Kalor – Pengertian, Perpindahan, Kapasitas, Rumus dan Contoh Soal dengan Penjelasan Terlengkap

Posted on

Kalor adalah suatu bentuk energi yang dapat berpindah dari satu sistem ke sistem lain akibat adanya perbedaan suhu. Kalor memiliki peranan penting dalam kehidupan kita. Tanpa adanya kalor, sudah pasti kehidupan makhlu hidup akan terganggu.

Salah satu contoh kalor yang berasal dari radiasi sinar matahri memiliki peranan yang penting dalam menghangatkan bumi. Tanpa adanya energi kalor dari matahari, maka bumi akan membeku. Untuk mengetahui lebih jauh tentang kalor, berikut ini merupakan penjelasan tentang pengertian kalor, perpindahan kalor, kapasitas, rumus dan contoh soal tentang kalor.

Pengertian Kalor

Kalor adalah salah satu bentuk energi yang dapat berpindah dari satu sistem ke sistem lain akibat adanya perbedaan suhu. Setiap perbedaan suhu antara dua sistem maka terjadi perpindahan kalor. Kecenderungan perpindahan kalor dari suhu tinggi ke suhu rendah.

Saat zat mengalami pemanasan, maka partikel-partikel benda akan bergetak dan menumbuk partikel lain yang suhunya lebih rendah. Hal tersebut akan berlangsung lama dan membentuk energi kinetik rata-rata sama antara benda panas dnegan benda yang menerima panas. KOndisi tersebut terjadi kesetimbangan termal dan suhu kedua benda akan sama.

Kalor memiliki satuan internasional Joule (J) dan satuan lainnya adalah kalori (kal). Satu kalori sama dengan banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan 1 gram air sampai suhunya naik  1 0C.

Berikut persamaan yang digunakan untuk mengkonversikan satuan dari jaoule ke kalori dan sebaliknya.

1 kalori = 4,2 joule
1 joule = 0,42 kalori

Baca Juga : Perubahan Wujud Zat dan Penjelasannya

Perpindahan Kalor

Perpindahan kalor merupakan proses perpindahan dari reservoir suhu tinggi ke reservoir suhu rendah. Sedangkan pada sistem termodinamika, perpindahan panas merupakan perpindahan panas melintasi batas sistem akibat perbedaan suhu antara sistem dan lingkungan.

Perpindahan panas juga terjadi dalam sistem karena perbedaan suhu di berbagai titik di dalam sistem. Perbedaan suhu tersebut di anggap potensial yang menyebabkan aliran panas dan panas tersebut disebut dengan fluks.

Ada tiga jenis perpindahan kalor yaitu konduksi, konveksi dan radiasi. Berikut penjelasannya:

Konduksi

Konduksi merupakan perpindahan panas antara dua benda padat. Perpindahan kalor ini tergantung pada perbedaan suhu sistem/benda yang panas dan dingin.

Perpindahan panas (kalor) konduksi pada suatu zat tidak disertai dengan perpindahan partikel-partikelnya. Contohnya seperti knalpot yang panas ketika motor dinyalakan, dan proses pemanasan salah satu ujung logam seperti tembaga, akibat adanya perpindahan panas konduksi yang juga menyebabkan ujung logam lain menjadi ikut panas.

Rumus konduksi, yaitu

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)

Konveksi

Konveksi merupakan perpindahan panas diantara permukaan padat dan cair. Ketika partikel berpindah dan menyebabkan kalor merambat, maka terjadi konveksi. Contoh konveksi seperti: sebuah bejana yang dicelupkan ke dalam air, maka menyebabkan air menjadi panas atau hangat akibat terjadi konveksi, asap cerobong pabrik yang membumbung tinggi, dan lainnya..

Rumus konveksi yaitu:

Laju Kalor = Q/t = hA ΔT

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

Radiasi

Radiasi terjadi ketika dua benda pada suhu yang berbeda dan dipisahkan oleh jarak. Perpindahan panas tersebut merupakan perpindahan panas radiasi. Jika pada perpindahan kalor konduksi dan konveksi terdapat media untuk memindahkan panas, pada perpindahan kalor radiasi tidak terdapat media.

Perpindahan kalor radiasi terjadi akibat gelombang elektromagnetik yang ada di atmosfer. Contoh perpindahan kalor radiasi yaitu panas matahari yang datang ke bumi.

Rumus Radiasi, yaitu

Laju Kalor = Q/t = σeAT4

Baca Juga : Tumbukan Fisika Penjelasannya

Rumus Kalor

Di abad ke-18, ada sejumlah ilmuan yang melakukan percobaan dan menemukan jika besar kalor Q yang dibutuhkan untuk mengubah suhu suatu zat dengan ΔT sebanding dengan massa m zat tersebut. Karena itu, persamaan yang didapatkan adalah:

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 merupakan besaran karakteristik zat yang disebut kalor jenis zat. Kalor jenis suatu zat dinyatakan dengan satuan J/kg°C (satuan SI yang sesuai) atau kkal/kg°C. Sedangkan untuk air pada suhu 15 °C dan tekanan tetap 1 atm, cair = 1 kkal/kg°C = 4,19 × 103 J/kg°C.

Baca Juga : Pengertian Jangka Sorong dan Penjelasannya

Asas Black

Di tahun 1760, Joseph Black seorang ilmuwan asal Skotlandia berhasil merumuskan konsep mengenai aliran kalor dari dua zat yang berbeda suhu yang disebut dengan asas black.

Asas black menyatakan jumlah kalor yang dilepas oleh zat bersuhu tinggi sama dengan jumlah kalor yang diterima oleh zat bersuhu rendah.

Secara matematis, rumus asas black yaitu:

Qlepas = Qterima

Sebagai tambahan,
Kalor yang dibutuhkan untuk mengubah 1 kg zat dari padat menjadi cair disebut dengan kalor lebur (L).
Kalor yang dibutuhkan untuk mengubah zat dari wujud cair menjadi uap disebut dengan kalor penguapan (Lu).
Kalor yang diberikan ke suatu zat untuk penguapan maupun peleburan disebut dengan kalor laten.

Baca Juga : Pengertian Suhu, Rumus dan Penjelasannya

Kapasitas Kalor dan Kalor Jenis

Tidak semua kalor yang diberikan suatu benda mengalami kenaikan suhu, yang artinya masih dapat mengalami penurunan suhu. Karena itulah, kalor dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu massa, selisih suhu dan kalor jenis.

Kalor jenis merupakan kalor yang dibutuhkan untuk kenaikan suhu 1 kg suatu zat 1°C. kalor jenis memiliki lambang “c”.

Jika suatu zat dengan massa M membutuhkan atau melepaskan kalor sebesar Q untuk mengubah suhu sebesar ΔT, maka kalor jenis zat itu dapat dinyatakan dengan persamaan:

Sedangkan kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu suatu benda sebesar 1°C. kapasitas kalor diberi lambang “C”. Persamaan kapasitas kalor dinyatakan sebagai berikut:


atau
∆Q = C x ∆T
Sehingga
C = m x c

Baca Juga : Tekanan Hidrostatis dan Penjelasannya

Contoh Soal Kalor

Soal 1: Air sebanyak 3 kg bersuhu 10oC dipanaskan hingga bersuhu 35oC. Jika kalor jenis air 4.186 J/kgoC, tentukan kalor yang diserap air tersebut?

Penyelesaian:
Diketahui:

m = 3 kg
c = 4.186 J/kgoC
∆T = (35 – 10)oC = 25oC

Ditanyakan: Q = …?

Jawab:

Q = mc∆T
Q = 3 kg × 4.186 J/kgoC × 25oC
Q = 313.950 J

Soal 2: Berapa besar kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebatang besi yang massanya 10 kg dari 20oC menjadi 100oC, jika kalor jenis besi 450 J/kgoC?

Penyelesaian:
Diketahui:

m = 10 kg
T1 = 20oC
T2 = 100oC
c = 450 J/kg oC

Ditanyakan: Q?
Jawab:

Q = mc∆T
Q = mc(T2 – T1)
Q = 10 × 450 × (100 – 20)
Q = 10 × 450 × 80
Q = 360.000
J = 360 kJ

Jadi, kalor yang dibutuhkan sebatang besi tersebut sebesar 360 kJ.

Soal 3. Sebanyak 300 gram air dipanaskan dari suhu 30oC menjadi 50oC. Jika kalor jenis air adalah 1 kal/goC atau 4.200 J/kg K, tentukan:

a) Banyaknya kalor yang diterima air tersebut (dalam kalori).
b) Banyaknya kalor yang diterima air tersebut (dalam joule).

Penyelesaian:
Diketahui:

m = 300 g = 0,3 kg
∆T = 50oC – 30oC = 20oC
c = 1 kal/goC = 4.200 J/kg K

Ditanyakan: Q dalam kalor dan joule

Jawab:

a) Menentukan jumlah kalor dalam kalori

Q = mc∆T
Q = 300 g × 1 kal/goC × 20oC
Q = 6.000 kalori

Jadi, banyaknya kalor yang diterima air tersebut adalah 6.000 kalori.

b) Menentukan jumlah kalor dalam joule

Q = mc∆T
Q = 0,3 kg × 4.200 J/kg K × 20 K
Q = 6.000 kalori
Q = 25.200 joule

Catatan penting: perubahan suhu dari satuan celcius dan kelvin sama, jadi tidak perlu melakukan koversi satuan terlebih dahulu.

Atau dengan menggunakan kesetaraan antara kalori dan joule diketahui bahwa:

1 kalori = 4,2 joule sehingga:
Q = 6.000 × 4,2 joule = 25.200 joule

Baca Juga : Resultan Gaya dan Penjelasannya

Demikian artikel mengenai Kalor dan Penjelasannya. Semoga artikel ini dapat bermanfaat dan menambah wawasan anda mengenai pelajaran Ilmu Pengetahuan Alam.