Kalor Dalam Perubahan Suhu dan Wujud Benda

Hingga pertengahan abad ke 18 pengertian kalor sebagai suatu fluida masih mengemuka dimasyarakat, bahkan pengertian kalor semakin rancu dengan pengertian suhu,yang sesungguhnya memang berbeda. Kalor adalah fluida atau zat alir, dan suhu adalah derajat panas atau dinginya suatu benda yang diukur dengan termometer. Namun pendapat tersebut berubah, ketika seorang bernama Benjamin Thompson menyatakan bahwa kalor bukanlah suatu fluida kalorik tetapi dihasilkan oleh usaha yang dilakukan oleh kerja mekanis.

Suhu menyatakan tingkat panas benda. Benda memiliki tingkat panas tertentu karena di dalam benda terkandung energi panas. Untuk menaikkan suhu 200 g air, memerlukan energi panas yang lebih besar daripada 100 g air. Pada suhu yang sama, zat yang massanya lebih besar mempunyai energi panas yang lebih besar pula. Energi panas yang berpindah dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah disebut kalor.

Sebagai bentuk energi, dalam SI kalor bersatuan Joule (J). Satuan kalor yang populer (sering digunakan pada bidang gizi) adalah kalori dan kilokalori. Satu kalori adalah jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram air hingga naik sebesar 1°C. Satu kalori sama dengan 4,184 J, sering dibulatkan menjadi 4,2 J, 1 Joule = 0,24 kalori.

1. Kalor dan Perubahan Suhu Benda

Jika air diberi panas dari pembakar spiritus yang menyala, ternyata suhunya naik. Secara umum, suhu benda akan naik jika benda itu mendapatkan kalor. Sebaliknya, suhu benda akan turun jika kalor dilepaskan dari benda itu. Air panas jika dibiarkan lama-kelamaan akan mendingin menuju suhu ruang. Ini menunjukkan sebagian kalor dilepaskan benda itu ke lingkungan. Kenaikan suhu oleh kalor dipengaruhi massa benda, untuk menaikkan suhu yang sama, air bermassa 200 g memerlukan kalor yang lebih besar daripada air bermassa 100 g.

Kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda hingga suhu tertentu dipengaruhi juga oleh jenis benda.  Makin besar kenaikan suhu benda, kalor yang diperlukan makin besar pula. Makin besar massa benda, kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu makin besar pula. Besaran yang digunakan untuk menunjukkan hal ini adalah kalor jenis. Bahan yang berbeda memiliki kalor jenis yang berbeda pula seperti pada tabel di bawah ini.

Bahan	Kalor Jenis (J/(kg.K))	Bahan	Kalor Jenis (J/(kg.K))
Air	4184	Pasir	664
Alk*hol	2450	Besi	450
Aluminium	920	Tembaga	380
Karbon (grafit)	710	Perak	235

Jika dirumuskan secara matematis, dapat ditulis sebagai berikut :
kalor yang diperlukan untuk kenaikan suhu = kalor jenis x massa benda x kenaikan suhu atau

Q = m x c x Δt

Keterangan :
Q = Kalor yang diterima suatu zat (Joule)
m = Massa zat (kilogram)
c = Kalor jenis suatu zat (Joule/kilogram °K)
Δt = Perubahan suhu (°C) → (t₂ - t₁)

Contoh Penerapan

Berapa kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 500 g air, dari suhu mula-mula 20°C menjadi 100°C ?

Diketahui :
m = 500 gram = 0,5 Kg
c = 4184 joule/Kg.°K)
Δt = (100°C - 20°C) = 80°K

Ditanyakan :
Berapa Kalor yang dibutuhkan??

Jawaban :
Q = m . c . Δt
Q = 0,5 Kg . 4148 J/Kg°K . 80°K
Q = 167.360 Joule

Kalor sebanyak 84 kJ ditambahkan pada 500 g air yang bersuhu 20°C. Menjadi berapakah suhu air itu? Kalor jenis air 4.200 J/(Kg.K).

Diketahui :
Q = 84 Kj = 84.000 Joule
m = 500 gram = 0,5 Kg
t₁ = 20°C
c = 4.200 J/(Kg.K)

Ditanyakan : t₂ = ?

Penyelesaian :

Δt =	Q	. c
	m

( t2 - t1 ) =	84.000	. 4200
	0,5

( t₂ - 20) = 40
t₂ = 40 + 20
t₂ = 60°C

2. Kalor pada Perubahan Wujud Benda

Terjadinya perubahan wujud sering kita amati dalam kehidupan sehari-hari. Contoh yang sering kamu jumpai, pada air mendidih kelihatan gelembung-gelembung uap air, yang menunjukkan adanya perubahan wujud dari air menjadi uap. Untuk mendidihkan air, diperlukan kalor. Jadi, untuk mengubah wujud zat cair menjadi gas diperlukan kalor.

Saat perubahan wujud, tidak terjadi perubahan suhu. Kalor untuk mengubah wujud zat disebut kalor laten.
Kalor Penguapan / Pengembunan =  Q = m x U
Kalor Lebur/ Beku = Q = m x L

Dengan:
Q = kalor yang dibutuhkan/dilepas untuk berubah wujud (J)
m = massa zat yang berubah wujud (kg)
L = kalor lebur atau kalor beku (J/kg)
U = kalor penguapan atau kalor pengembunan (J/kg)

Berapakah kalor yang diperlukan untuk meleburkan 5 kg air dalam keadaan beku (es), jika kalor lebur air tersebut 336000 J/kg?

Diketahui :
Massa air, m = 5 kg
Kalor lebur air L_Air = 336.000 J/kg = 3,36 . 10⁵ Jkg^-1

Ditanyakan Q

Penyelesaian
Q = m x L
Q=(5 kg) (3,36.1010⁵ Jkg^-1)
Q = 16,8.10⁵J = 1,68.10⁶ J
Jadi, es tersebut memerlukan kalor sebesar 1,68.10⁶ J agar melebur pada titik leburnya.