BERBAGI ILMU: Kalor dan Pemuaian

Kalor adalah bentuk energi yang berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah. Jika suatu benda menerima / melepaskan kalor maka suhu benda itu akan naik/turun atau wujud benda berubah.

BEBERAPA PENGERTIAN KALOR
1 kalori adalah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram air sebesar 1ºC.

1 kalori = 4.18 joule
1 joule = 0.24 kalori

Kapasitas kalor (H) adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh zat untuk menaikkan suhunya 1ºC (satuan kalori/ºC).

Kalor jenis (c) adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan 1 gram atau 1 kg zat sebesar 1ºC (satuan kalori/gram.ºC atau kkal/kg ºC).

Kalor yang digunakan untuk menaikkan/menurunkan suhu tanpa mengubah wujud zat:

Q = H . Δt

Q = m . c . Δt
H = m . c

Q = kalor yang di lepas/diterima
H = kapasitas kalor
Δt = kenaikan/penurunan suhu
m = massa benda
c= kalor jenis

Kalor yang diserap/dilepaskan (Q) dalam proses perubahan wujud benda:

Q = m . L

m = massa benda (kg)
L = kalor laten (kalor lebur, kalor beku. kalor uap,kalor embun, kalor sublim, kalor lenyap)

Pertukaran Kalor

Jika dua buah zat atau lebih dicampur menjadi satu maka zat yang suhunya tinggi akan melepaskan kalor sedangkan zat yang suhunya rendah akan menerima kalor, sampai tercapai kesetimbangan termal.

Menurut asas Black

Kalor yang dilepas = kalor yang diterima

Catatan:

Kalor jenis suatu benda tidak tergantung dari massa benda, tetapi tergantung pada sifat dan jenis benda tersebut. Jika kalor jenis suatu benda adalah kecil maka kenaikan suhu benda tersebut akan cepat bila dipanaskan.

Pada setiap penyelesaian persoalan kalor (asas Black) lebih mudah jika dibuat diagram alirnya.

Perambatan Kalor

Kalor dapat merambat melalui tiga macam cara yaitu:

Konduksi

Perambatan kalor tanpa disertai perpindahan bagian-bagian zat perantaranya, biasanya terjadi pada benda padat.

H = K . A . ΔT/ L

H = jumlah kalor yang merambat per satuan waktu

ΔT = beda suhu (⁰C)

K = koefisien konduksi

A = luas penampang (m²)

L = panjang benda (m)

Konveksi

Perambatan kalor yang disertai perpindahan bagian-bagian zat, karena perbedaan massa jenis.

H = K . A . ΔT

H = jumlah kalor yang merambat per satuan waktu

K = koefisien konveksi

Radiasi

Perambatan kalor dengan pancaran berupa gelombang-gelombang elektromagnetik.

Pancaran kalor secara radiasi mengikuti Hukum Stefan Boltzmann:

W = e . s . T⁴

W = intensitas/energi radiasi yang dipancarkan per satuan luas per satuan waktu

s = konstanta Boltzman =5,672 x 10-8 watt/cm2.ºK4

e = emisivitas (o < e < 1) T = suhu mutlak (ºK)

Benda yang dipanaskan sampai pijar, selain memancarkan radiasi kalor juga memancarkan energi radiasi dalam bentuk gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang 10-6 s/d 10-5 m. Untuk benda ini berlaku hukum PERGESERAN WIEN, yaitu:

λmax . T = C

C = konstanta Wien = 2.9 x 10-3m ºK

Pemuaian suatu benda karena menerima kalor (suhu benda naik) terbagi atas:

1. Muai Panjang (pemuaian satu dimensi)

Lt = Lo ( 1 + α Δt)

Lt = panjang benda akhir (m) Lo = panjang benda awal (m)

α = koefisien muai panjang Δt = beda suhu (^oC)

2. Muai Luas (pemuaian dua dimensi)

At = Ao (1 + β Δt)

At = luas benda akhir (m²)

Ao = luas benda awal (m²)

β = koefisien muai luas = 2α