AhmadDahlan.NET – Secara sederhana, kuantitas energi panas dapat diartikan sebagai besar nilai energi panas. Sama dengan bentuk energi lainnya, besaran ini dinyatakan dalam satuan energi seperti Joule, Cal, PH, sejenisnya. Hanya saja Energi panas ini sedikit unik dimana nilainya tidak tersimpan dalam satu bentuk baku sama seperti jika kita menganalogikan energi potensial yang selalu ada pada bendengan dengan ketinggian h di atas permukaan bumi atau Energi kinetik untuk benda yang bergerak dengan kecepatan v.
Panas hanya akan ditinjau ketika terjadi perpindahan energi tanpa ada perpindahan maka sulit untuk menyatakan kuantitas panas. Hal ini pula yang membuat panas disebut sebagai kalor atau anergi yang mengalir.
Daftar Isi
A. Panas dan Perpindahan Energi
Misalkan saja, kita memanaskan 1 kg besi dan 1 kg air secara terpisah dari suhu 0oC sampai 10oC. Agar mencapai suhu tersebut maka besi hanya membutuhkan sekitar 4 600 J, sedangkan air membutuhkan kalor sebanyak 42 000 J. Karena Besi hanya membutuhkan rata-rata energi panas sebesar 460 J untuk naik 1oC setiap kg, sedangkan air butuh sekitar 4200 J.
Jika Energi Panas dapat ditinjau dalam keadaan diam (tidak berpindah), maka seharusnya dalam kondisi ini air harusnya memiliki hampir 10 kali energi panas yang lebih banyak dari besi. Namun jika kedua benda ini dicampurkan tidak akan pernah terjadi perpindahan panas sekalipun di antara kedua benda. Bahkan jika dalam kasus ini air hanya dipanaskan sampai 9oC maka panas dari besi justru mengalir ke air hingga suhu keduanya sama.
Perpindahan energi panas hanya dapat terjadi pada kondisi dua buah objek (baik sistem atau lingkungan) yang memiliki suhu yang berbeda. Secara spontan panas akan mengalir dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah.
Pertambahan energi yang dialami oleh sebuah benda akan berdampak pada peningkatan rata-rata energi kinetik benda pada tingkat partikel demikian pula sebaliknya jika energi panas keluar dari sebuah benda. Perubahan rata-rata energi kinetik inilah yang diinidikasikan sebagai suhu.
B. Kalor Jenis
Mari kita tinjau kembali kasus pemanasan 1 kg besi dan air yang telah dijelaskan di atas. Pada kasus tersebut terlihat bahwa pemanasan ke dua benda tersebut membutuhkan jumlah panas yang berbeda sekalipun perubahan suhunya sama. Perubahan suhu sebuah benda tergantung dari karakteristik benda tersebut dalam menyerap energi. Sifatnya ini disebut sebahai kalor jenis benda.
Kalor jenis tidak lain adalah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikan 1 kg massa benda hingga mengalami perubahan suhu 1oC. Dalam satuan metrik besaran ini dinyatakan dalam JKg-1K-1 atau JKg-1C-1. Karakteristik benda mengalami perubahan suhu secara spesifik tidak hanya bergantung pada jenis benda tapi juga dari perubahan karakteristik benda terhadap perubahan suhu.
Jadi, misalkan kita memanaskan 1 kg air dari suhu 14,5oC ke 15,5oC (naik 1oC) akan membutuhkan sekitar 4200 Joule. Jika jumlah airnya dinaikkan dua kali lipat maka jumlah kalor yang dibutuhkan juag dua kali dari 1 kg, namun tidak dengan menaikkan jika kita ingin menaikkan suhu nya sebesar 2oC. Struktur materi air khususnya gerakan air di suhu 15,5oC sudah berbeda dengan 14,5oC. Dengan demikian nilai untuk menaikkan dari suhu 14,5oC ke 15,5oC akan berbeda dengan dari 15,5oC ke 16,5oC.
Demikian pula dengan jenis materi, perbedaan Jenis materi juga menentukan kalor jenisnya. Besi dalam bentuk padatan kira-kira mampu menampung sekitar 460 J agar naik sebesar 1oC setiap Kg-nya namun Aluminium mampu menampung energi panas sebesar 904 J. Hal terkadang membuat Kalor Jenis juga disebut sebagai Kapasista Kalor Jenis. Daya tampung kalor sebuah benda juga tidak hanya bisa dinyatakan dalam Kg tapi juga Mol sehingga ditulis JMol-1oC-1. Kedua besaran ini sama-sama menunjukkan jumlah zat namun untuk tendesi yang berbeda.
Rata-rata jumlah kebutuhan kalor yang dibutuhkan benda agar dapat mengalami perubahan suhu dapat dihitung dengan persamaan:
Q = mc \Delta T
Dimana :
Q : Jumlah Kalor (J)
m : Massa (Kg)
c : Kalor Jenis (JKg-1oC-1)
ΔT = Perubahan suhu (oC)
Contoh Kasus
Budi memasukkan sebongas es batu 0,5 kg bersuhu -10⁰C ke dalam 2 Liter air bersuhu 50⁰C. Jika dianggap tidak ada kalor yang mengalir ke lingkungan, berapa suhu akhir campuran yang didapatkan budi?
