KALOR

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.

Daftar isi

• Definisi kalor
• Kalor mengubah suhu zat
• Kalor mengubah wujud zat
• Grafik kalor terhadap suhu
• Azas Black
• Perpindahan kalor
• Pemanfaatan kalor
• Soal latihan

Definisi Kalor

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, satuan kalor yang sering digunakan juga yaitu kalori.

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

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

Kalor Mengubah Suhu Zat

Secara umum jika suatu zat menyerap kalor maka suhunya akan naik. Sedangkan jika suatu zat melepaskan kalor suhunya akan turun. Ketika zat menyerap atau melepaskan kalor disertai perubahan wujud zat, kalor berperan untuk mengubah jarak antar molekul penyusunnya sehingga suhu zat tersebut tidak berubah atau konstan.

Jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu 1°C dengan massa yang sama untuk setiap zat berbeda-beda. Karena setiap zat memiliki kalor jenis yang berbeda.

Kalor jenis adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1°C.

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

Q = m ·c· ∆T

Keterangan :

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

Banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh suatu zat untuk menaikkan suhu 1°C disebut kapasitas kalor.

Secara matematis kapasitas kalor dirumuskan :

Keterangan :

• Q = kalor (J)
• C = kapasitas kalor (J/°C)
• ∆T = perubahan suhu (°C)

Soal :

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

Kalor Mengubah Wujud Zat

Perubahan wujud es menjadi air terjadi ketika suhu di lingkungannya lebih tinggi dari es, sehingga kalor dari lingkungan diserap es. Sebaliknya perubahan air menjadi es terjadi ketika suhu lingkungannya lebih rendah, sehingga air kehilangan atau melepas kalor ke lingkungannya.

Peristiwa tersebut membuktikan bahwa kalor dapat menyebabkan wujud zat berubah. Pada proses perubahan wujud, suhu zat tidak berubah atau konstan.

Macam-macam perubahan wujud zat

1. Melebur
• Melebur adalah peristiwa perubahan wujud zat padat menjadi zat cair.
• Suhu ketika zat padat berubah menjadi zat cair pertama kali disebut titik lebur.
• Banyaknya kalor yang diperlukan untuk mengubah satu satuan massa zat padat menjadi zat cair disebut kalor lebur.
Kalor lebur es = 80 kal/g atau 336.000 J/kg.
• Rumus kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud padat menjadi zat cair :

Q = m • L

Keterangan :

• Q = kalor (J)
• m = massa (kg)
• L = kalor Lebur (J/kg)
Soal :

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



2. Menguap
• Menguap adalah proses perubahan wujud zat cair menjadi gas.
• Perbedaan menguap dan mendidih :
Menguap bisa terjadi pada suhu sembarang sedangkan mendidih terjadi pada suhu tertentu yang merupakan titik didih zat.
Saat menguap perubahan zat cair menjadi gas hanya terjadi pada permukaan zat cair, sedangkan pada saat mendidih perubahan wujud zat cair menjadi gas terjadi pada seluruh bagian zat cair.
• Banyaknya kalor yang diperlukan untuk mengubah satu satuan massa zat cair menjadi zat gas disebut kalor uap.
Kalor uap air = 540 kal/g atau 2.268.000 J/kg.
• Rumus kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud zat cair menjadi zat gas :

Q = m • U

Keterangan :

• Q = kalor (J)
• m = massa (kg)
• U = kalor Uap (J/kg)
Soal :

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



• Cara mempercepat penguapan zat cair :
1. memberikan kalor
2. memperluas permukaan
3. meniupkan udara di atas permukaan zat cair
4. mengurangi tekanan pada permukaan zat cair


3. Menyublim
4. Mendeposisi atau mengkristal
5. Mengembun
6. Membeku

Perubahan zat yang menyerap kalor diantaranya : melebur, menguap, dan menyublim.

Perubahan zat yang melepaskan kalor diantaranya : mendeposisi atau mengkristal, mengembun, dan membeku.

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.

Untuk menghitung jumlah kalor yang dibutuhkan :

Q_total = Q_AB + Q_BC + Q_CD + Q_DE

• Q_AB = m c_es ∆T
Q_AB = 5 kg · 2100 J/kg°C · (0 - (-5))°C = 52.500 J
• Q_BC = m L
Q_BC = 5 kg · 336.000 J/kg = 1.680.000 J
• Q_CD = m c_air ∆T
Q_CD = 5 kg · 4200 J/kg°C · (100 - 0)°C = 2.100.000 J
• Q_DE = m U
Q_DE = 5 kg · 2.268.000 J/kg = 11.340.000 J

Q_total = 15.172.500 J

Azas Black

Azas Black menyatakan bahwa jumlah kalor yang dilepas sama dengan jumlah kalor yang diterima.
Dirumuskan :

Q_lepas = Q_terima

Misalnya 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.

Soal :

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

Perpindahan Kalor

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

1. Konduksi
Konduksi adalah perpindahan panas melalui medium tanpa disertai perpindahan partikel-partikel medium tersebut.
Misalnya : batang besi dipanaskan pada salah satu ujungnya, maka ujung lainnya suhunya akan naik.
2. Konveksi
Konveksi adalah perpindahan panas melalui medium disertai perpindahan partikel-partikel medium tersebut. Konveksi hanya terjadi pada zat yang mengalir seperti zat gas dan zat cair.
Misalnya : terjadinya angin laut dan angin darat.
3. Radiasi
Radiasi adalah perpindahan panas tanpa melalui medium.
Misalnya : panas matahari yang sampai ke bumi dan panas api yang kita rasakan ketika berada di dekat api unggun.

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.

Design Termos :

1. Tutup termos terbuat dari bahan isolator dan kedap, berperan untuk mencegah perpindahan kalor secara konduksi dan konveksi.
2. Terdapat ruang hampa yang berperan untuk mencegah terjadinya perpindahan kalor secara konveksi.
3. Tabung kaca bagian dalam dilapisi permukaan yang mengilap (berwarna perak) untuk mencegah perpindahan panas secara radiasi.
4. Dinding terbuat dari kaca yang merupakan konduktor buruk sehingga dapat mencegah perpindahan kalor secara konduksi.

Soal Latihan

Pilihlah salah satu jawaban berikut yang paling tepat!

1. Bentuk energi yang dapat berpindah karena ada perbedaan suhu disebut ....
1. suhu
2. kalor
3. kalori
4. potensial

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

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

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

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

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

7. Kalor lebur sama dengan ....
1. kalor uap
2. kalor beku
3. kalor embun
4. kalor didih

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

9. 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 ....
1. 105 J
2. 105 kJ
3. 1050 kJ
4. 1050000 kJ

10. Benda yang massanya 800 gram dipanaskan dengan kalor sebesar 2080 J sehingga suhunya naik 20 °C. Kaor jenis logam tersebut adalah ....
1. 130 J/kg°C
2. 380 J/kg°C
3. 460 J/kg°C
4. 480 J/kg°C

11. 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 ….

1. aluminium
2. besi
3. tembaga
4. perak

12. Sepotong baja (C_baja = 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 ….
1. 500 g
2. 420 g
3. 400 g
4. 380 g

13. Metode perpindahan kalor yang paling cepat dalam memindahkan energi kalor adalah ....
1. konduksi
2. konveksi
3. radiasi
4. evaporasi

14. 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 ....
1. konduksi, massa jenis zat cair meningkat
2. konduksi, massa jenis zat cair menurun
3. konveksi, massa jenis zat cair meningkat
4. konveksi, massa jenis zat cair menurun

15. Pada bagian termos terdapat bagian ruang hampa yang berperan ....
1. mengurangi perpindahan kalor secara konduksi
2. mengurangi perpindahan kalor secara konveksi
3. mengurangi perpindahan kalor secara radiasi
4. mengurangi perpindahan kalor secara konduksi dan radiasi

Soal Latihan OSK

Pilihlah salah satu jawaban berikut yang paling tepat!

1. Berikut ini beberapa pernyataan mengenai kalor dan suhu pada saat membeku.
1. selama suatu zat membeku, zat itu melepaskan kalor dan suhunya turun
2. selama suatu zat membeku, zat itu melepaskan kalor dan suhunya tetap
3. selama suatu zat membeku, zat itu menyerap kalor dan suhunya turun
4. selama suatu zat membeku, zat itu menyerap kalor dan suhunya tetap

Pernyataan yang benar adalah ....

1. 1
2. 2
3. 3
4. 4
OSK 2008 (edited)

2. Grafik berikut ini disebut sebagai diagram P-T untuk suatu zat.

P adalah tekanan pada zat dan T adalah suhu mutlak zat tersebut. Berdasarkan diagram P-T tersbut, jika tekanan diperbesar, maka ....

1. titik lebur dan titik beku turun, titik didih dan titik embun turun
2. titik lebur dan titik beku turun, titik didih dan titik embun naik
3. titik lebur dan titik beku naik, titik didih dan titik embun turun
4. titik lebur dan titik beku naik, titik didih dan titik embun naik
OSK 2008

3. Zat cair bersuhu 20°C dan titik didihnya 120°C dipanaskan melampaui titik didihnya. Jika kalor jenis zat cair tersebut 3000 J/kg°C. maka kalor upanya adalah ....
1. 6,67 x 10⁷ kJ/kg
2. 1,50 x 10⁷ kJ/kg
3. 7,50 x 10⁷ kJ/kg
4. 3,00 x 10⁷ kJ/kg
OSK 2008

4. Apabila pada tekanan udara 1 atm 10 gram es dengan suhu 0°C dicampur dengan suhu 0°C dicampur dengan 20 gram air dengan suhu 0 °C, maka pada akhirnya akan diperoleh ....
1. suhu campuran 0°C, 10 gram es dan 20 gram air
2. suhu campuran 0°C, 30 gram air
3. suhu campuran 0°C, 30 gram es
4. suhu campuran 0°C, 10 gram es dan 20 gram air
OSK 2008

5. Bahan makanan yang dimasak di gunung yang tinggi akan lebih sulit matang karena ....
1. suhu api tidak dapat mencapai panci
2. panci sulit menjadi panas
3. panci sulit menjadi panas
4. air mendidih pada suhu kurang dar 100°C
OSK 2008

6. Sebuah bola terbbuat dari alumunium bertemperatur 80°C dimasukkan ke dalam wadah berisi 100 g air bertemperatur 25°C. Sebuah bola lain terbuat dari tembaga dengan massa dan temperatur mula-mula sama dengan bola alumunium, dimasukkan ke dalam wadah lain berisi 100 gram air bertemperatur 25°C. Jika diketahui panas jenis alumunium dan panas jenis tembaga berurutan adalah 0,22 kal/g°C dan 0,093 kal/g°C, maka pernyataan berikut yang benar adalah ....
1. tembaga lebih cepat dingin daripada alumunium
2. alumunium lebih cepat dingin daripada tembaga
3. alumunium dan tembaga mendingin sama cepat
4. air panas lebih cepat dingin daripada alumunium dan tembaga
OSK 2008