Pada musim kemarau di siang, udara disekitar sungguh membuat gerah. Hal sebaliknya juga terjadi pada musim penghujan. Udara sangat dingin sampai-sampai kita harus mengenakan jaket tebal untuk menjaga suhu tubuh kita. Sebenarnya jaket tidak menjaga suhu tubuh tapi menghambat kalor keluar ke udara bebas.
Lantas apa itu Kalor? Kenapa kalor penting untuk dipelajari?
Kalor
Cobalah kalian mendekati salah satu jendela yang
ada di kelas pada waktu siang hari yang terik. Pilihlah
posisi di dekat jendela di mana sinar Matahari
paling optimal ditangkap oleh kulit tangan kalian.
Apakah kalian merasakan panas? Mengapa kulit
kalian merasakan panas? Mengapa sinar Matahari
pada siang hari menyebabkan kulit terasa panas?
Apa yang dihantarkan atau dibawa sinar Matahari
sehingga menyebabkan kulit terasa panas?
Perbedaan Suhu dan Kalor
Selain percobaan sederhana di atas, kalian mungkin
pernah berdiri atau duduk-duduk bersama teman di
dekat api unggun lalu badan kalian terasa hangat?
Mengapa bisa demikian? Ketika itu energi yang
menyebakan panas yang dibawa oleh sinar Matahari
maupun api unggun mengalir ke kulit kalian.
Energi tersebut mengalir dari benda bersuhu
tinggi (api unggun) ke benda bersuhu rendah (kulit).
Energi tersebut dikenal sebagai kalor. Kalor secara
alamiah mengalir dari benda bersuhu lebih tinggi
(panas) ke benda yang bersuhu lebih rendah (dingin).
Kalor tidak sama dengan suhu. Suhu adalah sifat
suatu benda yang muncul setelah diberikan energi
kalor. Terlepas benda tersebut suhunya menjadi
tinggi atau tidak.
Kalor diukur dalam satuan kalori. Satu kalori
adalah jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk
menaikkan suhu 1 0
C dari 1 gram air. Satuan kalor
dalam SI adalah Joule. Satu kalori sama dengan
4,184 Joule, dan sering dibulatkan menjadi 4,2 Joule.
Kenapa Benda yang Berbeda Nilai Suhunya Tidak Sama Ketika Diberikan Kalor yang Sama?
Pernahkah kalian memperhatikan di siang hari
yang begitu terik, air yang berada di kolam, sungai
atau danau tetap terasa dingin? Sedangkan aspal di
jalan terasa begitu panas? Padahal mendapatkan
terik Matahari yang sama. Mengapa bisa demikian?
Apakah masing-masing benda atau zat memiliki
kemampuan menyerap kalor yang berbeda-beda?
Air termasuk zat yang memiliki kalor jenis
tinggi yang dapat menyerap banyak energi kalor
dengan hanya sedikit perubahan suhu. Apa itu
kalor jenis? Kalor jenis adalah jumlah energi panas
yang diperlukan oleh 1 kg bahan tertentu untuk
menaikkan suhunya sebesar 1 Kelvin.
Setiap bahan atau zat memiliki kalor jenis
yang berbeda. Satuan kalor jenis adalah Joule per
kilogram per Kelvin [J/ (kg. K)], atau dalam Joule per
kilogram per derajat Celsius [J/ (kg. 0
C)]. Mengapa bisa sama? Hal ini dikarenakan bahwa perubahan
suhu 1 Kelvin sama dengan 1 derajat Celsius.
Menurut kalian kenapa masing-masing benda
bisa memiliki kalor jenis yang berbeda-beda?
Apakah ada hubungannya dengan atom-atom atau
molekul benda atau zat tersebut?
Tabel 3.1 menunjukkan bahwa kalor jenis
air lebih tinggi dibandingkan dengan kalor jenis
beberapa bahan lainnya. Air, alkohol dan bahanbahan lain yang memiliki kalor jenis tinggi dapat
menyerap banyak energi panas dengan sedikit
perubahan suhu.
Bagaimana Menghitung Besar Kalor?
Keluarga kalian memiliki daging sapi mentah yang
begitu banyak. Daging tersebut tidak akan habis
dimasak dan dimakan oleh keluarga kalian sampai dua
hari. Orang tua kalian kemudian menyimpannya di
dalam lemari es agar daging tersebut awet. Informasi
apa yang diperlukan oleh orang tua kalian agar
penyimpanan daging tersebut sesuai yang diharapkan?
Adakah hubungannya dengan suhu dan kalor?
Pada suhu berapa daging sapi tersebut di
simpan di lemari es agar tetap awet selama beberapa
hari? Bagaimana kita dapat mengetahui energi panas
yang dilepaskan untuk mendapatkan suhu tersebut?
Penurunan suhu karena disebabkan lepasnya kalor
pada suatu benda tidak dapat diukur secara langsung.
Sekarang anggap saja daging sapi tersebut
10 kg dan suhu ruang adalah sekitar 27 o
C. Agar
daging tersebut membeku diperlukan suhu sebesar
–10 o
C. Kalian dan orang tua kalian sebenarnya
sudah memiliki cukup informasi untuk menemukan
kalor yang dikeluarkan oleh daging menggunakan
persamaan di bawah ini.
m adalah massa daging, c adalah kalor jenis daging,
dan Δ (baca: delta) berarti “perubahan,” jadi “delta
T” adalah perubahan suhu. “Perubahan” yang
ditunjukkan oleh Q, merupakan simbol perubahan
energi panas (benda menerima kalor atau melepas
kalor).
ΔT = Takhir – Tawal
Apabila delta T positif, Q juga positif. Ini
berarti bahwa benda mengalami kenaikan suhu dan
mendapat energi panas (menerima kalor). Apabila
delta T negatif, Q juga negatif. Benda kehilangan
energi panas (melepas kalor) dan mengalami
penurunan suhu.
Pada kasus daging sapi di atas adalah peristiwa
melepas energi panas. Ayo kita hitung kalor yang
dilepaskan daging sapi tersebut. Langkah-langkah
penyelesaian yang dapat kalian lakukan adalah
sebagai berikut.
Untuk membekukan daging hingga suhu
–10°C diperlukan energi sebesar 1.295 kJ. Besar
energi tersebut dapat dikonversi menjadi besaran
energi listrik, sehingga kalian mengetahui berapa
besar listrik yang diperlukan pada lemari es yang
diperlukan untuk membekukan daging sapi tersebut.
Perpindahan Kalor
Pada Aktivitas 3.3. kalian telah mendapati bahwa
nyala masing-masing batang korek berbeda-beda.
Mengapa bisa terjadi demikian? Apakah kalian
menemukan perpindahan kalor dari api lilin ke
ujung batang korek? Bagaimanakah cara kerjanya?
Jika kalian perhatikan lebih teliti pada percobaan
Aktivitas 3.3 terdapat beberapa cara perpindahan
kalor yang terjadi. Pada dasarnya kalor berpindah
melalui tiga cara yang disebut sebagai konduksi,
konveksi dan radiasi.
Berikut akan diuraikan ketiga cara perpindahan
kalor tersebut. Coba pahami dengan seksama
perbedaan di antara ketiganya.
a. Konduksi
Saat Ibu kalian menyetrika baju, bagian bawah setrika
yang panas bersentuhan langsung dengan kain. Kalor
berpindah dari bagian bawah setrika yang terbuat dari
logam ke kain. Perpindahan kalor seperti ini disebut
konduksi. Perhatikan mekanisme perpindahan kalor
secara konduksi pada Gambar 3.9.
Bahan yang mampu menghantarkan panas
dengan baik disebut konduktor. Bahan yang
menghantarkan panas dengan buruk disebut
isolator. Seperti pada bagian bawah setrika, bahan
logam termasuk konduktor. Kayu dan plastik
termasuk isolator.
Berbagai peralatan rumah tangga yang
memanfaatkan sifat konduktivitas bahan, terlihat
pada Gambar 3.10 berikut ini.
b. Konveksi
Telah kita ketahui bahwa air merupakan bahan
isolator. Namun, ketika memasak air, setelah bagian
bawah panci dipanaskan beberapa saat, ternyata
permukaan air juga ikut panas bahkan mendidih.
Hal tersebut menunjukkan bahwa air dapat menjadi
konduktor panas ketika diberikan kalor yang cukup.
Berarti, ada cara perpindahan panas yang berbeda
dari yang sebelumnya atau konduksi. Perpindahan
kalor yang seperti itu dikenal sebagai konveksi.
Saat air bagian bawah mendapatkan kalor dari
pemanas, kumpulan partikel air memuai sehingga
menjadi lebih ringan dan bergerak naik, digantikan
dengan partikel air dingin (yang lebih berat) dari
bagian atas. Dengan cara ini, panas dari air bagian
bawah berpindah bersama aliran air menuju bagian
atas. Proses perambatan energi panas pada air
tersebut ini disebut konveksi. Pola aliran partikel air
tersebut membentuk arus konveksi
Konveksi adalah perpindahan kalor dari satu
bagian ke bagian yang lain bersama dengan gerak fisik
dari partikel-parikel bendanya. Konveksi juga dapat
terjadi pada aliran udara panas atau asap yang dihasilkan
oleh nyala api. Ingatkah kalian saat membakar kayu
ketika api unggun? Asap dari hasil pembakaran kayu
tersebut membuat suhu udara di atasnya menjadi lebih
panas.
c. Radiasi
Saat kalian bermain bersama kawan di tengah
hari yang cerah, kalian merasakan panasnya
Matahari pada wajah kalian. Bagaimana kalor yang
dipancarkan Matahari dapat sampai ke wajah kalian?
Bukankah jaraknya berjuta-juta kilometer dan
melewati ruang hampa udara? Dalam ruang hampa
tidak ada materi yang dapat memindahkan kalor
secara konduksi dan konveksi. Jadi, perpindahan
kalor dari Matahari sampai ke Bumi dengan cara
lain. Cara tersebut dinamakan radiasi. Radiasi
adalah perpindahan kalor tanpa membutuhkan zat
perantara atau medium.
