Apa sih panas?

Foto: Sebagian besar energi di Bumi (termasuk sebagian besar energi panas) mulai di bola panas materi yang kita sebut Matahari. Sumber tribunnews

Permukaan Matahari

Panas adalah cara singkat untuk mengatakan "energi panas." Ketika ada yang panas, ia memiliki banyak energi panas, ketika itu dingin, ia memiliki lebih sedikit. Tapi bahkan hal-hal yang tampaknya dingin (seperti beruang kutub dan gunung es) memiliki energi panas agak lebih daripada yang mungkin Anda kira.

Objek dapat menyimpan panas karena atom dan molekul di dalam mereka saling berdesakan dan menabrak satu sama lain. Ide ini disebut teori kinetik materi, karena menggambarkan panas sebagai jenis energi kinetik yang disimpan oleh atom dan molekul . Ini dikembangkan di abad ke-19 oleh berbagai ilmuwan, termasuk fisikawan Austria Ludwig Boltzman (1844-1906) dan fisikawan Inggris James Clerk Maxwell (1831-1879).

Teori kinetik membantu kita memahami mana energi panas yang terjadi. Jika Anda meletakkan panci berisi air dingin di atas kompor panas, Anda akan membuat molekul-molekul dalam air saling bertabrakan sengan cepat. Semakin panas karena, semakin cepat molekul bergerak dan makin sering terjadi gesakan atau benturan antara molekul. Dimana pada saat tertentu, cairan ini bisa merubah menjadi gas: air menjadi uap dan menguap pergi.

Apa yang terjadi jika sebaliknya?

Sekarang anggaplah kita mencoba trik yang berlawanan. Mari kita mengambil kendi air dan menaruhnya di lemari es untuk didinginkannya. Sebuah lemari es bekerja dengan cara sistematis menghilangkan energi panas dari makanan. Masukkan air di dalam lemari es dan langsung mulai kehilangan energi panas. Panas semakin kalah, semakin banyak energi kinetik molekul yang kehilangan, semakin lambat mereka bergerak. Segera atau lambat, molekul cukup dekat sehingga mengunci dan berubah menjadi kristal, cairan berubah menjadi padat, dan Anda menemukan es!

Es beku di dalam kulkas

Bagaimana jika Anda memiliki lemari es fresher yang terus dingin ... dan dingin ... dan dingin. Sebuah lemari es, jika memiliki satu, dapat mengambil suhu turun diantara -10 ° C dan -20 ° C (14 ° F hingga -4 ° F). Tetapi bagaimana jika pendinginan itu jadi lebih rendah? Akhirnya, Anda akan mencapai temperatur di mana molekul-molekul air berhenti bergerak sama sekali karena mereka sama sekali tidak ada energi kinetik yang tersisa. Untuk alasan kami tidak akan masuk ke sini, ini suhu adalah -273,15 ° C (-459,67 ° F) dan kami lihat sebagai nol absolut.

Foto: Es mungkin terlihat dingin.

Dalam teori, nol mutlak adalah suhu terendah yang pernah ada dapat mencapai. Dalam prakteknya, itu hampir mustahil untuk mendinginkan apa bawah yang banyak-ilmuwan telah mencoba sangat keras tapi masih tidak benar-benar mencapai suatu suhu rendah. Amazing hal terjadi ketika Anda mendekati nol mutlak. Beberapa bahan, misalnya, bisa kehilangan hampir semua perlawanan mereka dan menjadi konduktor listrik yang luar biasa disebut superkonduktor. Ada situs PBS hebat di mana Anda dapat mengetahui lebih banyak tentang nol mutlak dan hal-hal menakjubkan yang terjadi di sana.

Apakah perbedaan antara panas dan temperatur?

Termometer merkuri

Sekarang Anda tahu tentang nol mutlak, mudah untuk melihat mengapa sesuatu seperti gunung es (yang dapat pada suhu dingin sekitar 3-4 C ° atau bulat sekitar 40 ° F) relatif panas. Dibandingkan dengan nol mutlak, segala sesuatu di dunia kita sehari-hari panas karena molekul-molekul yang bergerak di sekitar dan memiliki setidaknya beberapa energi panas. Segala sesuatu di sekitar kita juga pada suhu panas lebih dari nol mutlak.

Anda dapat melihat ada hubungan erat antara berapa banyak panas sesuatu energi dan suhu. Jadi energi panas dan suhu saja hal yang sama? Tidak! Mari kita ini jelas:

• Panas adalah energi yang tersimpan di dalam sesuatu.
• Suhu merupakan ukuran bagaimana panas atau dingin sesuatu.

Sebuah suhu benda tidak memberitahu kita bagaimana energi banyak panas itu. Sangat mudah untuk melihat mengapa tidak jika Anda berpikir tentang gunung es dan es batu. Keduanya pada suhu kurang lebih sama tetapi karena gunung es memiliki massa jauh lebih besar dari es batu, berisi miliaran molekul dan energi lebih banyak panas lebih.

Foto:  termometer merkuri

Bagaimana kita bisa mengukur suhu?

Kami mengukur suhu dengan termometer menggunakan dua umum (dan cukup sewenang-wenang) disebut skala Celcius (atau Celcius) dan Fahrenheit, nama untuk ahli astronomi Swedia Anders Celsius (1701-1744) dan fisikawan Jerman Daniel Fahrenheit (1686-1736).

Ada juga suatu skala suhu ilmiah disebut Kelvin (atau skala absolut), nama untuk fisikawan Inggris William Thompson (Lord Kelvin kemudian, 1824-1907). Logikanya, skala Kelvin jauh lebih masuk akal untuk para ilmuwan karena berjalan ke atas dari nol mutlak (yang juga dikenal sebagai 0K, tanpa simbol tingkat antara nol dan K). Anda akan melihat banyak suhu Kelvin dalam fisika, tetapi Anda tidak akan menemukan peramal cuaca memberikan suhu seperti itu. Sebagai catatan, hari yang cukup panas (20-30 ° C) masuk di sesuatu seperti 290-300K: Anda hanya menambahkan 273 Anda memikirkan mengkonversi Celcius ke Kelvin.

 Bagaimana perjalanan panas?

Satu hal yang mungkin Anda perhatikan tentang panas yang umumnya tidak tinggal di mana Anda menempatkannya. Hal-hal panas bisa lebih dingin, hal dingin bisa menjadi lebih panas, dan diberikan waktu yang cukup-dan pada akhirnya menjadi sama. Bagaimana bisa?

Ada hukum dasar fisika disebut hukum kedua termodinamika dan mengatakan, pada dasarnya, bahwa cangkir kopi selalu pergi dingin dan es krim selalu mencair: panas mengalir dari hal-hal yang panas menuju yang dingin dan tidak sebaliknya. Anda tidak pernah melihat kopi mendidih dengan sendirinya atau es krim semakin dingin pada hari-hari cerah! Hukum termodinamika kedua juga bertanggung jawab atas tagihan bahan bakar menyakitkan bahwa drop melalui kotak surat Anda beberapa kali setahun. Singkatnya: panas yang Anda membuat rumah Anda dan dingin itu di luar, semakin banyak panas Anda akan kehilangan. Untuk mengurangi masalah itu, Anda perlu memahami tiga cara yang berbeda di mana panas dapat melakukan perjalanan: disebut konduksi, konveksi, dan radiasi. Kadang-kadang Anda akan melihat ini disebut sebagai tiga bentuk perpindahan panas.

Foto: Konduksi, konversi dan radiasi panas

.

Konduksi

Konduksi adalah bagaimana arus panas antara dua benda padat pada suhu yang berbeda dan menyentuh satu sama lain (atau antara dua bagian dari benda padat sama jika mereka berada di temperatur yang berbeda). Berjalan di atas lantai batu dengan kaki telanjang Anda dan itu terasa dingin karena panas mengalir cepat dari tubuh Anda ke lantai dengan konduksi. Aduk panci sup dengan sendok logam dan Anda harus segera menemukan satu kayu sebagai gantinya: panas bergerak cepat di sepanjang sendok dengan konduksi dari sup panas ke jari-jari Anda.


Konveksi

Konveksi adalah cara utama arus panas melalui zat cair dan gas. Letakkan panci dingin, sup cair pada kompor Anda dan beralih pada panas. Sup di dasar panci, paling dekat dengan panas, hangat dengan cepat dan menjadi kurang padat (lebih ringan) daripada sup dingin di atas. Sup hangat naik ke atas dan sup dingin di atas jatuh ke bawah untuk mengambil tempatnya. Segera Anda punya sirkulasi panas mengalir di panci, agak seperti ban berjalan panas tak terlihat, dengan pemanasan, naik sup dan pendinginan, jatuh sup. Secara bertahap, seluruh panci memanas. Konveksi adalah juga salah satu cara rumah kita panas ketika kita menghidupkan pemanas. Air hangat di atas pemanas dan naik ke udara, mendorong udara dingin turun dari langit-langit. Tak lama kemudian, ada sirkulasi yang terjadi secara bertahap menghangat seluruh ruangan.


Panas kerugian oleh radiasi pada landasan peluncuran roket.
Radiasi

Radiasi adalah cara utama ketiga dimana perjalanan panas. Konduksi membawa panas melalui benda padat; konveksi membawa panas melalui cairan dan gas, tetapi radiasi dapat membawa panas melalui ruang kosong-bahkan melalui ruang hampa. Kita tahu bahwa banyak hanya karena kita masih hidup: hampir semua yang kita lakukan di Bumi ini didukung oleh radiasi matahari berseri-seri menuju planet kita dari Matahari melalui kegelapan ruang kosong lolongan. Tapi ada banyak radiasi panas di Bumi juga. Duduk di dekat api log keritik dan Anda akan merasakan panas memancar keluar dan membakar pipi Anda. Anda tidak bersentuhan dengan api, jadi panas tidak datang kepada Anda oleh konduksi dan, jika Anda di luar, konveksi mungkin tidak membawa banyak terhadap Anda baik. Sebaliknya, semua panas yang Anda rasakan perjalanan oleh radiasi-dalam garis lurus, dengan kecepatan cahaya yang dibawa oleh suatu jenis radiasi elektromagnetik disebut inframerah.

Gambar: gambar termal Inframerah (kadang-kadang disebut thermographs atau thermograms) menunjukkan bahwa semua benda mengeluarkan energi panas melalui radiasi. Dalam dua foto, Anda dapat melihat roket di landasan peluncuran difoto dengan kamera normal (di atas) dan kamera termal infra merah (di bawah). Bagian paling dingin adalah ungu, biru, dan hitam; daerah terpanas merah, kuning, dan putih. Foto oleh R. Hurt, NASA / JPL-Caltech, milik NASA Images.
Mengapa beberapa hal yang membutuhkan waktu lebih lama untuk memanaskan daripada yang lain?

bahan yang berbeda dapat menyimpan panas lebih atau kurang tergantung pada struktur internal atom atau molekul. Air, misalnya, dapat menyimpan dalam jumlah besar panas-itu salah satu alasan mengapa kita menggunakannya dalam sistem pemanas sentral-meskipun juga dibutuhkan waktu yang relatif lama memanas. Logam membiarkan panas melewati mereka sangat baik dan cepat panas, tapi mereka tidak begitu pandai menyimpan panas. Hal-hal yang panas toko baik (seperti air) yang dikatakan memiliki kapasitas panas tinggi tertentu.



Gagasan kapasitas panas spesifik membantu kita memahami perbedaan antara suhu panas dan cara lain. Misalkan Anda menempatkan sebuah panci tembaga kosong di atas kompor panas itu suhu tertentu. Tembaga melakukan panas yang sangat baik dan memiliki kapasitas panas spesifik relatif rendah, sehingga memanas dan mendingin turun sangat cepat (karena itulah panci cenderung memiliki dasar tembaga). Tetapi jika Anda mengisi panci yang sama dengan air, dibutuhkan jauh lebih lama untuk panas hingga suhu yang sama. Mengapa? Karena Anda harus menyediakan lebih banyak energi panas untuk menaikkan suhu air dengan jumlah yang sama. kapasitas panas spesifik air adalah sekitar 11 kali lebih tinggi dari tembaga, jadi jika Anda memiliki massa air yang sama dan tembaga, dibutuhkan 11 kali lebih banyak energi untuk meningkatkan suhu air dengan jumlah yang sama derajat.


kapasitas panas spesifik dapat membantu Anda memahami apa yang terjadi ketika Anda panas rumah Anda dengan cara yang berbeda dalam waktu musim dingin. Udara memanas relatif cepat karena dua alasan: pertama, karena kapasitas panas spesifik udara sekitar seperempat dari; kedua air, karena udara adalah gas, itu memiliki massa yang relatif sedikit. Jika ruang Anda beku dan Anda menghidupkan kipas angin (konveksi) pemanas, Anda akan menemukan segala sesuatu tampak untuk pemanasan yang sangat cepat. Itu karena kau dasarnya hanya memanas udara. Matikan kipas dan pemanas ruangan akan dingin juga cukup cepat karena udara, dengan sendirinya, tidak memiliki banyak kemampuan untuk menyimpan panas.

Jadi bagaimana Anda akan mendapatkan kamar Anda benar-benar hangat? Jangan lupa bahwa tidak ada hanya udara di dalamnya yang Anda butuhkan untuk memanaskan: ada furniture solid, karpet, tirai, dan banyak hal lainnya juga. Ini memakan waktu lebih lama untuk memanaskan hal-hal ini sampai karena mereka solid dan jauh lebih besar daripada udara. Semakin dingin, benda padat yang ada di kamar Anda, energi panas yang Anda miliki untuk memasok panas mereka semua sampai suhu tertentu. Anda akan perlu panas mereka menggunakan konduksi dan radiasi serta konveksi-dan itu membutuhkan waktu. Tapi, karena hal-hal yang solid baik toko panas, mereka juga mengambil waktu untuk mendinginkan. Jadi, memberikan Anda telah layak untuk menghentikan insulasi panas keluar dari dinding, jendela, dan sebagainya, sekali kamar Anda telah mencapai suhu tertentu, harus tetap hangat selama beberapa waktu tanpa Anda harus menambahkan lebih banyak panas.

Apakah lebih panas selalu berarti suhu yang lebih tinggi?

Dari apa yang kita katakan sejauh ini, Anda mungkin dimaafkan bila berpikir bahwa memberikan sesuatu yang lebih panas selalu membuat kenaikan suhu. Secara umum itu benar, tetapi tidak selalu.

Misalkan Anda memiliki gumpalan es mengambang dalam panci berisi air dan Anda letakkan di atas kompor panas Anda. Jika Anda tetap termometer dalam campuran es-air, Anda akan menemukannya di sekitar 0 ° C (32 ° F)-titik beku air normal. Tapi jika Anda terus pemanasan, Anda akan menemukan suhu tetap sama sampai semua es cukup banyak telah dicairkan, meskipun Anda memasok panas lebih sepanjang waktu. Seolah-olah campuran es-air mengambil panas yang Anda memberi dan menyembunyikannya di suatu tempat. Anehnya, itulah apa yang terjadi!

Konsep panas laten peleburan dan penguapan.

Ketika perubahan zat dari padat menjadi cair atau dari cair ke gas, dibutuhkan energi untuk mengubah keadaan tersebut. Untuk mengaktifkan es padat ke dalam air cair, misalnya Anda harus mendorong molekul-molekul air di dalam lebih lanjut terpisah dan terpecah kerangka (atau struktur kristal) berpendapat bahwa mereka bersama-sama. Jadi, sementara es yang mencair (dengan kata lain, selama perubahan keadaan dari padat ke air es cair), semua pasokan energi panas Anda sedang digunakan untuk molekul yang terpisah dan tidak ada yang tersisa untuk meningkatkan suhu.

Panas yang dibutuhkan untuk perubahan padat menjadi cair disebut panas laten fusi. Laten berarti tersembunyi dan "panas laten peleburan" mengacu pada panas tersembunyi yang terlibat dalam membuat perubahan keadaan zat dari padat menjadi cair atau sebaliknya. Demikian pula, Anda harus menyediakan panas untuk mengubah cairan menjadi gas, dan ini disebut panas laten penguapan.

Panas laten adalah jenis energi dan, meskipun mungkin tampak "tersembunyi," itu tidak lenyap ke udara tipis. Ketika air cair membeku dan berubah kembali ke es, panas laten fusi diberikan lagi. Anda dapat melihat ini jika Anda dingin air sistematis. Untuk mulai dengan, suhu air jatuh secara teratur seperti yang Anda menghapus energi panas. Tapi pada titik di mana air cair berubah menjadi es padat, Anda akan menemukan air dingin membeku tanpa apapun. Itu karena panas laten fusi ini telah hilang dari cairan itu seperti mengeras dan itu menghentikan suhu dari jatuh begitu cepat.

Artwork: Biasanya hal-hal yang mendapatkan panas (suhu mereka naik) seperti yang Anda pasokan energi panas lebih. Itu tidak terjadi pada titik-titik ketika hal-hal yang mencair (berubah dari padat menjadi cair) dan menguap (berubah dari cair ke gas). Sebaliknya, pasokan energi yang Anda digunakan untuk mengubah keadaan materi. Energi tidak hilang: itu disimpan sebagai panas laten.


sumber : http://www.explainthatstuff.com/heat.htmldan sumber lainnya
Diterjemahkan bebas ke bahasa Indonesia