Pengertian Suhu dan Kalor [FISIKA]

PENGERTIAN SUHU DAN KALOR

1.       Suhu

     Suhu adalah besaran termodinamika yang menunjukkan besarnyaenergi kinetik translasi rata-rata molekul dalam sistem gas ; suhu diukurdengan menggunakan termometer (kamus kimia : balai putaka : 2002).

Suhu menunjukkan derajatpanasbenda. Mudahnya, semakin tinggisuhu suatu benda, semakin panas benda tersebut. Secara mikroskopis,suhu menunjukkanenergiyang dimiliki oleh suatu benda. Setiapatom  dalam suatu benda masing-masing bergerak, baik itu dalam bentukperpindahan maupun gerakan di tempat berupagetaran. Makin tingginyaenergi atom-atom penyusun benda, makin tinggi suhu benda tersebut.

Suhu biasanya didefinisikan sebagai ukuran atau derajat panasdinginnya suatu benda atau sistem. Benda yang panas memiliki suhu yangtinggi, sedangkan benda yang dingin memiliki suhu yang rendah. Padahakikatnya, suhu adalah ukuran energi kinetik rata-rata yang dimiliki olehmolekul-molekul sebuah benda.

Sebagai contoh, ketika kita memanaskan sebuah besi ataualumanium maka akan terjadi proses pemuaian pada besi tersebut. Ketikakita mendinginkan air sampai pada suhu dibawah nol derajat maka airtersebut akan membeku. Sifat-sifat benda yang bisa berubah akibatadanya perubahan suhu disebut sifat termometrik.

2.    Kalor

Kalor adalah energi yang dapat diteruskan oleh satu benda ke bendalain secara konduksi,perolakan dan penyinaran. (kamus kimia ; 2002).

Sampai pada pertengahan abad 18, orang masih menyamakanpengertian suhu dan kalor. Baru pada tahun 1760, joseph blackmembedakan kedua pengertian ini. Suhu adalah sesuatu yang diukur padatermometer, dan kalor adalah sesuatu yang mengalir dari benda yangpanas ke benda yang dingin untuk mencapai keadaan termal.

Pada tahun 1798, seorang ilmuwan amerika, benjamin thompson menyasingkan definisi kalor sebagai fluida kalorik. Ia yang merupakanseorang anggota militer mengamati bahwa ketika meriam menembakkan peluru, ada kalor yang dihasilkan pada meriam. Berdasarkan pengamatannya, thompson menyimpulkan bahwa kalor bukanlah fluida, tetapi kalor dihasilkan oleh usaha yang dilakukan oleh kerja mekanismisalkan gesekan. Satu kalori didefinisikan sebagai banyaknya kalor yangdiperlukan untuk menaikkan suhu air sebesar 1 C.

Ketika suatu benda melepas panas ke sekitarnya, Q < 0. Ketika benda menyerap panas dari sekitarnya, Q > 0. Jumlah panas, kecepatan penyaluran panas, dan flux panas semua dinotasikan dengan perbedaan permutasi huruf Q. Mereka biasanya diganti dalam konteks yang berbeda.

Jumlah panas dinotasikan sebagai Q, dan diukur dalam joule dalam satuan SI.

di mana

 adalah banyaknya kalor (jumlah panas) dalam joule

 adalah massa benda dalam kg

 adalah kalor jenis dalam joule/kg °C, dan

 adalah besarnya perubahan suhu dalam °C.

Kecepatan penyaluran panas, atau penyaluran panas per unit, ditandai

untuk menandakan pergantian per satuan waktu. Dalam Unicode, adalah Q̇, meskipun ada kemungkinan tidak dapat ditampilkan secara benar di seluruh browser. Diukur dalam unit watt.

Flux panas didefinisikan sebagai jumlah panas per satuan waktu per luas area, dan dinotasikan q, dan diukur dalam watt per meter². Juga biasanya dinotasikan sebagai Q″ atau q″ atau

A.  Kalor dan Suhu

1.    Kalor dan Perubahan Wujud

Kalor adalah energi yang berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah ketika kedua benda bersentuhan. Suhu adalah ukuran rata -rata energi kinetik partikel dalam suatu benda. Kalor yang diberikan dalam sebuah benda dapat digunakan untuk 2 cara, yaitu untuk merubah wujud benda atau untuk menaikkan suhu benda itu. Besar kalor yang diberikan pada sebuah benda yang digunakan untuk menaikkan suhu tergantung pada :

•    massa benda

•    kalor jenis benda

•    perbedaan suhu kedua benda

Secara matematis persamaan dapat ditulis dengan :Q = m.c.Δt Sedangkan bila kalor yang diberikan digunakan untuk merubah wujud zat/benda, maka kalor yang diberikan tergantung pada massa benda saja, sesuai dengan per samaan : Q = m. L.

Setiap benda pada umumnya mempunyai 3 bentuk/fase, yaitu padat, cair dan gas. Perubahan wujud yang terjadi pad ketiga bentuk benda itu adalah : membeku, melebur, mencair, mengembun, menyublim, deposisi dan menguap seperti gambar di bawa h ini. Sedangkan di bawah digambarkan diagram fase pada air.

Beberapa zat tidak selalu memuai ketika dipanaskan, contohnya air pada suhu 0ºC - 4ºC. Pada suhu tersebut air akan menyusut ketika dipanaskan dan men capai volume minimum pada suhu 4ºC. Sehingga pada suhu tersebut es mencapai massa jenis maksimum. Di atas 4ºC, air akan memuai lagi bila dipanaskan. Peristiwa sifat pemauaian air yang tidak teratur ini disebut dengan peristiwa anomali air.  Zat lain yang mempunyai sifat seperti ini adalah parafin dan bismuth.

2.    Pemuaian

Jika sebuah benda dipanaskan/diberikan kalor, maka partikel  partikel dalam benda itu akan bergetar lebih kuat sehingga saling menjauh. Sehingga ukuran benda akan menjadi lebih besar. Kita katakan bahwa benda itu memuai. Pemuaian dapat terjadi baik pada benda padat, cair maupun gas.

a    Pemuaian Panjang

Pada pemuaian panjang dianggap bahwa benda mempunyai luas penampang yang kecil, sehingga ketika dipanaskan hanya memuai pada arah panjangnya saja. Besarnya pertambahan panjang sebuah benda yang dipanaskan adalah berbanding lurus dengan :

-    panjang mula-mula benda

-    kenaikan suhu

Sedangkan panjang benda setelah dipanaskan adalah :

Lt = Lo + ΔL

b.    Pemuaian Luas

Pada pemuaian luas, pemuaian terjadi pada arah melebar pada sisi panjang dan lebar benda. Analog dengan pemuaian panjang, pada pemuaian luas berlaku persamaan :

DA = Ao. b. Δt dimana berlaku hubungan : b = 2a

At = Ao + DA

c.    Pemuaian Volume

Pemuaian volume biasanya terjadi pada zat cair dan gas. Pemuaian ini terjadi pada arah memanjang, melebar dan meninggi. Analog dengan pemuaian panjang, persamaan pada pemuaian volume adalah :

DV = Vo. g. Δt dimana berlaku hubungan : g = 3a

Vt = Vo + DV

3.    Perpindahan Kalor

Perpindahan kalor dapat dilakukan dengan 3 cara, yaitu :

1)    konduksi,

2)    konveksi dan

3)    radiasi

 Perbedaan Suhu Dan Kalor

Kalor merupakan suatu bentuk energi yang besarannya dapat diukur menggunakan suatu pengukur suhu. Terdapat 4 jenis satuan suhu yang dipakai di seluruh dunia, Celcius, Reamur, Farenheit, dan Kelvin. Satuan Internasional untuk satuan suhu adalah Kelvin.

Suhu sendiri merupakan suatu pengukuran yang digunakan untuk menunjukan seberapa banyak energi panas yang ada pada suatu tempat. Ingat !! yang diukur adalah seberapa panas tempat tersebut bukannya seberapa dingin. Panas dapat diukur tetapi dingin tidak dapat diukur !!

Sebagaimana halnya Energi pada umumnya, maka energi kalor atau energi panas dapat berubah bentuk dari satu bentuk ke bentuk lain. Contohnya terjadi pada pembangkit listrik tenaga panas bumi, yang mengubah energi panas menjadi energi listrik.

Dengan energi kalor kita bahkan dapat mengubah wujud suatu zat. Seperti contohnya, lilin yang dipanasi lama kelamaan akan meleleh, hal ini berarti panas mengubah wujud lilin yang tadinya padat menjadi cair. Contoh lain terjadi ketika kita merebus air, jika air kita panaskan secara terus menerus maka lama kelamaan air akan menguap menjadi uap air, hal ini mengubah bentuk air yang berbentuk cairan menjadi uap air yang berbentuk gas.

     Q = M. C. Δ T    ( digunakan untuk menghitung energi kalor pada fase kenaikan suhu ) ket :

M     = Massa ( Kg )

C     = Kalor Jenis ( J/KgC )

Δ T  = Perubahan Suhu ( C )

Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1 derajat celcius. Alat yang digunakan untuk menentukan besar kalor jenis adalah kalorimeter.

Q  = M. L     ( digunakan untuk menghitung energi kalor pada fase perubahan wujud ) ket :

M     = Massa ( Kg )

L      = Kalor Laten ( J/Kg )

Kalor Laten adalah kalor yang digunakan untuk mengubah wujud suatu zat. Kalor laten ada dua macam Q = m.U dan Q = m.L. Dengan U adalah kalor uap (J/kg) dan L adalah kalor lebur (J/kg).

KESIMPULAN

 Bila suatu batang pada suatu suhu tertentu panjangnya Lo, jika suhunya dinaikkan sebesar Δ t, maka batang tersebut akan bertambah panjang sebesar Δ L yang dapat dirumuskan sebagai berikut :

α = Koefisien muai panjang = koefisien muai linier didefinisikan sebagai : Bilangan yang menunjukkan berapa cm atau meter bertambahnya panjang tiap 1 cm atau 1 m suatu batang jika suhunya dinaikkan 10 C.

     Jadi besarnya koefisien muai panjang suatu zat berbeda-beda, tergantung jenis zatnya.

Jika suatu benda panjang mula-mula pada suhu t0 0C adalah Lo.

Koefisien muai panjang = α, kemudian dipanaskan sehingga suhunya menjadi t1 0C maka :

Panjang batang pada suhu t1 0C adalah :

Bila suatu lempengan logam (luas Ao) pada too, dipanaskan sampai t1o, luasnya akan menjadi At, dan pertambahan luas tersebut adalah :

     β adalah Koefisien muai luas (β = 2 α)

Bilangan yang menunjukkan berapa cm2 atau m2 bertambahnya luas tiap 1 cm2 atau m2 suatu benda jika suhunya dinaikkan 1 0C.