jenis berdasarkan medium perantaranya. Diantaranya yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.

1. Konduksi

Perpindahan panas antara dua benda padat. Hal tersebut tergantung pada perbedaan suhu suatu sistem/benda yang panas dan dingin.

Panas (kalor) konduksi pada suatu zat tidak disertai dengan perpindahan partikel – partikelnya.

Contoh: memanaskan salah satu ujung logam seperti tembaga; karena perpindahan panas konduksi ujung logam yang lain juga menjadi panas.

Rumus konduksi

Laju Kalor = Q/t = kA ΔT/x

Keterangan:

• Q : kalor (J) atau (kal)
• k : konduktivitas termal (W/mK)
• A : luas penampang (m2)
• ΔT : perubahan suhu (K)
• x : panjang (m)
• t : waktu (sekon)

2. Konveksi

Perpindahan panas antara permukaan padat dan cairan. Jika partikelnya berpindah dan mengakibatkan kalor merambat, maka akan terjadilah konveksi.

Contoh: bejana panas yang dicelupkan kedalam air, maka air akan menjadi panas/hangat akibat terjadinya konveksi

Rumus konveksi

Laju Kalor = Q/t = hA ΔT

Keterangan:

• h = koefisien konveksi termal (j/sm²K)
• A = Luas permukaan (m²)
• ∆ T = Perbedaan suhu (K)

3. Radiasi

Apabila dua benda berada pada suhu yang berbeda dan dipisahkan oleh jarak, perpindahan panas di antara keduanya disebut sebagai perpindahan panas radiasi.

Dalam hal perpindahan panas konduksi dan konveksi ada media untuk memindahkan panas, tetapi dalam kasus perpindahan panas radiasi tidak ada media, sehingga hal ini dikarenakan gelombang elektromagnetik yang ada di atmosfer.

Salah satu contoh terpenting perpindahan panas radiasi adalah panas matahari yang datang ke bumi.

Rumus radiasi

Laju Kalor = Q/t = σeAT⁴

Rumus Kalor

Pada abad ke-18, sejumlah ilmuwan melakukan percobaan dan menemukan bahwa besar kalor Q yang diperlukan untuk mengubah suhu suatu zat yang besarnya ΔT sebanding dengan massa m zat tersebut.

Pernyataan tersebut dapat dinyatakan dalam persamaan:

Q = m c ∆T

Keterangan:

• Q = banyaknya kalor yang diperlukan ( J)
• m = massa suatu zat yang diberi kalor (kg)
• c = kalor jenis zat (J/kg°C)
• ΔT = kenaikan/perubahan suhu zat (°C)
• c = besaran karakteristik dari zat yang disebut kalor jenis zat.

Kalor jenis suatu zat dinyatakan dalam satuan J/kg°C (satuan SI yang sesuai) atau kkal/kg°C. Untuk air pada suhu 15 °C dan tekanan tetap 1 atm, cair = 1 kkal/kg°C = 4,19 × 103 J/kg°C.

Asas Black

Kalor yang dilepas oleh benda yang bersuhu tinggi sama dengan kalor yang diterima oleh benda yang bersuhu rendah. Hal ini dapat dinyatakan dalam persamaan :

Q lepas = Q terima

Jika terdapat dua materi dengan suhu berbeda dicampurkan menjadi satu, asas black dapat digunakan untuk mengetahui suhu akhir campuran. Penerapannya secara matematis adalah sebagai berikut.

m₁. c₁. (T₁-T_m) = m₁. c₂. (T_m-T₂)

Keterangan:

• m1 = Massa materi bersuhu lebih tinggi
• c1 = Kalor jenis materi bersuhu lebih tinggi
• T1 = Suhu materi bersuhu lebih tinggi
• m2 = Massa materi bersuhu lebih rendah
• c2 = Kalor jenis materi bersuhu lebih rendah
• T2 = Suhu materi bersuhu lebih rendah
• Tm = Suhu akhir campuran

Perhitungan Kalor Perubahan Zat

Kalor dapat menyebabkan perubahan suhu atau wujud suatu zat.

Penerimaan kalor akan meningkatkan suhu sehingga dapat mengubah zat padat menjadi cair atau zat cair menjadi gas, sedangkan pelepasan kalor akan menurunkan suhu dan dapat mengubah zat cair menjadi padat atau zat gas menjadi zat cair.

Kalor yang diterima atau dilepas oleh suatu benda dapat dihitung dengan rumus berikut.

Q = m. c. ΔT + m. L

Keterangan:  

• Q = banyak kalor (J)
• m = massa benda (Kg)
• c = kalor jenis (J/KgoC) dan
• ΔT = perubahan suhu (oC).

Jika benda mengalami perubahan wujud, maka jumlah energi yang digunakan tersebut dihitung dengan rumus m.L, dimana L yaitu kalor jenis perubahan wujud zat dengan satuan kalori.

Itulah rangkuman materi tentang suhu dan kalor beserta rumus perhitungannya. Semoga bermanfaat!

Referensi:

• studiobelajar.com
• rumuspintar.com