Energi Kalor

Kalor adalah suatu bentuk energi yang secara alamiah dapat berpindah dari benda yang suhunya tinggi menuju suhu yang lebih rendah saat bersinggungan. Kalor juga dapat berpindah dari suhu rendah ke suhu yang lebih tinggi jika dibantu dengan alat yaitu mesin pendingin.

Banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu benda bergantung pada lamanya pemanasan dan massa zat. Hal ini menunjukkan bahwa semakin lama air dipanaskan, suhu air akan semakin tinggi. Jadi besarnya kalor yang diberikan pada suatu benda sebanding dengan kenaikan suhu (Δt). Semakin besar massa air, semakin lama waktu yang diperlukan untuk mencapai suhu tersebut. Jadi besarnya kalor yang diberikan juga dipengaruhi oleh massa zat (m).

Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar kalor jenis suatu zat , maka semakin besar pula kalor yang diperlukan. Jadi besarnya kalor yang diberikan pada suatu benda sebanding dengan kalor jenis atau jenis zat (c). Kesimpulannya adalah bahwa besarnya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebagai berikut :

Besarnya kalor (Q) yang diperlukan oleh suatu benda sebanding dengan massa benda (m), bergantung pada kalor jenis (c), dan sebanding dengan kenaikan suhu (Δt).

Secara matematis dapat dituliskan :

Q = m x c x Δt

Keterangan

• Q = kalor yang diperlukan atau dilepaskan (J)
• m = massa benda (kg)
• c   = kalor jenis benda (J/kgºC)
• Δt = kenaikan suhu (ºC)
• Δ   = delta

Satuan kalor menurut SI adalah joule (J). Terdapat satuan kalor yang biasa dipakai dalam kehidupan sehari-hari, antara lain kilokalori, kalori. Satu kalori dapat didefinisikan banyaknya kalor yang diperlukan tiap 1 gram air, sehingga suhunya naik 1ºC. Sedangkan satu kilokalori didefiniskan banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan 1 kg air, sehingga suhunya naik 1ºC.

Terdapat kesetaraan antara satuan joule dangan satuan kalori yang biasa dikenal dengan sebutan tara kalor mekanik.

• 1 kalori       = 4,2 joule
• 1 kilokalori = 4.200 joule
• 1 joule         = 0,24 kalori

Berikut ini tabel kalor jenis beberapa zat.

Kalor jenis berbagai zat
No.	Zat	Kalor Jenis		No.	Zat	Kalor Jenis
		kkal/k gºC	J/kgºC			kkal/k gºC	J/kgºC
1.	Air	1,00	4.190	6.	Kaca	0,16	6.700
2.	Air Raksa	0,03	138	7.	Minyak Tanah	0,52	2.200
3.	Alkohol	0,55	2.300	8.	Seng	0,09	390
4.	Besi	0,11	460	9.	Tembaga	0,09	3.900
5.	Emas	0,030	130	10.	Timbal	0,03	130

Kalor jenis suatu zat adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1 kg zat sehingga suhunya naik sebesar 1ºC. Secara matematis kalor jenis suatu zat dapat dituliskan :

c =     Q     

        mxΔ t

Sedangkan kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh suatu benda sehingga suhunya naik 1ºC. Secara matematis kapasitas kalor dapat dituliskan :

C = m x c

Karena : Q = m x c x Δt  maka, Q = C x Δt

Keterangan

• Q  = kalor yang diperlukan atau dilepaskan (J)
• C  = kapasitas kalor benda (J/ºC)
• Δt = kenaikan suhu (ºC)
• Δ  = delta

Contoh Soal 1

Berapa energi kalor yang diperlukan untuk memanaskan 2 kg besi yang kalor jenisnya 460 J/kgºC, dari suhu 15ºC sampai 100ºC ?
Pembahasan :

Diketahui  :  m = 2 kg c = 460 J/kgºC Δt = (t2 – t1)      = (100 – 15)        = 85 ºC

Ditanyakan : Q = …? Jawab :  Q = m x c x  Δt     = 2 kg x 460 J/kgºC x 85 ºC     = 78.200 J

Contoh Soal 2
Kalor jenis tembaga 390 J/kgºC. Berapakah kapasitas kalor 0,1 kg tembaga?
Penyelesaian

Diketahui  :  c = 390 J/kgºC m = 0,1 kg Ditanyakan : C = …?

Jawab C = m x c                 = 0,1 kg x 390 J/kgºC                 = 39 J/kg

Perubahan Wujud Zat

Perubahan wujud zat dapat berubah dari wujud yang satu ke wujud yang lain. Berikut perubahan wujud yang terjadi pada zat, yaitu :

• Mencair. Perubahan wujud zat padat menjadi cair disebut mencair. Saat zat mencair
  
  memerlukan energi kalor. Contoh peristiwa mencair, antara lain: es dipanaskan, lilin dipanaskan dll
• Membeku. Perubahan wujud zat cair menjadi padat disebut membeku. Pada saat zat membeku melepaskan energi kalor. Contoh peristiwa membeku, antara lain : air didinginkan di bawah 00C, lilin cair didinginkan, dll
• Menguap. Perubahan wujud zat cair menjadi gas disebut menguap. Pada saat tersebut zat memerlukan energi kalor. Contoh, antara lain: minyak wangi, air dipanaskan sampai mendidih, dll
• Mengembun. Perubahan wujud zat gas menjadi cair disebut mengembun. Saat terjadi pengembunan zat melepaskan energi kalor. Contoh, antara lain : gelas berisi es bagian luarnya basah, titik air di pagi hari pada tumbuhan, dll
• Menyublim. Perubahan wujud zat padat menjadi gas disebut menyublim. Saat penyubliman zat memerlukan energi kalor. Contoh, antara lain: kapur barus (kamper), obat hisap , dll
• Mengkristal atau menghablur. Perubahan wujud zat gas menjadi padat. Pada saat pengkristalan zat melepaskan energi kalor. Contoh peristiwa pengkristalan, antara lain: salju, gas yang didinginkan, dll

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Penguapan

Terdapat beberapa zat yang mudah menguap, antara lain : spiritus, bensin, alkohol, dll. Penguapan merupakan peristiwa bergerak keluarnya molekul– molekul dari permukaan zat cair. Beberapa cara mempercepat penguapan, yaitu:

a. Memanaskan

Setelah selesai mencuci beberapa bajumu, coba jemurlah salah satunya di tempat yang teduh dan beberapa lainnya di bawah terik matahari. Manakah yang lebih cepat kering? Pada penjemuran yang kamu lakukan, baju di bawah terik matahari akan cepat kering. Hal ini menunjukkan bahwa air yang terkandung pada baju itu lebih cepat menguap.

b. Memperluas permukaan zat cair

Tuangkan sebagian kopi panas yang kamu buat pada cawan. Tunggu sebentar, kemudian minumlah. Coba bandingkan, mana yang lebih cepat dingin, air kopi dalam gelas atau dalam cawan? Kamu akan mendapatkan air kopi dalam cawan lebih cepat dingin dibandingkan dengan air kopi dalam gelas. Hal ini menunjukkan bahwa penguapan air kopi dalam cawan yang memiliki permukaan lebih luas akan lebih cepat daripada penguapan di dalam gelas.

c. Meniupkan udara di atas permukaan zat cair

Makanan panas yang permukaannya ditiup akan terasa lebih cepat dingin. Hal ini disebabkan karena makanan yang ditiup lebih cepat terjadi penguapan sehingga dingin.

d. Mengurangi tekanan

Dengan memperkecil tekanan udara pada permukaan zat, berakibat jarak antar molekul udara menjadi besar. Hal ini mengakibatkan molekul-molekul pada permukaan zat cair akan

berpindah ke udara di atasnya sehingga mempercepat proses penguapan.

Zat Mendidih dengan Suhu Tetap Asalkan Tekanan Udara Tidak Berubah
Mendidih adalah peristiwa penguapan zat cair yang terjadi di seluruh bagian zat cair tersebut. Peristiwa ini dapat dilihat dengan munculnya gelembung-gelembung yang berisi uap air dan bergerak dari bawah ke atas dalam zat cair. Zat cair yang mendidih jika dipanaskan terus-menerus akan berubah menjadi uap. Banyaknya kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 kg zat cair menjadi uap seluruhnya pada titik didihnya disebut kalor uap (U). Karena tidak terjadi perubahan suhu, maka besarnya kalor uap dapat dirumuskan:

Q = m x U

Keterangan

• Q = energi kalor yang diperlukan ( J )
• m = massa zat ( kg )
• U = kalor didih atau kalor uap ( J/kg )

Saat terjadi penguapan zat memerlukan kalor, sedangkan pada pengembunan gas melepaskan kalor hingga berubah menjadi cair. 

Jumlah kalor yang dilepaskan untuk mengubah 1 kg zat dari wujud uap menjadi cair pada titik embunnya disebut kalor embun. Titik embun adalah suhu pada saat zat gas mengembun.

Percobaan yang dilakukan oleh para ilmuwan menghasilkan pernyataan bahwa :

Kalor uap = kalor embun.

Berikut ini titik didih beberapa zat

Titik didih dan kalor uap beberapa zat
Nama zat	Titik didih (ºC)	Kalor uap (J/kg)
Air	100	2.260.000
Es	100	2.260.000
Alkohol	78	1.100.000
Raksa	357	272.000
Tembaga	1.187	5.069.000
Perak	2.193	2.336.000
Emas	2.600	1.578.000
Timah hitam	1.750	871.000
Oksigen	- 183	213.000
Nitrogen	- 196	201.000

Contoh soal

Berapakah energi kalor yang diperlukan untuk menguapkan 5 kg air pada titik didihnya, jika kalor uap 2.260.000 J/kg?

Penyelesaian :

Diketahui :  m = 5 kg  U = 2.260.000 J/kg Ditanyakan : Q = …?

Jawab  Q = m x U = 5 kg x 2.260.000 J/kg = 11.300.000 J = 11,3 x 106 J

Zat Melebur dengan Suhu tetap Memerlukan Kalor

Pada saat zat cair melebur yaitu berubah wujud dari padat menjadi cair memerlukan kalor. Pada tekanan udara normal es berubah wujud dari padat menjadi cair pada suhu 0ºC. Energi kalor yang diperlukan tidak digunakan untuk menaikkan suhunya, tetapi untuk mengubah wujud zat dari padat menjadi cair. Suhu pada saat zat padat melebur disebut titik lebur. Apabila tekanan udara luar berubah-ubah, maka titik lebur zat juga akan mengalami perubahan. Hal ini dapat ditunjukkan bahwa pada tekanan udara lebih dari 76 cmHg es akan melebur di bawah suhu 0ºC. Titik lebur suatu zat dapat diubah-ubah dengan cara: tekanan ditambah maka titik leburnya turun, tekanan dikurangi maka titik leburnya naik, dan menambahkan ketidakmurnian zat maka titik leburnya turun.

Untuk mengubah wujud padat menjadi cair pada titik leburnya diperlukan energi kalor. 

Jumlah energi kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 kg zat dari wujud padat menjadi cair pada titik leburnya disebut kalor lebur. 

Secara matematis dapat dituliskan :

Q = m x L

Keterangan

• Q = energi kalor yang diperlukan (J)
• m = massa zat (kg)
• L = kalor lebur (J/kg)

Saat terjadi peleburan zat memerlukan kalor, sedangkan pada pembekuan zat cair melepaskan kalor hingga berubah menjadi padat. 

Jumlah kalor yang dilepaskan untuk mengubah 1 kg zat dari wujud cair menjadi padat pada titik bekunya disebut kalor beku. Titik beku adalah suhu pada saat zat cair membeku. 

Percobaan yang dilakukan oleh para ilmuwan menghasilkan pernyataan bahwa :

Kalor lebur = kalor beku

Berikut ini titik lebur dan kalor lebur beberapa zat

Titik lebur dan kalor lebur
Nama zat	Titik lebur (ºC)	Kalor lebur (J/kg)
Air	0	336.000
Es	0	336.000
Alkohol	-114	10.400
Raksa	- 39	12.570
Tembaga	1.083	205.300
Timbal	327	24.930
Aluminium	660	402,2
Oksigen	- 219	14.000
Nitrogen	- 210	26.000

Contoh soal

Berapakah energi kalor yang diperlukan 5 kg es untuk melebur menjadi air pada titik leburnya, jika kalor lebur es 336.000 J/kg?

Penyelesaian :

Diketahui :  m = 5 kg L = 336.000 J/kg Ditanyakan : Q = …?

Jawab  Q = m x L     = 5 kg x 336.000 J/kg     = 1.680.000 J     = 1,68 x 106 J