Konsep Kalor dan Perubahan Wujud Zat

Pengertian Kalor

Sebelum ilmu fisika berkembang pesat, masyarakat menganggap kalor sebagai suatu zat halus tak bermassa yang dapat mengalir dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Pandangan ini dikenal sebagai teori zat alir. Namun, setelah para ilmuwan melakukan pengukuran yang teliti, teori tersebut ditinggalkan karena terbukti tidak benar.

Beberapa tokoh penting dalam penemuan konsep kalor antara lain:

Ia adalah ilmuwan pertama yang menemukan metode untuk mengukur kalor. Hasil penelitiannya melahirkan asas penting:

“Kalor yang diterima oleh suatu benda sama dengan kalor yang dilepaskan oleh benda lain.”

Mayer menolak teori zat alir dan menyatakan bahwa kalor adalah bentuk energi. Dalam percobaannya, ia menunjukkan bahwa jika air dalam botol dikocok, suhu air meningkat. Hal ini membuktikan bahwa energi mekanik dapat berubah menjadi kalor.

Joule melakukan berbagai eksperimen yang memperlihatkan bahwa kalor adalah energi. Salah satu percobaannya menggunakan pengaduk air yang digerakkan oleh beban jatuh. Dari hasil ini, ia menemukan kesetaraan antara energi mekanik dan kalor yaitu, 1 kalori = 4,2 Joule

Kalor sebagai Energi

Kalor adalah bentuk energi yang berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Energi ini dapat ditimbulkan dari energi mekanik, listrik, kimia, dan sebagainya.

Secara matematis, jumlah kalor yang diterima atau dilepaskan oleh suatu benda dinyatakan dengan:

dengan:

Q = kalor (Joule atau kalori)

m = massa benda (kg atau g)

c = kalor jenis (J/kg°C atau kal/g°C)

Kapasitas Kalor dan Kalor Jenis

Kapasitas kalor adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu benda sebesar 1°C.

dengan:

C = kapasitas kalor (J/°C atau kal/°C)

Q = kalor (J atau kal)

Kalor jenis adalah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1°C.

dengan:

Q = kalor (J atau kal)

m = massa benda (kg atau g)

c = kalor jenis (J/kg°C atau kal/g°C)

Contoh nilai kalor jenis: air 4.200 J/kg°C, es 2.100 J/kg°C, aluminium 900 J/kg°C, dan lain-lain.

Asas Black

MenurutAsas Black, kalor yang dilepas benda bersuhu tinggi sama dengan kalor yang diterima benda bersuhu rendah.

atau:

dengan:

C = kapasitas kalor kalorimeter

Perubahan Wujud Zat

Kalor tidak hanya menyebabkan perubahan suhu, tetapi juga dapat mengubah wujud zat. Proses perubahan wujud ini dapat terjadi tanpa perubahan suhu (isotermal).

Diagram tata nama untuk transisi fase yang berbeda-beda – Wikipedia.org

Melebur: zat padat menjadi cair, menyerap kalor.

Membeku: zat cair menjadi padat, melepaskan kalor.

dengan:

L = kalor lebur (J/kg atau kal/g)

Menguap: zat cair menjadi gas, menyerap kalor.

Mengembun: zat gas menjadi cair, melepaskan kalor.

dengan:

L = kalor uap atau embun (J/kg atau kal/g)

Diagram Fase Zat

Hubungan antara suhu dan tekanan terhadap wujud zat digambarkan dalam diagram fase.

Pengaruh Tekanan terhadap Perubahan Wujud

Tekanan berperan dalam menentukan titik lebur dan titik didih zat:

Tekanan tinggi dapat menurunkan titik lebur (contoh: kawat tembaga menekan es hingga es mencair).

Tekanan tinggi dapat menaikkan titik didih, sedangkan tekanan rendah menurunkan titik didih. Oleh sebab itu, di pegunungan air mendidih pada suhu di bawah 100°C.