HermanAnis.com – Teman-teman semua, bahasan dalam Seri Fisika Dasar kali ini adalah Kalor Jenis. Dalam tulisan ini kita akan fokus pada tiga variabel fisis yang berkaitan dengan konsep kalor, yakni Kalor Jenis, kalor laten, dan kapasitas panas.
A. Apa yang dimaksud dengan kalor dan kalor jenis?
Pembahasan kita awali dengan mendefinisikan perbedaan antara kalor dan kalor jenis.
1. Apa itu kalor?
Kalor adalah bentuk energi yang di transfer antara dua benda atau sistem karena perbedaan suhu di antara keduanya. Ketika dua benda dengan suhu yang berbeda bersentuhan, kalor akan mengalir dari benda dengan suhu lebih tinggi ke benda dengan suhu lebih rendah. Proses ini di sebut perpindahan panas atau transfer kalor.
Secara fisis, kalor secara alamiah akan berpindah dari benda yang memiliki kuantitas kalor yang lebih besar ke benda yang kuantitas kalornya kecil. Definisi lebih lengkap anda dapat baca buku ajar yang standar.
Kemudian, dalam analisis dan penulisan satuan kalor secara Internasional atau dalam SI adalah Joule. Satuannya sama dengan satuan energi. Selain Joule, kalor juga memiliki satuan lain yakni kalori.
Kesetaraan energi kalor (kalori) dengan energi mekanik (Joule) adalah,
1 Kalori = 4.2 joule, atau 1 Joule = 0.24 kalori
Lebih lanjut, besarnya kalor yang di lepas atau di terima oleh zat yang menyebabkan temperatur atau suhunya berubah dapat di hitung dengan persamaan:
di mana:
Q = banyaknya kalor yang di lepas atau di terima oleh suatu benda (Joule atau kalor)
m = massa benda yang berubah suhunya (menerima atau melepas kalor (Kg atau gram)
c = kalor jenis zat (J/Kg⁰C atau kalori/g⁰C)
ΔT = perubahan suhu (C⁰) di mana ΔT = T2 -T1
T2 = suhu benda/zat yang lebih tinggi (ingat bukan suhu akhir) (⁰C)
T1 = suhu benda/zat yang lebih rendah (⁰C)
Setelah memahami apa itu kalor, selanjutnya kita bahas besaran fisis yang berkaitan dengan kalor, yakni Kalor Jenis (specific heat) atau panas jenis.
2. Apa itu specific heat?
Kalor jenis atau specific heat adalah jumlah kalor yang di perlukan untuk menaikkan suhu satu kilogram benda sebesar satu derajat Celsius. Kalor jenis tergantung pada jenis benda dan fase materi tersebut. Panas Jenis suatu benda merupakan ukuran banyaknya kalor yang di serap atau di perlukan oleh benda/zat bermassa (1 kg atau 1 gram) untuk menaikkan suhu sebesar 1 derajat.
Dengan kata lain, specific heat merupakan ukuran kemampuan suatu benda untuk melepas atau menerima kalor.
Semakin besar Kalor Jenis benda maka semakin besar kalor yang di butuhkannya untuk menaikkan suhunya, begitu juga sebaliknya.
Setiap zat memiliki kalor jenis yang berbeda, karena setiap zat memiliki sifat-sifat termal yang unik. Beberapa bahan memiliki specific heat yang lebih tinggi daripada yang lain, yang berarti mereka membutuhkan lebih banyak energi untuk di naikkan satu derajat Celsius.
Contoh bahan dengan specific heat yang tinggi adalah air, besi, dan tembaga. Dalam ilmu fisika, konsep kalor dan specific heat sangat penting dalam memahami sifat-sifat termal benda dan sistem termal.
Benda yang memiliki specific heat besar, akan membutuhkan kalor lebih banyak di bandingkan dengan benda yang kalor jenisnya kecil. Dalam penerapannya, konsep ini di gunakan dalam menghasilkan peralatan memasak seperti panci.
Para produsen peralatan masak ini akan menggunakan bahan yang memiliki specific heat yang kecil. Hal ini agar energi panas atau kalor yang di perlukan untuk menaikkan suhu masakan lebih kecil, sehingga akan menghemat energi.
a. Kalor jenis Air
Dalam tabel 1 di bawah ini, kalor jenis air adalah 1000 kal/KgoC, artinya untuk menaikkan suhu air sebesar 1 oC bermassa 1 kg, di perlukan kalor sebesar 1000 kalori. Jika di konversi kesatuan joule, specific heat air adalah 4.186 J/g°C pada tekanan atmosfer standar. Artinya, untuk menaikkan suhu satu gram air sebesar satu derajat Celsius atau satu Kelvin, di perlukan sejumlah kalor sebesar 4.186 Joule.
Kalor jenis air relatif tinggi di bandingkan dengan beberapa zat lainnya, seperti udara atau logam, yang memiliki specific heat yang lebih rendah. Kalor jenis air juga bervariasi dengan suhu dan tekanan.
b. Kalor jenis Es
Dalam tabel 1 di bawah ini, terlihat untuk es adalah 500 kal/KgoC, yang berarti untuk menaikkan suhu es sebesar 1 oC yang bermassa 1 kg, di perlukan kalor sebesar 500 kalori.
Kalor jenis es adalah 2.108 Joule per gram per derajat Celsius (2.108 J/g°C) atau 2.108 Joule per gram per Kelvin (2.108 J/g/K) pada tekanan atmosfer standar. Artinya, untuk menaikkan suhu satu gram es sebesar satu derajat Celsius atau satu Kelvin, di perlukan sejumlah kalor sebesar 2.108 Joule.
Kalor jenis es lebih rendah daripada specific heat air, karena struktur molekul es yang lebih kaku dan teratur. Saat es mencair dan berubah menjadi air, sejumlah energi harus di berikan untuk memutuskan ikatan-ikatan molekul es dan memberikan energi kinetik yang cukup untuk membuat molekul-molekul air bergerak lebih bebas.
Jumlah kalor yang di perlukan untuk mencairkan satu gram es pada suhu 0°C atau suhu lebur es disebut kalor laten peleburan es. Kalor laten peleburan es adalah 334 Joule per gram atau 334 J/g. Sedangkan kalor laten pembekuan air (energi yang di lepaskan saat air membeku menjadi es) adalah sebesar 334 J/g.
Berdasarkan dua contoh ini dapat di simpulkan bahwa, lebih di butuhkan banyak kalor untuk menaikkan suhu air di bandingkan es, dengan kata lain es akan lebih cepat naik atau berubah suhunya di bandingkan air.
3. Simbol kalor jenis
Simbol kalor jenis adalah “c”. Penggunaan simbol ini dalam rumus-rumus fisika untuk menggambarkan specific heat suatu zat atau material tertentu. Dalam rumus-rumus tersebut, specific heat sering digunakan bersama dengan massa dan perubahan suhu untuk menghitung jumlah kalor yang dibutuhkan atau dilepaskan saat suatu benda atau sistem mengalami perubahan suhu.
4. Apa besaran dan satuan kalor jenis?
Besaran kalor jenis adalah kuantitas yang menggambarkan jumlah energi yang di perlukan untuk menaikkan suhu satu kilogram zat sebesar satu derajat Celsius.
Satuan yang digunakan untuk kalor jenis adalah Joule per kilogram per derajat Celsius (J/kg°C) atau Joule per kilogram per Kelvin (J/kg/K) dalam sistem internasional atau British Thermal Unit per pound per derajat Fahrenheit (BTU/lb°F) dalam sistem imperial.
Besaran specific heat tergantung pada jenis zat dan fase materi tersebut. Beberapa zat memiliki specific heat yang lebih tinggi daripada yang lain karena mereka memerlukan lebih banyak energi untuk di naikkan satu derajat Celsius.
Kalor jenis sangat penting dalam fisika dan ilmu termal, karena memungkinkan kita untuk memahami bagaimana benda dan sistem termal berinteraksi dengan lingkungan mereka dan dengan satu sama lain.
Jika suatu zat mempunyai specific heat tinggi maka zat itu memerlukan banyak kalor untuk menaikkan suhunya.
5. Dimensi kalor jenis
Dimensi kalor jenis adalah [M][L]2/[T]2[K], di mana [M] adalah satuan massa, [L] adalah satuan panjang, [T] adalah satuan waktu, dan [K] adalah satuan suhu. Dalam sistem metrik, satuan untuk specific heat adalah Joule per kilogram per derajat Celsius (J/kg°C) atau Joule per kilogram per Kelvin (J/kg/K), yang dapat di turunkan dari dimensi kalor jenis sebagai berikut:
J/kg°C = [M][L]2/[T]2[K] = [J][T]/[M][K]
Dalam sistem imperial, satuan untuk kalor jenis adalah British Thermal Unit per pound per derajat Fahrenheit (BTU/lb°F). Untuk menghitung dimensi specific heat dalam satuan imperial, satuan massa diganti dengan satuan massa pound, satuan panjang diganti dengan satuan panjang kaki, satuan waktu diganti dengan satuan waktu detik, dan satuan suhu diganti dengan satuan suhu Fahrenheit.
6. Kalor jenis beberapa jenis zat
Tabel 1. Kalor jenis beberapa jenis zat
B. Kalor Laten
Selanjutnya kita bahas harus mengetahui tentang kalor laten. Apa itu kalor laten? Kalor laten (L) adalah banyaknya kalor yang di butuhkan oleh suatu zat untuk mengubah wujudnya. Kalor lebur dan kalor uap merupakan kalor laten.
Sehingga, ketika anda memanaskan sebongkah es secara terus menerus maka es tersebut lama kelamaan akan berubah menjadi air dan selanjutnya berubah menjadi uap air. Pada suhu dan tekanan tertentu, air memiliki kalor laten penguapan dan kalor laten peleburan yang lebih tinggi, yang memerlukan jumlah energi yang lebih besar untuk merubah fase air dari cair ke gas atau dari padat ke cair.
Misalnya, saat es melebur semua menjadi air, pada zat tidak ada perubahan suhu. Pada tekanan normal suhunya tetap pada titik leburnya yaitu 0⁰C. Sehingga, pada saat semuanya berubah menjadi uap air maka zat juga tidak terjadi perubahan suhu. Untuk tekanan normal suhunya tetap pada titik didihnya yaitu 100⁰C.
Oleh karena itu, dalam perubahan wujud zat berlaku persamaan:
Q = m L
dengan:
Q = banyaknya kalor (J atau kkal), kkal di baca kilokalori
m = massa zat (kg)
L = kalor lebur (J/kg atau kkal/kg)
U = kalor uap (J/kg atau kkal/kg)
selanjutnya, untuk memahami mengenai kalor (Q), kalor laten (L) , perhatikan gambar berikut!
Gambar menunjukkan sebuah benda mula-mula padat (misalkan es) di berikan kalor secara terus menerus sehingga berubah wujud menjadi cair (air). Jika pemberian kalor di lanjutkan maka zat cair akan berubah wujud menjadi gas (uap air).
dimana, selama proses zat akan mengalami kenaikan suhu dan perubahan wujud. Secara rinci dapat dituliskan bahwa perubahan:
- padat ke cair disebut melebur
- cair ke zat padat disebut membeku
- cair ke gas disebut menguap
- gas ke zat cair disebut mengembun
Sehingga, kalor yang di berikan pada suatu zat dapat mengubah wujud zat tersebut.
C. Hubungan kalor jenis dengan kapasitas kalor
Kapasitas panas atau kapasitas kalor, di simbolkan dengan C (huruf kapital), merupakan ukuran panas yang diperlukan untuk mengubah suhu suatu zat. Konsep kapasitas panas banyak digunakan untuk menjelaskan perilaku gas.
Dari definisi tersebut, kita dapat menuliskan,
C = Q / ΔT
karena, Q = m c ∆T dan C = Q / ΔT, maka,
C = (m c ∆T)/ ΔT
dan di peroleh,
C = m c
faktor mc dalam persamaan ini adalah satu kesatuan, dan faktor inilah yang di sebut kapasitas panas (C).
dengan demikian maka hubungan Kalor (Q) dengan Kapasitas Kalor (C) dapat di tuliskan sebagai,
Q = C ∆T
atau,
C = Q / ΔT
di mana:
Q = kalor (J atau kalori)
C = kapasitas kalor (J/K atau kal/C)
c = kalor jenis suatu zat (J/kg K atau kal/gC)
m = massa benda (kg)
∆T = perubahan suhu/temperatur (K)
Sebagai kesimpulan, berikut beberapa perbedaan antara specific heat dan kapasitas kalor.
Tabel 2. Perbedaan Kalor Jenis dan Kapasitas Kalor
| No | Perbedaan | Kalor Jenis | Kapasitas Kalor |
| 1 | Definisi | Jumlah kalor untuk mengubah suhu zat 1 kg zat sebesar 1 K | Banyaknya kalor untuk mengubah suhu zat sebesar 1 K |
| 2 | Simbol | c | C |
| 3 | Satuan | J kg-1 K-1 | J K-1 |
| 4 | Rumus | c = Q/m∆T | C = Q/∆T |
| 5 | Hubungan dengan kalor | Q = mc∆T | Q = C∆T |
Demikian,
Semoga bermanfaat
Eksplorasi konten lain dari Herman Anis
Berlangganan untuk dapatkan pos terbaru lewat email.
