Kalor Jenis: Pengertian, Satuan, Rumus, Pola Soal Dan Pembahasan
Sendok yang dipakai untuk menyeduh kopi panas, akan terasa hangat. Leher Anda jikalau disentuh akan terasa hangat. Apa sesungguhnya yang berpindah dari kopi panas ke sendok dan dari leher ke syaraf kulit? Sesuatu yang berpindah tersebut merupakan energi/kalor. Pada dasarnya kalor ialah perpindahan energi kinetik dari satu benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah.
Pada waktu zat mengalami pemanasan, partikel-partikel benda akan bergetar dan menumbuk partikel tetangga yang bersuhu rendah. Hal ini berlangsung terus menerus membentuk energi kinetik rata-rata sama antara benda panas dengan benda yang semula dingin. Pada kondisi menyerupai ini terjadi keseimbangan termal dan suhu kedua benda akan sama.
Kalor Jenis Suatu Benda
Sewaktu Anda memasak air, Anda membutuhkan kalor untuk menaikkan suhu air hingga mendidihkan air. Nasi yang hambar sanggup dihangatkan dengan penghangat nasi. Nasi butuh kalor untuk menaikkan suhunya. Berapa banyak kalor yang dibutuhkan air dan nasi untuk menaikkan suhu hingga mencapai suhu yang diinginkan?
Secara induktif, makin besar kenaikan suhu suatu benda, makin besar pula kalor yang diserapnya. Selain itu, kalor yang diserap benda juga bergantung massa benda dan materi penyusun benda. Secara matematis sanggup di tulis menyerupai berikut.
Q = mc∆T ………. Pers. (1) |
Keterangan:
Q = jumlah kalor yang diberikan (J)
m = massa benda (kg)
c = kalor jenis (J/kgoC)
∆T = perubahan suhu (oC)
Dari persamaan (1) di atas, maka sanggup kita tulis persamaan kalor jenis (c) yaitu sebagai berikut.
c | = | Q | ………. Pers. (2) |
m∆T |
Berdasarkan persamaan (2) di atas, maka kita sanggup mendefinisikan apa yang dimaksud dengan kalor jenis, yaitu sebagai berikut.
Kalor jenis suatu benda sanggup didefinisikan sebagai jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1 kg suatu zat sebesar 1oC. |
Satuan-satuan kalor jenis antara lain sebagai berikut.
● J/kgoC
● J/kg K
● kkal/kgoC
● kal/goC
Kalor jenis mengatakan kemampuan suatu benda untuk menyerap kalor. Semakin besar kalor jenis suatu benda, semakin besar pula kemampuan benda tersebut untuk menyerap kalor. Hal ini berarti tiap benda (zat) memerlukan kalor yang berbeda-beda meskipun untuk menaikkan suhu yang sama dan massa yang sama. Kalor jenis beberapa zat sanggup Anda lihat pada tabel berikut.
Tabel Kalor Jenis Beberapa Zat
No | Nama Zat | Kalor Jenis | |
J/kgoC | Kkal/kgoC | ||
1. | Alkohol | 2.400 | 550 |
2. | Es | 2.100 | 500 |
3. | Air | 4.200 | 1.000 |
4. | Uap air | 2.010 | 480 |
5. | Alumunium | 900 | 210 |
6. | Besi/Baja | 450 | 110 |
7. | Emas | 130 | 30 |
8. | Gliserin | 2.400 | 580 |
9. | Kaca | 670 | 160 |
10. | Kayu | 1.700 | 400 |
11. | Kuningan | 380 | 90 |
12. | Marmer | 860 | 210 |
13. | Minyak tanah | 2.200 | 580 |
14. | Perak | 230 | 60 |
15. | Raksa | 140 | 30 |
16. | Seng | 390 | 90 |
17. | Tembaga | 390 | 90 |
18. | Timbal | 130 | 30 |
19. | Badan manusia | 3.470 | 830 |
Sumber: Fisika, kane & Sterheim, 1991. | |||
Contoh Soal 1:
Berapa besar kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu sebatang besi yang massanya 10 kg dari 20oC menjadi 100oC, jikalau kalor jenis besi 450 J/kgoC?
Penyelesaian:
Diketahui:
Diketahui:
m = 10 kg
T1 = 20oC
T2 = 100oC
c = 450 J/kg oC
Ditanyakan: Q?
Jawab:
Q = mc∆T
Q = mc(T2 – T1)
Q = 10 × 450 × (100 – 20)
Q = 10 × 450 × 80
Q = 360.000 J = 360 kJ
Jadi, kalor yang dibutuhkan sebatang besi tersebut sebesar 360 kJ.
Contoh Soal 2:
Sebanyak 300 gram air dipanaskan dari suhu 30oC menjadi 50oC. Jika kalor jenis air ialah 1 kal/goC atau 4.200 J/kg K, tentukan:
a) Banyaknya kalor yang diterima air tersebut (dalam kalori).
b) Banyaknya kalor yang diterima air tersebut (dalam joule).
Penyelesaian:
Diketahui:
m = 300 g = 0,3 kg
∆T = 50oC – 30oC = 20oC
c = 1 kal/goC = 4.200 J/kg K
Ditanyakan: Q dalam kalor dan joule
Jawab:
a) Menentukan jumlah kalor dalam kalori
Q = mc∆T
Q = 300 g × 1 kal/goC × 20oC
Q = 6.000 kalori
Jadi, banyaknya kalor yang diterima air tersebut ialah 6.000 kalori.
b) Menentukan jumlah kalor dalam joule
Q = mc∆T
Q = 0,3 kg × 4.200 J/kg K × 20 K
Q = 6.000 kalori
Q = 25.200 joule
Catatan penting: perubahan suhu dari satuan celcius dan kelvin sama, jadi tidak perlu melaksanakan koversi satuan terlebih dahulu.
Atau dengan memakai kesetaraan antara kalori dan joule diketahui bahwa:
1 kalori = 4,2 joule sehingga:
Q = 6.000 × 4,2 joule = 25.200 joule
Contoh Soal 3:
Kalor yang dibutuhkan oleh 3 kg zat untuk menaikkan suhunya dari 10oC hingga 80oC ialah 9,45 kJ. Berapakah kalor jenis zat tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui:
m = 3 kg
∆T = 80oC – 10oC = 70oC
Q = 9,45 kJ = 94.500 J
Ditanyakan: c
Jawab:
c | = | Q |
m∆T |
c | = | 94.500 J |
3 kg × 70oC |
c | = | 94.500 J |
210 kgoC |
c | = | 450 J/kgoC |
Jadi kalor jenis zat tersebut ialah 450 J/kgoC.
Contoh Soal 4:
Air sebanyak 500 g bersuhu 20oC jikalau diberi kalor 100 kkal, berapakah suhu air sekarang?
Penyelesaian:
Diketahui:
m = 500 g = 0,5 kg
T0 = 20oC
cair = 4.200 J/kgoC
Q = 100 kkal = 4,2 × 105 J
Ditanyakan: T
Jawab:
Q = mcair∆T
∆T | = | Q |
mcair |
∆T | = | 4,2 × 105 J |
0,5 kg × 4.200 J/kgoC |
∆T | = | 420.000 J |
2.100 J/oC |
∆T | = | 200oC |
∆T = T – T0
T = ∆T – T0
T = 200 – 20
T = 180oC
Jadi, suhu air final ialah 180oC.
Poin Penting! |
■ Kalor merupakan bentuk energi yaitu energi panas. Karena bentuk energi maka dalam sistem SI, kalor mempunyai satuan joule. Kesetaraannya: 1 kal = 4,2 joule atau 1joule = 0,24 kal ■ Berarti dalam sistem SI, kalor jenis sanggup didefinisikan sebagai kalor yang dibutuhkan 1 kg benda supaya suhunya naik 1K. |
Contoh Soal 5:
Batang logam bermassa 2 kg mempunyai suhu 25oC. Untuk menaikkan suhunya menjadi 75oC dibutuhkan kalor sebesar 5 × 104 kal. Jika suhunya dinaikkan menjadi 125oC maka berapakah kalor yang dibutuhkan?
Penyelesaian:
Diketahui:
m = 2 kg = 2.000 g
∆T1 = 75oC – 25oC = 50oC → Q1 = 5 × 104 kal
∆T2 = 125oC – 25oC = 100oC → Q2 = ?
Kalor jenis benda sanggup ditentukan dari keadaan pertama.
Q1 = mc∆T1
5 × 104 = 2.000 × c × 50
5 × 104 = 100.000 × c
c = 5 × 104/105
c = 5 × 10-1
c = 0,5 kal/goC
berarti kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu ∆T2 sebesar:
Q2 = mc∆T2
Q2 = 2.000 × 0,5 × 100
Q2 = 100.000
Q2 = 105 kal
Konsep kesebandingan
Kalor untuk menaikkan suhu sebanding dengan kenaikan suhunya.
Q ∆T
Berarti sanggup diperoleh:
Q2 | = | ∆T2 |
Q1 | ∆T1 |
Q2 | = | 100 | × 5 × 104 = 105 kal |
50 |