MAKALAH TENTANG KALOR DAN PERPINDAHAN
1. Pengertian Perpindahan Kalor
Perpindahan Kalor adalah bentuk kalor yang dapat berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Sedangkan kalor ini merupakan suatu bentuk energi atau dapat juga didefinisikan sebagai jumlah panas yang ada dalam suatu benda.
A. Kalor
Jika dua buah benda,yang salah satu benda mula-mula lebih panas dari pada benda yang lain,saling bersentuhan,maka suhu kedua benda tersebut akan sama setelah waktu yang cukup lama. Benda yang bersuhu tinggi member energi ke benda yang bersuhu rendah. Energi yang diberikan karena perbedaan suhu antara dua buah benda disebut kalor. Jadi, kalor merupakan bentuk energi yang berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah ketika benda bersentuhan.
Satuan kalor menurut SI atau MKS yaitu joule ( J ) sedang menurut cgs yaitu erg adapun untuk jenis makanan yaitu kalori.
1 kalori = 4,2 joule ; 1 joule = 0,24 kalori
1 kkal (kilokalori) = 1000 kal ( kalori ) = 4200 joule = 4,2 kj (kilojoule)
B. Kalor Jenis dan Kapasitas Kalor
Kalor jenis (c) adalah jumlah panas yang harus ditambahkan atau dihilangkan pada satu satuan massa zat itu untuk mengubah temperature 1 .
Persamaan kalor yaitu : Q = m c ∆T Keterangan :
Q = banyaknya kalor satuan joule (J) c = kalor jenis zat satuan J / kg °C m = massa zat satuan kg
∆ T = perubahan suhu satuan °C
Hal-hal berkenaan mengenai berbagai peristiwa tentang perpindahan kalor beserta cara perpindahannya. Dan pemecahan dalam berbagai masalah yang berkaitan dengan perpindahan kalor beserta contoh dalam kehidupan sehari-hari.
Satu Kilokalori (1 kkal) adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 Kg air sebesar 1oC. Zat yang berbeda (dengan massa zat yang sama, misalnya 1 Kg) memerlukan
kuantitas kalor yang berbeda untuk menaikkan suhunya sebesar 1oC . Secara umum,kalor
jenis zat merupakan fungsi suhu zat tersebut meskipun variasinya cukup kecil terhadap variasi suhu. Sebagai contoh, dalam rentang suhu 0oC – 100oC, kalor jenis air berubah kurang
dari 1% dari nilainya sebesar 1,00 cal/groC pada 15oC.
Jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu yang sama dari suatu benda tentu saja berada dibandingkan dengan benda lain. Perbandingan antara jumlah kalor yang diberikan dengan kenaikan suhu suatu benda disebut dengan kapasitas kalor dan diberi simbol dengan C.
Kapasitas kalor ( C ) adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu seluruh benda sebesar satu derajat. Kapasitas kalor dinyatakan dalam J K-1 atau J (oC)-1.
Rumus : Q = C ∆T Keterangan :
C = kapasitas kalor zat, (J/K atau J/oC atau kal/oC)
Q = jumlah kalor yang diberikan pada zat (joule (J) atau kal) ∆T = perubahan suhu zat, (K atau oC)
Untuk menentukan kalor jenis zat dapat digunakan alat yang disebut kalorimeter.
Sebuah benda dapat berubah wujud ketika suhunya dinaikkan atau diturunkan. Apabila suatu zat padat,misalnya es,dipanaskan,ia akan menyerap kalor dan berubah wujud menjadi zat cair. Perubahan wujud zat dari padat menjadi cair ini disebut melebur. Suhu zat yang mengalami peleburan disebut titik lebur zat. Kejadian yang sebaliknya adalah membeku,yaitu perubahan wujud zat dari cair menjadi padat. Suhu di mana zat mengalami pembekuan disebut titik beku.
Jika zat cair ini kita panaskan terus akan menguap dan berubah wujud menjadi gas. Perubahan wujud zat dari cair menjadi uap (gas) disebut menguap. Pada peristiwa penguapan dibutuhkan kalor. Hal ini dapat kita buktikan, ketika kita mencelupkan jari tangan kita ke dalam cairan spiritus atau alcohol. Spiritus atau alcohol adalah zat cair yang mudah menguap, untuk melakukan penguapan ini,spiritus atau alcohol menyerap panas dari jari kita,sehingga jari tangan kita terasa dingin. Peristiwa lain yang memperlihatkan bahwa proses penguapan membutuhkan kalor adalah mendidih. Menguap hanya terjadi pada permukaan zat cair dan dapat terjadi pada sembarang suhu,sedangkan mendidih terjadi pada seluruh bagian zat cair dan hanya terjadi pada suhu tertentu yang disebut titik didih. Proses kebalikan dari menguap adalah mengembun, yaitu perubahan wujud dari uap menjadi cair.
Ketika sedang berubah wujud,baik melebur, membeku, menguap dan mengembun, suhu tetap, walaupun ada pelepasan atau penyerapan kalor. Dengan demikian, ada sejumlah kalor yang dilepaskan atau diserap pada saat perubahaan wujud zat, tetapi tidak digunakan untuk menaikkan atau menurunkan suhu. Kalor semacan ini disebut kalor laten dan disimbolkan dengan huruf L. Besar kalor ini ternyata bergantung juga pada jumlah zat yang mengalami perubahan wujud (massa benda). Jadi,kalor laten adalah kalor yang dibutuhkan oleh suatu benda untuk mengubah wujudnya per satuan massa. Dengan demikian, dapat dirumuskan bahwa :
Q = mL
Kalor laten beku besarnya sama dengan kalor laten lebur dan biasanya disebut dengan kalor lebur. Kalor lebur es Lf pada suhu dan tekanan normal sebesar 334 kJ/kg. Kalor laten uap besarnya sama dengan kalor laten embun dan biasanya disebut dengan kalor uap. Kalor uap air Lv, pada suhu dan tekanan normal sebesar 2256 kJ/kg.
2. Asas Black
Menurut asas Black apabila ada dua benda yang suhunya berbeda kemudian disatukan atau dicampur maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Aliran ini akan berhenti sampai terjadi keseimbangan termal (suhu kedua benda sama). Secara matematis dapat dirumuskan :
Q lepas = Q terima
Yang melepas kalor adalah benda yang suhunya tinggi dan yang menerima kalor adalah benda yang bersuhu rendah. Bila persamaan tersebut dijabarkan maka akan diperoleh :
Q lepas = Q terima m1.c1.(t1 – ta) = m2.c2.(ta-t2)
jika menggunakan asas Black pada benda yang bersuhu tinggi digunakan (t1 – ta) dan untuk benda yang bersuhu rendah digunakan (ta-t2). Dan rumus kalor yang digunakan tidak selalu yang ada diatas bergantung pada soal yang dikerjakan.
Kalor berpindah dari benda yang suhunya tinggi ke benda yang suhunya rendah. Ada 3 cara perpindahan kalor : 1. Konveksi (aliran), 2. Konduksi (hantaran), 3. Radiasi (pancaran).
1. Konveksi (aliran)
Adalah proses dimana panas dipindahkan oleh gerak masa molekul – molekul dari suatu tempat ke tempat yang lain. Konveksi hanya terjadi pada zat yang dapat mengalir (fluida) yaitu zat cair dan gas. Ada 2 jenis konveksi, yaitu konveksi alami dan konveksi paksa.
Pada konveksi alami, pergerakan fluida terjadi akibat perbedaan massa jenis. Pada konveksi paksa, fluida yang telah dipanaskan langsung diarahkan ke tujuannya oleh sebuah peniup (blower) atau pompa. Konveksi alami terjadi misalnya pada system ventilasi rumah, terjadinya angin darat dan angin laut, dan aliran asap pada cerobong asap pabrik. Konveksi paksa misalnya terjadi pada system pendingin mesin pada mobil, alat pengering rambut, dan pada reactor pembangkit tenaga nuklir.
Sedangkan contoh konveksi secara umum yaitu es batu yang mencair dalam air panas. Panas dari air panas berpindah ke es batu. Panas berpindah bersama mengalirnya air panas ke es batu. Panas tersebut menyebabkan es batu meleleh.
Laju perpindahan kalor secara konveksi bergantung pada luas permukaan benda (A) yang bersentuhan, koefisien konveksi (h), waktu (t), dan beda suhu (∆T) antara benda dengan fluida. Banyaknya kalor yang dihantarkan secara konveksi dapat dihitung dengan persamaan berikut :
P = Q / t atau P = h A ∆T
Nilai h adalah koefisien konveksi yang diperoleh secara percobaan dan tergantung pada bentuk dan arah benda.
Konduksi ialah pemindahan panas yang dihasilkan dari kontak langsung antara permukaan-permukaan benda. Konduksi terjadi hanya dengan menyentuh atau menghubungkan permukaan-permukaan yang mengandung panas. Setiap benda mempunyai konduktivitas termal (kemampuan mengalirkan panas) tertentu yang akan mempengaruhi panas yang dihantarkan dari sisi yang panas ke sisi yang lebih dingin. Semakin tinggi nilai konduktivitas termal suatu benda, semakin cepat ia mengalirkan panas yang diterima dari satu sisi ke sisi yang lain.Misalnya perpindahan kalor dari bagian sendok yang terendam dalam air panas ke ujung sendok yang di pegang tanpa disertai perpindahan partikel
Hantaran benda terhadap panas
Konduktor
1. Konduktor adalah benda-benda yang dapat menghantarkan panas.
2. Bahan yang dapat digunakan untuk penghantar panas adalah logam dan kaca.
3. Macam-macam logam antara lain aluminium, besi, baja, perak dan kuningan.
Sedangkan kaca yang tahan panas adalah pyrex.
4. Aluminium adalah jenis logam penghantar yang paling cocok untuk bahan membuat alat
masak seperti penggorengan, panci dst.
Isolator
1. Isolator adalah benda-benda yang tidak dapat menghantarkan panas.
2. Macam-macam isolator yaitu:
Kayu, dimanfaatkan untuk membuat peralatan dapur misalnya sendok nasi.
Plastik, dimanfaatkan untuk membuat peralatan dapur misalnya gelas dan piring
Kain, digunakan untuk bahan alat atau serbet
Styrofom, digunakan untuk mengemas makan dan minuman hangat.
Ebonit, digunakan untuk pegangan agar tidak cepat panas, misalnya pegangan ceret dan
pamci.
Karet, biasanya dicampur dengan bahan plastik, misalnya pada pegangan seterika.
Laju kalor konduksi
Laju kalor konduksi sebanding dengan luas permukaan benda, sebanding dengan beda suhu antara kedua ujung benda dan berbanding terbalik dengan ketebalan dinding. Dapat ditulis dengan rumus:
Dengan k adalah konduktivitas termal zat.
3. Radiasi
kehidupan sehari-hari dapat dilihat saat anda menyalakan api unggun, anda berada di dekat api unggun tersebut dan anda akan merasakan hangat. Satu lagi, pernahkah anda berjalan di atas aspal tanpa menggunakan alas kaki di siang hari? Menurut anda apa yang membuat aspal tersebut terasa panas saat siang hari? karena mendapat radiasi panas dari matahari dan Permukaan hitam dan kusam adalah penyerap dan pemancar radiasi yang baik,
Laju pemancaran kalor oleh permukaan hitam, menurut Stefan dinyatakan sebagai berikut.
Energi total yang dipancarkan oleh suatu permukaan hitam sempurna dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu, tiap satuan luas permukaan sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak permukaan itu.
Secara matematis, laju kalor radiasi ditulis dengan persamaan :
Dengan σ adalah konstanta. Stefan Boltzmann dengan nilai 5,67 x 10-8 W/m2K4.
MAKALAH IPA
TENTANG KALOR DAN PERPINDAHANYA
DISUSUN OLEH : SILVIA PUTRI ANJANI KELAS : VII – G
