KALOR

💡 Pertanyaan Pemantik:

"Mengapa ujung jari kita merasakan dingin saat menyentuh es?"

Rasa dingin ujung jari kita saat menyentuh es disebabkan karena energi panas ujung jari kita berpindah ke es. Dengan kata lain, bagian ujung jari kita kehilangan panas. Perpindahan energi panas tersebut dikarenakan suhu es lebih rendah dibandingkan suhu badan kita.

A. Apa itu Kalor?

📌 Definisi:

Kalor adalah energi yang berpindah karena adanya perbedaan suhu, yaitu berpindah dari zat bersuhu tinggi ke zat bersuhu rendah ketika dua zat tersebut bersentuhan.

Satuan kalor adalah Joule (J). Satuan kalor yang sering digunakan juga yaitu kalori (kal).

1 Joule = 0,24 kalori
atau
1 kalori = 4,2 Joule

Definisi 1 Kalori:

Satu kalori adalah jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram air hingga naik sebesar 1°C.

B. Kalor Mengubah Suhu Zat

Kalor yang diberikan kepada suatu zat dapat meningkatkan suhu zat tersebut. Sebaliknya, jika suatu zat melepaskan kalor, maka suhu zat akan menurun.

Contoh dalam Kehidupan Sehari-hari:

• Memaskan air: Air menjadi lebih panas karena menyerap kalor dari api, sehingga suhu air naik.
• Teh panas yang dibiarkan: Menjadi dingin karena kalor dari teh berpindah ke udara, sehingga suhu teh menurun.

Jumlah kalor yang diperlukan untuk mengubah suhu suatu zat dipengaruhi oleh massa dan kalor jenis zat, secara matematis dirumuskan:

Keterangan:

• Q = kalor (Joule)
• m = massa (kg)
• c = kalor jenis (J/kg°C)
• ΔT = perubahan suhu (°C)

Konsep Penting:

• Kalor jenis adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1°C.
• Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh suatu zat untuk menaikkan suhu 1°C.

📝 Latihan Soal:

Berapakah energi kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan 5 kg es dari suhu -12°C menjadi -2°C, jika kalor jenis es adalah 2100 J/kg°C?

C. Kalor Mengubah Wujud Zat

Kalor dapat menyebabkan zat mengalami perubahan wujud.

• Jika es mencair, itu terjadi karena es menyerap kalor dari lingkungan.
• Jika air membeku menjadi es, itu terjadi karena air melepaskan kalor ke lingkungan.

Fakta Penting:

Selama proses perubahan wujud berlangsung, suhu zat tetap meskipun terus terjadi penyerapan atau pelepasan kalor. Hal ini karena energi digunakan untuk memutus atau membentuk ikatan antarpartikel.

Perubahan zat yang menyerap kalor diantaranya: melebur, menguap, dan menyublim. Sedangkan perubahan zat yang melepaskan kalor diantaranya: mendeposisi/mengkristal, mengembun, dan membeku.

1. Melebur (Padat → Cair)

• Melebur adalah peristiwa perubahan wujud zat padat menjadi zat cair.
• Titik lebur adalah suhu ketika zat padat berubah menjadi zat cair pertama kali.
• Kalor lebur adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk mengubah satu satuan massa zat padat menjadi zat cair.
• Kalor lebur es = 80 kal/g atau 336.000 J/kg

Rumus Kalor Lebur:

Keterangan:

• Q = kalor (J)
• m = massa (kg)
• L = kalor lebur (J/kg)

📝 Latihan Soal:

Hitunglah kalor yang diperlukan untuk meleburkan 5 kg es yang suhunya 0°C menjadi air seluruhnya!

2. Menguap (Cair → Gas)

• Menguap adalah proses perubahan wujud zat cair menjadi gas.
• Kalor uap adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk mengubah satu satuan massa zat cair menjadi gas.
• Kalor uap air = 540 kal/g atau 2.268.000 J/kg

Perbedaan Menguap dan Mendidih:

💨 Menguap

• Terjadi pada suhu sembarang
• Hanya terjadi di permukaan zat cair

🔥 Mendidih

• Terjadi pada suhu tertentu (titik didih)
• Terjadi di seluruh bagian zat cair

Rumus Kalor Uap:

Keterangan:

• Q = kalor (J)
• m = massa (kg)
• U = kalor uap (J/kg)

📝 Latihan Soal:

Hitunglah kalor yang diperlukan untuk mengubah 5 kg air yang suhunya 100°C menjadi uap air seluruhnya!

Cara Mempercepat Penguapan:

1. Memberikan kalor (memanaskan)
2. Memperluas permukaan zat cair
3. Meniupkan udara di atas permukaan zat cair
4. Mengurangi tekanan pada permukaan zat cair

D. Grafik Kalor terhadap Suhu

Grafik berikut ini menggambarkan hubungan antara kalor dan suhu. Misalnya 5 kg es bersuhu -5°C dipanaskan hingga seluruhnya menjadi uap air bersuhu 100°C.

Grafik perubahan kalor dari es (-5°C) hingga menjadi uap air (100°C)

Perhitungan Kalor Total:

Q_total = Q_AB + Q_BC + Q_CD + Q_DE

Q_AB (Es -5°C → 0°C):

Q_AB = m · c_es · ΔT
= 5 kg · 2100 J/kg°C · (0 - (-5))°C
= 52.500 J

Q_BC (Melebur es 0°C):

Q_BC = m · L
= 5 kg · 336.000 J/kg
= 1.680.000 J

Q_CD (Air 0°C → 100°C):

Q_CD = m · c_air · ΔT
= 5 kg · 4200 J/kg°C · (100 - 0)°C
= 2.100.000 J

Q_DE (Menguap air 100°C):

Q_DE = m · U
= 5 kg · 2.268.000 J/kg
= 11.340.000 J

Q_total = 15.172.500 J

E. Azas Black

💧 Azas Black:

Jumlah kalor yang dilepas sama dengan jumlah kalor yang diterima.

Contoh Penerapan:

Ketika sebuah besi panas dicelupkan dalam air dingin, maka suhu besi turun dan sebaliknya suhu air naik. Peristiwa tersebut berlangsung hingga suhu besi dan suhu air menjadi sama atau tercapai keseimbangan termal.

📝 Latihan Soal:

Suhu akhir campuran jika 50 g air bersuhu 0°C ditambahkan dengan 100 g air bersuhu 90°C adalah ....

F. Perpindahan Kalor

Kalor berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Perpindahan kalor dapat melalui tiga cara:

🔥 Konduksi

Perpindahan panas melalui medium tanpa disertai perpindahan partikel-partikel medium tersebut.

Contoh: Batang besi dipanaskan pada salah satu ujungnya, maka ujung lainnya suhunya akan naik.

💨 Konveksi

Perpindahan panas melalui medium disertai perpindahan partikel-partikel medium tersebut. Hanya terjadi pada zat yang mengalir (gas dan cair).

Contoh: Terjadinya angin laut dan angin darat.

☀️ Radiasi

Perpindahan panas tanpa melalui medium (hampa udara).

Contoh: Panas matahari yang sampai ke bumi dan panas api unggun yang kita rasakan.

G. Pemanfaatan Kalor dalam Kehidupan Sehari-hari

Termos

Kegunaan:

Berperan untuk menyimpan zat agar suhunya tetap terjaga dalam jangka waktu tertentu dengan cara mencegah perpindahan kalor secara konduksi, konveksi, maupun radiasi.

Desain Termos:

1. Tutup termos terbuat dari bahan isolator dan kedap → mencegah perpindahan kalor secara konduksi dan konveksi.
2. Ruang hampa di antara dinding → mencegah terjadinya perpindahan kalor secara konduksi dan konveksi.
3. Tabung kaca dilapisi permukaan mengilap (berwarna perak) → mencegah perpindahan panas secara radiasi.
4. Dinding terbuat dari kaca yang merupakan konduktor buruk → mencegah perpindahan kalor secara konduksi.

SOAL LATIHAN

Pilihlah satu jawaban berikut ini yang paling tepat!

Link : Lembar Jawab

Bentuk energi yang dapat berpindah karena ada perbedaan suhu disebut .... suhu kalor kalori potensial

Jika benda A memiliki jumlah kalor yang lebih banyak dibandingkan benda B, maka ketika dua benda tersebut disentuhkan .... kalor benda A akan berpindah ke benda B kalor benda B akan berpindah ke benda A tidak akan terjadi perpindahan kalor pindahnya kalor tidak dapat ditentukan tergantung suhu benda A dan benda B

Jika suatu zat menyerap kalor dan wujud zat itu tetap maka .... suhu zat tersebut naik suhu zat tersebut turun suhu zat tersebut tetap suhunya tetap, ketika berubah wujud suhunya naik

Pernyataan berikut yang tepat berkaitan dengan persitiwa meleburnya es yaitu .... es menyerap kalor, suhunya tetap, es berubah menjadi air es melepas kalor, suhunya tetap, es berubah menjadi air es menyerap kalor, suhunya naik, es berubah menjadi air es melepas kalor, suhunya naik, es berubah menjadi air

Banyakanya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram air sebesar 1°C merupakan pengertian dari .... kalor jenis kalor lebur kalor uap satu kalori

Jika kapasitas kalor suatu benda adalah 4 J/°C, maka .... untuk menaikkan suhu 1 kg benda sebesar 1°C diperlukan kalor 4 J untuk menaikkan suhu benda tersebut sebesar 1°C diperlukan kalor 4 J untuk menaikkan suhu 1 g benda sebesar 1°C diperlukan kalor 4 J untuk mengubah wujud benda tersebut diperlukan kalor 4 J

Kalor lebur sama dengan .... kalor uap kalor beku kalor embun kalor didih

Berikut ini adalah beberapa cara mempercepat penguapan, kecuali .... memberikan kalor memperluas bidang penguapan meniupkan udara di atas permukaan zat cair menambah tekanan di atas permukaan zat cair

Air yang massanya 500 g mula-mula suhunya 25°C kemudian akan dipanasi hingga suhunya 75°C. Jika kalor jenis air adalah 4200 J/kg°C maka kalor yang diperlukan adalah .... 105 J 105 kJ 1050 kJ 1050000 kJ

Benda yang massanya 800 gram dipanaskan dengan kalor sebesar 2080 J sehingga suhunya naik 20 °C. Kalor jenis logam tersebut adalah .... 130 J/kg°C 380 J/kg°C 460 J/kg°C 480 J/kg°C

Perhatikan tabel berikut! Benda Kalor jenis (J/kg°C) aluminium 920 besi 450 tembaga 380 perak 235 Logam X bermassa 4,2 kg dipanaskan hingga suhunya 140°C, kemudian dimasukkan ke dalam 9,2 kg air yang suhunya 30°C. Setelah beberapa saat terjadi keseimbangan, suhu akhir campuran menjadi 40°C. Bila diketahui kalor jenis air 4200 J/kg°C, dapat disimpulkan bahwa jenis logam X adalah …. aluminium besi tembaga perak

Sepotong baja (Cbaja = 450 J/kg°C) bersuhu 28°C dimasukkan ke dalam 100 g air bersuhu 38°C. Suhu campuran menjadi 35°C. Jika kalor jenis air 4200 J/kg°C, massa baja adalah …. 500 g 420 g 400 g 380 g

Metode perpindahan kalor yang paling cepat dalam memindahkan energi kalor adalah .... konduksi konveksi radiasi evaporasi

Zat cair yang dipanaskan akan menyebabkan massa jenisnya berubah seiring dengan meningkatnya suhu. Hal tersebut yang menyebabkan kalor dapat dipindahkan ke seluruh bagian zat cair. Metode perpindahan kalor dan perubahan massa jenis ketika zat cair dipanaskan yaitu .... konduksi, massa jenis zat cair meningkat konduksi, massa jenis zat cair menurun konveksi, massa jenis zat cair meningkat konveksi, massa jenis zat cair menurun

Pada bagian termos terdapat bagian ruang hampa yang berperan .... mengurangi perpindahan kalor secara konduksi mengurangi perpindahan kalor secara konveksi mengurangi perpindahan kalor secara radiasi mengurangi perpindahan kalor secara konduksi dan konveksi