RINGKASAN MATERI
KALOR, PERUBAHN WUJUD DAN PERPINDAHAN KALOR
A. KALOR (PANAS)
Tanpa disadari, konsep kalor sering kita alami dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya kita
mencampur yang terlalu panas dengan air yang lebih dingin. Saat itu campuran dari airakan turun
temperaturnya menjadi hangat saja. Dari peristiwa itu kita bias mengatakan bahwa ada
“sesuatu”
yang hilangdari air panas, dan pingah ke air yang dingin.
disebit dengan kalor.
Kalor tidak lain adalah
zat yang
lebih besar bila massa zat yang dipanaskan lebih banyak.
“Sesuatu” inilah yang dalam fisikaenergi, yang berpindah dari zat yang temperaturnya lebih tinggi, ketemperaturnya lebih rendah. Untuk kenaikan suhu yang sama, dibutuhkan kalor yang
Q
m
Setip zat membutuhkan jumlah kalor yang berbeda untuk menaikkan suhunya. Besaran yang
mempengaruhi suatu zat dalam menerima kalor untuk menaikkan suhunya ini dikenal dengan
nama
kalor jenis, dengan lambing c dan satuan J/kg 0C
Q
c
Jika dituliskan dalam bentuk persamaan, akan diperoleh persamaan
Q
= mcDT
Dimana Q = kalor yang diberikan ( Joule )
m = massa benda ( kg )
c = kalor jenis benda ( J/kg
0C )
= suhu akhir – suhu mula-mula
1 Joule = 0,24 kalori
1 kalori = 4,2 Joule
T = kenaikan suhu benda ( 0C )
A.1. Kalor Jenis dan Kapasitas Kalor
Kalor jenis
dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1
dirumuskan sbb:
adalah sifat khusus suatu zat yang menggambarkan jumlah kalor yang0C. Secara matematis, kalor jenis dapat
m T
Q
c
D
=
Kapasitas kalor
adalah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu zat sebesar 1
0
C
t
Q
C
= ; C = mC
Q = jumlah kalor ( Joule )
C = kapasitas kalor ( J /
0C )
T = kenaikan suhu ( 0C )
A.2. Azas Black
Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi bersifat kekal. Joseph Blach
menyimpulkan bahwa kalor yang dilepaskan suatu zat akan sama kalor yang diterima oleh zat
lain. Hukum kekekalan energi inilah yang dikenal sebagai
azas Black.
Q
lepas = Q terima
Misalkan suhu air panas
massanya
suhu. Dengan mengabaikan pertukaran kalor dengan wadah dan kalor yang terbuang ke
lingkungan, dapat dituliskan persamaan :
Kalor yang dilepaskan air panas
T1, massnya m1, sedangkan air dingin memiliki suhu T2, danm2. Suhu campuran adalah x dan kalor jenis zat diasumsikan tidak berubah terhadap:
Q
1 = m1 c T
Q
1 = m1 c ( T1 – x )
Kalor yang diterima air dingin :
Q
2 = m2 c T
Q
2 = m2 c ( x – T2 )
1 1
1 1 1
m m
T m Tm
x
+
+
=
dimana x adalah suhu campuran
B. PERUBAHAN WUJUD
Suatu zat dapat berubah wujud melalui proses tertentu, seprti ditunjukkan dalam gambar berikut :
GAS
PADAT CAIR
1. Kalor Lebur dan Kalor Beku
Kalor lebur adalah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk meleberkan 1 kg zat padat menjadi
cair pada titik leburnya. Kalor beku adalah kalor yang dilepaskan pada saat 1 kg zat cair
membeku menjadi 1 kg zat padat pada titik bekunya. Kalor lebur mempunyai harga yang sama
dengan kalor beku
Q = m L
f dimana Lf adalah kalor lebur zat, satuannya J/kg
2. Kalor Uap
Kalor uap adalah kalor yang dibutuhkan untuk menguapkan suatu zat pada titik didihnya.
Kalor uap sama dengan kalor didih.
Q = m L
v dimana Lv adalah kalor uap, satuannya J/kg
3. Grafik Suhu dan Kalor
T (
Fase gas (uap) ( Q
125
D E
100 —————————— ————ttik didih ( Q
75
Fase cair (air) ( Q
50
25
B C
0 —— ———————————-titik lebur ( Q
Fase padat (es) (Q
-25 A Waktu ( s )
Gambar di atas menunjukkan grafik suhu-kalor ketika sejumlah massa tertentu es yang
suhunya di bawah 0
Hal yang harus diperhatikan adalah kalor jenis yang digunakan untuk tiap bagian grafik yang
mengalami kenaikan suhu. Dari A ke B wujud zat es, sehingga kalor jenis yang digunakan pada
rumus
sehingga kalor jenis yang digunakan adalah
wujud zat adalah uap, sehingga kalor jenis yang digunakan adalah
0C ) F5 )4 )3 )2 )1 )0C dipanaskan (diberi kalor).Q = m c T adalah kalor jenis es, yaitu c = 2100 J/kg K. Dari C ke D wujud zat adalah airkalor jenis air, yaitu c = 4200 J/kg K. Dari E ke F,kalor jenis uap = 2010 J/kg K.
Untuk memahami analisis grafik suhu terhadap kalor diberikan persamaan yang berlaku pada tiap
bagian.
Proses dari A ke B
dan dari C ke D
Karena ada perubahan suhu maka persamaan yang digunakan adalah :
Q = m c
T……………….sebagai Q1 dan Q3
Q : kalor yang dibutuhkan ( J )
m : massa zat ( kg )
T: perubahan suhu ( 0C )
T = TB - TA dan T = TD - TC
Proses dari B ke C
Karena tidak ada perubahan suhu maka persamaan yang digunakan adalah
Q = m L
f…………… sebagai Q2
Dimana L
f adalah kalor beku
Proses dari D ke E
Karena tidak ada perubahan suhu maka persamaan yang digunakan adalah
Q = m L
v…………… sebagai Q4
L
Jadi untuk analisis grafik akan diperoleh persamaan :
v adalah kalor uap.
Q
total = Q1 + Q2 + Q3 + Q4
C. PERPINDAHAN KALOR
Di SMP telah dipelajari bahwa ada 3 cara perpindahan kalor, yaitu ;
1. konduksi
2. konveksi
3. radiasi
1. Perpindahan Kalor Secara Konduksi
Perpindahan kalor secara konduksi adalah perpindahan kalor yang tidak disertai perpindahan
partikel. Perpindahan kalor secara konduksi dapatterjadi dalam dua proses berikut :
a. Pemanasan pada satu ujung zat menyebabkan partikel-partikel pada ujung itu bergetar
lebih cepat dan suhunya naik, atau energi kinetiknya bertambah. Proses perpindahan kalor
seperti ini berlangsung lambat karena untuk memindahkan lebih banyak kalor diperlukan
beda suhu yang tinggi diantara kedua ujung.
b. Dalam logam kalor dipindahkan melalui electron-elektron bebas yang terdapat struktur
atom logam. Karena electron bebas mudah berpindah, pertambahan energi ini dengan
cepat dapat diberikan ke electron-elektron lain yang letaknya lebih jauh melalui
tumbukan. Dengan cara ini kalor berpindah lebuh cepat.
Faktir-faktor yang mempengaruhi laju kalor konduksi :
1. Beda suhu antara kedua permukaan,
perpindahan kalor
2. Ketebalam dinding, d; makin tebal dinding, makin pelan perpindahan kalor
3. Luas permukaan, A; makin luas permukaan makin cepat perpindahan kalor
4. Konduktivitas termal zat, k; merupakan kemampuan zat menghantarkn kalor, makin besar
nilai k, makin cepat perpindahan kalor.
Secara matematis, banyak kalor Q yang melalui dinding selama selang waktu t, dinyatakan :
T = T2 – T1; makin besar beda suhu, makin cepat
d
kA T
t
Q
=
D
Bagaimana jika perpindahan kalor terjadi pada sambungan dua batang logam yang berbeda
jenis ?
Misalnya dua batang logam berbeda jenis dengan luas penampang sama, salah satunya
dihubungkan.
T
1 sambungan, Suhu T T2
tenbaga aluminium
k1 k2
L
1 L2
Secara matematis ;
t
Q
t
Q
1 2 =
L
kA t
L
kA T
=
D
D
2.
Perpindahan Kalor Secara Konveksi
Proses perpindahan kalor dari satu bagian fluida ke bagian lainfluida oleh pergerakan fluida
itu sendiri dinamakan
adalah cerobong asap, lemari es.
Laju kalor Q/t ketika sebuah benda panas memindahkan kalor ke fluida sekitarnya secara
konveksi adalah sebanding dengan luas permukaan A yang bersentuhan dengan fluida dan beda
suhu
konveksi. Contoh pemanfaatan konveksi dalam kehidupan sehari-hariT di antara benda dan fluida. Secara matematis ditulis:
hA t
t
Q
= D
3 Perpindahan Kalor Secara Radiasi
Radiasi adalah perpindahan energi kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Menurut
Hukum Stefan-Boltzmann yang berbunyi :
hitam dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu ( Q/t ) sebanding dengan luas permukaan
( A ) dan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan itu ( T
Secara matematis ditulis :
energi yang dipancarkan oleh suatu permukaan4 ).
4
t
Q
AT
=
s
Tetapan
nilai
( dibaca sigma ) dikenalsebagai tetapan Stefan-Boltzmann dan dalm SI mempunyai
= 5,67 x 10-8 W m-2 K-4
Tidak semua benda dapat dianggap sebagai benda hitam sempurna, maka persamaan Stefan-
Boltzmann untuk setiap benda dapat ditulis:
4
t
Q
e AT
=
s
Dengan e adalah koefisien emisivitas. Emisivitan tidak memiliki satuan dan nilainya antara 0
sampai 1
sempurna
hampirannya adalah e = 0,98
(0 £ e £ 1) danbergantung pada jenis zat dan keadaan permukaan. Untuk benda hitammemiliki e = 1 dan e untuk tubuh manusia bergantungwarna kulit tetapi milai
