Rumus kalor

Jika benda yang memiliki perbedaan suhu saling bersentuhan, secara alami kalor berpindah dari benda bersuhu tinggi menuju benda bersuhu rendah. Perpindahan kalor terhenti setelah kedua benda setimbang termal. Dapat dikatakan bahwa perpindahan kalor menyebabkan perubahan suhu benda-benda yang saling bersentuhan. Berdasarkan penjelasan singkat ini, disimpulkan bahwa kalor (Q) memiliki keterkaitan dengan suatu benda dan perubahan suhu (delta T) benda tersebut. Setiap benda mempunyai massa (m) dan jenis benda juga berbeda-beda.

Penurunan rumus kalor pada tulisan ini dilakukan melalui penalaran. Anda dapat membuktikan kebenaran penalaran ini berdasarkan pengalaman anda dalam kehidupan sehari-hari atau anda juga dapat melakukan percobaan.

Hubungan antara kalor (Q) dan perubahan suhu (delta T)

Terdapat dua wadah yang terisi air bermassa sama. Air dipanaskan menggunakan dua kompor yang berbeda. Nyala api salah satu kompor lebih kecil, nyala api kompor lain lebih besar. Jika keduanya dipanaskan selama sepuluh menit, air dalam wadah manakah yang lebih panas ? Jika anda pernah memanaskan air maka anda setuju jika air yang dipanaskan menggunakan kompor dengan nyala api lebih besar, lebih panas (suhu akhir air lebih besar atau perubahan suhunya lebih besar).

Nyala api mewakili banyaknya kalor (Q). Nyala api kecil mempunyai kalor sedikit, nyala api besar mempunyai kalor yang lebih banyak. Ketika kalor sedikit, perubahan suhu kecil. Ketika kalor banyak, perubahan suhu besar. Semakin banyak kalor, semakin besar perubahan suhu. Dapat disimpulkan bahwa jumlah kalor (Q) sebanding dengan perubahan suhu benda.

Rumus kalor - 1Hubungan antara kalor (Q) dan massa benda (m)

Terdapat dua wadah yang terisi air dengan massa yang berbeda, salah satu wadah terisi lebih banyak air, wadah yang lain terisi lebih sedikit air. Air dipanaskan menggunakan dua kompor yang mempunyai nyala api sama. Jika keduanya dipanaskan selama sepuluh menit, air dalam wadah manakah yang lebih panas ? Jika anda pernah memanaskan air maka anda setuju jika air yang lebih sedikit, lebih panas (suhu akhir air lebih besar atau perubahan suhunya lebih besar). Agar air yang lebih banyak mengalami perubahan suhu yang sama dengan air yang lebih sedikit, maka nyala api yang memanaskan air yang lebih banyak, harus diperbesar.

Banyaknya air mewakili massa air (m). Besar atau kecilnya nyala api mewakili jumlah kalor. Dapat disimpulkan bahwa jumlah kalor (Q) sebanding dengan perubahan suhu benda. Semakin banyak air, semakin banyak kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu air tersebut.

Rumus kalor - 2

Hubungan antara kalor (Q) dan jenis benda (c)

Jika anda memanaskan sebatang besi dan sebatang kaca yang mempunyai ukuran sama, secara bersamaan menggunakan nyala api yang sama, manakah yang lebih cepat panas, besi atau kaca ? Tentu saja besi lebih cepat panas. Dapat disimpulkan bahwa kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda sebanding dengan jenis benda.

Rumus kalor - 3Ketiga perbandingan di atas disatukan menjadi  sebuah persamaan :

Rumus kalor - 4Ini adalah rumus alias persamaan kalor.
Keterangan : Q = kalor (Joule), m = massa benda (kg), c = kalor jenis benda (J/kg Co),  delta T = perubahan suhu (Co atau K)

1. Lima kilogram es bersuhu -22oC dipanaskan sampai seluruh es tersebut mencair dengan suhu 0oC. Jika kalor laten es 333 kJ/kg dan kalor jenis es 2100 J/kg Co, maka jumlah kalor yang dibutuhkan adalah…

A. 1496 kJ

B. 1596 kJ

C. 1696 kJ

D. 1796 kJ

E. 1896 kJ

Pembahasan

Diketahui:

Massa es (m) = 5 kg

Suhu awal (T) = -22oC

Kalor laten es (L) = 333 kJ/kg = 333.000 J/kg

Kalor jenis es (c) = 2100 J/kg Co

Ditanya: Jumlah kalor yang dibutuhkan (Q)

Jawab:

Proses 1 : menaikkan suhu es dari -22oC sampai 0oC

Q = m c ΔT = (5)(2100)(22) = 231.000 Joule

Proses 2 : mencairkan semua es menjadi air

Q = m L = (5)(333.000) = 1.665.000 J

Kalor total = 231.000 J + 1.665.000 J = 1.896.000 J = 1.896 kJ

Jawaban yang benar adalah E.

Sumber soal:

Soal SBMPTN Fisika

Referensi

Alexsander San Lohat

Sarjana Pendidikan Fisika Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Guru Fisika di SMAN 2 Nubatukan Lewoleba, Kabupaten Lembata, Provinsi Nusa Tenggara Timur.