Pada tingkat yang paling dasar, kalorimetri adalah ilmu tentang penyerapan dan kehilangan panas. Ini mengukur perubahan energi dalam zat tertentu dan memberi pengamat dan peneliti beberapa gagasan tentang berapa banyak energi yang diperlukan untuk memecah zat itu atau menyebabkannya berubah. Suatu proses kimia dapat menyerap atau melepaskan energi, dan seringkali energi ini dalam bentuk panas. Analisis nutrisi adalah salah satu kegunaan paling umum untuk informasi ini. Makanan dipecah menjadi energi selama pencernaan dan ini menimbulkan biaya energi yang terukur, tetapi logam dan zat lain juga dapat terurai, biasanya saat terkena panas lingkungan. Pengetahuan tentang keadaan ini penting bagi orang-orang di bidang teknik dan perdagangan terkait lainnya. Perhitungan biasanya dilakukan dengan menggunakan alat yang dikenal sebagai kalorimeter, dan tergantung pada sifat dan kekhususan pengujian yang diperlukan, ini bisa sangat sederhana atau cukup rumit. Kuncinya biasanya kemampuan untuk secara konsisten mengukur perubahan suhu dari waktu ke waktu.
Konsep dasar
Kalorimetri sebagai ilmu agak rumit, dan memahami cara kerjanya yang lebih dalam biasanya membutuhkan pemahaman yang kuat tentang fisika dasar dan termodinamika. Namun, dari perspektif yang lebih mendasar, perhitungan dapat dilihat sebagai cara untuk menentukan energi bawaan suatu zat berdasarkan panas yang dikeluarkan atau diserapnya. Pengukuran suhu biasanya menjadi fokus utama. Mengamati perubahan suhu dalam suatu zat dari waktu ke waktu dapat memberikan wawasan terukur tentang berapa banyak energi yang diambil atau diberikannya.
Mengapa Itu Penting?
Sebagian besar senyawa, mulai dari logam keras hingga zat makanan, mengandung energi mentah, tetapi biasanya tidak melakukan apa pun kecuali zat tersebut mengalami semacam perubahan. Ketika sesuatu dipanaskan, misalnya, atau terkena faktor lingkungan lainnya, energi laten akan sering berubah menjadi sesuatu yang terukur. Memahami bagaimana zat terurai dan kondisi di mana hal ini terjadi sangat penting untuk sejumlah aplikasi yang berbeda.
Cara Kerja
Para ilmuwan biasanya menggunakan alat yang dikenal sebagai kalorimeter untuk mengukur jumlah panas yang diserap atau dilepaskan oleh suatu reaksi. Ada beberapa jenis yang berbeda. Banyak siswa SMA yang akrab dengan bentuk kalorimetri yang sangat dasar yang dilakukan dalam cangkir busa; cangkir bertindak sebagai isolator dan siswa menggunakannya untuk mengukur perubahan suhu air dari waktu ke waktu. Hasil eksperimen semacam ini dapat memberi siswa pemahaman dasar tentang pengukuran energi, tetapi biasanya tidak cukup tepat untuk upaya yang lebih serius.
Perhitungan yang lebih serius biasanya membutuhkan alat yang lebih intensif. Perangkat yang dikenal sebagai kalorimeter bom adalah contoh yang sangat umum. Peralatan ini biasanya terbuat dari selubung baja — “bom” — yang tidak akan berubah volumenya. Reaktan ditempatkan di dalam bom dan bom ditempatkan di dalam wadah lain yang berisi air. Suhu air kemudian dicatat, dan reaksi, seringkali dalam bentuk ledakan, dibiarkan berlangsung.
Menjalankan Eksperimen
Sebelum reaksi berlangsung, zat dalam bom biasanya ditempatkan di bawah tekanan ekstrim dengan penambahan oksigen. Para ilmuwan juga harus memperhitungkan kapasitas panas perangkat sebelum mereka dapat menentukan berapa banyak panas yang diserap atau dilepaskan. Kapasitas panas adalah ukuran berapa banyak panas yang dibutuhkan untuk menaikkan perangkat satu derajat Celcius. Setelah reaksi, suhu air diambil. Setelah semua nilai tersebut diketahui, barulah seorang ilmuwan dapat menghitung jumlah kalor yang diserap atau hilang.
Peran dalam Perhitungan Gizi
Perhitungan kalori digunakan dalam banyak aplikasi tetapi terutama dengan makanan. Semua makanan mengandung kandungan kalori tertentu, yang pada dasarnya adalah deskripsi tentang berapa banyak energi yang mereka berikan – yang pada gilirannya membuat pernyataan tentang berapa banyak pekerjaan yang harus dihasilkan seseorang untuk “membakar” atau “menghilangkan” asupan itu. Sebagian besar produsen makanan kemasan di seluruh dunia menghitung kandungan kalori dari barang yang mereka produksi dan mencetak pengukuran ini pada kemasannya.
Secara garis besar, kalori adalah ukuran panas, dan itu menunjukkan berapa banyak panas yang dibutuhkan untuk meningkatkan suhu satu gram air murni satu derajat Celcius. Kalori kapital-C yang biasa ditampilkan pada kemasan makanan sebenarnya adalah kilokalori: yaitu, 1,000 kalori. Beberapa negara tidak menggunakan kalori sebagai pengukuran energi makanan mereka, melainkan menggambarkan energi makanan dalam bentuk joule. Ada sekitar 4.2 joule dalam setiap kalori.
Ketika kalorimetri digunakan untuk menentukan kandungan kalori makanan, makanan yang dikeringkan ditempatkan dalam kalorimeter bom. Bahan makanan tersebut kemudian dibakar untuk mengetahui jumlah energi yang dimiliki makanan tersebut. Jadi, ketika seseorang makan makanan yang memiliki 100 kilokalori (sekitar 4,200 joule), dibutuhkan 100 kilokalori (sekitar 4,200 joule) bagi tubuh untuk membakarnya.