Suhu/ Temperatur dan Kalor

Untuk menjawab pertanyaan tersebut, perhatikan tiga point berikut :

• Kalor merupakan bentuk energi yang dapat berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah.
• Kalor dapat mengubah suhu suatu benda benda
• Kalor dapat mengubah wujud zat

Sumber : lazada.co.id

         Sejak masih kanak-kanak, untuk menyatakan panas atau dinginnya suatu benda/ zat, sering kali digunakan kata-kata seperti sejuk, dingin, hangat, panas dan lain sebagainya. Dengan menggunakan indera peraba (kulit), semakin panas suatu objek/ benda/ zat/ cairan, maka semakin tinggi temperatur objek/ benda/ zat/ cairan tersebut, demikian pula sebaliknya. Hal tersebut merupakan perkiraan secara kuantitatif. Oleh karena itu, seringkali suhu didefinisikan sebagai ukuran mengenai panas atau dinginnya suatu zat atau benda.

Sumber : amaliame.com

Berbeda dengan suhu, kalor (panas) merupakan salah satu bentuk energi, sehingga dapat berpindah dari satu sistem ke sistem yang lain (karena adanya perbedaan suhu). Sebaliknya, setiap ada perbedaan suhu antara dua sistem maka akan terjadi perpindahan kalor.  Kalor berpindah dari benda yang bersuhu tinggi menuju suhu rendah pada saat bersinggungan. Sebagai contoh, es yang dimasukkan ke dalam gelas berisi air panas, maka es akan mencair dan air menjadi dingin. Karena ada perbedaan suhu antara es dan air maka air panas melepaskan sebagian kalornya sehingga suhunya turun dan es menerima kalor sehingga suhunya naik (mencair). Adapun perubahan-perubahan wujud zat dapat digambarkan sebagai berikut :

Keterangan      :

• Mencair (melebur)            : adalah perubahan wujud zat dari padat menjadi cair.
• Membeku                         : adalah perubahan wujud zat dari cair menjadi padat.
• Menguap                          : adalah perubahan wujud zat dari cair menjadi gas.
• Mengembun                     : adalah perubahan wujud zat dari gas menjadi cair.
• Menyublim                       : adalah perubahan wujud padat menjadi gas.
• Menghablur/ mendeposisi : adalah yaitu perubahan wujud zat dari gas ke padat.

Dari perubahan-perubahan wujud zat di atas, pada dasarnya hanya membutuhkan atau melepaskan energi. Ketika membutuhkan energi (kalor), maka dapat dikatakan bahwa zat tersebut untuk mengubah wujudnya memerlukan kenaikan energi yang ditandai dengan naiknya temperatur. Sedangkan ketika melepaskan energi (kalor), maka temperatur zat tersebut akan turun (lebih rendah dari semula). Dari perubahan-perubahan zat di atas itu sendiri, yang memerlukan kalor (menyerap kalor) adalah peristiwa mencair, manguap, dan menyublim. Sedangkan perubahan zat di atas yang melepaskan kalor adalah peristiwa mengembun, membeku, dan menghablur.    

Pada perubahan wujud zat, seperti halnya zat cair (air), besarnya kalor (Q) yang diperlukan sebanding dengan masssa benda, bergantung pada kalor jenis, dan sebanding dengan kenaikan suhu. Oleh karena hal tersebut, maka dalam perubahan wujud karena naik ataupun turunnya temperatur pada zat cair, kalor yang dibutuhkan, dirumuskan dengan :

Q = m. c. ΔT,

Di mana :

Q                     = Kalor yang diperlukan/ dilepaskan (J)

m                     = Massa zat (kg)

c                      = Kalor jenis (J/ kg⁰C)

ΔT                    = Kenaikan suhu (⁰C)

Gambaran perubahan wujud air
Sumber : fatulilmi.com

Adapun gambaran perubahan wujud zat cair adalah sebagai berikut :

Es merupakan bentuk padat dari air. Udara mempunyai suhu yang lebih tinggi dibanding es. Ketika es berada di tempat terbuka, es akan menyerap panas dari udara di sekitarnya. Pemanasan ini menyebabkan es mulai berubah wujud menjadi air. Jadi es merupakan zat padat dan dapat berubah menjadi air apabila diberikan energi kalor (panas). Pada waktu berbentuk padat, es dalam bentuk bongkahan kecil, tetap akan berwujud bongkahan kecil. Hal itu menunjukkan bahwa ikatan partikel penyusun es terikat kuat. Ditinjau dari materi penyusunnya (partikel penyusunnya) gerakan yang terjadi sangatlah terbatas. Gaya-gaya tarik yang menyebabkan tetapnya posisi antar partikel masih lebih besar, daripada energi panas yang diterima oleh pertikel. Lalu, ketika menerima panas, partikel mulai bergerak semakin cepat. Ikatanpun mulai mengendur. Akibatnya gerakan menjadi bebas. Es mulai meleleh. Pada keadaan ini mulai terjadi perubahan wujud.

Pada saat wujudnya mulai berubah menjadi cair, maka bentuknya mulai mengikuti tempatnya. Karena berada pada bidang datar, maka es mulai menempati ruangnya. Pada akhirnya setelah semua menjadi cair, maka bentuk es yang berubah menjadi air akan mengikuti wadahnya. Hal ini sesuai dengan ciri-ciri materi dalam wujud cair. Selain mempunyai massa dan menempati ruang (memiliki volume), partikel zat cair memiliki susunan yang lebih renggang daripada partikel zat padat yang notabene hanya dapat melakukan rotasi/ vibrasi, tetapi pada materi cair, partikelnya dapat bergerak walaupun dengan jarak yang tidak sangat renggang.

Jika wadah itu dipanaskan dengan api, maka setelah mencapai suhu 100⁰C, akan mulai berubah bentuk menjadi gas. Ikatan antar partikelnya semakin longgar hingga akhirnya bila terus dipanaskan seluruhnya menjadi gas. Akibatnya air tidak ada lagi berada di wadah, tetapi menguap menempati seluruh ruangan. Ditinjau dari segi materinya, zat cair tersebut karena mendapatkan panas (energi) mengakibatkan partikel-partikelnya dapat bergerak, tidak hanya secara vibrasi maupun rotasi tetapi juga dapat bergerak secara translasi (berpindah posisi), sehingga pergerakannya bebas. Jadi air dapat berubah menjadi uap air yang berwujud gas, apabila diberikan energi kalor. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa energi kalor dapat mengubah suhu dan wujud zat.

Sebenarnya, pada saat pemanasan zat cair di dalam sebuah wadah, terjadi beberapa macam perpindahan kalor. Seperti halnya ketika praktikan memanaskan larutan garam (dengan tujuan melakukan destilasi). Ketika praktikan memanaskan larutan garam tersebut di dalam sebuah wadah (berupa elenmeyer) dengan menggunakan nyala api dari bunsen, maka terjadi perpindahan panas secara konduksi pada wadah (erlenmeyer) tersebut. Dari perpindahan panas secara konduksi tersebut, panas terus disalurkan/ dipindahkan menuju ke larutan garam. Dalam larutan garam sendiri akan terjadi perpindahan panas secara konveksi, di mana larutan yang lebih dekat dengan pusat pemanasan akan memiliki suhu yang lebih tinggi daripada larutan yang jauh dari pemanasan (larutan bagian bawah akan terasa lebih panas daripada larutan bagian atas). Terlihat bahwa terdapat suatu aliran pada larutan garam yang praktikan panaskan. Selain itu ada juga gelembung-gelembung gas yang terbentuk dari pemanasan tersebut.

Panas akan berpindah dari materi yang bersuhu tinggi ke materi yang bersuhu rendah. Oleh karena itu maka akan terjadi suatu aliran-aliran partikel. Partikel-partikel yang mengalir merupakan akibat dari perbedaan massa jenis zat. Seperti yang kita ketahui, massa jenis zat merupakan masa tiap satuan volume. Ketika volumnya semakin besar karena pemanasan, sedangkan massanya tetap, maka massa jenis zat tersebut akan semakin kecil. Sesuai teori, maka partikel yang mempunyai massa jenis kecil akan naik ke atas, sedangkan partikel yang mempunyai massa jenis tinggi akan turun ke bawah (menjadikan aliran tadi). Berikut merupakan gambarannya :