Kalor Jenis (Specific Heat)

Sebelum kita masuk lebih jauh ke konsep kalor jenis suatu zat, kita perlu menyepakati beberapa terminologi (istilah) dalam termodinamika berikut ini:

[] Panas (terjemahan dari kata berbahasa Inggris: Hot) menyatakan sifat benda yang bersesuaian dengan temperaturnya, biasanya benda bertemperatur tinggi bersifat panas.

[] Panas (terjemahan dari kata berbahasa Inggris: Heat) merupakan energi yang dapat menimbulkan perubahan temperatur (ΔT) suatu zat atau mengubah fasa suatu zat, biasanya dalam beberapa literatur bahasa Indonesia disebut Kalor.

Referensi: kata ‘Kalor’ digunakan dalam terjemahan buku Fisika Universitas oleh Giancolli, sedangkan kata ‘Panas (Heat)‘ digunakan  dalam terjemahan buku Fisika Untuk  Sains dan Teknik oleh Tipler. Kedua kata tersebut mempunyai makna yang sama. Literatur fisika (khususnya termodinamika) yang berbahasa Inggris sangat jarang menggunakan kata Calor, namun sangat sering menggunakan kata Heat. Jangan bingung dengan istilah-istilah terjemahan, jika ada dua buah -atau lebih- istilah fisika yang bahasa Indonesianya sama namun memiliki makna yang berbeda, sebaiknya rujuk kembali ke bahasa aslinya, dalam hal ini bahasa Inggris.

Di sini kita akan menggunakan terminologi “Kalor” untuk “Panas (Heat)” agar tidak tertukar dengan “Panas (Hot)”.

Sebelum kita mendefinisikan Kalor Jenis (Specific Heat), kita mulai terlebih dahulu dengan konsep kalor.

Kalor merupakan energi yang dapat menimbulkan perubahan temperatur (ΔT) suatu zat atau mengubah fasa suatu zat (misalnya dari fasa padat ke fasa cair). Kalor dapat timbul dari satu zat yang temperaturnya berubah; atau juga dari dua zat atau lebih yang memiliki temperatur yang berbeda. Kalor berpindah dari zat yang temperaturnya lebih tinggi ke zat yang temperaturnya lebih rendah sampai terjadi kesetimbangan termal (temperatur zat-zat itu menjadi sama).

Lambang kalor biasanya ditulis dengan huruf Q. Satuannya adalah Kalori (bisa juga Joule).

Pada umumnya, jika suatu zat diberi kalor maka temperatur zat tersebut akan naik, dan jika suatu zat melepas kalor maka temperaturnya akan turun.

Nah, sekarang bayangkan apakah jika kita memberi kalor –katakanlah– sebesar 1000 kalori pada sebatang besi maka kenaikan temperatur besi tersebut akan sama dengan kenaikan temperatur sebatang kayu jika kita berikan kalor sebesar 1000 kalori juga pada kayu tersebut?  (asumsi: massa kayu sama dengan massa besi)

Tentu tidak! Dari pengalaman sehari-hari, sebatang besi lebih mudah menjadi panas ketika dipanasi dengan api daripada sepotong kayu. Sebatang besi juga lebih mudah untuk mendingin daripada sepotong kayu. Jadi, wajar jika kita simpulkan setiap zat pasti memiliki karakteristik yang berbeda dalam hal kenaikan temperaturnya jika diberi kalor yang sama. Dari pengalaman ini dapat kita definisikan suatu sifat termodinamika zat yang selanjutnya kita sebut sebagai kalor jenis (specific heat).

Kalor jenis (c) didefinisikan sebagai sifat dasar termodinamika zat yang menyatakan seberapa besar kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1 gram zat sebanyak 1⁰C.

Definisi kalor jenis di atas belum cukup, perlu ada acuan untuk definisi kalor jenis ini; fisikawan telah menyepakati acuan kalor dan kalor jenis tersebut adalah air murni, di mana kalor jenis air murni didefinisikan sebesar 1 kalori/gram ⁰C. Selanjutnya, kalor jenis zat-zat lain mengikuti definisi kalor jenis air murni.

[Konsep Lanjutan]

Kapasitas Kalor (Heat Capacity) dilambangkan dengan huruf kapital C  merupakan sifat termodinamika suatu zat yang masih terkait dengan kalor jenis zat tersebut. Kapasitas kalor mirip dengan kalor jenis, perbedaannya adalah kalor jenis merupakan sifat dasar (intrinsik) zat, sedangkan kapasitas kalor merupakan sifat zat yang terkait dengan komposisi bahan tersebut (misalnya massanya).

Kapasitas kalor didefinisikan sebagai  ukuran seberapa besar kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur suatu zat sebesar 1⁰C, tidak peduli berapa massa atau komposisi zat tersebut.

Menurut beberapa literatur, sebenarnya istilah kapasitas kalor (heat capacity) merupakan istilah yang menyesatkan, karena seakan-akan memiliki arti seberapa besar kapasitas atau daya tampung kalor suatu zat, padahal bukan itu arti sebenarnya dari kapasitas kalor, lagipula setiap zat dapat memiliki kalor berapapun besarnya. Apa boleh buat, istilah ini sudah populer di seluruh dunia dan tidak bermasalah untuk mereka yang memahami artinya.

Kapasitas kalor digunakan dalam perhitungan jika benda yang kita pakai dalam eksperimen terbuat dari berbagai macam komponen atau massanya tidak perlu kita ketahui, seperti misalnya kalorimeter.

[Pertanyaan-Jawaban]

P : Apa maksud hukum termodinamika ke-nol (zeroth law of thermodynamics)?

J : Hukum ini merupakan dasar dari definisi temperatur dan kesetimbangan termal. “Jika benda A dan benda B berada dalam kesetimbangan termal (tidak ada kalor yang mengalir) serta benda B dan benda C berada pada kesetimbangan termal, maka benda A dan benda C berada pada kesetimbangan termal“. Kita harus mendefinisikan besaran fisika yang menunjukkan kesetimbangan termal, dan besaran itu sebelumnya kita sebut sebagai temperatur (T), jika dua benda bertemperatur sama, maka kedua benda tersebut dalam keadaan setimbang secara termal.

________

P : Apa maksud hukum termodinamika pertama (first law of thermodynamics)?

J : Hukum termodinamika pertama menjelaskan tentang kekekalan energi, dalam bentuk matematis dituliskan:

Ilustrasinya agar mudah dihapalkan

Kalor (Q) diberikan ke gas yang berada di dalam tabung sehingga gas bergerak semakin kacau (U) dan penutup tabung berpindah ke atas karena tekanan gas (W). Usaha dan energi-dalam (atau energi-internal) berasal dari kalor Q, sehingga Q = W + U.

________

P : Apakah kalor jenis  c = 0.1 kal/gram⁰C  sama dengan atau dapat juga ditulis  c = 0.1 kal/gram K ?

J : Iya. Ingat kembali definisi kalor jenis.

Kenaikan temperatur 1⁰C dalam skala Celcius (ΔT = 1⁰C) adalah sama dengan kenaikan temperatur 1 K dalam skala Kelvin (ΔT = 1⁰C = 1 K), catat kembali bahwa perbandingan skala derajat Celsius dengan Kelvin adalah 1 : 1. Perlu diperhatikan bahwa kita tidak berbicara tentang temperatur awal dan akhir zat dalam definisi kalor jenis, yang kita bicarakan adalah kenaikan temperaturnya, ΔT. Misalnya ΔT = 5⁰C = 5 K, tidak peduli apakah temperatur zatnya dari 50⁰C (323 K) menjadi 55⁰C (328 K) atau dari 0⁰C (273 K) menjadi 5⁰C (278 K) atau lain sebagainya; yang penting adalah kenaikan temperaturnya, ingat kembali kenapa kalor jenis perlu didefinisikan.