2.4 Suhu dan Kalor
2.4.1 Suhu
Suhu didefinisikan sebagai suatu besaran fisika yang dimiliki bersama antara dua benda atau lebih yang berada dalam kesetimbangan termal. Bila sebuah
benda dipanaskan atau didinginkan, sebagian dari sifat fisis benda berubah. Sifat fisis yang berubah terhadap temperatur dinamakan sifat termometrik. Contoh sifat
termometrik adalah sebagian besar dari padatan atau cairan akan memuai bila dipanaskan. Sifat ternometrik inilah yang dapat digunakan untuk menetapkan
skala temperatur dan membentuk sebuah termometer.
2.4.2 Pemuaian Ekspansi Termal
Bila suhu benda naik, maka sebagian besar benda akan mengalami pemuaian. Bila temperatur berubah dengan ∆�, perubahan panjang ∆� akan
sebanding dengan ∆� dan panjang mula-mula L:
∆� = ��∆� 2.1
dengan adalah koefisien muai linear. Koefisien muai untuk padatan dan cairan biasanya tidak banyak berubah dengan tekanan tetapi dapat berubah dengan
temperatur. Koefisien muai volume didefinisikan sebagai rasio fraksi perubahan volume terhadap perubahan suhu pada tekanan konstan. Besarnya nilai koefisien
volume adalah 3 kali koefisien muai linear. Seperti , untuk padatan atau cairan biasanya tidak berubah terhadap tekanan tetapi berubah terhadap suhu.
2.4.3 Kalor
Kalor adalah energi yang berpindah dari benda dengan suhu yang lebih tinggi ke benda dengan suhu yang lebih rendah ketika kedua benda disentuhkan.
Istilah “kalor” selalu mengacu pada energi yang berpindah dari satu benda ke benda lainnya. Begitu proses perpindahan energi ini berhenti, maka istilah kalor
tidak lagi memiliki arti. Jumlah energi yang dipindahkan dari sistem ke lingkungan akibat pebedaan suhu ini diberi simbol Q. Perpindahan kalor masuk ke
dalam sistem atau dalam hal ini sistem menyerap kalor, maka nilai Q diberi tanda
positif. Sedangkan perpindahan kalor keluar sistem atau dikatakan sistem melepas kalor, maka nilai Q diberi tanda negatif.
1. Kapasitas Kalor dan Panas Jenis
Ketika energi panas ditambahkan pada suatu zat, maka suhu zat itu tentu akan naik kecuali pada saat perubahan fasa, misalnya bila air membeku atau
menguap. Banyaknya kalor Q yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat adalah sebanding dengan perubahan temperatur ∆T dan massa zat tersebut
= . ∆� = ∆�
2.2
dengan C merupakan kapasitas kalor zat yang didefiniskan sebagai energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur suatu zat dengan satu derajat panas
jenis c adalah kapasitas panas per satuan massa.
= .
Berdasarkan persamaan tersebut, maka satuan kalor jenis suatu zat adalah joulekg K Jkg K.
2. Kalor Laten
Ketika sejumlah kalor ditambahkan pada suatu zat maka akan menyebabkan kenaikan suhu pada zat tersebut. Perubahan suhu ini diakibatkan
oleh jumlah kalor pada zat yang berbeda. Selama perubahan wujud zat, kalor yang diterima atau dilepas oleh zat tidak digunakan untuk menaikkan suhu tetapi
digunaka untuk mengubah wujud. Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud ini seakan-akan tersembunyi, karena itu kalor ini disebut kalor laten
tersembunyi. Besarnya kalor yang diperlukan pada perubahan wujud dinyatakan oleh persamaan berikut.
= . � 2.4
dengan L merupakan kalor laten satuan Jkg, m adalah massa zat satuan kg, dan Q adalah jumlah kalor satuan joule.
3. Azas Black
Jika air panas dicampur dengan air dingin, maka diperolehlah air dengan kondisi hangat. Dalam pencampuran ini tentulah air panas melepaskan energi
sehingga suhunya turun, sebaliknya air dingin menerima kalor sehingga suhunya naik. Jika pertukaran kalor hanya terjadi antara air panas dan air dingin maka hal
ini sesuai dengan Hukum kekekalan Energi atau dikenal dengan Azas Black. Azas Black adalah suatu prinsip dalam termodinamika yang dikemukakan oleh Joseph
Black. Azas ini dijabarkan sebagai berikut: 1.
Jika dua benda yang mempunyai suhu berbeda didekatkan sehingga terjadi kontak termis, maka zat yang suhunya lebih tinggi akan melepaskan kalor sama
banyaknya dengan kalor yang diserap oleh zat yang suhunya lebih rendah sehingga suhu akhir kedua benda setelah kesetimbangan termis adalah sama.
2. Jumlah kalor yang diterima benda bersuhu lebih rendah, sama dengan jumlah
kalor yang diberikan benda bersuhu lebih tinggi Bunyi Azas Black adalah sebagai berikut:
“Pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat bersuhu tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima zat yang bersuhu rendah”
Secara umum rumus Azas Black adalah:
��
=
��
2.5
2.4.4 Perubahan Wujud Zat
Setiap benda atau zat dapat berubah dari satu wujud padat, cair, dan gas ke wujud lain akibat adanya kalor. Perubahan fisika adalah perubahan zat yang
bersifat sementara, seperti perubahan wujud, bentuk atau ukuran. Yang dimaksud perubahan sementara adalah, bahwa zat tersebut akan kembali ke wujudnya
semula dan tidak menghasilkan zat baru. Proses perubahan wujud pada suatu benda sesuai Gambar 2.3 berikut.
Gambar 2.3 Proses perubahan wujud zat
Pada proses mencair melebur, menguap, dan menyublim, zat membutuhkan sejumlah kalor, yang artinya ada perpindahan kalor dari lingkungan
kepada zat dan kalor itu sendiri digunakan untuk merubah wujud dari padat menjadi cair, atau dari cair menjadi gas, atau dari padat menjadi gas. Pada proses
membeku, mengembun, dan mendeposit, zat melepaskan sejumlah kalor, yang artinya ada perpindahan kalor dari zat kepada lingkungan pada saat terjadinya
perubahan wujud Tipler, 1998: 561-605.
2.4.5 Grafik Suhu Terhadap Kalor
Kategori