Energi Kinetik

Kinetik artinya bergerak (bahasa orang yunani). Teori kinetik mengatakan bahwa setiap zat terdiri dari atom-atom atau molekul-molekul dan atom-atom atau molekul-molekul tersebut bergerak terus menerus secara sembarangan.

Ketika bergerak, atom atau molekul pasti punya kecepatan. Atom atau molekul juga punya massa. Karena punya massa (m) dan kecepatan (v), maka tentu saja atom atau molekul mempunyai energi kinetik (EK) dan momentum (p). Energi kinetik : EK = ½ mv². Sedangkan momentum : p = mv. Kayanya bukan cuma energi kinetik (EK) dan momentum (p) saja, tetapi gaya (F) juga. Atom atau molekul khan jumlahnya banyak tuh. Ketika mereka bergerak ke sana kemari, pasti ada kemungkinan terjadi tumbukan. Jadi gaya muncul karena adanya perubahan momentum ketika terjadi tumbukan. Ingat lagi pembahasan mengenai impuls dan momentum. Kalau sudah lupa, segera meluncur ke TKP…

Teori Atom

Sejak ribuan tahun lalu, orang yunani kuno percaya bahwa setiap zat murni (misalnya emas murni, besi murni  , tembaga dll) terdiri dari atom-atom. Orang yunani sok tahu saja. Menurut mereka, kalau sebuah zat murni dipotong menjadi kecil, lalu potongan kecil tersebut dipotong lagi, lalu di potong lagi… demikian seterusnya, maka akan ada potongan terkecil yang tidak bisa dipotong lagi. Potongan terkecil yang tidak bisa dipotong lagi itu diberi julukan “atom”. Atom artinya “tidak dapat dibagi” (bahasa orang yunani).

(Pada waktu itu memang atom dianggap tidak bisa dibagi lagi. Tapi di kemudian hari beberapa om jenius menemukan elektron dan inti atom (proton dan neutron) sehingga anggapan bahwa atom tidak bisa dibagi lagi telah ditendang. Jadi atom tuh terdiri dari elektron (bermuatan negatif) dan inti atom. Elektron-elektron berjingkrak-jingkrak mengitari inti atom. Di dalam inti atom terdapat proton (bermuatan positif) dan neutron (netral alias tidak bermuatan). Bukan cuma ini, masih ada lagi… nanti baru kita oprek dalam pokok bahasan tersendiri…

Perlu diketahui bahwa teori atom juga punya saingan. Kalau dalam dunia perpolitikan, istilahnya oposisi. Kalau dalam dunia pertemanan, istilahnya lawan alias musuh bebuyutan. hehe… Ada sebuah teori lain, namanya teori kontinu (kontinu = berkelanjutan). Teori ini mengatakan bahwa zat murni tuh bisa dibagi lagi sampai tak berhingga. Menurut teori ini tidak ada yang namanya potongan terkecil. Potongan terkecil masih bisa dipotong-potong dan diulek-ulek lagi menjadi lebih kecil. Dipotong lagi dan diulek lagi… 

Radiasi

Selain berpindah dari tempat yang memiliki suhu lebih tinggi menuju tempat yang memiliki suhu lebih rendah dengan cara konduksi dan konveksi, kalor juga bisa berpindah tempat dengan cara radiasi. Bedanya, perpindahan kalor dengan cara konduksi dan konveksi membutuhkan medium. Sebaliknya, perpindahan kalordengan cara radiasi tidak membutuhkan medium. Dirimu jangan pake bingung dengan istilah medium. Yang dimaksudkan dengan medium adalah benda-benda yang berfungsi sebagai penghantar kalor. Penghantar kalor yang baik menggunakan cara konduksi adalah zat padat. Sedangkan penghantar kalor yang baik menggunakan cara konveksi adalah zat cair dan zat gas. Nah, perpindahan kalor dengan cara radiasi tidak menggunakan penghantar. Radiasi sebenarnya merupakan perpindahan kalor dalam bentuk gelombang elektromagnetik, seperti cahaya tampak (merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu dll), infra merah dan ultraviolet alias ultra ungu. Mengenai gelombang elektromagnetik akan kita kupas tuntas dalam pokok bahasan tersendiri.

Salah satu contoh perpindahan kalor dengan cara radiasi adalah perpindahan kalor dari matahari menuju bumi.

Konveksi

Selain berpindah tempat dengan cara konduksi, kalor juga bisa mengungsi dari satu tempat ke tempat lain dengan cara konveksi.

Konveksi tuh proses berpindahnya kalor akibat adanya perpindahan molekul-molekul suatu benda. Ingat ya, biasanya kalor berpindah dari tempat yang bersuhu tinggi menuju tempat yang bersuhu rendah. Nah, jika terdapat perbedaan suhu maka molekul2 yang memiliki suhu yang lebih tinggi mengungsi ke tempat yang bersuhu rendah. Posisi molekul tersebut digantikan oleh molekul lain yang bersuhu rendah. Jika suhu molekul ini meningkat, maka ia pun ikut2an mengungsi ke tempat yang bersuhu rendah. Posisinya digantikan oleh temannya yang bersuhu rendah.

Perlu diketahui bahwa benda yang dimaksudkan di sini adalah zat cair atau zat gas. Walaupun merupakan penghantar kalor (konduktor termal) yang buruk, zat cair dan zat gas bisa memindahkan kalor dengan cepat menggunakan cara konveksi. Contoh zat cair adalah air, minyak goreng, oli dkk. Contoh zat gas adalah udara…

Konduksi

Ketika salah satu bagian logam bersentuhan dengan nyala lilin atau nyala api, secara otomatis kalor mengalir dari nyala lilin (suhu tinggi) menuju bagian logam tersebut (suhu rendah). Walaupun hanya salah satu bagian logam yang bersentuhan dengan nyala api, semua bagian logam tersebut akan kepanasan juga. Tanganmu bisa terasa panas, karena kalor mengalir dari logam (suhu tinggi) menuju tanganmu (suhu rendah). Kalor tuh energi yang berpindah. Kita bisa mengatakan bahwa ketika salah satu bagian benda yang bersuhu tinggi bersentuhan dengan benda yang bersuhu rendah, energi berpindah dari benda yang bersuhu tinggi menuju bagian benda yang bersuhu rendah.

Nah, karena mendapat tambahan energi maka molekul2 penyusun benda bergerak semakin cepat. Molekul lain yang berada di sebelahnya bergerak lebih lambat karena molekul tersebut tidak bersentuhan langsung dengan benda yang bersuhu tinggi. Ketika bergerak, molekul tersebut memiliki energi kinetik (EK = ½ mv²). Molekul2 yang bergerak lebih cepat (energi kinetiknya lebih besar) menumbuk temannya yang ada di sebelah. Karena ditumbuk alias ditabrak oleh temannya, maka molekul2 yang pada mulanya bergerak lambat ikut2an bergerak lebih cepat. Ingat ya, pada mulanya si molekul bergerak lambat (v kecil) sehingga energinya juga kecil (EK = ½ mv²). Setelah bergerak lebih cepat (v besar), energi kinetiknya bertambah. Si molekul tadi menumbuk lagi temannya yang ada di sebelah… temannya yang lagi pacaran pun ikut2an bergerak lebih cepat. Karena v besar, energinya pun bertambah. Demikian seterusnya… mereka saling tumbuk menumbuk, sambil berbagi energi.

Kekekalan Energi (Kalor)

Ketika benda2 yang memiliki perbedaan suhu saling bersentuhan, kalor akan mengalir dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Ingat ya, kalor adalah energi yang berpindah. Apabila benda-benda yang bersentuhan berada dalam sistem yang tertutup, maka energi akan berpindah seluruhnya dari benda yang memiliki suhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Sebaliknya apabila benda yang bersentuhan tidak berada dalam sistem tertutup, maka tidak semua energi dari benda bersuhu tinggi berpindah menuju benda yang bersuhu rendah.

Gurumuda pakai contoh saja… Misalnya kita mencampur air panas (suhu tinggi) dengan air dingin (suhu rendah). Apabila air panas dan air dingin dicampur dalam sebuah wadah terbuka (misalnya ember), maka tidak semua energi air panas berpindah menuju air dingin. Demikian juga air dingin tidak menerima semua energi yang disumbangkan oleh air panas. Sebagian energi air panas pasti berpindah ke udara. Jika kita ingin agar semua energi air panas dipindahkan ke air dingin maka kita harus mencampur air panas dan air dingin dalam sistem tertutup. Sistem tertutup yang dimaksudkan di sini adalah suatu sistem yang tidak memungkinkan adanya pertukaran energi dengan lingkungan. Contoh sistem tertutup adalah termos air panas. Dinding bagian dalam dari termos air panas biasanya terbuat dari bahan isolator (untuk kasus ini, isolator = bahan yang tidak menghantarkan panas. Temannya isolator tuh konduktor. Konduktor = bahan yang menghantarkan panas). Ssttt… dalam kenyataannya memang banyak sistem tertutup buatan yang tidak sangat ideal. Minimal ada energi yang berpindah keluar, tapi jumlahnya juga sangat kecil.

Kalor Laten

Apabila kita memanaskan suatu benda, air misalnya, semakin lama si air bersentuhan dengan sumber panas (misalnya nyala api), suhu air semakin bertambah. Dalam hal ini air mengalami perubahan suhu akibat adanya tambahan kalor dari nyala api. Perlu diketahui bahwa adanya tambahan kalor tidak selamanya menyebabkan perubahan suhu. Hal ini biasanya terjadi selama proses perubahan wujud suatu benda.

Siapkan es batu secukupnya, termometer dan pemanas (gunakan saja pemanas listrik kalau ada). Masukan termometer ke dalam wadah yang berisi es batu dan tunggu sampai permukaan air raksa berhenti bergerak. Selanjutnya, nyalakan pemanas listrik. Karena mendapat tambahan kalor dari pemanas listrik maka es batu perlahan-lahan mencair. Seiring dengan mencairnya es batu, permukaan air raksa dalam termometer akan bergerak naik. Meskipun es batu selalu mendapat tambahan kalor, pada suatu titik tertentu, permukaan air raksa akan berhenti bergerak selama beberapa saat. Es batu memang tetap mencair, tapi suhunya tidak berubah. Biasanya hal ini terjadi pada titik es alias titik beku normal air. Pada tekanan atm, titik es berada pada 0 ^oC. Ingat ya, titik es berubah terhadap tekanan, karenanya termometer yang dirimu pakai belum tentu menunjuk angka 0^oC.

Kalor Jenis

Kalor jenis (c) = banyaknya kalor (Q) yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu (T)satu satuan massa (m) benda sebesar satu derajat. Secara matematis, kalor jenis dinyatakan melalui persamaan di bawah :

Keterangan :

c = kalor jenis

Q = kalor (J)

m = massa benda (Kg)

delta T = perubahan suhu = suhu akhir (T₂) – suhu awal (T₁). Satuannya K

(J = Joule, K = Kelvin)

Kalor

Pernah minum es teh, es susu, es sirup dkk ? Nah, ketika membuat es teh, biasanya kita mencampur air panas atau air hangat yang ada di dalam gelas dengan es batu. Air panas atau air hangat memiliki suhu yang lebih tinggi, sebaliknya es batu memiliki suhu yang lebih rendah. Setelah bersenggolan beberapa saat, campuran es batu dan teh panas pun berubah menjadi es teh (campuran es batu dan teh hangat telah mencapai suhu yang sama). Proses yang sama terjadi ketika kita mencampur air panas dengan air dingin. Setelah bersentuhan, air panas dan air dingin berubah menjadi air hangat… (Campuran air panas dan air dingin telah mencapai suhu yang sama). Btw, mengapa bisa terjadi seperti itu ? maksudnya, mengapa setelah bersentuhan benda-benda tersebut bisa mencapai suhu yang sama ? 

Anomalia Air

Seperti yang telah gurumuda jelaskan dalam pokok bahasan pemuaian, kebanyakan benda akan memuai (volume benda bertambah) jika suhunya bertambah dan benda menyusut (volume benda berkurang) ketika suhunya berkurang. Air mau beda sendiri… Keanehan air terjadi antara suhu 0 ^oC sampai 4^oC.

Antara suhu 0 ^oC sampai 4 ^oC volume air berkurang (air menyusut) seiring bertambahnya suhu. Misalnya jika kita memanaskan air pada suhu 0 ^oC, semakin panas si air, semakin berkurang volumenya. Proses penyusutan akan terhenti ketika air mencapai suhu 4 ^oC. Di atas 4 ^oC, air menjadi benda yang normal lagi. Maksudnya, volumenya akan bertambah (terjadi pemuaian) seiring bertambahnya suhu.