Kalor

Pengertian Suhu dan Alat Ukurnya

Halo Sobat Pintar! Suhu adalah istilah yang sering kita gunakan sehari-hari untuk menggambarkan keadaan panas atau dingin suatu benda. Konsep suhu berdasarkan pada pengamatan indera sentuhan terhadap benda tersebut. Namun, sebenarnya tangan atau kulit kita tidak dapat mengukur perbedaan suhu dua benda secara tepat dalam waktu bersamaan. Kita hanya bisa membandingkan bahwa suatu benda lebih panas atau lebih dingin dari benda lainnya. Oleh karena itu, metode ini kurang akurat untuk mengukur suhu secara pasti.

Pengertian sebenarnya tentang suhu adalah besaran fisika yang menunjukkan keadaan panas atau dingin suatu sistem jika dibandingkan dengan sistem lainnya dalam kondisi setimbang termal. Suhu juga menggambarkan rata-rata energi kinetik partikel-partikel materi, yaitu gerakan getaran atau translasi dan rotasi dari atom atau molekul. Ketika suatu materi dipanaskan, energi kinetik atom atau molekulnya akan meningkat.

Untuk mengukur suhu dengan lebih akurat, digunakan alat ukur bernama termometer. Prinsip kerja termometer didasarkan pada perubahan sifat fisis suatu materi yang dipengaruhi oleh perubahan suhu. Beberapa sifat termometrik yang dimanfaatkan antara lain perubahan volume, perubahan hambatan listrik, perubahan sifat kemagnetan, dan perubahan sifat optik. Ketika terjadi kesetimbangan termal antara zat yang ingin diukur suhunya dengan termometer, skala suhu pada termometer akan menunjukkan besaran suhu yang sama dengan suhu zat yang diukur.

Sekarang kita lebih memahami bahwa suhu adalah indikator seberapa panas atau dinginnya suatu benda dibandingkan dengan acuan tertentu. Melalui penggunaan alat ukur seperti termometer dengan berbagai sifat termometrik, kita dapat mengukur suhu dengan lebih tepat dan akurat.

Pengertian Kalor

Ketika sebuah sendok dingin dimasukkan ke dalam secangkir air teh panas, kedua benda tersebut akan mencapai kesetimbangan termal, sehingga suhu sendok dan air teh menjadi lebih hangat. Proses interaksi ini melibatkan perpindahan energi dari satu bahan ke bahan lainnya. Energi yang ditransfer dari satu benda ke benda lain akibat perbedaan suhu inilah yang disebut kalor.

Untuk membuktikan bahwa kalor merupakan salah satu bentuk energi, James Prescott Joule (1818-1889) melakukan percobaan dengan menggunakan alat yang sederhana. Percobaan tersebut melibatkan sebuah beban yang digantung dan sebuah batangan logam yang digunakan untuk mengaduk air dalam sebuah wadah.

Dalam percobaan ini, saat beban jatuh, energi potensialnya berubah menjadi energi kinetik yang diteruskan ke batangan logam yang berada di dalam air. Batangan logam berputar dan mengaduk air, dan akibat gesekan antara batangan logam dan air, suhu air meningkat. Artinya, terjadi perubahan energi kinetik menjadi kalor yang digunakan untuk meningkatkan suhu air. Dari percobaan ini, ditemukan bahwa untuk menaikkan suhu 1 gram air sebanyak 1 derajat C, diperlukan energi sebesar 4,2 joule.

Satuan energi tersebut, yaitu 4,2 joule (J), kemudian dinamai sebagai "1 kalori" (kal) atau dapat dinyatakan bahwa 1 J = 0,24 kal.

Dengan percobaan ini, Joule berhasil membuktikan bahwa kalor adalah bentuk energi yang dapat diukur dan dapat diubah menjadi bentuk energi kinetik lainnya. Pengukuran energi dalam bentuk kalori merupakan konsep penting dalam studi tentang termal dan termodinamika, membantu kita memahami bagaimana energi berpindah dan berubah bentuk dalam berbagai proses fisika.

Konduksi

Konduksi adalah perpindahan kalor yang terjadi tanpa perpindahan partikel zat. Ketika suatu materi dipanaskan, atom-atomnya menjadi lebih aktif karena mendapatkan energi. Getaran ini menyebabkan atom-atom tersebut bertumbukan dengan atom-atom tetangganya, sehingga energi berpindah dari satu atom ke atom lainnya.

Khususnya pada logam, terjadi perpindahan kalor melalui elektron-elektron bebas yang ada pada atom logam. Elektron-elektron ini juga menerima energi tambahan, sehingga bergerak lebih cepat dan bertumbukan dengan elektron-elektron yang lebih jauh. Perpindahan kalor oleh elektron ini jauh lebih cepat dibandingkan perpindahan kalor yang diakibatkan oleh getaran antar atom. Materi yang dengan mudah menghantarkan kalor disebut konduktor, contohnya adalah logam. Sementara itu, materi yang kurang efisien dalam menghantarkan kalor disebut isolator, contohnya adalah plastik dan kayu. Laju perpindahan kalor secara konduksi, atau disebut juga laju kalor konduksi, sebanding dengan luas penampang benda dan perbedaan suhu antara titik yang lebih panas dan lebih dingin.

Konduksi merupakan salah satu mekanisme penting dalam perpindahan kalor, baik dalam benda padat maupun pada antarmuka antara benda padat. Proses konduksi banyak kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari, misalnya ketika memasak menggunakan panci atau wajan dari logam, konduksi akan memanaskan seluruh permukaan wadah sehingga makanan dapat matang secara merata.

Persamaan yang menghubungkan beberapa besaran yang mempengaruhi laju kalor konduksi ditunjukkan dengan persamaan berikut: