Energi internal suatu benda dapat berubah karena kerja gaya eksternal. Untuk mengkarakterisasi perubahan energi dalam selama perpindahan panas, suatu besaran yang disebut jumlah panas dan dilambangkan Q diperkenalkan.
Dalam sistem internasional, satuan kalor, serta usaha dan energi, adalah joule: = = = 1 J.
Dalam praktiknya, terkadang satuan kuantitas panas non-sistemik digunakan - kalori. 1 kal. = 4,2J.
Perlu dicatat bahwa istilah “kuantitas panas” sangat disayangkan. Itu diperkenalkan pada saat diyakini bahwa tubuh mengandung cairan - kalori yang tidak berbobot dan sulit dipahami. Proses pertukaran panas diduga terdiri dari fakta bahwa kalori, yang mengalir dari satu benda ke benda lain, membawa serta sejumlah panas. Sekarang, mengetahui dasar-dasar teori kinetik molekuler tentang struktur materi, kita memahami bahwa tidak ada kalori dalam suatu benda, mekanisme perubahan energi internal suatu benda berbeda. Namun, kekuatan tradisi sangatlah besar dan kita terus menggunakan istilah yang diperkenalkan berdasarkan gagasan yang salah tentang sifat panas. Pada saat yang sama, memahami sifat perpindahan panas, seseorang tidak boleh sepenuhnya mengabaikan kesalahpahaman tentang hal itu. Sebaliknya, dengan menggambar analogi antara aliran panas dan aliran cairan hipotetis berkalori, jumlah panas dan jumlah kalori, ketika memecahkan kelas masalah tertentu, adalah mungkin untuk memvisualisasikan proses yang sedang berlangsung dan dengan benar memecahkan masalah. Pada akhirnya, persamaan yang benar yang menggambarkan proses perpindahan panas pernah diperoleh berdasarkan gagasan yang salah tentang kalori sebagai pembawa panas.
Mari kita perhatikan lebih detail proses yang dapat terjadi akibat pertukaran panas.
Tuangkan sedikit air ke dalam tabung reaksi dan tutup dengan sumbat. Kami menggantung tabung reaksi dari batang yang dipasang pada dudukannya dan meletakkan api terbuka di bawahnya. Tabung reaksi menerima sejumlah panas dari nyala api dan suhu cairan di dalamnya meningkat. Ketika suhu meningkat, energi internal cairan meningkat. Terjadi proses penguapan yang intensif. Uap cairan yang mengembang melakukan kerja mekanis untuk mendorong sumbat keluar dari tabung reaksi.
Mari kita lakukan percobaan lain dengan model meriam yang terbuat dari sepotong tabung kuningan, yang dipasang pada gerobak. Di satu sisi tabung ditutup rapat dengan sumbat ebonit yang dilewati pin. Kabel disolder ke pin dan tabung, diakhiri dengan terminal yang tegangannya dapat disuplai dari jaringan penerangan. Model meriam dengan demikian merupakan jenis ketel listrik.
 |
Tuangkan air ke dalam laras meriam dan tutup tabung dengan sumbat karet. Mari kita sambungkan pistol ke sumber listrik. Arus listrik yang melewati air memanaskannya. Air mendidih, menghasilkan pembentukan uap yang intens. Tekanan uap air meningkat dan, akhirnya, mereka melakukan kerja mendorong sumbat keluar dari laras senapan.
Pistol, karena mundur, menggelinding ke arah yang berlawanan dengan pelontaran sumbat.
Kedua pengalaman tersebut disatukan oleh keadaan berikut. Dalam proses memanaskan cairan dengan berbagai cara, suhu cairan dan energi internalnya meningkat. Agar cairan mendidih dan menguap secara intensif, perlu untuk terus memanaskannya.
Uap cair, karena energi internalnya, melakukan kerja mekanis.
 |
Kami menyelidiki ketergantungan jumlah panas yang diperlukan untuk memanaskan suatu benda pada massanya, perubahan suhu dan jenis zat. Untuk mempelajari ketergantungan ini kita akan menggunakan air dan minyak. (Untuk mengukur suhu dalam percobaan, digunakan termometer listrik yang terbuat dari termokopel yang dihubungkan ke cermin galvanometer. Salah satu sambungan termokopel diturunkan ke dalam bejana berisi air dingin untuk memastikan suhunya konstan. Sambungan termokopel lainnya mengukur suhu cairan. sedang dipelajari).
Pengalaman ini terdiri dari tiga seri. Pada seri pertama, untuk massa konstan cairan tertentu (dalam kasus kami, air), ketergantungan jumlah panas yang diperlukan untuk memanaskannya pada perubahan suhu dipelajari. Kita akan menilai jumlah panas yang diterima cairan dari pemanas (kompor listrik) berdasarkan waktu pemanasan, dengan asumsi ada hubungan berbanding lurus di antara keduanya. Agar hasil percobaan sesuai dengan asumsi ini, perlu dipastikan aliran panas stasioner dari kompor listrik ke benda yang dipanaskan. Untuk melakukan ini, kompor listrik dinyalakan terlebih dahulu sehingga pada awal percobaan suhu permukaannya tidak lagi berubah. Untuk memanaskan cairan lebih merata selama percobaan, kami akan mengaduknya menggunakan termokopel itu sendiri. Kami akan mencatat pembacaan termometer secara berkala hingga titik cahaya mencapai tepi skala.
Mari kita simpulkan: ada hubungan berbanding lurus antara jumlah kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan suatu benda dan perubahan suhunya.
Pada percobaan seri kedua kita akan membandingkan jumlah kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan cairan identik dengan massa berbeda ketika suhunya berubah dengan jumlah yang sama.
Untuk memudahkan membandingkan nilai-nilai yang diperoleh, massa air untuk percobaan kedua akan diambil dua kali lebih kecil dari pada percobaan pertama.
Kami akan kembali mencatat pembacaan termometer secara berkala.
Dengan membandingkan hasil percobaan pertama dan kedua, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut.
Pada percobaan seri ketiga kita akan membandingkan jumlah kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan zat cair yang berbeda dengan massa yang sama ketika suhunya berubah dengan jumlah yang sama.
Kita akan memanaskan minyak di atas kompor listrik yang massanya sama dengan massa air pada percobaan pertama. Kami akan mencatat pembacaan termometer secara berkala.
Hasil percobaan tersebut menegaskan kesimpulan bahwa jumlah kalor yang diperlukan untuk memanaskan suatu benda berbanding lurus dengan perubahan suhunya dan, terlebih lagi, menunjukkan ketergantungan jumlah kalor tersebut pada jenis zat.
Karena percobaan menggunakan minyak, yang massa jenisnya lebih kecil dari massa jenis air, dan memanaskan minyak sampai suhu tertentu memerlukan lebih sedikit panas daripada memanaskan air, dapat diasumsikan bahwa jumlah panas yang diperlukan untuk memanaskan suatu benda bergantung pada minyak tersebut. kepadatan.
Untuk menguji asumsi ini, kita akan secara bersamaan memanaskan air, parafin, dan tembaga dengan massa yang sama pada pemanas berdaya konstan.
Setelah waktu yang sama, suhu tembaga kira-kira 10 kali lipat, dan parafin kira-kira 2 kali lebih tinggi dari suhu air.
Namun tembaga memiliki massa jenis yang lebih tinggi dan parafin memiliki massa jenis yang lebih rendah dibandingkan air.
Pengalaman menunjukkan bahwa besaran yang mencirikan laju perubahan suhu zat yang membentuk benda yang terlibat dalam pertukaran panas bukanlah massa jenis. Besaran ini disebut kapasitas kalor jenis suatu zat dan dilambangkan dengan huruf c.
 |
Alat khusus digunakan untuk membandingkan kapasitas panas spesifik berbagai zat. Perangkat ini terdiri dari rak yang dipasangi pelat parafin tipis dan strip dengan batang yang melewatinya. Silinder aluminium, baja dan kuningan dengan massa yang sama dipasang di ujung batang.
Mari kita panaskan silinder ke suhu yang sama dengan merendamnya dalam bejana berisi air di atas kompor panas. Kami mengencangkan silinder panas ke rak dan melepaskannya dari pengikatnya. Silinder secara bersamaan menyentuh pelat parafin dan, setelah melelehkan parafin, mulai tenggelam ke dalamnya. Kedalaman perendaman silinder-silinder bermassa sama ke dalam pelat parafin, bila suhunya berubah dengan jumlah yang sama, ternyata berbeda.
Pengalaman menunjukkan bahwa kapasitas panas spesifik aluminium, baja dan kuningan berbeda.
Setelah melakukan eksperimen yang sesuai dengan peleburan padatan, penguapan cairan, dan pembakaran bahan bakar, kita memperoleh ketergantungan kuantitatif berikut.
Untuk memperoleh satuan besaran tertentu, satuan tersebut harus dinyatakan dari rumus yang sesuai dan ke dalam ekspresi yang dihasilkan, gantikan satuan kalor - 1 J, massa - 1 kg, dan untuk kapasitas kalor jenis - 1 K.
Kita mendapatkan satuan berikut: kapasitas kalor jenis – 1 J/kg·K, kalor jenis lainnya: 1 J/kg.
Definisi
Jumlah panas atau hanya kehangatan($Q$) adalah energi dalam yang, tanpa melakukan kerja, ditransfer dari benda bersuhu lebih tinggi ke benda bersuhu lebih rendah dalam proses konduksi termal atau radiasi.
Joule adalah satuan pengukuran jumlah panas dalam sistem SI
Satuan kalor dapat diperoleh dari hukum pertama termodinamika:
\[\Delta Q=A+\Delta U\ \kiri(1\kanan),\]
dimana $A$ adalah hasil kerja sistem termodinamika; $\Delta U$ - perubahan energi internal sistem; $\Delta Q$ adalah jumlah panas yang disuplai ke sistem.
Dari hukum (1), dan terlebih lagi dari versinya untuk proses isotermal:
\[\Delta Q=A\ \kiri(2\kanan).\]
Jelasnya, dalam Satuan Sistem Internasional (SI), joule (J) adalah satuan energi dan usaha.
Joule dapat dengan mudah dinyatakan dalam satuan dasar jika kita menggunakan definisi energi ($E$) dalam bentuk:
dimana $c$ adalah kecepatan cahaya; $m$ adalah berat badan. Berdasarkan ekspresi (2), kita mempunyai:
\[\kiri=\kiri=kg\cdot (\kiri(\frac(m)(s)\kanan))^2=\frac(kg\cdot m^2)(s^2).\]
Semua awalan SI standar digunakan dengan joule, yang menunjukkan subkelipatan dan kelipatan desimal. Misalnya, $1kJ=(10)^3J$; 1MJ =$(10)^6J$; 1 GJ=$(10)^9J$.
Erg adalah satuan pengukuran jumlah panas dalam sistem CGS
Dalam sistem CGS (sentimeter, gram, sekon), panas diukur dalam erg (erg). Dalam hal ini, satu erg sama dengan:
Dengan mempertimbangkan bahwa:
kita mendapatkan hubungan antara joule dan erg:
Kalori - satuan pengukuran jumlah panas
Kalori digunakan sebagai satuan di luar sistem untuk mengukur jumlah panas. Satu kalori sama dengan jumlah kalor yang harus dipindahkan ke air seberat satu kilogram untuk memanaskannya sebesar satu derajat Celcius. Hubungan antara joule dan kalori adalah sebagai berikut:
Lebih tepatnya, mereka membedakan:
- Kalori internasional, sama dengan: \
- kalori termokimia: \
- Kalori 15 derajat yang digunakan untuk pengukuran termal: \
Kalori sering kali digunakan dengan awalan desimal, seperti: kkal (kilokalori) $1kkal=(10)^3kal$; Mcal (megakalori) 1 Mcal =$(10)^6cal$; Gkal (gigakalori) 1 Gkal=$(10)^9kal$.
Terkadang kilokalori disebut kalori besar atau kilokalori.
Contoh permasalahan yang ada solusinya
Contoh 1
Latihan. Berapa kalor yang diserap hidrogen dengan berat $m=0.2$kg ketika dipanaskan dari $t_1=0(\rm()^\circ\!C)$ hingga $t_2=100(\rm()^\circ\ !C)$ pada tekanan konstan? Tulis jawaban Anda dalam kilojoule.
Larutan. Mari kita tuliskan hukum pertama termodinamika:
\[\Delta Q=A+\Delta U\ \kiri(1.1\kanan).\]
\[\Delta U=\frac(i)(2)\frac(m)(\mu )R\Delta T\ \kiri(1,2\kanan),\]
dimana $i=5$ adalah jumlah derajat kebebasan molekul hidrogen; $\mu =2\cdot (10)^(-3)\frac(kg)(mol)$; $R=8,31\ \frac(J)(mol\cdot K)$; $\Delta T=t_2-t_1$. Dengan syarat, kita berhadapan dengan proses isobarik. Usaha dalam proses isobarik sama dengan:
Dengan memperhatikan ekspresi (1.2) dan (1.3), kita mengubah hukum pertama termodinamika untuk proses isobarik menjadi:
\[\Delta Q=\frac(m)(\mu )R\Delta T\ +\frac(i)(2)\frac(m)(\mu )R\Delta T=\frac(m)(\ mu )R\Delta T\kiri(1+\frac(i)(2)\kanan)\ \kiri(1,4\kanan).\]
Mari kita periksa dalam satuan apa panas diukur jika dihitung menggunakan rumus (1.4):
\[\kiri[\Delta Q\kanan]=\kiri[\frac(m)(\mu )R\Delta T\kiri(1+\frac(i)(2)\kanan)\kanan]=\kiri [\frac(m)(\mu )R\Delta T\kanan]=\frac(\kiri)(\kiri[\mu \kanan])\kiri\kiri[\Delta T\kanan]=\frac(kg )(kg/mol)\cdot \frac(J)(mol\cdot K)\cdot K=J.\]
Mari kita lakukan perhitungannya:
\[\Delta Q=\frac(0.2)(2 (10)^(-3))\cdot 8.31\cdot 100\left(1+\frac(5)(2)\right)\kira-kira 291\cdot ( 10)^3\kiri(J\kanan)=291\ \kiri(kJ\kanan).\]
Menjawab.$\Delta Q=291\ $kJ
Contoh 2
Latihan. Helium, yang bermassa $m=1\ g$, dipanaskan sebesar 100 K dalam proses yang ditunjukkan pada Gambar 1. Berapa banyak panas yang ditransfer ke gas? Tulis jawaban Anda dalam satuan GHS.
Larutan. Gambar 1 menunjukkan proses isokorik. Untuk proses seperti ini kita tuliskan hukum pertama termodinamika sebagai:
\[\Delta Q=\Delta U\ \kiri(2.1\kanan).\]
Kami menemukan perubahan energi internal sebagai:
\[\Delta U=\frac(i)(2)\frac(m)(\mu )R\Delta T\ \kiri(2.2\kanan),\]
dimana $i=3$ adalah jumlah derajat kebebasan molekul helium; $\mu =4\frac(g)(mol)$; $R=8,31\cdot (10)^7\ \frac(erg)(mol\cdot K)$; $\Delta T=100\ K.$ Semua nilai ditulis di SGS. Mari kita lakukan perhitungannya:
\[\Delta Q=\frac(3)(2)\cdot \frac(1)(4)\cdot 8.31\cdot (10)^7\cdot 100\kira-kira 3\cdot (10)^9( erg) \ \]
Menjawab.$\Delta Q=3\cdot (10)^9$ misalnya
Seperti yang telah kita ketahui, energi dalam suatu benda dapat berubah baik ketika melakukan usaha maupun melalui perpindahan panas (tanpa melakukan usaha).
Perbedaan utama antara usaha dan jumlah kalor adalah bahwa usaha menentukan proses pengubahan energi dalam suatu sistem, yang disertai dengan transformasi energi dari satu jenis ke jenis energi lainnya. Jika terjadi perubahan energi dalam dengan bantuan perpindahan panas , perpindahan energi dari suatu benda ke benda lain dilakukan karena konduktivitas termal , radiasi, atau.
konveksi Energi yang hilang atau diperoleh suatu benda selama perpindahan panas disebut
jumlah panas.
Saat menghitung jumlah panas, Anda perlu mengetahui besaran apa yang mempengaruhinya.
Kami akan memanaskan dua bejana menggunakan dua pembakar yang identik. Satu bejana berisi 1 kg air, bejana lainnya berisi 2 kg. Suhu air pada kedua bejana pada mulanya sama. Kita dapat melihat bahwa dalam waktu yang sama, air di salah satu bejana memanas lebih cepat, meskipun kedua bejana menerima jumlah panas yang sama.
Jadi, kita menyimpulkan: semakin besar massa suatu benda, semakin besar jumlah panas yang harus dikeluarkan untuk menurunkan atau menaikkan suhunya sebanyak derajat yang sama.
Kita semua tahu bahwa jika kita perlu memanaskan satu ketel penuh air hingga suhu 50°C, kita akan menghabiskan lebih sedikit waktu untuk melakukan tindakan ini dibandingkan memanaskan ketel dengan volume air yang sama, namun hanya hingga 100°C. Pada kasus nomor satu, panas yang diberikan ke air lebih sedikit dibandingkan kasus kedua.
Jadi, jumlah panas yang dibutuhkan untuk pemanasan secara langsung bergantung pada apakah berapa derajat tubuh bisa menjadi hangat. Kita dapat menyimpulkan: jumlah panas secara langsung tergantung pada perbedaan suhu tubuh.
Tetapi apakah mungkin untuk menentukan jumlah panas yang diperlukan bukan untuk memanaskan air, tetapi untuk zat lain, misalnya minyak, timbal atau besi?
Isi satu wadah dengan air dan isi wadah lainnya dengan minyak sayur. Massa air dan minyak sama besarnya. Kami akan memanaskan kedua wadah secara merata pada pembakar yang sama. Mari kita mulai percobaan pada suhu awal minyak sayur dan air yang sama. Lima menit kemudian, setelah mengukur suhu minyak dan air yang dipanaskan, kita akan melihat bahwa suhu minyak jauh lebih tinggi daripada suhu air, meskipun kedua cairan tersebut menerima jumlah kalor yang sama.
Kesimpulan yang jelas adalah: Jika minyak dan air dipanaskan dalam jumlah yang sama pada suhu yang sama, jumlah kalor yang dibutuhkan berbeda.
Dan kita segera menarik kesimpulan lain: jumlah panas yang diperlukan untuk memanaskan suatu benda secara langsung bergantung pada zat penyusun tubuh itu sendiri (jenis zat).
Jadi, jumlah kalor yang diperlukan untuk memanaskan suatu benda (atau dilepaskan saat mendingin) secara langsung bergantung pada massa benda, variabilitas suhunya, dan jenis zat.
Jumlah panas dilambangkan dengan simbol Q. Seperti jenis energi lainnya, jumlah panas diukur dalam joule (J) atau kilojoule (kJ).
1 kJ = 1000J
Namun, sejarah menunjukkan bahwa para ilmuwan mulai mengukur jumlah panas jauh sebelum konsep energi muncul dalam fisika. Pada saat itu, dikembangkan satuan khusus untuk mengukur jumlah panas - kalori (kal) atau kilokalori (kkal). Kata ini memiliki akar bahasa Latin, kalori - panas.
1 kkal = 1000 kal
Kalori– ini adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 g air sebesar 1°C
1 kal = 4,19 J ≈ 4,2 J
1 kkal = 4190 J ≈ 4200 J ≈ 4,2 kJ
Masih ada pertanyaan? Tidak tahu bagaimana mengerjakan pekerjaan rumah Anda?
Untuk mendapatkan bantuan dari tutor, daftarlah.
Pelajaran pertama gratis!
situs web, ketika menyalin materi secara keseluruhan atau sebagian, diperlukan tautan ke sumber aslinya.
Pelajaran ini membahas tentang konsep besaran kalor.
Jika selama ini kita telah membahas sifat-sifat umum dan fenomena yang berhubungan dengan panas, energi atau perpindahannya, sekaranglah waktunya untuk mengenal karakteristik kuantitatif dari konsep-konsep tersebut. Atau lebih tepatnya, perkenalkan konsep jumlah panas. Semua perhitungan lebih lanjut terkait transformasi energi dan panas akan didasarkan pada konsep ini.
Definisi
Jumlah panas adalah energi yang dipindahkan melalui perpindahan panas.
Mari kita pertimbangkan pertanyaannya: bagaimana kita menyatakan jumlah panas ini?
Jumlah panas berhubungan dengan energi dalam tubuh, oleh karena itu, ketika tubuh menerima energi, energi internalnya meningkat, dan ketika diberikan, energi itu berkurang (Gbr. 1).
Beras. 1. Hubungan jumlah kalor dengan energi dalam
Kesimpulan serupa dapat ditarik tentang suhu tubuh (Gbr. 2).
Beras. 2. Hubungan jumlah kalor dan suhu
Energi dalam dinyatakan dalam joule (J). Artinya jumlah kalor juga diukur dalam joule (dalam SI):
Penunjukan standar untuk kuantitas panas.
Untuk mengetahui bergantung pada apa, kami akan melakukan 3 percobaan.
Eksperimen No.1
Mari kita ambil dua benda yang identik, tetapi massanya berbeda. Misalnya, ambil dua panci identik dan tuangkan air dalam jumlah berbeda (pada suhu yang sama) ke dalamnya.
Tentunya untuk merebus panci yang berisi lebih banyak air akan memakan waktu lebih lama. Artinya, dia perlu memberikan lebih banyak panas.
Dari sini kita dapat menyimpulkan bahwa jumlah kalor bergantung pada massa (berbanding lurus - semakin besar massa, semakin besar jumlah kalor).
Beras. 3. Percobaan No.1
Eksperimen No.2
Pada percobaan kedua kita akan memanaskan benda bermassa sama dengan suhu berbeda. Artinya, mari kita ambil dua panci air dengan massa yang sama dan panaskan salah satunya hingga , dan yang kedua, misalnya, hingga .
Tentu saja, untuk memanaskan wajan ke suhu yang lebih tinggi, diperlukan waktu lebih lama, yaitu perlu memberikan lebih banyak panas.
Dari sini kita dapat menyimpulkan bahwa jumlah kalor bergantung pada perbedaan suhu (berbanding lurus - semakin besar perbedaan suhu, semakin besar jumlah kalor).
Beras. 4. Percobaan No.2
Eksperimen No.3
Pada percobaan ketiga, kita akan membahas ketergantungan jumlah kalor pada karakteristik zat. Untuk melakukan ini, ambil dua panci dan tuangkan air ke salah satunya, dan minyak bunga matahari ke yang lain. Dalam hal ini suhu dan massa air dan minyak harus sama. Kami akan memanaskan kedua panci dengan suhu yang sama.
Diperlukan waktu lebih lama untuk memanaskan panci berisi air, yang berarti panci tersebut perlu menghasilkan lebih banyak panas.
Dari sini kita dapat menyimpulkan bahwa besarnya kalor bergantung pada jenis zat (kita akan membahas lebih lanjut bagaimana tepatnya pada pelajaran berikutnya).
Beras. 5. Percobaan No.3
Setelah percobaan, kita dapat menyimpulkan bahwa itu tergantung:
- dari berat badan;
- perubahan suhunya;
- jenis zat.
Perhatikan bahwa dalam semua kasus yang telah kita bahas, kita tidak berbicara tentang transisi fase (yaitu, perubahan keadaan agregat suatu zat).
Pada saat yang sama, nilai numerik jumlah panas juga dapat bergantung pada satuan pengukurannya. Selain joule, yang merupakan satuan SI, satuan lain untuk mengukur jumlah panas digunakan - kalori(diterjemahkan sebagai "panas", "kehangatan").
Nilai ini cukup kecil, sehingga konsep kilokalori lebih sering digunakan: 
. Nilai ini sesuai dengan jumlah panas yang harus dipindahkan ke air untuk memanaskannya sebesar .
Pada pelajaran berikutnya kita akan melihat konsep kapasitas kalor jenis, yang menghubungkan suatu zat dan jumlah kalor.
Referensi
- Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. Fisika 8. - M.: Mnemosyne.
- Peryshkin A.V. Fisika 8. - M.: Bustard, 2010.
- Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fisika 8. - M.: Pencerahan.
- Portal internet “festival.1september.ru” ()
- Portal internet “class-fizika.narod.ru” ()
- Portal internet “sekolah.xvatit.com” ()
Pekerjaan rumah
- Halaman 20, paragraf 7, soal no.1-6. Peryshkin A.V. Fisika 8. - M.: Bustard, 2010.
- Mengapa air di danau lebih sedikit mendingin dalam semalam dibandingkan pasir di pantai?
- Mengapa iklim yang ditandai dengan perubahan suhu yang tajam antara siang dan malam disebut benua yang tajam?
“...- Berapa banyak burung beo yang bisa muat di dalam tubuhmu, begitulah tinggi badanmu.
- Ini sangat penting! Aku tidak akan menelan begitu banyak burung beo!…”
Dari film “38 Burung Beo”
Menurut aturan internasional SI (Sistem Satuan Internasional), jumlah energi panas atau kuantitas panas diukur dalam Joule [J], dan ada juga kelipatan kiloJoule [kJ] = 1000 J., MegaJoule [MJ] = 1.000.000 J, GigaJoule [ GJ] = 1.000.000.000 J. dst. Satuan pengukuran energi panas ini adalah satuan internasional utama dan paling sering digunakan dalam perhitungan ilmiah dan ilmiah-teknis.
Akan tetapi, kita semua mengetahui atau pernah mendengar setidaknya satu kali satuan pengukuran besaran kalor (atau sekadar kalor) adalah kalori, begitu juga dengan kilokalori, Megakalori, dan Gigakalori, yaitu awalan kilo, Giga, dan Mega. Maksudnya, lihat contoh Joule di atas. Di negara kita, secara historis, ketika menghitung tarif pemanasan, baik itu pemanasan dengan listrik, gas, atau boiler pelet, biasanya mempertimbangkan biaya tepat satu Gigakalori energi panas.
Jadi apa itu Gigakalori, kiloWatt, kiloWatt*jam atau kiloWatt/jam dan Joule dan bagaimana hubungannya satu sama lain?, Anda akan pelajari di artikel ini.
Jadi, satuan dasar energi panas, sebagaimana telah disebutkan, adalah Joule. Namun sebelum berbicara tentang satuan pengukuran, pada prinsipnya perlu dijelaskan dalam kehidupan sehari-hari apa itu energi panas dan bagaimana serta mengapa mengukurnya.
Kita semua tahu sejak masa kanak-kanak bahwa untuk menghangatkan (menerima energi panas) kita perlu membakar sesuatu, jadi kita semua membakar api, bahan bakar tradisional untuk api adalah kayu. Jadi, tentu saja, ketika bahan bakar dibakar (apa saja: kayu, batu bara, pelet, gas alam, solar), energi panas (panas) dilepaskan. Namun untuk memanaskan, misalnya, volume air yang berbeda memerlukan jumlah kayu bakar (atau bahan bakar lainnya) yang berbeda pula. Jelas bahwa untuk memanaskan dua liter air, beberapa api sudah cukup, dan untuk menyiapkan setengah ember sup untuk seluruh perkemahan, Anda perlu menyimpan beberapa ikat kayu bakar. Agar tidak mengukur besaran teknis yang ketat seperti jumlah panas dan panas pembakaran bahan bakar dengan kumpulan kayu bakar dan ember sup, para insinyur pemanas memutuskan untuk memberikan kejelasan dan ketertiban dan setuju untuk menciptakan satuan untuk jumlah panas. Agar satuan ini sama di mana pun, didefinisikan sebagai berikut: untuk memanaskan satu kilogram air sebesar satu derajat dalam kondisi normal (tekanan atmosfer) diperlukan 4.190 kalori atau 4,19 kilokalori, oleh karena itu, untuk memanaskan satu gram air a panas seribu kali lebih sedikit sudah cukup – 4,19 kalori.
Kalori berhubungan dengan satuan internasional energi panas, Joule, melalui hubungan berikut:
1 kalori = 4,19 Joule.
Jadi, untuk memanaskan 1 gram air sebesar satu derajat diperlukan energi panas sebesar 4,19 Joule, dan untuk memanaskan satu kilogram air diperlukan energi panas sebesar 4.190 Joule.
Dalam teknologi, bersama dengan satuan pengukuran energi panas (dan lainnya), ada satuan daya dan, sesuai dengan sistem internasional (SI), adalah Watt. Konsep daya juga berlaku untuk alat pemanas. Jika suatu alat pemanas mampu menghantarkan energi panas sebesar 1 Joule dalam 1 detik, maka dayanya adalah 1 Watt. Daya adalah kemampuan suatu perangkat untuk menghasilkan (menciptakan) sejumlah energi tertentu (dalam kasus kami, energi panas) per satuan waktu. Mari kita kembali ke contoh kita dengan air, untuk memanaskan satu kilogram (atau satu liter, dalam kasus air, satu kilogram sama dengan satu liter) air sebesar satu derajat Celcius (atau Kelvin, tidak ada bedanya), kita memerlukan a kekuatan 1 kilokalori atau 4,190 J energi panas. Untuk memanaskan satu kilogram air dalam waktu 1 detik sebesar 1 derajat, kita memerlukan alat dengan daya sebagai berikut:
4190 J./1 dtk. = 4,190W. atau 4,19 kW.
Jika kita ingin memanaskan kilogram air sebesar 25 derajat dalam hitungan detik, maka kita memerlukan tenaga dua puluh lima kali lebih banyak, yaitu.
4,19*25 =104,75kW.
Jadi dapat disimpulkan bahwa dayanya adalah 104,75 kW. memanaskan 1 liter air sebesar 25 derajat dalam satu detik.
Karena kita sudah membahas watt dan kilowatt, kita harus menjelaskan sedikit tentangnya. Seperti yang telah disebutkan, Watt adalah satuan daya, termasuk daya termal dari boiler, namun selain boiler gas, umat manusia juga mengenal boiler listrik, yang kekuatannya tentu saja diukur dalam kilowatt yang sama dan mereka bukan mengkonsumsi pelet atau gas, melainkan listrik yang besarannya diukur dalam kilowatt-jam. Penulisan satuan energi kilowatt*jam yang benar (yaitu kilowatt dikalikan satu jam, tidak dibagi), penulisan kW/jam salah!
Pada boiler listrik, energi listrik diubah menjadi energi panas (disebut panas Joule), dan jika boiler tersebut mengkonsumsi listrik sebesar 1 kWh, maka berapa banyak panas yang dihasilkannya? Untuk menjawab pertanyaan sederhana ini, Anda perlu melakukan perhitungan sederhana.
Mari kita ubah kiloWatt menjadi kiloJoule/detik (kiloJoule per detik), dan jam menjadi detik: ada 3.600 detik dalam satu jam, kita mendapatkan:
1 kW*jam = [1 kJ/s]*3600 s.=1.000 J *3600 s = 3.600.000 Joule atau 3,6 MJ.
Jadi,
1 kW*jam = 3,6 MJ.
Selanjutnya, 3,6 MJ/4,19 = 0,859 Mkal = 859 kkal = 859.000 kal. Energi (termal).
Sekarang mari kita beralih ke Gigakalori, harga yang suka dihitung oleh para insinyur pemanas untuk berbagai jenis bahan bakar.
1 Gkal = 1.000.000.000 kal.
1.000.000.000 kal. = 4,19*1.000.000.000 = 4.190.000.000 J. = 4.190 MJ. = 4,19GJ.
Atau, mengetahui bahwa 1 kW*jam = 3,6 MJ, mari kita hitung ulang 1 Gigakalori per kilowatt*jam:
1 Gkal = 4190 MJ/3,6 MJ = 1,163 kW*jam!
Jika, setelah membaca artikel ini, Anda memutuskan untuk berkonsultasi dengan spesialis dari perusahaan kami mengenai masalah apa pun yang berkaitan dengan pasokan panas, maka Anda
