Konsep Kalor

Konsep Kalor

Sampai pada abad ke 19, orang percaya bahwa kalorik adalah suatu zat bahan (material substance)  yang terdapat pada setiap benda.  Setiap benda yang bersuhu lebih tinggi  mempunyai kalorik yang lebih banyak daripada benda lainnya yang bersuhu lebih rendah.  Bila dua benda mempunyai suhu yang berbeda disentuhkan, benda yang kalornya lebih banyak akan memberikan kalornya kepada benda yang lebih sedikit kalornya sehingga kedua benda pada akhirnya akan memiliki suhu yang sama.  Akan tetapi, konsep kalor sebagai sebuah zat yang jumlah seluruhnya tetap konstan tidak mendapat dukungan ekserimen.  Namun demikian, kita masih dapat menjelaskan bahwa ada “sesuatu” yang berpindah dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah.  Sesuatu ini disebut kalor.  Berdasarkan penelitian yang dilakukan Rumford dan Joule ditemukan bahwa kalor adalah sebuah energi bukan sebuah zat.

Jumlah energi yang dipindahkan dari sistem ke lingkungannya akibat perbedaan suhu ini dapat kita simbolkan dengan .  Perpindahan kalor masuk yang masuk ke dalam sistem, atau dengan kata lain menyerap kalor, maka diperi tanda positif.  Sedangkan perpindahan kalor ke luar sistem atau bisa disebut sistem melepas / membuang kalor diberi tanda negatif.

Q > 0 , system menyerap kalor

Q < 0 , system melepas kalor

Seperti halnya usaha, kalor adalah sesuatu yang melintasi batas.  Karena suatu sistem tidak menyimpan kalor, kalor bukanlah suatu properti.  Jadi diferensialnya adalah tak-eksak dan dituliskan sebagai ∂Q, dimana Q adalah perpindahan kalor.  Untuk sesuatu proses tertentu, antara keadaan 1 dan keadaan 2 perpindahan kalor dapat dituliskan sebagai Q_1-2, tapi pada umumnya akan dituliskan dengan Q.  Laju perpindahan kalor dilambangkan dengan Q.

Sesuai Konvensi, jika kalor dipindahkan dari suatu sistem, maka nilainya akan positif.  Jika kalor dipindahkan dari suatu sistem, maka nilainya akan negatif.  Hal ini berlawanan dengan konvensi yang dipilih untuk usaha.  Jika suatu sistem melakukan usaha terhadap lingkungannya maka nilainya adalah positif.  Perpindahan kalor positif menambahkan energi ke suatu sistem, sedangkan usaha positif mengurangi energi dari suatu sistem.  Suatu proses dimana terdapat perpindahan kalor nol disebut proses adiabatik.  Proses demikian diformulasikan secara eksperimental dengan cara menginsulasi sistem sehingga sedikit sekali kalr yang berpindah.

Untuk menunjukkan bagaimana kalor didefinisikan sebagai dalam bentuk usaha, perhatikan gambar berikut :

           

	Gambar 1. Usaha untuk Proses Adiabatik dan Tak Adiabatik

 

Anggap semua lintasan diantara sepasang keadaan kesetimbangan dari sistem (kesetimbangan awal pada titik 1 dan kesetimbangan akhir pada titik 2) adalah tidak adiabatik.  Dalam proses ini, sistem tidak diisolasi secara termal, tapi sistem yang ditinjau disentuhkan dengan satu atau lebih sistem yang mempunyai suhu yang berbeda.  Ternyata usaha yang dilakukan untuk semua lintasan (kecuali dalam keadaan khusus) berbeda, dan berbeda pula dengan usaha adiabatik yang dilakukan diantara dua keadaan yang sama.

W_A, W_B, W_C adalah usaha dalam proses tak adiabatik dan W_ad adalah usaha adiabatic antara dua keadaan yang sama.  Karena titik awal dan titik akhir semua proses adalah sama, sistem akan mengalami perubahan energi yang sama untuk masing-masing proses.  Jika W menyatakan kerja untuk proses tidak adabatik, kita definisikan kuantitas kalor Q yang mengalir ke dalam sistem dalam proses tak adiabatik adalah sebanding dengan perbedaan antara usaha adiabatic W_ad dan usaha  W atau dapat dikatakan kalor sama dengan selisih antara kedua usaha dikalikan dengan tetapan kesebandingan.  Dalam notasi termodinamika, kita tuliskan tetapan kesebandingan ini sebagai 1/J.  Maka kalor didefinisikan sebagai:

Q = 1/J ( W - W_ad )