Kalor: Pengertian, Rumus & Contoh Soal

Dalam kehidupan sehari-hari seringkali dua benda atau zat yang memiliki suhu berbeda dicampur ke satu tempat hingga suhu campuran tersebut menjadi sama. Suhu akhir ini besarnya tentu berada di antara suhu benda yang rendah dan tinggi. Fenomena ini merupakan salah satu prinsip kalor dalam kehidupan.

Pengertian Kalor

Kalor adalah suatu bentuk atau wujud dari energi termal yang dipindahkan dari suatu benda yang memiliki suhu lebih tinggi ke benda lainnya yang memiliki suhu lebih rendah. Energi termal ini berbentuk sebagai energi kinetik atom atau molekul bahan.

Kuantitas kalor atau Q sering dituliskan dengan satuan kalori atau cal. Selain satuan kalori, kalor juga menggunakan satuan Joule (J) yang diambil dari nama seorang ilmuwan fisika James Joule.

Joule melakukan percobaan tentang energi yang menimbulkan kalor pada sebuah wadah tertutup yang di dalamnya terdapat air dan juga benda yang jatuh serta berotasi oleh pengaduk.

Benda yang jatuh ke air melakukan sejumlah kerja pada air yang bermassa m sehingga air pun mengalami kenaikan suhu sebesar ∆T. Dari sini dapat didefinisikan bahwa kalor merupakan proses transfer energi dari satu benda atau zat ke benda atau zat yang lain dengan diikuti oleh perubahan suhu benda tersebut.

Perpindahan Kalor 

• Konduksi

Perpindahan kalor secara konduksi merupakan proses perpindahan energi termal melalui interaksi antara molekul maupun atom-atom meskipun atom dan molekul tersebut tidak berpindah. Umumnya perpindahan kalor secara konduksi terjadi pada benda padat.

Contoh peristiwa konduksi adalah sebatang logam bagian ujungnya dipanaskan sementara ujung logam lainnya hanya dipegang saja. Semakin lama, ujung logam yang dipegang akan terasa panas karena kalor dari ujung logam lainnya berpindah meskipun partikel logamnya tidak berpindah.

Perpindahan kalor secara konduksi disebabkan adanya perbedaan suhu di kedua ujung batang yang menyebabkan energi termal terus dikonduksikan dari ujung yang panas menuju ujung yang lebih dingin. Laju perubahan suhu di sepanjang batang ∆T/∆I disebut gradient suhu.

Untuk menghitung jumlah kalor yang dipindahkan secara konduksi melalui batang tersebut per satuan waktu bisa menggunakan rumus berikut:

I = ∆Q/∆t

I = k x A x (∆T/∆x)

Keterangan:

I = Arus termal dengan satuan Watt (J/s)
∆Q = Kalor yang berpindah melalui proses konduksi (Joule)
∆t = waktu untuk energi termal berpindah melalui batang penghantar (s)
∆x = panjang batang penghantar (m)
∆T = beda suhu di masing-masing ujung batang penghantar (K)
k = Konstanta kesebandingan atau koefisien konduktivitas termal (W/m.K)
A = Luas permukaan batang penghantar (m²)

• Konveksi

Ketia air yang ada di dalam wadah dipanaskan maka partikel air yang ada di dasar wadah akan menerima kalor dari kompor terlebih dahulu sehingga suhu air di dalam wadah tersebut pun naik. Partikel air yang berada di bawah dan bersuhu lebih tinggi akan naik ke atas karena massa jenisnya yang lebih kecil.

Partikel bersuhu lebih rendah (dingin) memiliki massa jenis lebih besar sehingga akan turun ke bawah mengisi tempat air dengan suhu lebih tinggi yang sudah naik ke atas. Proses ini terus terjadi sehingga seluruh air di dalam wadah akan panas. Perpindahan kalor ini disebut perpindahan secara konveksi.

I = ∆Q/∆t

I = h x A x (∆T/∆x)

Keterangan:

h = koefisien konveksi (W/m².K)

• Radiasi

Pancaran cahaya dari matahari yang sampai hingga ke bumi merupakan bentuk radiasi. Radiasi sendiri merupakan perpindahan kalor dari permukaan benda dalam bentuk gelombang elektromagnetik.

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang bisa merambat tanpa membutuhkan medium atau zat perantara.

P = eσAT⁴

Keterangan:

P = Daya yang diradiasi (W)
e = emisivitas benda
σ =Konstanta Stefan (5,6703 x 10ˉ⁸ W/m².K⁴)

Rumus Kalor

Untuk menghitung jumlah kalor serapan benda berdasarkan pertambahan suhu, massa dan juga kalor jenis zat tersebut digunakan persamaan di bawah ini:

Q = m x c x ∆T

Keterangan:

c = kalor jenis benda (J/kg.K)
Q = Kalor (Joule)
m = massa benda (kg)
∆T = perubahan suhu (K)

Satuan kalor bisa menggunakan Joule dan kalori. Hubungan antara satuan kalori dan Joule adalah:

1 Kalori = 4,184 Joule atau bisa juga dibulatkan menjadi 4,2 Joule.

Asas Black

Bunyi Asas Black yakni kalor yang diberikan oleh benda dengan suhu tinggi nilainya sama dengan kalor yang diterima oleh benda bersuhu rendah.

Qserap = Qlepas

Rumus Kapasitas Kalor & Kalor Jenis

1. Kalor Jenis

Saat suatu benda dipanaskan, maka jumlah kalor yang dibutuhkan untuk bisa menaikkan suhu benda tersebut bergantung kepada jenis zat atau bendanya, jumlah massa airnya serta nilai kenaikan suhu zat tersebut.

Untuk memanaskan suatu benda tertentu, maka jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu zatnya akan sebanding dengan massa dan kenaikan suhunya. Apabila suatu benda memiliki massa sebesar m maka untuk bisa menaikkan suhunya sebesar ∆T dibutuhkan kalor sebesar Q:

Q ∞ m. ∆T

Kalor jenis berbicara mengenai jumlah kalor yang dibutuhkan untuk dapat menaikkan suhu 1 kg suatu benda sebesar 1 K. Setiap benda memiliki kemampuan yang berbeda dalam menyerap kalor. Semakin besar kalor jenis benda, artinya semakin besar pula kemampuan dari benda tersebut untuk menyerap kalor.

Untuk menghitung kalor jenis bisa menggunakan persamaan berikut:

c = Q/(m x ∆T)

2. Kapasitas Kalor

Istilah lain yang banyak digunakan selain kalor jenis adalah kapasitas kalor. Kapasitas kalor adalah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menambah suhu suatu zat atau benda sebesar 1 ⁰C. Kapasitas kalor merupakan hasil kali antara massa zat dan kalor jenis dari zat tersebut.

C = c x m

C = Q/∆T

Keterangan:

C = Kapasitas kalor (J/K)

Hubungan antara kalor dan kapasitas kalor berdasarkan persamaan di atas bisa dirumuskan sebagai berikut:

Q = m x c x ∆T

Q = C x ∆T

Contoh Soal Kalor

Air dengan massa sebesar 150 gram mempunyai temperatur sebesar 25 ⁰C kemudian dipanaskan dengan energi sebanyak 1500 kalori. Apabila kalor jenis air sebesar 1 kal/g.⁰C. Tentukan berapa suhu air setelah dilakukan pemanasan.

Kalor merupakan suatu bentuk energi termal yang dipindahkan dari suatu benda yang memiliki suhu lebih tinggi ke benda lainnya yang memiliki suhu lebih rendah.