Kalor & Kalorimetri
Kalor dan Kalorimetri
Kalor selalu mengalir dari benda yang lebih panas ke benda yang lebih dingin, tidak pernah sebaliknya, hingga keduanya mencapai suhu yang sama. Seberapa banyak energi yang dibutuhkan bergantung pada tiga hal: seberapa banyak zat yang Anda panaskan, terbuat dari apa zat itu, dan seberapa besar perubahan suhu yang Anda inginkan.
Rumus
Q = m · c · ΔT
- Q — energi kalor (J): energi yang berpindah masuk atau keluar dari sebuah benda sebagai kalor
- m — massa (kg): seberapa banyak zat yang sedang dipanaskan atau didinginkan
- c — kalor jenis (J/(kg·K)): energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu satu kilogram material sebesar satu kelvin
- ΔT — perubahan suhu (K): selisih antara suhu akhir dan suhu awal
Contoh yang diselesaikan
Berapa energi kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan 2 kg air sebesar 5 kelvin? (kalor jenis air ≈ 4000 J/(kg·K))
- m = 2 kg
- c = 4000 J/(kg·K)
- ΔT = 5 K
- Q = m · c · ΔT
- Q = 2 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K
Q = 40000 J
Uji diri Anda
Alih-alih 2 kg, kini Anda memiliki 4 kg air dan masih ingin menaikkannya sebesar 5 kelvin. Berapa energi kalor yang dibutuhkan?
- 40000 J
- 160000 J
- Jawaban benar: 80000 J
Benar! Menggandakan massa menggandakan energi yang dibutuhkan: 4 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K = 80000 J.
Kembali ke 2 kg air, tetapi kini Anda ingin menaikkan suhunya sebesar 10 kelvin alih-alih 5. Berapa energi kalor yang dibutuhkan?
- Jawaban benar: 80000 J
- 40000 J
- 20000 J
Tepat sekali — menggandakan perubahan suhu menggandakan energi: 2 kg × 4000 J/(kg·K) × 10 K = 80000 J.
Di mana Anda melihatnya
Pada sore yang sama, pasir pantai menghanguskan kaki Anda sementara laut tetap sejuk — satu kilogram air menelan sekitar 4000 joule per kelvin, beberapa kali lipat dari kebutuhan pasir, sehingga laut menghangat perlahan sepanjang musim. Sendok logam di dalam sup panas menunjukkan sisi lainnya: kalor jenis rendah, perubahan suhu cepat.
Kesalahan umum
Kebingungan yang paling dalam adalah menganggap kalor dan suhu sebagai hal yang sama — suhu adalah seberapa cepat molekul bergerak rata-rata, kalor adalah energi yang sedang berpindah, dan nilai tukar di antara keduanya itulah yang dinyatakan hukum ini: Q = m · c · ΔT. Lalu perhatikan proporsionalitasnya: menggandakan massa menggandakan energi (2 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K = 40000 J menjadi 80000 J pada 4 kg), dan menggandakan perubahan suhu juga demikian. Material yang berbeda benar-benar membayar tarif yang berbeda.
Bagaimana ini terhubung
Hukum gas ideal memberi tahu Anda bagaimana suhu gas menetapkan tekanannya; ini adalah daftar harga untuk sekadar mengubah suhu — massa, material, dan perubahan, dikalikan. Mesin kalor, berikutnya, mencoba menjalankan aliran kalor itu melalui sebuah siklus dan mengambil kerja darinya, dan mereka akan sangat peduli berapa banyak kalor yang harus mereka belanjakan.