Fisika Dasar Tentang Panas

Ilustrasi fisika dasar

Tahukah Anda hubungan fisika dasar dengan panas? Panas sering digunakan untuk menunjukkan keadaan benda yang memiliki temperatur atau suhu tinggi. “Awas air panas!” Kalimat ini seringkali kita gunakan untuk menyatakan bahwa air memiliki temperatur tinggi (hot) lawan kata dingin atau cool yang menunjukkan keadaan dengan temperatur rendah.

Kata panas juga kerap kita pakai untuk menunjukkan sesuatu yang dibuat menjadi. Misalnya, ”Airnya sedang dipanaskan” atau ”Ayah sedang memanaskan mobil.” Pada dua kalimat tersebut, panas adalah sesuatu yang diberikan kepada benda sehingga benda menjadi bertemperatur tinggi. Kalor 

Dalam literatur fisika dasar bahasa Inggris, heat digunakan untuk menunjukkan sesuatu yang diberikan kepada benda sehingga benda menjadi panas. Sementara dalam bahasa Indonesia, istilah fisika dasar untuk heat adalah kalor.

Asal Muasal Kalor 

Kalor merupakan salah satu bentuk energi. Kalor dihasilkan atau dilepaskan oleh suatu benda yang memiliki temperatur tertentu. Misalnya, sebuah besi yang dibakar di atas bara api. Temperatur besi akan mengalami kenaikan sehingga melepaskan kalor ke sekelilingnya.

Istilah kalor berasal dari kata caloric yang berarti 'zat alir'. Kalor dianggap zat yang mengalir karena sifatnya yang seolah berpindah. Misalnya, air kopi yang panas lama-lama akan menjadi dingin, sama dengan temperatur udara. Kalor atau panas dari kopi berpindah ke udara agar temperatur kopi dan udara sekitarnya sama atau seimbang. Namun, saat ini, kalor lebih diyakini sebagai bentuk energi, bukan zat alir.

Api Sumber Energi Panas 

Api terbentuk karena tiga sebab, yaitu ada bahan yang mudah terbakar, panas, dan oksigen. Tiga hal ini dikenal dengan istilah segitiga api. Ketiganya harus ada. Jika salah satunya hilang, api tidak akan terbentuk. Pada 1777, Antoine Lavoisier, seorang kimiawan asal Prancis, berhasil membuktikan bahwa pembakaran merupakan hasil reaksi antara oksigen dan zat lainnya.

Api sering terlihat berwarna kuning dan biru. Warna biru menandakan jumlah oksigen yang berlimpah, sedangkan kuning berarti jumlah oksigen sangat terbatas. Warna api juga bergantung pada temperaturnya. Warna biru memiliki temperatur yang sangat tinggi. Maka dari itu, kompor gas yang bagus harus memiliki api berwarna biru.

Manusia purba membuat api dengan cara menggesek-gesekkan dua tongkat kayu kering. Gesekan menimbulkan panas. Adanya panas, oksigen di udara, dan bahan kayu yang mudah terbakar, menimbulkan api. Prinsip gesekan tersebut juga dipakai pada korek api. Namun, pada korek api, gesekan menyebabkan bahan-bahan kimia pada pentolan korek terbakar.

Memahami Kesetimbangan Termal

Thermal Equilibrium, Istilah ini mungkin terdengar berat dan misterius bagi orang awam, namun kesetimbangan termal adalah kondisi penting dalam termodinamika. Konsep ini memiliki berbagai aplikasi di alam dan tubuh manusia juga.

Termodinamika adalah cabang fisika yang berkaitan dengan hubungan antara panas dan sifat-sifat lainnya (seperti suhu kepadatan tekanan) dalam suatu zat. Pada awal 1800-an, penggunaan mesin uap menyebabkan studi ekstensif panas dan akhirnya penemuan termodinamika.

Dasar pertimbangan yang paling umum dalam termodinamika adalah hukum yang berbeda termodinamika. Hukum ini menyatakan bahwa energi dapat ditransfer dari satu sistem ke yang lain hanya dalam bentuk panas atau kerja.

Selama studi awal termodinamika ilmuwan menemukan bahwa energi panas yang diperoleh dari pembakaran batubara di mesin uap tidak dapat sepenuhnya dikonversi menjadi kerja mekanik.

Oleh karena itu, mereka mulai belajar tentang energi yang terkandung dalam sistem. Mereka datang dengan istilah bernama 'entropi' yang dapat diukur jika sistem (cairan, gas atau padat yang terdiri dari partikel, yang menentukan gerakan negaranya) berada di kesetimbangan termodinamika.

Kesetimbangan termodinamika dari sistem dikatakan tercapai bila sistem dalam tidak hanya dalam termal tetapi juga dalam kimia mekanik, serta keseimbangan radioaktif.

Aplikasi termodinamika menjelaskan bagaimana sistem merespon berbagai perubahan di lingkungan mereka. Hal ini dapat diterapkan pada berbagai macam topik dalam sains dan teknik seperti mesin, reaksi kimia, transisi fasa dan bahkan lubang hitam.

Apa itu Equilibrium Thermal?

Ketika dua zat yang memiliki temperatur yang berbeda diperkenalkan atau disimpan bersama-sama, energi panas mengalir dari suatu zat pada suhu yang lebih tinggi untuk suatu zat pada suhu yang lebih rendah. Juga, panas terus ditransfer sampai suhu mereka menyamakan kedudukan.

Bila tahap ini tercapai zat dikatakan dalam kesetimbangan termal. Dengan demikian, kita dapat menggeneralisasi bahwa 'energi panas selalu mengalir dari tubuh panas ke tubuh dingin sampai suhu mereka menyamakan kedudukan'.

Atau dengan kata lain - 'Tubuh yang dingin tidak menjadi panas sendiri, untuk menaikkan suhu, energi panas eksternal harus disediakan untuk itu'.

Kita juga dapat mengatakan, 'menentukan suhu zat arah aliran panas antara zat, ketika mereka diperkenalkan bersama-sama'. Jadi, ekuilibrium terjadi ketika perubahan diamati atau makroskopik dalam sistem berhenti berubah dengan berlalunya waktu.

Kesetimbangan termal dari suatu sistem tidak berarti keseragaman lengkap atau stabilitas di dalam sistem. Misalnya, sistem sungai dapat berada dalam kesetimbangan termal ketika suhu terukur makroskopik atau eksternal yang stabil dan tidak berubah dalam waktu, meskipun distribusi temperatur di hotel menyenangkan atau spasial mencerminkan penurunan kualitas air menyebabkan perubahan suhu.

Contoh lain adalah ketika termometer ditempatkan dalam kontak dengan tubuh pasien, Jika suhu tubuh pasien dan bahwa dari merkuri dalam termometer klinis telah mencapai kesetimbangan termal, maka suhu termometer adalah sama dengan suhu tubuh, maka pembacaan termometer menunjukkan suhu tubuh pasien.

Ilustrasi lebih lanjut dari titik ini diamati ketika makanan dimasukkan ke dalam lemari es, panas dari makanan dipindahkan ke udara dari lemari es. Proses pendinginan berlanjut sampai kesetimbangan termal dicapai dan suhu makanan sama dengan suhu udara di dalam lemari es.

Perhitungan Equilibrium Thermal

Ketika sebuah benda dingin dan panas ditempatkan bersama-sama mereka akhirnya akan datang ke kesetimbangan. Ini suhu akhir yang dihasilkan akan suatu tempat di antara dua suhu awal. Ini jelas sebagai objek dingin akan memanas sementara objek panas akan mendinginkan.

Sebuah contoh klasik dari hal ini adalah keseimbangan termal air yang penuh dengan es, dimana 'sistem' adalah ruang, hangat kaca, es dan air. Suhu es akan meningkat sehingga mengurangi suhu air. Jadi, jelas jumlah panas yang hilang oleh objek panas akan diberikan kepada obyek dingin.

Qpanas ke Qdingin (Hukum Kekekalan Energi)

Ini mungkin tampak bahwa Qhilang = Qraih, tetapi hal ini tidak sepenuhnya benar.

(Atau gunakan Hukum Kekekalan Energi: ΔE = 0 (sistem tertutup) dengan demikian kita dapat menyimpulkan

rumus keseimbangan termal

Q = m x cp x AT

dimana Q = Panas Arus (Panas hilang atau Panas diperoleh)

m = massa zat

cp = kapasitas panas spesifik

AT = (Tf - Ti) = Selisih temperatur

Contoh-contoh praktis memberi kita sekilas tentang perhitungan kesetimbangan termal. Aplikasi dan hasil yang penting dalam bidang kimia, fisika, teknik kedirgantaraan, teknik mesin, teknik biomedis dan ilmu material untuk sekedar menyebut beberapa nama yang juga berperan penting dalam menjelaskan fisika dasar tentang kalor / panas.