Materi Fisika Kelas 11 - Kalor dan Perpindahannya
sains fisika SMA 11
Muhammad Ridwan
25 Februari 2025
Pendahuluan
Pernahkah kamu merasa hangat saat berada di dekat api unggun atau merasakan dinginnya es batu yang menyentuh kulit? Semua ini terjadi karena adanya kalor, yaitu energi panas yang berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah.
Dalam bab ini, kita akan membahas tentang kalor, satuannya, pengaruhnya terhadap zat, serta bagaimana kalor berpindah melalui konduksi, konveksi, dan radiasi.
1. Pengertian Kalor
Kalor adalah energi panas yang berpindah akibat perbedaan suhu antara dua benda.
🔹 Satuan kalor:
- Joule (J) dalam SI.
- Kalori (cal), dengan konversi:
🔹 Kalor berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah hingga mencapai keseimbangan termal.
📌 Contoh dalam kehidupan sehari-hari:
- Es batu mencair saat diletakkan di tangan.
- Air panas mendingin setelah beberapa saat di udara terbuka.
- Logam terasa dingin karena menyerap kalor dari tangan kita.
2. Kapasitas Kalor dan Kalor Jenis
🔹 Kapasitas kalor (\( C \)) adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu benda sebesar 1°C.
\[ C = m \cdot c \]Keterangan:
- \( C \) = kapasitas kalor (J/°C atau cal/°C)
- \( m \) = massa benda (kg atau gram)
- \( c \) = kalor jenis (J/kg°C atau cal/g°C)
🔹 Kalor jenis (\( c \)) adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1°C.
\[ Q = m \cdot c \cdot \Delta T \]Keterangan:
- \( Q \) = jumlah kalor (Joule atau kalori)
- \( \Delta T \) = perubahan suhu (°C)
📌 Tabel kalor jenis beberapa zat:
| Zat | Kalor Jenis (J/kg°C) |
|---|---|
| Air | 4180 |
| Es | 2100 |
| Besi | 450 |
Kesimpulan:
- Air memiliki kalor jenis tinggi, sehingga lambat panas dan lambat dingin.
- Logam seperti tembaga cepat panas dan cepat dingin.
📌 Contoh dalam kehidupan sehari-hari:
- Air di panci butuh waktu lama untuk mendidih karena kalor jenisnya tinggi.
- Logam sendok cepat panas saat dimasukkan ke dalam air panas.
3. Perubahan Wujud dan Kalor Laten
🔹 Perubahan wujud zat membutuhkan kalor laten (\( L \)), yaitu kalor yang digunakan tanpa menyebabkan perubahan suhu.
| Perubahan Wujud | Nama Perubahan | Kalor Laten |
|---|---|---|
| Padat → Cair | Mencair | Kalor lebur (\( L_f \)) |
| Cair → Padat | Membeku | Kalor lebur (\( L_f \)) |
| Cair → Gas | Menguap | Kalor uap (\( L_v \)) |
| Gas → Cair | Mengembun | Kalor uap (\( L_v \)) |
| Padat → Gas | Menyublim | Kalor sublimasi |
🔹 Rumus kalor laten:
\[ Q = m \cdot L \]Keterangan:
- \( Q \) = kalor yang dibutuhkan (J atau cal)
- \( m \) = massa zat (kg atau g)
- \( L \) = kalor laten (J/kg atau cal/g)
📌 Contoh dalam kehidupan sehari-hari:
- Es batu tidak langsung mencair meskipun suhu sudah 0°C karena butuh kalor laten untuk berubah menjadi air.
- Air mendidih di suhu 100°C, tetapi tetap butuh energi untuk berubah menjadi uap.
4. Perpindahan Kalor
Kalor berpindah melalui tiga cara utama:
a. Konduksi (Hantaran Kalor) 🔥
Perpindahan kalor melalui benda padat tanpa disertai perpindahan partikel.
🔹 Contoh dalam kehidupan sehari-hari:
- Sendok logam panas saat ujungnya dicelupkan ke air panas.
- Panci memanaskan makanan melalui dasar yang menyentuh api.
🔹 Persamaan konduksi:
\[ Q = \frac{k \cdot A \cdot \Delta T \cdot t}{d} \]Keterangan:
- \( k \) = konduktivitas termal (W/mK)
- \( A \) = luas penampang (m²)
- \( \Delta T \) = perbedaan suhu (°C atau K)
- \( t \) = waktu (s)
- \( d \) = ketebalan benda (m)
📌 Material dengan konduktivitas tinggi:
- Logam (tembaga, aluminium, besi).
📌 Material isolator (konduktivitas rendah):
- Kayu, plastik, karet.
b. Konveksi (Aliran Kalor) 🌊
Perpindahan kalor melalui fluida (cairan atau gas) yang disertai perpindahan partikel.
🔹 Contoh dalam kehidupan sehari-hari:
- Air panas naik, air dingin turun dalam panci (konveksi alami).
- AC diletakkan di atas karena udara dingin turun dan udara panas naik.
📌 Jenis konveksi:
1️⃣ Konveksi alami (tanpa bantuan eksternal, misal pergerakan udara karena perbedaan suhu).
2️⃣ Konveksi paksa (dibantu alat seperti kipas atau pompa).
c. Radiasi (Pancaran Kalor) ☀️
Perpindahan kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik tanpa membutuhkan medium.
🔹 Contoh dalam kehidupan sehari-hari:
- Sinar matahari menghangatkan bumi.
- Tangan terasa hangat saat dekat api unggun.
📌 Hukum Stefan-Boltzmann:
\[ Q = \sigma \cdot A \cdot T^4 \cdot t \]Keterangan:
- \( \sigma \) = konstanta Stefan-Boltzmann.
- \( A \) = luas permukaan (m²).
- \( T \) = suhu dalam Kelvin.
- \( t \) = waktu (s).
Faktor yang mempengaruhi radiasi:
- Warna benda: benda hitam menyerap lebih banyak kalor.
- Luas permukaan: semakin besar, semakin cepat kehilangan kalor.
Kesimpulan
✅ Kalor adalah energi panas yang berpindah akibat perbedaan suhu.
✅ Kalor mempengaruhi suhu dan perubahan wujud zat.
✅ Perpindahan kalor terjadi melalui konduksi, konveksi, dan radiasi.
✅ Material konduktor baik untuk menghantarkan kalor, sedangkan isolator menghambat kalor.
🔥 Sekarang kamu sudah paham tentang kalor dan cara perpindahannya! 🚀✨
