BAB II : LANDASAN TEORI DAN PENGAJUAN HIPOTESIS
5. Materi Pokok Kalor
A. Pengertian Kalor
Peristiwa yang melibatkan kalor sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya, pada waktu memasak air dengan menggunakan kompor. Air yang semula dingin lama kelamaan menjadi panas. Jadi kalor merupakan suatu bentuk energi yang
38
Suratno, “ Peningkatan Academic Skill Siswa Melalui Pembelajaran Biologi dengan
SEA (Starter Experiment Approach) di SMPN 2 Jember”, dalam
ht t p:/ / ipot es.w ordpress.com/ 2008/ 05/ 24/ pendekat an starter-eksperimen-pse/. pdf, diakses pada tanggal 25 September 2011, 17:08.
berpindah dari benda satu ke benda yang lain.39 Jumlah energi kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur suatu zat adalah sebanding dengan perubahan temperatur dan massa zat tersebut
Jika kalor merupakan suatu zat tentunya akan memiliki massa dan ternyata benda yang dipanaskan massanya tidak bertambah. Kalor bukan zat tetapi kalor adalah suatu bentuk energi dan merupakan suatu besaran yang dilambangkan Q dengan satuan joule (J), sedang satuan lainnya adalah kalori (kal). Hubungan satuan joule dan kalori adalah:40
1 kalori = 4,2 joule 1joule = 0,24 kalori
B. Kalor dapat Mengubah Suhu Benda
Semua benda dapat melepas dan menerima kalor. Benda-benda yang bersuhu lebih tinggi dari lingkungannya akan cenderung melepaskan kalor. Demikian juga sebaliknya benda-benda yang bersuhu lebih rendah dari lingkungannya akan cenderung menerima kalor untuk menstabilkan kondisi dengan lingkungan di sekitarnya. Suhu zat akan berubah ketika zat tersebut melepas atau menerima kalor. Dengan demikian, dapat diambil kesimpulan bahwa kalor dapat mengubah suhu suatu benda.
Faktor-faktor yang mempengaruhi kalor suatu zat antara lain kalor jenis suatu zat dan kapasitas kalor. Kalor jenis suatu zat adalah banyaknya kalor yang yang diperlukan oleh suatu zat bermassa 1 kg untuk menaikkan suhu 1˚C. Sebagai contoh, kalor jenis air 4.200 J/kg˚C, artinya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg air
sebesar 1 ˚C adalah 4.200 J. Kalor jenis suatu zat dapat diukur dengan
alat kalorimeter.
39
Paul A. Tipler, Fisika Untuk Sain dan Teknik, (Jakarta : Erlangga, 1998), hlm. 597.
40
Anni Winarsih, IPA Terpadu untuk SMP/MTs Kelas VII, (Jakarta: Departemen Pendidikan Nasional,2008), hlm.113.
Kapasitas kalor didefinisikan sebagai jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 °C atau 1 K. Secara matematis kapasitas kalor dirumuskan:41
=
∆
Keterangan:
Q = Banyaknya kalor yang diserap atau dilepaskan (J)
C = Kapasitas kalor ( J/˚C Atau J/K)
∆T = Kenaikan suhu (°C atau K)
Banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan atau
menurunkan suhu suatu benda bergantung pada massa benda (m), kalor
jenis benda (c), dan perubahan suhu (ΔT ). Hubungan banyaknya kalor,
massa zat, kalor jenis zat, dan perubahan suhu zat dapat dinyatakan
dalam persamaan:42
= . .∆
Keterangan:
Q = Banyaknya kalor yang diserap atau dilepaskan (J)
m = Massa zat (kg)
c = Kalor jenis zat (J/kg°C) ΔT = Perubahan suhu (°C)
C. Kalor dapat Mengubah Wujud Zat
Suatu zat apabila diberi kalor terus-menerus dan mencapai suhu maksimum, maka zat akan mengalami perubahan wujud. Peristiwa ini juga berlaku jika suatu zat melepaskan kalor terus-menerus dan mencapai suhu minimumnya. Oleh karena itu, selain kalor dapat digunakan untuk mengubah suhu zat, juga dapat digunakan untuk
41
Bob Foster, Fisika SMU Kelas 1 Tengah Tahun Kedua, (Jakarta: Erlangga,2000), hlm.169.
42
menguap membeku melebur mengkristal menyublim menguap mengembun
mengubah wujud zat. Kalor yang digunakan untuk merubah wujud zat dinamakan kalor laten.43
Perubahan wujud suatu zat akibat pengaruh kalor seperti pada gambar di bawah ini.
Gambar 2. Perubahan wujud zat
1. Menguap
Pada waktu menguap zat cair memerlukan kalor, kalor yang diberikan pada zat cair akan mempercepat gerak molekul- molekulnya sehingga banyak molekul zat air yang meninggalkan zat cair itu menjadi uap. Penguapan zat cair dapat dipercepat dengan cara:44
a. Memanaskan Zat Cair
Pemanasan pada zat cair dapat meningkatkan volume ruang gerak zat cair sehingga ikatan-ikatan antara molekul zat cair menjadi tidak kuat dan akan mengakibatkan semakin mudahnya molekul zat cair tersebut melepaskan diri dari kelompoknya yang terdeteksi sebagai penguapan. Contohnya pakaian basah dijemur di tempat yang mendapat sinar matahari lebih cepat kering dari pada dijemur di tempat yang teduh.
43
Bob Foster, Fisika SMU Kelas 1 Tengah Tahun Kedua, hlm.170.
44
Anni Winarsih, IPA Terpadu untuk SMP/MTs Kelas VII, hlm.123-124.
Gas
b. Memperluas Permukaan Zat Cair
Peristiwa lepasnya molekul zat cair tidak dapat berlangsung secara serentak akan tetapi bergiliran dimulai dari permukaan zat cair yang punya kesempatan terbesar untuk melakukan penguapan. Dengan demikian untuk mempercepat penguapan kita juga bisa melakukannya dengan memperluas permukaan zat cair tersebut. Contohnya air teh panas dalam gelas akan lebih cepat dingin jika dituangkan ke dalam cawan atau piring.
c. Mengurangi Tekanan pada Permukaan Zat Cair
Pengurangan tekanan udara pada permukaan zat cair berarti jarak antar partikel udara di atas zat cair tersebut menjadi lebih renggang. Akibatnya molekul air lebih mudah terlepas dari kelompoknya dan mengisi ruang kosong antara partikel-partikel udara tersebut. Hal yang sering terjadi di sekitar kita adalah jika kita memasak air di dataran tinggi akan lebih cepat mendidih daripada ketika kita memasak di dataran rendah.
d. Meniupkan Udara di Atas Zat Cair
Pada saat pakaian basah dijemur, proses pengeringan tidak sepenuhnya dilakukan oleh panas sinar matahari, akan tetapi juga dibantu oleh adanya angin yang meniup pakaian sehingga angin tersebut membawa molekul-molekul air keluar dari pakaian dan pakaian menjadi cepat kering.
2. Mendidih
Mendidih adalah peristiwa penguapan zat cair yang terjadi di seluruh bagian zat cair tersebut. Peristiwa ini dapat dilihat dengan munculnya gelembung-gelembung yang berisi uap air dan bergerak dari bawah ke atas dalam zat cair. Zat cair yang mendidih jika dipanaskan terus-menerus akan berubah menjadi uap.
Banyaknya kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 kg zat cair menjadi uap seluruhnya pada titik didihnya disebut kalor uap (U).
Besarnya kalor uap dapat dirumuskan:45
= .
Keterangan
Q = Kalor yang diserap/dilepaskan (J)
m = Massa zat (kg)
U = Kalor uap (J/kg)
Jika uap didinginkan akan berubah bentuk menjadi zat cair, yang disebut mengembun. Pada waktu mengembun zat melepaskan kalor, banyaknya kalor yang dilepaskan pada waktu mengembun sama dengan banyaknya kalor yang diperlukan waktu menguap dan suhu di mana zat mulai mengembun sama dengan suhu di mana zat mulai menguap.
3. Melebur
Melebur adalah peristiwa perubahan wujud zat padat menjadi zat Cair. Banyaknya kalor yang diperlukan untuk mengubah satu satuan massa zat padat menjadi cair pada titik leburnya disebut kalor lebur (L). Besarnya kalor lebur dapat dirumuskan sebagai berikut.46
= .
Keterangan
Q = Kalor yang diserap/dilepas (J)
m = Massa zat (kg)
L = Kalor lebur (J/kg)
45
Anni Winarsih, IPA Terpadu untuk SMP/MTs Kelas VII, hlm.127.
46
Jika zat cair didinginkan akan membeku, pada saat membeku zat melepaskan kalor. Banyaknya kalor yang dilepaskan oleh satu satuan massa zat cair menjadi padat disebut kalor beku.
D. Perpindahan Kalor
Kalor dapat berpindah dari yang suhunya tinggi ke suhunya rendah. Ada tiga cara perpindahan kalor secara konduksi, konveksi, dan radiasi.
1. Perpindahan Kalor secara Konduksi
Konduksi adalah perpindahan kalor melalui zat perantara tanpa disertai perpindahan partikel zat. Dengan kata lain kalor berpindah dari molekul ke molekul lain dalam batang besi. Molekul-molekul pada ujung besi yang dipanaskan akan bergetar lebih cepat karena menerima kalor. Getaran ini mengakibatkan molekul disampingnya ikut bergetar dan menggetarkan molekul di sampingnya sampai ke ujung batang besi.
Tidak semua benda dapat dilewati kalor. Benda-benda yang dapat dilewati kalor dengan baik disebut penghantar kalor atau konduktor. Contohnya yaitu besi, aluminium, tembaga, dan emas. Sebaliknya benda-benda yang sulit dilewati kalor disebut penghambat kalor atau isolator. Contohnya yaitu kayu, kapas, plastik, kertas dan lain sebagainya. 47
47 Paul A. Tipler, Fisika Untuk Sain dan Teknik, hlm. 606.
2. Perpindahan Kalor secara Konveksi
Perpindahan kalor secara konveksi terjadi karena adanya perbedaan massa jenis dalam zat tersebut. Perpindahan kalor yang diikuti oleh perpindahan partikel-partikel zatnya disebut konveksi atau aliran.48
Contoh konveksi yaitu ketika memasak air dalam panci yang dipanaskan, pemanasan sebenarnya hanya terjadi pada bagian air yang bersentuhan dengan dinding panci, bagian air yang dipanaskan memuai sehingga massa jenisnya lebih kecil dari pada massa massa jenis air yang masih dingin di atasnya. Oleh karena itu, air yang panas ini naik sedangkan air yang dingin turun menggantikan tempat yang kosong di bawahnya sehingga air menjadi panas semua.
Kegiatan tersebut juga dapat digunakan untuk menjelaskan prinsip terjadinya angin darat dan angin laut.
a. Angin Darat
Angin darat terjadi pada malam hari dan berhembus dari darat ke laut. Hal ini terjadi karena pada malam hari udara di atas laut lebih panas dari udara di atas darat, sehingga udara
48
Douglas C. Giancoli, Fisika, (Jakarta: Erlangga, 2001), hlm 504.
Gambar 4. Perpindahan kalor secara konveksi pada zat cair dan gas.
di atas laut naik diganti udara di atas darat. Maka terjadilah aliran udara dari darat ke laut. Angin darat dimanfaatkan oleh para nelayan menuju ke laut untuk menangkap ikan.
b. Angin Laut
Angin laut terjadi pada siang hari dan berhembus dari laut ke darat. Hal ini terjadi karena pada siang hari udara di atas darat lebih panas dari udara di atas laut, sehingga udara di atas darat naik diganti udara di atas laut. Maka terjadilah aliran udara dari laut ke darat. Pemanfaatan konveksi antara lain: pada sistem pendinginan mobil (radiator), pembuatan cerobong asap, dan lemari es.
3. Perpindahan Kalor secara Radiasi
Perpindahan kalor tanpa melalui zat perantara disebut radiasi.49 Contoh perpindahan kalor secara radiasi yaitu di malam
hari yang dingin ketika menyalakan api unggun. Saat berada di dekat api unggun badan terasa hangat karena adanya perpindahan kalor dari api unggun ke tubuh kita secara radiasi.
Dari peristiwa api unggun dapat disimpulkan bahwa: a. Dalam peristiwa radiasi, kalor berpindah dalam bentuk cahaya,
karena cahaya dapat merambat dalam ruang hampa, maka kalor juga dapat merambat dalam ruang hampa;
b. Radiasi kalor dapat dihalangi dengan memberikan tabir, agar menghalangi cahaya yang dipancarkan dari sumber cahaya.50
49
Douglas C. Giancoli, Fisika, hlm. 507.
50
Gambar 5. Perpindahan kalor secara radiasi
