ASAS BLAK

Suhu dan Kalor

A. Manta Patimang

PENDAHULUAN

Suhu & kalor merupakan salah satu materi fisika yang penting untuk adik-adik
pahami. Membahas tentang suhu maka salah satu yang terlintas dipikiran kalian adalah
panas atau dingin, sehingga suhu boleh dikata sangat berhubungan langsung dengan
kehidupan sehari-hari kita. Misalnya, Suhu dalam kulkas direndahkan agar bakteri tidak
bisa tumbuh dalam makanan. Akibatnya makanan yang disimpan di dalam kulkas
menjadi awet. Suhu yang aman agar bakteri tidak tumbuh adalah di bawah 5 0 C. Di
dalam mobil, sopir atau penumpang sering menghidupkan AC khususnya ketika suhu
udara cukup tinggi. Tujuannya adalah agar suhu udara di dalam mobil menjadi rendah
dan penumpang merasa lebih nyaman. Jika tidak menyalakan AC maka suhu udara
dalam mobil bisa lebih tinggi dari suhu udara di luar mobil. Tetapi sebaiknya kita tidak
menyetel suhu terlalu rendah karena di samping kita sendiri menjadi tidak nyaman juga
merupakan langkah pemborosan energi.

Saat ke sekolah atau piknik, adik-adik sering membawa minuman atau air hangat
di dalam termos. Dinding termos menghambat aliran keluar panas dari air atau minuman
dari dalam menuju ke udara luar. Akibatnya, air atau minuman dalam termos dapat tetap
hangat dalam waktu berjam-jam. Saat musim dingin, suhu udara di belahan bumi utara
atau selatan turun sangat tajam. Bahkan suhu bisa berada di bawah nol derajat celcius.
Akibatnya, uap air di udara berubah wujud menjadi padat dalam bentuk butiran-butiran
es yang kita kenal dengan salju. Karena begitu dinginnya, maka orang harus
menggunakan jaket tebal kalau bepergian. Makin ke atas dari permukaan bumi, suhu
udara makin turun.
A. PENGERTIAN SUHU

Suhu adalah besaran fisika yang dapat dirasakan. Tubuh kita dapat merasakan
suhu dalam bentuk rasa panas atau dingin. Ketika menyentuh es, otak memberikan
informasi rasa dingin. Ketika berada di terik matahari, otak memberikan informasi rasa
panas. Tampak di sini bahwa suhu adalah ukuran derajat panas atau dinginnya
suatu zat.

Kenapa pada suhu lebih tinggi benda menjadi lebih panas? Pada suhu lebih tinggi
atom-atom atau molekul-molekul penyusun benda bergetar lebih kencang. Akibatnya,
energi yang dimiliki partikel menjadi lebih tinggi. Ketika kita menyentuh benda tersebut
maka akan terjadi perpindahan energi dari partikel benda ke tangan kita. Akibatnya
tangan merasakan lebih panas. Pada saat udara panas, molekul-molekul udara bergerak
lebih kencang. Molekul-molekul ini menumbuk kulit kita lebih kencang sehingga kita
merasakan lebih panas. Sebaliknya, pada saat udara dingin, molekul-molekul di udara

bergerak lebih lambat. Molekul-molekul di kulit kita justru bergetar lebih kencang. Ketika
udara dingin bersentuhan dengan kulit maka sebagian energi yang dimiliki atom-atom di
kulit berpindah ke atom-atom di udara. Getaran atom kulit menjadi lebih lambat sehingga
kulit merasakan dingin.

Kita tidak dapat mengukur suhu suatu hanya dengan menggunakan perasaan.
Mengapa? Misalkan: dalam kulkus terdapat dua mangkuk berisi makanan, mangkuk 1
terbuat dari plastik dan mangkuk 2 terbuat dari steanlis. Manakah menurut kalian yang
suhunya paling rendah? Baik mangkuk plastik maupun mangkuk steanlis, keduanya
memiliki suhu yang sama yakni sama dengan suhu dalam kulkas. Mengapa demikian?
Setiap benda memiliki daya hantar yang berbeda-beda. Suhu dapat diukur dengan
menggunkan alat ukur suhu yakni termometer. Dalam kehidupan sehari-hari, terdapat
4 skala yang sering kita gunakan yaitu skala celcius, Reamur, Fahrenheit, dan Kelvin.
Perhatikan gambar berikut ini:

Gambar di atas menunjukkan bahwa setiap skala mempunya titik acuan masing,

yakni titik acuan atas sebagai titik didih air dan titik acuan bawah sebagai titik beku air.

Adapun tata cara konversi skala, perhatikan pembahasan berikut.

Untuk mengubah satu skala ke skala lain, kalian dapat menggunakan persamaan

berikut ini:

− = −
− −

dimana: = ℎ
=
=

1. Konversi skala celcius ke skala fahrenheit ℃ ↔ ℉ :

℃− = ℉−
− −

℃ =℉−

Setiap pembilang dibagi dengan 20:
℃=℉−
℃= ℉−

℃= ℉−

℉= ℃+

2. Konversi skala celsius ke skala kelvin ℃ ↔

℃− = −
− −

℃= −

Setiap pembilang dibagi dengan 100:
℃= −

℃= −

=℃+

3. Konversi skala celsius ke skala reamur ℃ ↔

℃− = −
− −

℃=

Setiap pembilang dibagi dengan 20:

℃=

℃=

=℃

4. Konversi skala Fahrenheit ke skala Reamur ℉ ↔

℉− = −
− −

℉− =

Setiap pembilang dibagi dengan 20: =
℉−

= ℉−

= ℉−

℉= +

5. Konversi skala Fahrenheit ke skala kelvin ℉ ↔

℉− = −
− −

℉− =−

Setiap pembilang dibagi dengan 20: =−
℉−

− = ℉−

= ℉− +

℉= − +

CONTOH SOAL:

30 ℃ = ℉

℉= ℃+

℉= +

℉= ℉
Sehingga 30 ℃ =

B. PERUBAHAN SUHU

Perubahan suhu benda dapat mengakibatkan pemuaian atau penyusutan ukuran benda.
Pemuaian atau penyusustan terjadi karena aktivitas molekul penyusun benda. Energi
gerak setiap molekul akan bertambah jika suhunya naik akibatnya molekul-molekul akan
bergetar ruang molekul – molekul tersebut semakin bertambah. Kondisi seperti itulah
yang meyebabkan terjadinya pemuaian suatu zat. Sebaliknya, jika suhu turun maka
molekul-molekul akan mempersempit ruang geraknya dan akibatnya suatu benda akan
menyusut. Setiap zat mempunyai kemampuan memuai yang berbeda-beda. Misalnya,
gas memiliki kemampuan memuai lebih besar daripada zat cair dan zat padat.
1. Pemuaian zat padat

Apabila suatu logam dipanaskan atau diberi kalor, maka logam tersebut akan
mengalami kenaikan suhu dan akibatnya molekul penyusun logam akan bergerak
(bergetar) sehingga logam tersebut akan mengalami pemuaian baik pemuaian panjang,
luas, maupun volume logam.
a. Pemuaian panjang

Pada gambar berikut, logam dengan panjang mula-mula akan memuai secara
linier (pemuaian panjang) apabila diberi kalor. Logam akan mengalami pertambahan
panjang sebesar ∆ . Adapun pertambahan panjang ∆ logam, sebanding dengan
panjang mula-mula serta kenaikan suhu, dan tergantung pada jenis zat padat
(koefisien muai zat).

Untuk pemuaian panjang digunakan konsep koefisien muai panjang atau
koefisien muai linier yang dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara
pertambahan panjang zat dengan panjang mula-mula zat, untuk tiap kenaikan suhu
sebesar satu satuan suhu. Jika koefisien muai panjang dilambangkan dengan dan
pertambahan panjang ∆ , panjang mula-mula dan perubahan suhu ∆ maka
koefisien muai panjang dapat dinyatakan dengan persamaan berikut.

= ∆⁄ 0
∆

= ∆ , sehingga
0 ∆

∆= ∆

1

= +∆ Dimana: = (/0C)
=+ ∆ = ℎ
= +∆ = − −
∆= ℎ
∆= ℎ
ℎℎ

b. Pemuaian luas

Analag dengan pemuaian panjang, apabila suatu logam dipanaskan maka

selain panjang logam yang akan memuai, luas dari logam tersebut akan memuai.

Jika logam tersebut merupakan logam silinder seperti gambar berikut, maka luas

mula-mula logam adalah = dan setelah dipanaskan maka luas akhir logam
adalah = .

= +∆
=+ ∆
= +∆

Diketahui, luas penampang mula-mula:
=

Luas penampang akhir:

=

= +∆

= + ∆ + ∆

Karena koefisien muai suatu zat memiliki nilai sangat kecil sehingga apabila

dikuadratkan maka nilainya akan semakin kecil atau diasumsikan sama dengan

nol ( ∆ = :

= + ∆

= + ∆

Dimana; = = (/0C)

=− −

=− ℎ ℎ

∆= ℎ−

= −

= ℎ ℎ

c. Pemuaian volume
Apabila suatu benda dengan volume awal , kemudian dipanaskan sehingga

memuai dengan volume akhir . Adapun untuk mengetahui volume suatu padatan
dalam hal ini adalah silinder maka kalian dapat menggunkan persamaan:

Volume mula-mula padatan silinder:
=

Volume akhir silinder:
=

Karena, = + ∆ dan = + ∆ maka:

= + ∆ . + ∆

= +∆ +∆

= + ∆+ ∆

Karena koefisien muai suatu zat memiliki nilai sangat kecil sehingga apabila

dikuadratkan maka nilainya akan semakin kecil atau diasumsikan sama dengan

nol ( ∆ = :

= +∆

= +∆

Dimana; = = (/0C)

=−

= ℎℎ

2. Pemuaian zat cair

Pada zat cair kita hanya mengenal pemuaian volume yang

umumnya bertambah ketika suhunya dinaikkan. Karena

molekulnya lebih bebas dibandingkan zat padat maka pemuaian zat

cair juga lebih besar dibandingkan zat padat. Perhatikan gambar

disamping yang menunjukkan sebuah bejana berisi zat cair.
Mula –mula ketinggian zat cair adalah A. Jika kita panaskan

ketinggian permukaan zat cair akan turun ke B, kemudian naik ke

C. Penurunan permukaan dari A ke B bukan disebabkan oleh penyusutan zat cair,

tetapi akibat pemuaian yang dialami bejana sehingga volumenya bertambah. Ketika

zat cair telah menjadi panas, permukaan zat cair akan naik ke C akibat pemuaian

zat cair yang lebih besar dari pemuaian yang tampak adalah kenaikan ketinggian

permukaan dari A ke C. Untuk mengetahui volume zat cair yang memuai, perhatikan

persamaan berikut.

∆= ∆
= +∆

Selain zat cair, bejana pun memuai, maka besar koefisien muai:

= +

Kita tahu bahwa ketika suhunya naik, volume zat cair bertambah, sementara
massanya tetap. Bila massa jenis zat cair mula-mula dan massa jenis zat cair
setelah pemuaian maka:

=

=

= +∆
= +∆
Sebagian besar zat akan memuai secara beraturan terhadap penambahan suhu.
Akan tetapi, air tidak mengikuti pola yang biasa. Bila sejumlah air pada suhu 0 0 C
dipanaskan, volumenya menurun sampai mencapai suhu 4 0 C. Kemudian, suhu di
atas 4 0 C air berperilaku normal dan volumenya memuai terhadap bertambahnya
suhu, seperti Gambar 6.10. Pada suhu di antara 0 0 C dan 4 0 C air menyusut dan
di atas suhu 4 0 C air memuai jika dipanaskan. Sifat pemuaian air yang tidak teratur
ini disebut anomali air.
C. KALOR

Kalor merupakan salah satu bentuk energi panas, besar energi 1 kalori setara
dengan 4,184 Joule. Ketika sebuah benda diberi kalor maka benda tersebut akan
mengalami kenaikan suhu. Besarnya kenaikan suhu yang dialami suatu benda yang
diberi kalor bergantung pada jumlah kalor yang diterima atau dilepas. 1 kalori
merupakan banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 0C pada
massa 1 gram.
1. Kapasitas Kalor (C)

Jika kalian memanaskan beberapa macam benda di atas kompor, maka
kalian akan mengamati bahwa kenaikan suhu setiap benda pasti berbeda beda.
Ada benda yang mengalami kenaikan suhu sangat cepat dan ada pula yang lambat.
Contoh benda ini adalah aluminium, besi, atau logam lainnya. Ada benda yang
mengalami kenaikan suhu lambat. Contoh benda ini adalah air. Karena dipanaskan
selama selang waktu yang sama maka semua benda tersebut sebenarnya menyerap
energi kalor dalam jumlah yang sama. Tetapi mengapa kenaikan suhu dapat

berbeda? Untuk membedakan benda satu dengan benda lain berdasarkan berapa
besar perubahan suhu apabila diberikan energi kalor maka kita definisikan suatu
besaran yang dinamakan kapasitas kalor. Besaran tersebut memiliki rumus:

=∆
Dimana: C = Kapasistas Kalor (Kal/0C atau J/0C)

Q = jumlah kalor yang diberikan atau dilepas (Kalori atau Joule)
∆ = perubahan suhu.

Berdasarkan persamaan di atas, maka dapat disimpulkan bahwa:

- Jika kapasitas kalor sebuah benda bernilai besar maka diperlukan kalor yang

banyak untuk mengubah suhu benda.

- Sebaliknya, jika kapasitas kalor sebuah benda bernilai kecil maka cukup

diperlukan kalor sedikit untuk mengubah suhu benda.

2. Kalor Jenis

Kalor jenis adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu air, besi, dan

aluminium sebesar 10C. Jumlah massa masing-masing zat berbeda beda. Kapasitas

kalor dibagi massa selalu sama nilainya untuk zat yang sama. Berapa pun massa

zat maka perbandingan kapasitas kalor dengan massa selalu tetap. Kita simpulkan

bahwa perbandingan kapasitas kalor dan massa merupakan sifat khas suatu zat.

= ; = ; =∆ ;

=∆ = ∆

Dimana: C = Kapasistas Kalor (Kal/0C atau J/0C)

Q = jumlah kalor yang diberikan atau dilepas (Kalori atau Joule)
∆ = perubahan suhu.

= massa benda.
= Kalor jenis benda (Kal/kg 0C atau J/kg 0C)

CONTOH SOAL:

Terdapat 0,4 kg besi di tempat pandai besi dibakar sehingga suhunya naik dari

300C menjadi 450 0C. Hitungah kapasitas kalor besi dan berapa jumlah kalor yang

diserap besi untuk menaikkan suhu tersebut jika diketahui kalor jenis besi 0,108

kal/g 0C?

Penyelesain:

Diketahui c = 0,108 kal/g 0C

m = 0,4 kg = 400 g ℃
∆ = − = ℃− ℃=

Maka; = = ., kal = , kal/℃
3. Kalor Lebur g℃ kkal

= , kal . = ∆ kal =
℃ ℃= ,

Berapa jumlah kalor yang diperlukan untuk melebur zat padat menjadi zat cair?

Jumlah kalor tersebut bergantung pada mass zat yang akan dilebur serta jenis zat.

Besar kalor yang diperlukan, memenuhi persamaan berikut:
=

Dimana:

Q = jumlah kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan zat (Kal atau J)

= kalor lebur zat (kal/kg atau J/kg)
= massa zat yang dilebur (kg)

Zat yang berbeda memiliki nilai L yang berbeda.
Nilai L ditentukan oleh kekuatan gaya tarik antar atom
penyusun zat padat tersebut seperti pada gambar di
samping. Pada dasarnya peleburan adalah pelepasan
ikatan antar atom-atom penyusun zat padat menjadi
ikatan atom-atom dalam wujud cair. Makin kuat ikatan
antar atom dalam zat padat maka makin tinggi kalor
yang diperlukan untuk meleburkan zat tersebut. Kalor
yang diperlukan untuk meleburkan lilin atau mentega sangat kecil. Sebaliknya
kalor yang diperlukan untuk meleburkan besi atau baja sangat besar.

CONTOH SOAL:

Tentukan kalor total yang diperlukan untuk mengubah 500 g es yang bersuhu

− ℃ sehingga menjadi air yang bersuhu 25 ℃. Diketahui: = , ℃ dan =

, ℃ serta kalor lebur es = /.

Penyelesain:

Sebelum menjawab soal di atas, terlebih dahulu kalian menganalisis

peristiwa/proses yang terjadi. Soal di atas menunjukkan terdapat 3 proses yang

terjadi yakni sebagai berikut.
- Memanaskan es dari suhu − ℃ menjadi es bersuhu ℃ dengan kalor .
- Meleburkan es pada suhu ℃ menjadi air yang bersuhu ℃ dengan kalor .
- Memanaskan air dari suhu ℃ menjadi air yang bersuhu ℃ dengan kalor .

Setelah menganalisi proses yang terjadi maka langkah selanjutnya ialah

menghitung kalor setiap proses:

➢ = −

= g. , ℃ ℃ − − ℃

=

➢ =

= g.

=

➢= −

= . , ℃ ℃− ℃

=

Jadi total kalor yang dibutuhkan adalah:

= + + =, + + =

4. Kalor Uap

Jika air yang bersuhu 100 0C diberi kalor maka suhunya tidak berubah, yaitu

tetap 100 0C. Yang terjadi adalah volume air makin sedikit. Ini berarti air

mengalami penguapan. Molekul-molukul air mulai lepas dari air dan menjadi

molekul bebas (uap air). Proses ini disebut penguapan dan suhu 100 0C untuk air

disebut titik uap. Pertanyaan selanjutnya adalah, berapa kalor yang diperlukan

untuk menguapkan 1 kg air pada titik uapnya? Kalor yang diperlukan untuk

mengubah zar cair menjadi gas seluruhnya (menguapkan) memenuhi persamaan

berikut.

=

Dimana:

Q = jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menguapkan zat (Kal atau J)

= kalor uap zat (kal/kg atau J/kg)
= massa zat yang akan diuapkan (kg)

CONTOH SOAL:

Berapa kalor yang dibutuhkan untuk mengubah 50 g air yang bersuhu 50 0C

sehingga seluruhnya menjadi uap? Diketahui kalor uap air adalah 2260 kg/kJ.

Penyelesian:

Di sini ada dua tahapan: menaikkan suhu air dari 50 0C menjadi 100 0C dan

mengubah air yang bersuhu 100 0C menjadi uap yang bersuhu 100 0C (lihat skema

beriku ini).

➢= −

= g. ℃ ℃− ℃
=

➢= kg/Kj
= , kg.

== =

Total kalor yang dibutuhkan adalah:

= + = + = =,

D. AZAZ BLACK

Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering memanaskan air untuk membuat

minuman. Kita melihat kalor berasal dari kompor gas dan kalor tersebut diterima oleh

ceret yang berisi air. Pada pengukuran kalor digunakan suatu alat yang disebut

kalorimeter. Apabila kedua benda (zat) yang berbeda suhunya disentuhkan (dicampur)

maka benda yang bersuhu tinggi akan memberikan kalornya kepada benda yang bersuhu

rendah sampai suatu saat suhu kedua benda tersebut sama. Pada proses ini berlaku

hukum kekekalan energi. Kalor yang diberikan oleh benda yang bersuhu tinggi sama

dengan kalor yang diterima oleh benda yang bersuhu rendah. Prinsip inilah yang disebut

Asas Black, dan dirumuskan sebagai Kalor yang diserap sama dengan kalor yang dilepas.

= ∆

∆ =

∆ = ∆

Dimana: = jumlah kalor yang dilepas zat 1
= jumlah kalor yang diserap zat 2

= suhu tinggi

= suhu rendah

∆ = −

∆ = −

CONTOH SOAL:

Suatu bola besi massanya 500 gram dipanaskan sampai suhu 100 0C. Bola besi tersebut

dimasukkan ke dalam kaleng aluminium yang massanya 200 gram dan berisi air yang

massanya 600 gram yang mula-mula suhunya 18 0C. Kalor jenis air adalah 4,18 kJ/kg.0C

sedang kalor jenis aluminium adalah 0,900 kJ/kg. 0C. Suhu kesetimbangan akhir

campuran adalah 20 0C. Berapakah kalor jenis besi tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui: = = =
= =℃ =℃
℃ =, / ℃
=, /℃ −

Ditanya. … ?

=

= +

∆ = ∆+ ∆

− = −+

, . ℃− ℃ = , . , ℃ . ℃− ℃ + , ., / ℃. ℃ − ℃

℃. = , +,
/℃
= , ℃= ,

E. PERPINDAHAN KALOR
Kalor berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Perpindahan

kalor berhenti ketika suhu kedua benda sudah sama. Kondisi ketika dua benda memiliki
suhu sama disebut kesetimbangan panas atau kesetimbangan termal. Selama ada
perbedaan suhu maka kalor selalu berpindah hingga tercapai kesetimbangan panas.
bagaimana cara kalor berpindah dari satu benda ke benda lainnya? Para ahli akhirnya
menyimpulkan bahwa hanya ada tiga cara perpindahan kalor antara benda, yaitu
konduksi, konveksi, dan radiasi.

1. Perpindahan Kalor secara Konduksi
Konduksi adalah perpindahan kalor dari satu tempat ke tempat lain melalui

benda. Tetapi selama kalor berpindah tidak ada bagian benda maupun atom atau
molekul penyusun benda yang ikut berpindah. Ketika ujung zat dipanaskan maka
electron-elektron pada bagian tersebut bergerak lebih kencang (memiliki energy kinetic
lebih besar). Akibatnya electron bermigrasi ke lokasi yang memiliki energy kinetic lebih
rendah (bagian zat yang lebih dingin). Migrasi tersebut menyebabkan tumbukan
electron yang berenergi tinggi dengann electron yang berenergi rendah sehingga
electron yang berenergi rendah menjadi berenergi tinggi yang direpresentasikan oleh
kenaikan suhu. Begitu seterusnya sehingga electron yang berenergi tinggi tersebar
makin jauh dari lokasi pemanasan. Peristiwa ini merepresentasikan perambatan kalor
secara konduksi.

Penyebab lain peristiwa konduksi adalah getaran atom zat padat di sekitar posisi
setimbangnya. Ketika atom-atom di lokasi pemanasan bergetar lebih kencang maka
atom-atom yang bertetangga ikut bergetar lebih kencang dari sebelumnya. Getaran
kencang atom tetangga ini diikuti oleh tetangga yang lebih jauh. Begitu seterusnya
sehingga terjadi perpindahan getaran atom. Pada akhirnya semua atom dalam zat

bergetar lebh kencang. Ini merepresentasikan fenomena perambatan kalor. Karena
tidak ada atom yang berpindah (hanya getaran yang lebh kencang saja yang berpindah)
maka ini pun merupakan peristiwa konduksi.

Cepat perambatan kalor dalam zat padat berbeda untuk zat yang berbeda. Ada zat
yang sangat mudah memindahkan kalor dan ada yang sangat sulit. Zat yang mudah
memindahkan kalor contohnya besi, tembaga, aluminium. Semua logam termasuk zat
yang mudah memindahkan kalor. Zat semacam ini disebut juga konduktor kalor.
Umumnya konduktor kalor juga merupakan konduktor listrik. Artinya jika zat mudah
menghantar kalor maka zat tersebut juga mudah menghantar listrik. Ukuran
kemampuan zat menghantar kalor dikenal dengan konduktivitas panas. Laju konduksi
kalor dalam bahan memenuhi persamaan:

= = ∆

Dimana: = = jumlah kalor yang dirambatkan setiap sekonnya (J/s)

= koefisien konduktivitas termal (J/s.m. 0C atau W/m. K)
= luas penampang benda (m2)

= panjang benda (m)
∆ = − = selisih suhu pada kedua ujung batang (K).

= Suhu tinggi pada salah satu ujung batang (K).
= suhu rendah pada salah satu ujung batang (K).

CONTOH SOAL:

Untuk memindahkan kalor dari air mendidih ke lokasi yang memiliki suhu 25 0C

digunakan sebuah batang aluminium. Jarak dua lokasi tersebut adalah 2 meter.

Aluminium dibungkus dengan isolator ideal sehingga tidak ada kalor yang terbuang

selama perpindahan. Berapakah jari-jari batang aluminium (anggap berbentuk
silinder) agar laju perpindahan kalor adalah 50 J/s ( = J/s.m. 0C).

Penyelesaian: J/s.m. 0C
Diketahui: =

H = 50 J/s

= 2 meter
= suhu titik didih air = 100 0C
= 25 0C

∆ = − = ℃− ℃= ℃
Ditanya: A … ?

= ∆ = ⁄. =,
⁄ . m. ℃. ℃

Karena silinder berbentuk silinder maka jari-jari memenuhi = :

= √ = √ , , =, =,

2. Perpindahan Kalor secara Konveksi
Cara kedua perambatan kalor adalah konveksi. Pada cara ini kalor merambat

karena perpindahan molekul atau atom penyusun benda. Ketika satu bagian benda
menerima kalor maka atom-atom penyusunnya bergerak lebih cepat. Akibatnya, atom-
atom tersebut terdorong (berpindah) ke lokasi di mana atom-atom masih bergetar
lambat. Perpindahan atom yang telah bergerak cepat membawa energi kalor. Dengan
demikian terjadi perpindahan kalor dari lokasi yang bersuhu tinggi ke lokasi yang
bersuhu rendah.

Konveksi hanya terjadi di dalam benda yang memiliki atom atau molekul yang dapat
bergerak bebas. Benda seperti ini adalah fluida yang terdiri dari zat cair dan gas. Jadi,
konveksi terjadi dalam zat cair atau gas. Ketika air di dalam panci dipanaskan maka
bagian air yang menerima panas adalah bagian yang bersentuhan dengan panci,
khususnya bagian dasar panci. Namun, lama-lama seluruh bagian air menjadi panas
karena adanya aliran molekul air dari bawah ke atas. Aliran tersebut mendesak air
yang dingin yang berada di atas untuk turun sehingga mengalami pemanasan.

Ketika yang dipanaskan, fluida yang dipanaskan akan memuai. Karena massa tidak
berubah maka massa jenis fluida mengecil. Akibatnya fluida tersebut akan bergerak ke
atas. Benda yang massa jenis lebih kecil akan berada di lapisan atas dan yang massa
jenis besar akan berada di lapisan bawah. Jika air dan minyak dicampur maka minyak
pada akhirnya berada di lapisan atas karena massa jenisnya lebih kecil daripada air.

Fluida yang berada di atas dan bersuhu lebih rendah (memiliki massa jenis lebih
besar) akan bergerak turun
mengisi tempat kosong yang
ditinggalkan fluida panas
seperti pada gambar di
samping. Akibatya terjadi
pergantian posisi fluida.
Yang panas di atas dan yang
dingin di bawah. Fluida

dingin yang baru sampai di bawah mengalami pemanasan sehingga massa jenisnya

mengecil dan selanjutnya bergerak ke atas. Fluida yang berada di atas dan memiliki
suhu lebih rendah turun mengisi ruang yang ditinggalkan di dasar panci. Begitu
seterusnya sehingga terjadi aliran terus-menerus fluida dari dasar panci ke atas. Dan
pada akhirnya semua bagian fluida menacapai suhu yang sama.

Adapun untuk mengetauhi besarnya energi kalor yang dipindahkan adalah
sebagai berikut.

= =ℎ ∆
Dimana: = = jumlah kalor yang dirambatkan setiap sekonnya (J/s)

ℎ = koefisien konveksi (J/m2.0C atau W/m2. K)
= luas penampang yang bersentuhan dengan fluida (m2)
∆ = − = selisih suhu fluida (K).

= Suhu tinggi fluida (K).
= suhu rendah fluida (K).

CONTOH SOAL:

Suatu panci pemanas air terbuat dari bahan tertentu mempunyai luas permukaan

yang bersentuhan dengan air 200 cm2. Jika suhu bahan tersebut 90 0 C dan suhu air

80 0 C dan menghasilkan jumlah kalor yang dipindahkan secara konveksi per sekonnya

sebesar 0,8 J/s maka hitunglah besar nilai koefisien konveksi bahan tersebut.

Penyelesaian: =,
Diketahui: =

I = 0,8 J/s = 0,8 W ℃
= suhu tinggi air = 90 0C
= suhu rendah air = 80 0C

∆ = − = ℃− ℃=

Sehingga;

=ℎ ∆

ℎ= ∆

ℎ= , , ℃= . − . ℃−
.

3. Perpindahan Kalor secara Radiasi

Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa melalui medium. Ruang antara

matahari dan bumi kebanyakan hampa. Tetapi panas matahari dapat mencapai bumi.

Ini salah satu bukti bahwa kalor dapat merambat

tanpa perlu medium. Lampu pijar mengandung filamen

di tengahnya (kawat kecil). Ruang antara filamen adan

kaca lampu adalah hampa. Ketika lampu disambung

ke tegangan listrik PLN maka filamen memanas.

Suhunya bisa mencapai 5.000 0C. Tetapi panas dapat

dirasakan sampai ke kaca lampu dan bisa juga

dirasakan sampai di luar seperti pada gambar di

samping. Hal tersebut menunjukkan bahwa panas

filamen dapat merambat melalui ruang hampa dalam

lampu hingga mencapai lokasi di luar lampu.

Udara adalah penghantar panas yang tidak baik. Ketika kita menyalakan api

unggun maka dalam sekejap kita yang duduk sekitar setengah meter dari api unggun

merasakan panas. Ini bukan karena panas merambat melalui udara, tetapi panas

merambat melalui radiasi. Kalau menunggu panas merambat melalui udara maka

diperlukan waktu yang lama bagi kita yang duduk setengah meter dari api unggun

untuk merasakan panas.

Mengapa panas bisa merambat

secara radiasi? Jawabannya adalah

panas tersebut dibawa oleh gelombang

Elektromagnetik seperti pada gambar di

samping. Setiap benda memancarkan

gelombang elektromagnetik. Energi

gelombang yang dipancarkan makin

besar jika suhu benda masing tinggi. Salah satu komponen gelombang yang

dipancarkan tersebut adalah gelombang inframerah yang membawa sifat panas. Makin

tinggi suhu benda maka makin banyak pula energi gelombang inframerah yang

dipancarkan sehingga makin panas benda tersebut terasa pada jarak tertentu. Adapun

cara untuk mengetahui laju kalor yang berpindah secara radiasi adalah sebagai

berikut. =
Dimana: = daya atau laju kalor (W)

= emisivitas benda
= konstanta Boltzman (5,67 x 10-8 W m-2 K-4)
= luas benda yang memancarkan panas (m2)

= suhu benda (K)

CONTOH SOAL:

Sebuah bola tembaga luasnya 20 cm2 dipanaskan hingga berpijar pada suhu 127 ℃.

Jika emisivitas tembaga adalah 0,4 dan tetapan Boltzman , − 4. Hitunglah
2.

energi radiasi yang dipancarkan oleh tiap sekonnya.

Penyelesaian:

Diketahui: = =,

T = 127 0C = 400 K

=,

= , −
2. 4

Sehingga:

=

= , (, − . ), . K
=, /
=,

DAFTAR PUSTAKA

Abdullah, Mikrajuddin. 2016. Fisika Dasar 1. Bandung: Institut Teknologi Bandung
Handayani, S & Ari Damari. 2009. Fisika untuk SMA dan MA Kelas X. Jakarta: Pusat Perbukuan-

Deperteman Pendidikan
Karyono, dkk. 2009. Fisika untuk SMA dan MA Kelas X. Jakarta: Pusat Perbukuan- Deperteman

Pendidikan
Suharto, Ato. Suhu dan Kalor. http://atophysics.wordpress.com, diakses tanggal 2 November 2017 jam

03:16 PM.