BAHAN AJAR KALOR DAN PERPINDAHANNYA Kelas VII Semester 1 Kurikulum Merdeka
KALOR Tubuh Anda mengubah sebagian makanan menjadi energi panas. Energi panas yang disediakan oleh makanan diukur dalam kilokalori, sering disingkat kkal atau Kal (dengan K huruf kapital). Satu Kal makanan sama dengan 1.000 kalori. Kita menggunakan kilokalori untuk makanan, karena kalori terlalu kecil untuk dipakai mengukur energi pada makanan yang dimakan (agar bilangan yang dikomunikasikan tidak terlalu besar). Energi panas yang berpindah dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah disebut kalor. Apakah satuan kalor? Sebagai bentuk energi, dalam SI kalor mempunyai satuan Joule (J). Satuan kalor yang populer (sering digunakan pada bidang gizi) adalah kalori dan kilokalori. SUHU DAN KALOR Suhu menyatakan tingkat panas benda. Benda memiliki tingkat panas tertentu karena di dalam benda terkandung energi panas. Kalor tidak sama dengan suhu. Suhu adalah sifat suatu benda yang muncul setelah diberikan energi kalor. Terlepas benda tersebut suhunya menjadi tinggi atau tidak. Pernahkah kalian memperhatikan di siang hari yang begitu terik, air yang berada di kolam, sungai atau danau tetap terasa dingin? Sedangkan aspal di jalan terasa begitu panas? Padahal mendapatkan terik Matahari yang sama. Mengapa bisa demikian? Apakah masing-masing benda atau zat memiliki kemampuan menyerap kalor yang berbedabeda?
Air termasuk zat yang memiliki kalor jenis tinggi yang dapat menyerap banyak energi kalor dengan hanya sedikit perubahan suhu. Apa itu kalor jenis? Kalor jenis adalah jumlah energi panas yang diperlukan oleh 1 kg bahan tertentu untuk menaikkan suhunya sebesar 1 Kelvin. Setiap bahan atau zat memiliki kalor jenis yang berbeda. Satuan kalor jenis adalah Joule per kilogram per Kelvin [J/ (kg. K)], atau dalam Joule per kilogram per derajat Celsius [J/ (kg. 0 C)]. Mengapa bisa sama? Hal ini dikarenakan bahwa perubahan suhu 1 Kelvin sama dengan 1 derajat Celsius. Menurut kalian kenapa masing-masing benda bisa memiliki kalor jenis yang berbeda-beda? Apakah ada hubungannya dengan atom-atom atau molekul benda atau zat tersebut? Pada tabel diatas menunjukkan bahwa kalor jenis air lebih tinggi dibandingkan dengan kalor jenis beberapa bahan lainnya. Air, alkohol dan bahanbahan lain yang memiliki kalor jenis tinggi dapat menyerap banyak energi panas dengan sedikit perubahan suhu.
PERPINDAHAN KALOR Terdapat beberapa cara perpindahan kalor yang terjadi. Pada dasarnya kalor berpindah melalui tiga cara yang disebut sebagai konduksi, konveksi dan radiasi. Berikut akan diuraikan ketiga cara perpindahan kalor tersebut. Coba pahami dengan seksama perbedaan di antara ketiganya. KONDUKSI Saat Anda menyetrika, setrika yang panas bersentuhan dengan kain yang Anda setrika. Kalor berpindah dari setrika ke kaiin. Perpindahan kalor seperti ini disebut konduksi. Perhatikan mekanisme perpindahan kalor secara konduksi pada gambar dibawah ini “Konduksi merupakan perpindahan panas melalui bahan tanpa disertai perpindahan partikel-partikel bahan tersebut.”
Siapkan sendok kayu, sendok logam, dan sendok plastik yang berukuran hampir sama. Tempelkan paku payung pada pegangan sendok-sendok tersebut dengan menggunakan mentega. Berdirikan sendok-sendok tersebut pada gelas beker atau panci. Jika mentega meleleh, paku payung akan jatuh. Coba urutkan jatuhnya paku payung tersebut jika air panas dimasukkan ke dalam gelas beker. Masukkan air panas ke dalam gelas beker tersebut. Mari Kita Lakukan Bagaimana cara menyelidiki pengaruh kalor secara konduksi ? Mengamati Celupkan sendok kayu dan sendok logam pada air panas. Pegang ujung kedua sendok itu. Catat apa yang Anda rasakan beberapa saat kemudian. Menanya Berdasarkan hasil pengamatan Anda, tuliskan pertanyaan-pertanyaan yang ingin Anda ketahui. Menalar 1. Apakah jenis bahan berpengaruh terhadap konduktivitas bahan? 2. Coba Anda pikirkan jawaban sementara Anda. Mencoba 1. 2. 3. Amatilah urutan jatuhnya paku payung. Menalar dan Mengomunikasikan Berdasarkan data pengamatan Anda, jawab permasalahan dalam penyelidikan ini. Presentasikan hasil penyelidikan Anda.
Benda yang jenisnya berbeda memiliki kemampuan menghantarkan panas secara konduksi (konduktivitas) yang berbeda pula. Bahan yang mampu menghantarkan panas dengan baik disebut konduktor. Bahan yang menghantarkan panas dengan buruk disebut isolator. Seperti hasil percobaan Anda, logam termasuk konduktor. Kayu dan plastik termasuk isolator. Berbagai peralatan rumah tangga yang memanfaatkan sifat konduktivitas bahan, Pada peralatan memasak, bagian yang bersentuhan dengan api menggunakan konduktor yang baik, sedangkan bagian pegangannya menggunakan isolator yang baik. Berbagai contoh alat rumah tangga yang memanfaatkan sifat konduktor : sendok, panci, setrika, dsb. sedangkan yang bersifat isolator : ember, cermin, bata, dsb.
KONVEKSI Air merupakan konduktor yang buruk. Namun, ketika air bagian bawah dipanaskan ternyata air bagian atas juga ikut panas. Berarti, ada cara perpindahan panas yang lain pada air tersebut, yaitu konveksi. Saat air bagian bawah mendapatkan kalor dari pemanas, partikel air memuai sehingga menjadi lebih ringan dan bergerak naik dan digantikan dengan partikel air dingin dari bagian atas. Dengan cara ini, panas dari air bagian bawah berpindah bersama aliran air menuju bagian atas. Proses ini disebut konveksi. Pola aliran air membentuk arus konveksi "Konveksi adalah perpindahan kalor dari satu tempat ke tempat lain bersama dengan gerak partikel-partikel bendanya" Proses Terjadinya Angin Darat dan Angin Laut Arus konveksi dapat juga Anda temui di pantai, berupa angin laut dan angin darat.
Angin Darat Pada malam hari daratan lebih dingin dibandingkan lautan, karena sifat daratan yang cepat menerima panas dan cepat menerima dingin. Daratan menjadi daerah yang mempunyai tekanan tinggi (maksimum), sedangkan laut menjadi daerah yang mempunyai tekanan rendah (minimum). Angin darat biasanya digunakan oleh nelayan untuk berangkat mencari ikan ke laut. Oleh karena itu, kita sering melihat nelayan pergi menangkap ikan malam hari dan kembali dari menangkap ikan siang hari. Angin Laut Pada saat itu suhu di laut lebih dingin dibandingkan dengan suhu daratan. Hal ini disebabkan sifat laut (perairan) yang lambat menerima panas dan lambat melepaskannya. Sehingga laut menjadi daerah yang mempunyai tekanan tinggi (maksimum) dan daratan menjadi daerah yang mempunyai tekanan rendah (minimum). Angin laut digunakan oleh para nelayan untuk pulang dari laut. Konveksi dimanfaatkan pada berbagai peralatan. Contohnya adalah sebagai berikut. Elemen pemanas oven, pemanggang roti, magic jar, dan lainlain biasanya terletak di bagian bawah. Saat difungsikan, udara bagian bawah akan menjadi lebih panas dan bergerak naik, sedangkan udara bagian atas yang lebih dingin akan bergerak turun. Pada peralatan tertentu seperti pengering rambut (hair dryer), aliran konveksi dibantu (atau dipaksa) dengan menggunakan kipas.
RADIASI Bayangkan saat Anda berjalan di tengah hari yang cerah. Anda merasakan panasnya matahari pada muka Anda. Bagaimana kalor dari matahari dapat sampai ke wajah Anda? Bagaimana kalor dapat melalui jarak berjuta-juta kilometer dan melewati ruang hampa? Dalam ruang hampa tidak ada materi yang memindahkan kalor secara konduksi dan konveksi. Jadi, perpindahan kalor dari matahari sampai ke bumi dengan cara lain. Cara tersebut dinamakan radiasi. "Radiasi adalah perpindahan panas yang dipancarkan oleh permukaan benda semata-mata berdasarkan temperaturnya." Anda juga merasakan akibat radiasi kalor saat menghadapkan telapak tangan Anda pada bola lampu yang menyala atau saat Anda duduk di dekat api unggun. Udara merupakan konduktor buruk dan udara panas api unggun bergerak ke atas. Namun, Anda yang berada di samping api unggun dapat merasakan panas. Dapatkah Anda memberi contoh lain peristiwa radiasi?
Setiap benda dapat memancarkan dan menyerap radiasi kalor, yang besarnya bergantung pada suhu benda dan warna benda. Perhatikan benda-benda yang diletakkan di ruangan bersuhu 30oC. Besar kalor yang dipancarkan atau diserap benda ditunjukkan oleh banyaknya anak panah. Makin rendah suhu benda, makin besar pula kalor yang diterima dari lingkungannya. Makin luas permukaan benda dingin, makin besar pula kalor yang diterima dari lingkungannya. Makin panas benda dibandingkan dengan panas lingkungan sekitar, makin besar pula kalor yang diradiasikan ke lingkungannya. Makin luas permukaan benda panas, makin besar pula kalor yang diradiasikan ke lingkungannya.
Saat Anda menjemur dua kaos basah yang warnanya berbeda, Anda akan mendapatkan bahwa kaos yang berwarna lebih gelap ternyata lebih cepat kering. Amati gambar berikut untuk menyimpulkan pengaruh warna terhadap kalor yang dilepas atau diserap dari lingkungannya. Makin gelap benda yang terasa panas, makin besar pula kalor yang diradiasikan ke lingkungannya. Makin gelap benda yang terasa dingin, makin besar pula kalor yang diterima dari lingkungannya.