Kapasitas Kalor Jenis Asas Black: Pengertian Contoh Soal Rumus Perhitungan Satuan 12

Pengertian Kalor. Kalor adalah energi yang dipindahkan dari benda yang memiliki temperatur tinggi ke benda yang memiliki temperatur lebih rendah. Sehingga pengukuran kalor selalu Terkait dengan perpindahan energi.

Pengertian Kalor Jenis

Pengukuran kalor sering dilakukan untuk menentukan kalor jenis suatu zat. Jika kalor jenis suatu zat diketahui, kalor yang diserap atau dilepaskan dapat ditentukan dengan mengukur perubahan temperature zat tersebut.

Kalor Jenis adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu terhadap jenis zat disebut dengan istilah kalor jenis yang diberi simbol dengan c.

Rumus Kalor Jenis

Kalor jenis (c) zat adalah kapasitas kalor per satuan massa zat (merupakan karakteristik dari bahan zat tersebut) dan dinyatakan dengan persamaan rumus berikut:

c = Q/(m.ΔT) atau

Q = m.c.ΔT

Q = jumlah kalor yang diberikan pada zat (kal atau J)

c = kalor jenis zat (kal/g oC atau J/g oC),

m = massa zat (g ),

ΔT = Perubahan temperatur zat (oC atau K).

Satu kilokalori (1 kkal) adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg air sebesar 1 °C. Zat yang berbeda (dengan massa zat yang sama, misalnya 1 kg) memerlukan kuantitas kalor yang berbeda untuk menaikkan suhunya sebesar 1 °C.

Secara umum, kalor jenis zat merupakan fungsi suhu zat tersebut meskipun variasinya cukup kecil terhadap variasi suhu. Sebagai contoh, dalam rentang suhu 0°C – 100 °C, kalor jenis air berubah kurang dari 1% dari nilainya sebesar 1,00 cal/g °C pada 15 °C.

Catatan: Konversi satuan dari joule ke kalori adalah: 1 kalori = 4,18 joule atau 1 joule = 0,24 kalori

Contoh Soal Dan Pembahas Ada Di Akhir Artikel

Pengertian Kapasitas Kalor.

Kapasits Kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu suatu benda sebesar satu Celcius. Satuan kapasitas kalor adalah J/K, atau J/°C.

Rumus Kapasitas Kalor

Kapasitas kalor merupakan perbandingan antara jumlah kalor yang diberikan dengan kenaikan suhu suatu benda yang diberi simbol dengan C dan dirumuskan sebagai berikut:

C = Q/ ΔT atau

C = kapasitas kalor (kal/oC)

Pada persamaan tersebut C adalah kapasitas kalor dengan satuan kal/oC atau J/K. hubungan dan C dan c dapat dituliskan sebagai berikut:

C = c x m

Keterangan

m = massa zat / benda (kg)

c = kalor jenis (J/kgoC)

Dengan subsitusi C ke dalam persamaan kalor

Q = m.c. ΔT

C = c m, maka persamaan kalor menjadi

Q = C. ΔT

Contoh Soal Dan Pembahasan Ada Di Akhir Artikel

Azas Black, Kekekalan Energi.

Energi adalah kekal sehingga benda yang memiliki temperatur lebih tinggi akan melepaskan energi sebesar QL dan benda yang memiliki temperature lebih rendah akan menerima atau menyerap energi sebesar QSdengan besar yang sama. Secara matematis, pernyataan tersebut dapat ditulis sebagai berikut.

QLepas = QSerap 

Persamaan di atas menyatakan hukum kekekalan energi untuk pertukaran kalor yang disebut sebagai Asas Black. Nama hukum ini diambil dari nama seorang ilmuwan Inggris sebagai penghargaan atas sumbangsihnya, yaitu Joseph Black (1728–1799).

Jadi Asas Black menyatakan Kalor yang dilepaskan sama dengan kalor yang diserap sehingga berlaku hukum kekekalan energi.

Pengukuran Kalori, Kalorimeter.

Kalorimeter merupakan alat yang umum digunakan untuk mengukur kalor. Kalorimeter ini terdiri dari sebuah bejana logam dengan kalor jenisnya telah diketahui. Bejana ini ditempatkan dalam bejana lain yang relative lebih besar. Kedua bejana dipisahkan oleh bahan penyekat, seperti gabus atau wol.

Kegunaan bejana luar adalah sebagai pelindung agar pertukaran kalor dengan lingkungan di sekitar kalorimeter dapat dikurangi. Kalorimeter juga dilengkapi dengan batang pengaduk. Pada waktu zat dicampurkan, air di dalam kalorimeter perlu diaduk agar diperoleh temperatur yang homogen dari percampuran dua zat yang suhunya berbeda.

Batang pengaduk terbuat dan bahan yang sama dengan bahan bejana kalorimeter. Zat yang diketahui kalor jenisnya dipanaskan sampai temperatur tertentu. Kemudian, zat tersebut dimasukkan ke dalam kalorimeter yang berisi air dengan temperatur dan massanya yang telah diketahui. Selanjutnya, kalorimeter diaduk sampai suhunya tetap. Dengan menggunakan hukum kekekalan energi, kalor jenis zat yang dimasukan dapat dihitung.

Kalorimeter dan Bagian Alat Ukur Kalor
Cara Prisip Kerja Kalorimeter dan Bagian Alat Ukur Kalor

Pada sistem tertutup, kekekalan energi panas (kalor) ini dapat dituliskan sebagai berikut:

Q = m c ΔT

Dari persamaannya diketahui bahwa kalor yang diserap benda sangat bergantung massa dan kalor jenis bendanya. Persamaan tersebut menyatakan besarnya kalor Q yang diperlukan untuk mengubah suhu suatu zat yang besarnya  ΔT sebanding dengan massa m zat tersebut.

Keterangan:

Q = kalor yang diserap/dilepas benda (J)

m = massa benda (kg)

c = kalor jenis benda (J/kg°C)

ΔT = perubahan suhu (°C)

Persamaan tersebut dapat menjelaskan pengaruh perubahan temperature terhadap kalor yang dimiliki benda. Ketika temperatur naik, artinya benda menerima atau menyerap kalor , dan ketika temperature turun artinya benda melepaskan kalor.

Untuk benda yang memiliki kalor jenis dan massa tertentu, nilai kalornya hanya tergantung pada tinggi rendahnya perubahan temperature.

Contoh Soal Dan Pembahasan Untuk Kalor Jenis, Kapasitas Kalor dan Asas Black

1). Contoh Soal Rumus Menentukan Kalor Jenis Zat

Sebatang logam bermassa 500 gram dipanaskan dari temperature 26 0C hingga 106 0C. Jika kalor yang digunakan pada pemanasan adalah 9200 J, hitung kalor jenis logam tersebut.

Diketahui:

mL = 500 g = 0,5 kg

T1 = 26 0C  

T2 = 106 0C

ΔT = 106 – 26

ΔT = 80 0C

Q = 9200 J

Menghitung Kalor Jenis Zat Logam

Nilai kalor jenis suatu zat atau logam dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

Q = m.c.ΔT atau

c = Q/(m.ΔT)

c = 9200/(0,5×80)

c = 230 J/kg 0C

jadi kalor jenis logam adalah 230 J/kg 0C

2). Contoh Soal Perhitungan Kenaikan Temperatur Oleh Kalor

Air sebanyak 200 gram yang memiliki temperatur 26oC dipanaskan dengan energi sebesar 2.000 kalori. Jika kalor jenis air 1 kal/g oC, tentukanlah temperatur air setelah pemanasan tersebut

Diketahui:

m = 200 gram,

T0 = 26 °C,

cair = 1 kal/g°C, dan

Q = 2.000 kal.

Menghitung Perubahan Temperatur Oleh Energi Panas

Menentukan temperature setelah pemberian energi panas dapat dirumuskan dengan persamaan berukut:

Q = m.c ΔT atau

ΔT = Q/(m.c)

ΔT = 2000/(200×1)

ΔT = 10 Celcius

Menghitung Temperatur Oleh Pemberian Energi Panas

Temperatur setelah adanya energi panas dapat dihitung dengan rumus berikut:

ΔT = T2 – T1 atau

T2 =  T1 + ΔT

T2 = 26 + 10

T2 = 36 Celcius

Jadi temperature akhir setelah adanya energi panas adalah 36 Celcius.

3). Contoh Soal Perhitungan Kalor Untuk Menaikkan Temperatur Alumuium

Sepotong aluminium bermassa 10 kg dan temperatur 26 oC. Kalor jenis aluminium 900 J/kg. °C. Jika temperatur batang alumunium yang diinginkan menjadi 76 °C, maka hitunglah jumlah kalor yang harus diberikan pada batang aluminium tersebut.

Diketahui:

m = 10 kg

T1 = 26 0C

T2 = 76 0C

ΔT = 76 – 26

ΔT = 50 C

c = 900 J/kg.°C

Menghitung Jumlah Kalor Yang Dibutuhkan Untuk Menaikkan Temperatur

Kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperature logam alumunim dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

Q = c.m. ΔT

Q = (900)(10)(50)

Q = 4,5 x 10-5J

Jadi kalor yang harus diberikan ke batang alumunium adalah 4,5 x 10-5J

4). Contoh Soal Menghitung Kalor Jenis Cincin Perak

Sebuah cincin perak massanya 5 g dan temperaturnya 25 oC. Cincin tersebut dipanaskan dengan memberi kalor sejumlah 10 kal sehingga suhu cincin menjadi 60 °C. Hitunglah nilai kalor jenis cincin perak tersebut.

Diketahui:

m = 5 g

T1 = 25 o C

T2 = 60 °C

ΔT = 60 – 25

ΔT = 35 0C

Q = 10 kal

Menghitung Kalor Jenis Cincin Perak

Kalor jenis logam perak dapat dihintung dengan rumus berikut

Q = c.m.ΔT

c.= Q/m.ΔT

c = 10/(5×35)

c = 0,0571 kal/g0C

 Jadi kalor jenis alumunim adalah 0,0571 kal/g0C

5). Contoh Soal Menghitung Kapasitas Kalor Zat

Berapakah kapasitas kalor dari 1 kg suatu zat yang mempunyai kalor jenis 2 kal/g oC

Diketahui:

m = 1 kg = 1000 gram

c = 2 kal/g oC

Rumus Menghitung Kapasitas Kalor Zat

Besarnya kapasitas kalor suatu zat dapat dinyatakan dengan menggunakan rumus berikut:

C = m . c

C = 1000 . 2 = 2.000 kal/oC

Jadi Kapasitas Kalor Zat adalah 2.000 kal/0C

6). Contoh Soal Perhitungan Kapasitas dan Kalor Jenis Logam Besi

Batang logam besi memiliki massa 6 kg  dipanaskan dari temperatur 26° C hingga 126° C. Jika kalor yang diserap besi sebesar 270 kJ. Tentukan kapasitas kalor besi dan kalor jenis besi?

Diketahui

m = 6 kg

ΔT = 126° – 26°

ΔT = 100° C

Q = 270 kJ = 270.000 J

Menentukan Kapasitas Kalor Batang Besi Yang Dipanaskan

Kapasitas kalor logam besi yang dipanaskan dapat dinyatakan dengan rumus berikut

C = Q/ΔT

C = 270.000/100

C = 2700 J/0C

Jadi kapasitas kalor besi yang dipanaskan adalah 2700 joule per satu derajat Celcius.

Menghitung Kalor Jenis Logam Besi

Kalor jenis logam besi dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

c = C/m

c = 2700/6

c = 450 J/kg 0C

Jadi kalor jenis logam besi adalah 450 J/kg 0C

7). Contoh Soal Ujian Perhitungan Rumus Asas Black

Air sebanyak 30 kg bersuhu 10 Celcius dipanaskan hingga bersuhu 35 Celcius. Jika kalor jenis air 4.186 J/kg oC, Tentukan kalor yang diserap air tersebut.

Diketahui:

m = 3 kg,

c = 4.186 J/kg oC,

ΔT = (35 – 10) oC = 25 oC

Menghitung Kalor Yang Diserap Air;

Jumlah kalor yang diserap air dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

Q = m.c. ΔT

Q = = 30 kg × 4.186 J/kg oC × 25 oC

Q = 3130.9 J

Jadi Kalor yang diserap air adalah 3130.9 J

8). Contoh Soal Menghitung Temperatur Keseimbangan Campuran Asas Black

Botol termos berisi 250 gram kopi pada suhu 85 OC. Kemudian ditambahkan susu sebanyak 50 gram bersuhu 25 OC. Tidak ada kalor pencampuran maupun kalor yang terserap botol termos. Kalor jenis kopi = susu = air = 1,00 kal/g OC. Hirung berapa Temperatur keseimbangan campuran?

Diketahui

TK = Temperatur kopi

TK = 85 OC,

mK = massa kopi

mK = 250 g

TS = temperature susu

TS = 25 OC,

mS = massa susu

mS = 50 g

cS = kalor jenis susu

cK = kalor jenis kopi

c = cS = cK

c = 1 kal/g OC

Menghitung Temeratur Keseimbangan, Temperatur Akhir Campuran

Temperatur Keseimbangan merupakan temperature akhir yang dicapai oleh campuran kopi dan susu, dan dinyatakan sesuai Asas Black

QS = QK

mS cS ΔTS = mK cK ΔTK

karena cS = cK = c maka c dapat dihilangkan dari persamaan

mS ΔTS = mK ΔTK

50 (T – 25) = 250(85 – T)

50 T – 1250 = 21250 – 250T

300T = 22500

T = 75 OC

Jadi Temperatur keseimbangan kopi dan susu tercapai pada temperature 75 0C

9). Contoh Soal Perhitungan Temperatur Keseimbangan Akhir Air Dan Gelas Alumunium Asas Black

Air sebanyak 200 g bertemperatur 100° C di tuangkan ke dalam gelas aluminium bermassa 500 g. Jika temperatur awal gelas adalah 25° C, kalor jenis aluminium 900 J/kg °C, dan kalor jenis air 4.200 J/kg °C, maka tentukan temperatur kesetimbangan yang tercapai. Asumsi tidak ada kalor yang mengalir ke lingkungan.

Diketahui

mG = massa gelas alumunium

mG = 0,5kg

mA= massa air

mA= 0,2kg

TA = Temperatur air

TA = 100° C

TG = temperature gelas alumuium

TG = 25° C

cA = kalor jenis air

cA = 4.200 J/kg °C

cG = kalor jenis gelas alumunium

cG = 900 J/kg °C

Menghitung Temperatur Keseimbangan Akhir Air dan Gelas Alumunium

Temperatur keseimbangan akhir yang dicapai antara air dan gelas aluminium dapat dinyatakan dengan Asas Black:

QA = QG

QA = kalor yang dilepas air

QG = kalor yang diserap gelas alumuium

mA cA ΔTA = mG cG ΔTG

(0,2)(4200)(100 – T) = (0,5)(900)(T – 25)

84.000 – 840T = 450T – 11250

1290T = 95.250

T = 73,84 0C

Jadi temperature keseimbangan akhir air dan gelas alumunium adalah73,84 0C

10). Contoh Soal Perhitungan Temperatur Keseimbangan Akhir Air Dalam Gelas Dan Es

Dalam gelas berisi 300 cc air bertemperatur 60 OC kemudian dimasukkan 60gram es bertemperatur 0 OC. Jika kapasitas kalor gelas 20 kal/ OC dan kalor lebur es adalah 80 kal/g, maka berapakah temperatur keseimbangnya

Diketahui

mA = 300 cc = 300 g

cA = 1 kal/g OC

TA = 60 OC

CG = 20 kal/OC,

TG = TA

mE = 60 g

TE = 0 OC

LE = 80 kal/g

Menghitung Temperatur Kesimbangan Akhir Air Dalam Gelas dan Es

Temperatur keseimbangan akhir yang dicapai antara air dalam gelas dan Es dapat dinyatakan dengan Asas Black:

Qlepas = Qserap

Menghitung Kalor Yang Dilepas Air dan Gelas

Kalor yang dilepas Qlepas adalah panas yang dilepas oleh air dan gelas secara bersamaan saat ditambahkan es, dan dinyatakan dengan rumus berikut

Qlepas = QG + QA

Rumus Kalor Yang Dilepas Gelas

Kalor yang dilepas gelas saat ditambahkan es adalah QG

QG = kalor yang dilepas gelas

QG = mG cG  ΔTG atau

QG = CG ΔTG 

karena temperature gelas sama dengan temperature air, maka

ΔTG = ΔTA

QG = CG ΔTA 

QG = 20x (60 – T)

QG = 1200 – 20T

Rumus Kalor Yang Dilepas Air

Kalor yang dilepaskan oleh air Ketika ditambahka es adalah QA

QA = kalor yang dilepas air

QA = mA cA ΔTA

QA = (300)(1) (60 – T)

QA = 18000 – 300T

Total Kalor Yang Dilepas Air Gelas

Qlepas = QG + QA

Qlepas = 1200 – 20T + 18000 – 300T

Qlepas = 19200 – 320T

Rumus Kalor Yang Diserap Es

Kalor yang diserap es meliput kalor yang dibutuhkan untuk mencairkan es dan kalor untuk menaikkan temperature sampai temperature keseimbangan terakhir. Kalor yang diserap dapat dirumuskan sebagai berikut:

Qserap = QL+ QE

Rumus Kalor Yang Diserap – Kalor Lebur ES

Kalor yang diserap es agar dapat mencair adalah QL

QL = mE LE

QL = 60 x 80

QL = 4800 kal

Rumus Kalor Yang Diserap Untuk Menaikkan Temperatur Es

Kalor yang diserap Ketika es sudah mencair sampai temperature keseimbangan adalah QE

QE = mE cA ΔTE

QE = 60(1)(T – 0)

QE = 60T

Total Kalor Yang Diserap Es

Qserap = QL+ QE

Qserap = 4800 + 60T

Menghitung Temperatur Keseimbangan Akhir Air Gelas dan Es

Temperatur keseimbangan akhir antara air gelas dan es dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

Qlepas = Qserap

19200 – 320T = 4800 + 60T

380T = 14400

T = 37,89 0C

Jadi temperature keseimbangan akhir yang dicapai oleh Air Gelas dan es adalah  37,89 0C

11). Contoh Soal Perhitungan Asas Black Temperatur Keseimbangan Campuran Air Es

Es bermassa 500 gram dengan temperature -10 0C dimasukan ke dalam mangkuk berisi air yang bertemperatur 20 0C agar air menjadi lebih dingin. Temparatur campuran air dan es adalah 10 0C. Hitung air yang ada dalam mangkuk, jika kalor jenis es 2,1 J/g 0C dan kalor jenis air 4,2 J/g 0C sedangan kalor lebur es 336 J/g. Asumsi tidak ada kalor yang dilepas atau diserap kelingkungan atau ke mangkuk.

Diketahui.

TE = -10 0C

TA = 20 0C

T = 10 0C

ME = 500 g

cA = 4,2 J/g 0C

cE = 2,1 J/g 0C

LE = 336 J/g

Menghitung Jumlah Air Dalam Mangkuk

Jumlah air dalam mangkuk dapat dinyatakan dengan Asas Black:

Qlepas = Qserap

Menghitung Kalor Yang Dilepas Air

Kalor yang dilepas Qlepas adalah panas yang dilepas oleh air saat ditambahkan es, dan dinyatakan dengan rumus berikut

Qlepas = QA

Rumus Kalor Yang Dilepas Air

Kalor yang dilepas air saat ditambahkan es adalah QA

QA = kalor yang dilepas air

QA= mA cA ΔTA atau

QA= mA (4,2)(20 – 10)

QA= 42 mA

Total Kalor Yang Dilepas Air

Qlepas = QA

Qlepas = 42 mA

Menghitung Kalor Yang Diserap Es

Rumus Kalor Yang Diserap Es

Kalor yang diserap es meliput kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperature es dari -10 0C ke 00C  dan kalor untuk mencairkan es menjadi air serta kalor untuk menaikkan temperature es yang sudah mencair ke temperatur 100C. Kalor yang diserap es dapat dirumuskan sebagai berikut:

Qserap = QE + QL + QEA

Rumus Kalor Yang Diserap Untuk Menaikkan Temperatur Es

Kalor yang diserap es untuk menaikkan temperature dari -10 0C sampai 00C adalah QE

QE = mE cE ΔTE

QE = 500(2,1)(0 – (-10)

QE = 10500 J

Rumus Kalor Yang Diserap – Kalor Lebur ES

Kalor yang diserap es agar dapat mencair adalah QL

QL = mE LE

QL = 500 x 336

QL = 168000 J

Rumus Kalor Yang Diserap Untuk Menaikkan Temperatur Es Cair

Kalor yang diserap Ketika es sudah mencair sampai temperature campuran 10 0C adalah QEA

QEA = mE cA ΔTE

QEA = 500(4,2)(10 – 0)

QEA = 21000 J

Total Kalor Yang Diserap Es

Qserap = QE + QL + QEA

Qserap = 10.500 + 168.000 + 21.000

Qserap = 199.500 J

Menghitung Jumlah Air Sesuai Hukum Kekekalan Energi Asas Black

Jumlah air dalam mangkuk dapat dihitung berdasarkan kekekalan energi asas Black yang dinyatakan seperti berikut:

Qlepas = Qserap

42 mA = 199.500 J

mA = 4750 gram

jadi jumlah air dalam mang  kuk adalah 4750 gram

Daftar Pustaka

  1. Tipler, Paul, 1998, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 1,Pernerbit Erlangga, alih bahasa: Prasetyo dan Rahmad W. Adi, Jakarta.
  2. Tipler, Paul, 2001, “Fisika untuk Sains dan Teknik”, Jilid 2, Penerbit Erlangga, alih bahasa: Bambang Soegijono, Jakarta.
  3. Ardra.Biz, Kata Artikel, 2019, “Kalor Jenis dan Kapasitas Kalor  Asas Black dengan Pengertian Kalor dan Pengertian Kalor Jenis. Pengertian Kapasitas Kalor dan Rumus Menghitung Kalor Jenis serta Rumus Menghitung Kapasitas Kalor.
  4. Ardra.Biz, Kata Artikel, 2019, “Bunyi Penyataan Azas Black dan contoh soal perhitungan kalor jenis dengan contoh soal perhitungan kapasitas kalor. Hukum kekekalan energi azas Black dengan  Rumus Azas Black dan Pengukuran Kalor serta alat ukur kalor.
  5. Ardra.Biz, kata Artikel, 2019, “Kalorimeter dan gambar calorimeter serta cara kerja kalorimeter degan prinsip kerja calorimeter. rumus kekekalan energi panas kalor dengan Kekekalan energi system tertutup pada kalor yang dibutuhkan untuk merubah suhu temperature.
  6. Ardra.Biz, Kata Artikel, 2019, “Pengaruh temperature suhu terhadap kalor yang dilepas diserap dan Contoh Soal Perhitungan Rumus Asas Black. Pengaruh temperature suhu pada kapasitas kalor dan fungsi calorimeter denga bagian bagian calorimeter.