Kalor dan Perpindahannya: Pengertian, Satuan, Rumus, dsb

Pengertian Kalor

Kalor adalah salah satu bentuk energi berupa panas yang berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah jika kedua benda saling bersentuhan (Tim Kemdikbud, 2017, hlm. 159). Mudahnya, energi panas yang berpindah dari benda bersuhu lebih tinggi ke benda bersuhu lebih rendah disebut kalor.

Tingkat panas benda dinyatakan dengan suhu. Setiap benda memiliki tingkat panas tertentu, karena di dalam suatu benda dapat terkandung energi panas. Kecepatan perpindahan panas pada benda yang bersuhu rendah sangat bergantung pada zat massanya. Misalnya, untuk menaikkan suhu 200 g air, memerlukan energi panas yang lebih besar daripada 100 g air. Pada suhu yang sama, zat yang massanya lebih besar mempunyai energi panas yang lebih besar pula.

Satuan Kalor

Dapat disimpulkan bahwa kalor adalah besaran, dan tentunya memiliki satuan. Apa itu satuan kalor? Sebagai bentuk energi, dalam SI kalor mempunyai satuan joule (J). Satuan kalor yang populer (sering digunakan pada bidang gizi) adalah kalori dan kilokalori.

Satu kalori adalah jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram air hingga naik sebesar 1^oC. Satu kalori sama dengan 4,184 J, atau sering dibulatkan menjadi 4,2 J.

Kalor dan Perubahan Suhu Benda

Secara umum, suhu benda akan naik jika benda itu mendapatkan kalor. Sebaliknya, suhu benda akan turun jika kalor dilepaskan dari benda itu. Air panas jika dibiarkan lama-kelamaan akan mendingin mendekati suhu ruang.

Hal tersebut menunjukkan bahwa sebagian kalor dilepaskan benda tersebut ke lingkungan sekitar. Selain jumlah kalor dan massa benda, hal apal agi yang memengaruhi kenaikan suhu? Kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda hingga suhu tertentu dipengaruhi juga oleh jenis benda. Misalnya, minyak membutuhkan lebih banyak kalor jika dibandingkan dengan air. Di bawah ini adalah tabel yang menunjukkan kalor jenis beberapa bahan.

Secara umum kalor dan perubahan suhu memiliki hukum seperti di bawah ini.

1. Kalor untuk menaikkan suhu benda bergantung pada jenis benda itu.
2. Makin besar kenaikan suhu benda, kalor yang diperlukan makin besar pula.
3. Makin besar massa benda, kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu makin besar pula.

Jika ditulis secara matematis, persamaan kalor adalah:

kalor yang diperlukan untuk kenaikan suhu = kalor jenis x massa benda x kenaikan suhu

Q = c x m x Δt

Kalor pada Perubahan Wujud Benda

Terjadinya perubahan wujud benda dapat diamati dalam kehidupan sehari-hari. Salah satu contoh yang sering dijumpai adalah pada air mendidih yang berbuih dan berubah jadi asap saat dipanaskan. Hal tersebut menunjukkan perubahan wujud benda akibat kalor, tepatnya perubahan wujud dari air menjadi uap.

Agar air dapat berubah wujud menjadi uap, diperlukan jumlah kalor tertentu yang sesuai. Kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud suatu benda disebut dengan kalor laten. Kita dapat mengukur kalor laten (berapa kalor yang dibutuhkan untuk mengubah wujud benda) dengan persamaan matematis di bawah ini.

dengan:

Q = kalor yang dibutuhkan/dilepas untuk berubah wujud (J)

m = massa zat yang berubah wujud (kg)

L = kalor lebur atau kalor beku (J/kg)

U = kalor penguapan atau kalor pengembunan (J/kg)

Perpindahan Kalor

Kalor berpindah dari benda bersuhu tinggi ke yang lebih rendah melalui tiga cara, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Berikut akan diuraikan ketiga cara perpindahan kalor tersebut.

Konduksi

Konduksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat tanpa disertai perpindahan partikel zat (Tim Kemdikbud, 2017, hlm. 184). Contohnya adalah saat kita menyetrika, setrika yang panas bersentuhan dengan kain yang sedang disetrika. Kalor berpindah dari setrika ke kain, perpindahan kalor seperti itu disebut konduksi karena partikel tidak ikut berpindah, hanya kalornya saja yang berpindah.

Setiap jenis benda atau zat memiliki kemampuan menghantarkan panas secara konduksi (konduktivitas) yang berbeda. Bahan yang mampu menghantarkan panas dengan baik disebut konduktor, sementara bahan yang menghantarkan panas dengan buruk disebut isolator.

Contoh nyatanya adalah pada peralatan memasak, bagian yang bersentuhan dengan api menggunakan konduktor yang baik, sedangkan bagian pegangannya menggunakan isolator yang baik. Sementara itu, panas kopi dapat bertahan cukup lama di gelas kaca karena gelas kaca merupakan isolator yang baik.

Konveksi

Konveksi adalah perpindahan kalor melalui suatu zat yang disertai perpindahan partikel zat tersebut (Tim Kemdikbud, 2017, hlm. ). Contohnya, air merupakan konduktor yang buruk, namun ketika air bagian bawah dipanaskan ternyata air bagian atas juga ikut panas. Berarti, ada cara perpindahan panas yang lain pada air tersebut, yaitu konveksi.

Saat air bagian bawah mendapatkan kalor dari pemanas, partikel air memuai sehingga menjadi lebih ringan dan bergerak naik dan digantikan dengan partikel air dingin dari bagian atas. Dengan cara ini, panas dari air bagian bawah berpindah bersama aliran air menuju bagian atas. Proses itulah disebut konveksi, pola air membentuk arus konveksi yang memindahkan panas bersama partikelnya.

Arus konveksi dapat kita temui di panta yang berupa angin laut dan angin darat. Pada siang hari daratan lebih cepat panas daripada lautan (kalor jenisnya kecil), udara di atas daratan ikut panas dan bergerak naik, digantikan oleh udara dari lautan. Dengan demikian, terjadilah angin laut.

Sementara itu, pada malam hari daratan lebih cepat mendingin daripada lautan, udara di atas lautan lebih hangat dan bergerak naik, digantikan oleh udara dari daratan. Saat terjadi peristiwa tersebut, terjadilah angin darat.

Konveksi juga dapat dimanfaatkan pada berbagai peralatan yang contohnya adalah sebagai berikut:

1. Bagian pemanas oven,
2. pemanggang roti,
3. magic jar, dan lain-lain.

Biasanya bagian pemanas alat-alat terletak di bagian bawah. Saat difungsikan, udara bagian bawah akan menjadi lebih panas dan bergerak naik, sedangkan udara bagian atas yang lebih dingin akan bergerak turun. Pada peralatan tertentu seperti pengering rambut (hair dryer), aliran konveksi dibantu (atau dipaksa) dengan menggunakan kipas.

Radiasi

Bagaimana panas dari matahari dapat sampai ke bumi, padahal jaraknya berjuta-juta kilometer dan melewati ruang hampa? Dalam ruang hampa tidak ada materi yang memindahkan kalor secara konduksi maupun konveksi. Ya, perpindahan kalor dari matahari sampai ke bumi dengan cara lain. Cara tersebut dinamakan radiasi. Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa melalui zat perantara (Tim Kemdikbud, 2017, hlm. 184).

Kita juga dapat merasakan akibat radiasi kalor saat menghadapkan telapak tangan pada bola lampu yang menyala atau saat kamu duduk di dekat api unggun. Udara merupakan konduktor buruk dan udara panas api unggun bergerak ke atas. Namun, setiap benda dapat memancarkan dan menyerap radiasi kalor, yang besarnya bergantung pada suhu benda dan warna benda. Beberapa sifat radiasi lainnya meliputi:

1. makin panas benda dibandingkan dengan panas lingkungan sekitar, makin besar pula kalor yang diradiasikan ke lingkungannya;
2. makin luas permukaan benda panas, makin besar pula kalor yang diradiasikan ke lingkungannya;
3. jika suhu benda lebih dingin daripada suhu lingkungan, maka benda itu akan menyerap radiasi kalor dari lingkungan;
4. makin rendah suhu benda, makin besar pula kalor yang diterima dari lingkungannya;
5. makin luas permukaan benda dingin, makin besar pula kalor yang diterima dari lingkungannya.

Kalor pada Makhluk Hidup

Bukan hanya benda tak hidup saja yang memiliki kalor, makhluk hidup seperti kita juga banyak berurusan dengan kalor.  Baik itu pada saat membutuhkan energi panas untuk beraktivitas, maupun secara umum dalam menjaga sistem tubuh agar bekerja dengan baik.

Kalori

Tubuh kita sebagai manusia juga mengubah sebagian makanan menjadi energi panas. Energi panas yang disediakan oleh makanan diukur dalam kilokalori, sering disingkat kkal atau Kal (dengan K huruf kapital).

Satu Kal makanan sama dengan 1.000 kalori. Kita menggunakan kilokalori untuk makanan, karena kalori terlalu kecil untuk dipakai mengukur energi pada makanan yang dimakan, dengan tujuan agar bilangan yang dikomunikasikan tidak terlalu besar sehingga lebih mudah dipahami.

Zat gizi makanan mengandung energi kimia yang dapat diubah menjadi energi panas atau bentuk energi lainnya. Sebagian energi tersebut digunakan untuk mempertahankan suhu tubuh. Saat kita kedinginan, tubuh kita akan menggigil untuk mempercepat metabolisme tubuh, sehingga suhu tubuh tetap terjaga.

Setiap makanan kemasan harus tercantum kandungan energinya, karena kalori haruslah seimbang dengan nutrisi yang dikandung dan tidak menyebabkan surplus kalori yang dapat mengakibatkan obesitas (kegemukan/berat badan berlebih). Contoh cantuman kalori dalam suatu produk makanan dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Berkeringat untuk Menjaga Suhu Tubuh

Sistem tubuh manusia bekerja optimal pada suhu 36,5o C hingga 37,5o C. Sering kali aktivitas dan lingkungan sekitar memaksa tubuh manusia bereaksi untuk menjaga agar suhu tubuhnya tetap optimal.

Pada saat kita beraktivitas berat, misalnya berolahraga, akan terjadi peningkatan proses perubahan energi kimia makanan menjadi energi gerak. Proses ini menghasilkan panas yang dapat meningkatkan suhu tubuh, sehingga mekanisme dalam tubuh manusia memberi perintah agar tubuh berkeringat untuk menjaga suhu tubuh.

Lapar saat Kedinginan

Selain itu pada saat kita kedinginan, kita akan menggigil yang akan membuat mekanisme tubuh kita bergerak lebih cepat. Gerak itu akan memaksa tubuh untuk melakukan metabolisme, membakar energi kimia makanan menjadi energi gerak dan energi panas. Dengan cara tersebut, suhu tubuh tidak turun. Namun hal itu juga membutuhkan kalori yang lebih dan karenanya, kita akan cepat merasa lapar.

Referensi

1. Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. (2017). Ilmu Pengetahuan Alam SMP/MTs Kelas VIII. Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan.