Anda tahu dari pengalaman bahwa ketika nilai pada termometer menunjukkan suhu meningkat, kondisi lingkungan menjadi lebih hangat. Ketika nilai ini turun, kondisi sekitar menjadi lebih dingin. Anda juga mungkin menyadari bahwa ada beberapa skala suhu umum yang digunakan untuk mengukur fenomena ini secara tepat.
Jika perubahan suhu dalam beberapa cara menunjukkan keuntungan atau kerugian dari panas di sekitarnya, apakah ada cara untuk menangkap korelasinya? Yaitu, dapatkah perubahan suhu tertentu (misalnya, dalam derajat Celcius, atau °C) dikorelasikan dengan perolehan atau kehilangan panas tertentu – dengan asumsi "panas" bahkan merupakan sesuatu yang dapat diukur secara tepat dalam fisika?
Memang, korelasi perubahan suhu dengan keuntungan atau kerugian panas, dalam satuan panas yang bermanfaat seperti kilojoule (kJ), adalah mungkin – selama Anda benar-benar tahu apa yang Anda hadapi.
Suhu dan Skalanya
Suhu adalah besaran yang diukur dengan alat yang disebut termometer. Secara matematis diturunkan dari energi kinetik rata-rata partikel (atom dan molekul) dalam suatu sistem, seperti wadah atau ruangan tertutup.
Energi kinetik adalah energi gerak. Ketika partikel-partikel kecil meluncur di udara, mereka bertabrakan satu sama lain, dan tumbukan itu melepaskan panas. Semakin cepat kecepatan rata-rata partikel dalam sistem, semakin banyak partikel akan bertumbukan dan semakin banyak panas yang dilepaskan, sehingga menaikkan suhu terukur.
Satuan SI untuk suhu adalah Kelvin (K). Ini bukan derajat dan karenanya tidak memiliki simbol yang terkait, tidak seperti halnya dengan derajat Celcius dan Fahrenheit. Namun, K dan °C memiliki besar yang sama dalam arti bahwa kenaikan 1 K dan kenaikan 1 °C mewakili perubahan fisik yang sama. Tetapi skalanya diimbangi sedemikian rupa sehingga °C = -273,15 K, dan nilai teoritis minimum K adalah 0.
Selain itu, (9/5)°C + 32 = °F.
Energi, Panas dan Satuannya
Anda tidak diragukan lagi akrab dengan istilah kalori sebagai salah satu dari banyak cara untuk mengukur apa yang makanan yang Anda makan memberikan ke mesin seluler sistem Anda. Beberapa sumber mengklaim kalori memiliki satuan energi; yang lain mengatakan dibutuhkan satuan panas. Faktanya, kedua pernyataan itu benar, karena panas adalah salah satu dari berbagai subtipe dari kuantitas "resmi" – jika agak sulit untuk dijabarkan – dalam fisika yang dikenal sebagai energi.
Sementara kalori (kal) adalah dasar untuk sebagian besar percakapan publik di A.S. tentang energi yang disediakan oleh makanan, ini bukan satuan yang digunakan dalam buku teks dan jurnal fisika. Satuan energi internasional (SI) standar, dan oleh karena itu panas, adalah Joule (J).
1 kalori = 4,18 J, tetapi "kalori" yang Anda lihat pada label makanan sebenarnya adalah kilokalori (kkal) atau 1.000 kalori sebenarnya. Jadi 1 "kalori" per label nutrisi sebenarnya 4.180 joule, atau 4,18 kJ.
Bagaimana Panas dan Suhu Terkait?
Anda telah melihat bagaimana suhu berhubungan dengan panas. Tapi bagaimana ukuran "satu derajat" ditentukan sejak awal? Orang harus memiliki cara untuk menandai titik-titik pada skala suhu antara "beku" dan "mendidih" dan menetapkan angka pada interval ini.
Seperti yang terjadi, jika Anda menambahkan sejumlah panas tertentu (Q) dalam joule ke sistem, atau menghilangkan panas dari sistem itu, Anda dapat menentukan berapa banyak suhu sistem akan berubah (T) dalam Celcius selama Anda mengetahui massa sistem (seringkali sampel air) saya dalam gram dan panas spesifik c, yang bervariasi dari zat ke zat:
Q = mc(∆T)
Untuk air, c = 1 kal/(g)(°C) = 4,186 J/(g)(°C).
Contoh: Jika Anda memiliki sampel air 1 liter, yang memiliki massa 1.000 g, berapa banyak energi dalam kJ yang diperlukan untuk menghangatkan sampel sebesar 1 °C?
Q =mc(∆T) = (1.000 g)(4.186 J/g °C )(1 °C) = 4.186 = 4.186 kJ.
Ingatlah bahwa ini adalah jumlah energi dalam satu "kalori" makanan. Ini aneh ketika Anda menganggap bahwa, katakanlah, 1 L soda manis memiliki sekitar 400 kali jumlah ini, tetapi tubuh menangani "kalori" jauh berbeda dari sebotol air biasa.