KALOR DAN PERPINDAHANNYA
Kalor dan Perpindahannya
Kelas :7D
No. :12
yang bersuhu lebih rendah disebut kalor. Apakah 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.
Gambar 4.3. 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 (agar
bilangan yang dikomunikasikan tidak terlalu besar).
Gambar 4.3 Pada saat makan, kamu
mendapatkan asupan energi kimia yang
dapat diubah menjadi energi panas.
Zat gizi makanan mengandung energi kimia yang dapat diubah menjadi
energi panas atau energi bentuk lain. Sebagian energi ini digunakan untuk
mempertahankan suhu tubuh. Saat kamu sedang kedinginan, kamu akan
menggigil untuk mempercepat metabolisme tubuh sehingga suhu tubuh tetap
terjaga. Setiap makanan kemasan harus tercantum kandungan energinya.
Pada kegiatan sebelumnya, kamu telah mengamati bahwa air jika diberi panas
dari pembakar spiritus yang menyala, ternyata suhunya naik. 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 ini menunjukkan bahwa sebagian
kalor dilepaskan benda tersebut ke lingkungan.
Telah kamu ketahui pula bahwa kenaikan suhu oleh kalor dipengaruhi massa
benda. Untuk menaikkan suhu yang sama, air bermassa 200 g memerlukan
kalor yang lebih besar daripada air bermassa 100 g. Apakah yang memengaruhi
kenaikan suhu hanya jumlah kalor dan massa benda saja? Untuk memahami hal
ini, lakukanlah kegiatan berikut.
suhu benda hingga suhu tertentu dipengaruhi juga oleh jenis benda. Besaran
yang digunakan untuk menunjukkan hal ini adalah kalor jenis.
Ingat kembali, bahwa perubahan suhu pada skala Celcius sama dengan
perubahan suhu pada skala Kelvin. Tabel 4.1 menunjukkan kalor jenis beberapa
bahan. Kamu dapat mengamati bahwa bahan yang berbeda memiliki kalor jenis
yang berbeda pula.
Tabel 4.1 Kalor jenis beberapa bahan
berikut.
Terjadinya perubahan wujud sering diamati dalam kehidupan sehari-hari.
Contoh yang sering kamu jumpai, yaitu pada air mendidih kelihatan gelembung-
gelembung uap air yang menunjukkan adanya perubahan wujud dari air menjadi
uap. Untuk mendidihkan air, diperlukan kalor. Jadi, untuk mengubah wujud zat
cair menjadi gas diperlukan kalor.
Lakukan kegiatan berikut
perubahan suhu. Kalor untuk mengubah wujud zat disebut kalor laten.
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)
Sistem tubuh manusia bekerja optimal pada suhu 36,5o
C hingga 37,5o
C.
Seringkali aktivitas dan lingkungan sekitar memaksa tubuh manusia bereaksi
untuk menjaga agar suhu tubuhnya tetap optimal.
Pada saat kamu beraktivitas, misalnya berolahraga akan terjadi peningkatan
proses perubahan energi kimia makanan menjadi energi gerak. Proses ini
menghasilkan panas yang dapat meningkatkan suhu tubuh. Pada saat ini,
mekanisme dalam tubuh kamu memberi perintah agar tubuh berkeringat. Pada
saat keringat itu menguap, proses penguapan keringat memerlukan kalor. Kalor
ini diambil dari kulit tubuhmu, sehingga tubuh kamu yang memanas itu menjadi
dingin, dan kembali ke suhu optimal. Pada saat itu, mengapa kamu merasa
nyaman jika dikipasi? Saat dikipasi, proses penguapan keringat itu terjadi lebih
cepat, sehingga tubuhmu segera kembali ke suhu optimalnya.
• Mengapa saat kedinginan kamu cepat merasa lapar?
Pada saat kamu kedinginan, kamu akan menggigil. Dengan menggigil, maka
tubuhmu bergerak cepat. Gerak tubuh kamu ini memaksa tubuh melakukan
metabolisme, membakar energi kimia makanan menjadi energi gerak (dan tentu
saja menghasilkan energi panas). Dengan cara ini, suhu tubuh tidak turun. Tentu
saja, ada “harga yang harus dibayar”. Pada saat kedinginan, kamu cepat merasa
lapar.
Diskusikan
Kapan biasanya anjing menjulurkan lidahnya? Mengapa anjing melakukan
hal itu? Coba jelaskan.
hdwallpaperslist.com
Gamba 4.8 Anjing
menjulurkan lidahnya
Sumber: www.
hdwallpaperslist.com
Gamba 4.8 Anjing
menjulurkan
Gambar 4.9. Pembekuan darah ketika mengalami luka
• Teknologi Pendingin Sederhana
Kamu pasti sering melihat di depan bangunan besar seringkali terdapat
kolam (kadang-kadang dilengkapi dengan air mancur). Selain untuk keindahan,
keberadaan kolam ini dapat membuat lingkungan sekitarnya menjadi sejuk.
Mengapa hal ini dapat terjadi? Secara alami, air di kolam itu akan menguap. Untuk
menguap diperlukan kalor. Kalor ini diambil dari udara di sekitar kolam, sehingga
udara menjadi lebih sejuk dibanding tanpa kolam.
Gambar 4.10 Selain untuk keindahan,
apa fungsi kolam air di depan
bangunan ini?
• Teknologi Pendingin Makanan Sederhana
Perhatikan gambar alat pendingin makanan di bawah ini.
com
Gambar 4.11 Pendingin makanan
sederhana
Alat ini terdiri atas dua tempayan, dengan tempayan kecil dapat masuk
ke tempayan besar. Pasir diisikan di antara dua tempayan. Selanjutnya, air
ditambahkan pada pasir ini hingga pasirnya basah. Makanan (atau air) diletakkan
di dalam tempayan kecil yang ditutup kain basah. Saat air di dalam pasir menguap,
kalor untuk penguapan ini diambil dari sekitarnya termasuk dari makanan,
sehingga makanan menjadi dingin. Dilaporkan suhunya bisa turun hingga 15⁰C
Kalor sebanyak 84 kJ ditambahkan pada 500 g air yang bersuhu 20o
C.
Berapakah suhu air itu? Kalor jenis air 4.200 J/(Kg.K).
Diketahui:
Q = 84 kJ = 84.000 J
m = 500 g = 0,5 Kg
Tawal = 20o
C
c = 4.200 J/(Kg.K)
Ditanyakan: Takhir = ...?
Jawab:
Q = c x m x ∆t
84.000 = 4.200 x 0,5 x ∆t
84.000 = 2.100 x ∆t
∆t = 84.000
2.100
= 40o
C
Jadi, ∆t = Takhir - Tawal
40o
C = Takhir - 20o
C
Takhir = 40o
C + 20o
C
= 60o
C
B. Perpindahan Kalor
Kalor berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu
rendah. Bagaimanakah caranya? Kalor berpindah melalui tiga cara, yaitu konduksi,
konveksi, dan radiasi. Berikut akan diuraikan ketiga cara perpindahan kalor
tersebut. Coba pahami dengan saksama.
Gambar 4.12 Mengapa panas setrika sampai
pada baju yang disetrika?
1. Konduksi
Saat kamu menyetrika, setrika yang
panas bersentuhan dengan kain yang kamu
setrika. Kalor berpindah dari setrika ke kain.
Perpindahan kalor seperti ini disebut konduksi.
Perhatikan mekanisme perpindahan kalor
secara konduksi pada Gambar 4.12.
Saat suhu naik, partikel
benda bergetar lebih cepat.
Kalor berpindah, partikel
tidak ikut berpindah.
lainnya sehingga partikel yang terkena
benturan tersebut akan bergetar makin
cepat, akibatnya suhu makin tinggiSumber: Dok. Kemdikbud
Gambar 4.13
Bagaimanakah perpindahan
kalor secara konduksi dapat
berlangsung?
panas secara konduksi (konduktivitas) yang berbeda pula. Bahan yang
mampu menghantarkan panas dengan baik disebut konduktor. Bahan yang
menghantarkan panas dengan buruk disebut isolator. Seperti hasil percobaanmu,
logam termasuk konduktor. Kayu dan plastik termasuk isolator.
Berbagai peralatan rumah tangga yang memanfaatkan sifat konduktivitas
bahan, terlihat pada Gambar 4.14.
Gambar 4.14 Bahan-bahan konduktor dan isolator panas
Pada peralatan memasak, bagian yang bersentuhan dengan api menggunakan
konduktor yang baik, sedangkan bagian pegangannya menggunakan isolator
yang baik.
Gambar 4.15 Peralatan rumah tangga yang memanfaatkan sifat konduktivitas bahan
Panas kopi dapat bertahan cukup lama di gelas kaca karena gelas kaca
merupakan isolator yang baik. Dapatkah kamu memberikan ide bagaimana agar
panas kopi tersebut bertahan lebih lama lagi?
Gambar 4.16 Mengapa kopi ditempatkan di gelas, tidak di logam?
Saat udara dingin, kamu berselimut di dalamnya. Selimut terbuat dari serat
wol atau kapas yang bersifat isolator. Mengapa udara yang terperangkap di dalam
selimut dengan kamu di dalamnya membuat badanmu hangat?
Gambar 4.17 Mengapa orang di
dalam selimut merasa hangat?
2. Konveksi
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 ini disebut konveksi. Pola aliran air
membentuk arus konveksi.
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.
• Malam Hari
Daratan lebih cepat mendingin daripada lautan, udara di atas lautan lebih
hangat dan bergerak naik, digantikan oleh udara dari daratan. Dengan demikian,
terjadilah angin darat.
Elemen pemanas oven, pemanggang roti, magic jar, dan lain-lain biasanya
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.
3. Radiasi
Bayangkan saat kamu berjalan di tengah hari yang cerah. Kamu merasakan
panasnya matahari pada mukamu. Bagaimana kalor dari matahari dapat sampai
ke wajahmu? Bagaimana kalor dapat melalui jarak berjuta-juta kilometer dan
melewati ruang hampa? Dalam ruang hampa tidak ada materi yang memindahkan
kalor secara konduksi dan konveksi. Jadi, perpindahan kalor dari matahari sampai
ke bumi dengan cara lain. Cara tersebut dinamakan radiasi.
tanganmu 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, kamu yang berada di samping api unggun dapat merasakan
panas. Dapatkah kamu memberi contoh lain peristiwa radiasi?
menyerap radiasi kalor dari lingkungan. Perhatikan benda-benda di ruangan yang
bersuhu 30oC
berikut.
Amati gambar berikut untuk menyimpulkan pengaruh warna terhadap kalor yang
dilepas atau diserap dari lingkungannya.
Bagaimana termos dapat mencegah perpindahan kalor baik secara konduksi,
konveksi, maupun radiasi?
Kerjakan soal-soal berikut dengan benar.
1. Tentukan kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 2 kg air, sehingga
suhunya naik 50o
C. Kalor jenis air 4200 J/(kg K).
2. Gambarkan arus konveksi pada gambar di bawah ini.
Sumber: Dok. Kemdikbud
Gambar 4.34 Arus konveksi
3. Semangkok air dan semangkok alkohol yang ukurannya sama diletakkan di
atas meja di dekat jendela pada siang hari yang cerah. Beberapa jam kemudian
ternyata volume kedua zat cair itu berkurang. Namun alkohol lebih banyak
berkurang dibandingkan dengan air. Manakah penjelasan yang paling tepat
terhadap kejadian itu? Pilih yang paling tepat dan jelaskan.
a. Semua cairan menguap.
b. Alkohol mendapatkan kalor yang lebih banyak daripada air.
c. Zat cair tertentu menguap lebih cepat dibandingkan dengan jenis zat
cair yang lain.
d. Zat cair hanya menguap saat hari cerah.
e. Air lebih panas dibandingkan dengan alkohol.
4. Sendok logam, sendok plastik, dan sendok keramik diletakkan pada air panas.
Setelah 15 detik, adakah sendok yang terasa paling panas? Coba jelaskan.
