Menentukan Jumlah Kalor, Rumus, dan Contoh Soalnya

Menentukan Jumlah Kalor

Sepertinya soal menentukan jumlah kalor akan keluar di UN SMP kali ini. Di beberapa try out juga dikeluarkan. Meskipun cuma satu nomor, lumayanlah kalau bisa. Kali ini kita kan membahasnya. Sebelum membahas lebih lanjut, kita akan mencari definisi atau pengertian kalor terlebih dahulu. Kalor adalah energi yang berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah ketika benda-benda tersebut bersentuhaan. Kalor juga didefinisikan sebagai bentuk energi yang mengalir pada suatu benda. Satuan kalor dalam SI adalah Joule, tetapi sering dinyatakan dalam kalori. Ingat 1 kalori = 4,2 Joule.  

Istilah lain yang perlu dipahami dalam mempelajari kalor adalah, kalor jenis, kapasitas kalor, kalor laten. Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 Kg zat sebesar 1^o C. Kalor jenis dinyatakan dalam C dengan satuan J/Kg.^o C.

dengan Q adalah kalor (J), m adalah massa benda (Kg) dan ∆T adalah perubahan suhu.

Istilah kedua adalah Kapasitas kalor. Dilambangkan H dan didefinisikan sebagai banyaknya energi yang dibutuhkan oleh zat cair dalam bentuk kalor untuk menaikkan suhu zat sebesar  1^o C. 

Yang ketiga adalah kalor laten. Kalor laten adalah kalor yang dibutuhkan atau dilepas ketika zat berubah wujud. Kalor laten terdiri dari kalor lebur, kalor beku dan kalor uap. Kalor leburadalah kalor yang diperlukan untuk meleburkan 1 Kg zat padat menjadi 1 Kg zat cair pada titik leburnya. Kalor beku adalah kalor yang dilepaskanuntuk berubah bentuk dari cair menjadi padat.

dengan L = kalor lebur/kalor beku (J/Kg), Q = kalor (J) dan m = massa zat (Kg).

Kalor laten yang ketiga adalah kalor uap. Kalor uap adalah kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 Kg zat cair menjadi 1 Kg zat gas pada titik uapnya. Kalor uap dilambangkan U (J/Kg).

Kadang di soal juga disajikan grafik t^o C dengan Q. Bisa diilstrasikan seperti di bawah ini 

Dari gambar di atas maka a -b kalor yang dibutuhkan adalah Q1, Kalau grafik di atas yang dipanaskan adalah es maka Q1 dalam keadaan es maka C yang digunakan adalah Ces, maka Q1 = m.Ces. ∆T dengan ∆T =(T2 - T1). Titik b - c kalor yang dibutuhkan adalah Q2 yang merupakan kalor lebur. Q2 = m. L. Titik c - d kalor yang dibutuhkan adalah Q3. Karena di atas suhu 0 (T2) maka kondisinya sudah airsemua, maka C yang digunakan adalah Cair. Q3 = m.Cair. ∆T dengan ∆T = (T3 - T2). Jika hanya untuk menghitung kalor dari a-b-c maka hanya dibutuhkan Q1 + Q2, Kalau untuk b-c-d maka kalor yang dibutuhkan adalah Q2 + Q3, Sedangkan untuk titik a-b-c-d maka kalor yang dibutuhkan adalah Q1 + Q2 + Q3.

Selanjutnya mari kita terapkan pada contoh soal.

1. Sebanyak 0,5 kg es diberi kalor hingga melebur seluruhnya pada titik leburnya. Jika kalor lebur es 336.000 J/Kg, Banyak kalor yang harus diberikan adalah...

             Q = L.m

                 = 336.000 J/Kg x 0,5 Kg

                 = 168.000 J

2. Diketahui kalor jenis air 4.200J/Kg.^o C. Jika 268.800 J kalor diberikan kepada 4 Kg air suhu air akan naik...

              Q = m.c. ∆T

              ∆T = Q/m.c

                    = 268.800 J/(5 x 4.200J/Kg.^o C)

                    = 268.800/ 16.800 ^o C

                    = 16 ^o C

Ket. :

         Jika diketahui suhu awal maka untuk mencari suhu akhir suhu awal ditambah ∆T, dan jika diketahui suhu akhir, maka suhu awal dicari dari suhu akhir - ∆T.

3. Sebanyak 200 gram air yang suhunya 60^o C dituankan ke dalam bejana tembaga yang suhunya 10^o C. Jika suhu akhirnya 30^o C dan kalor jenis tembaga tersebut 0,09 kal/g^o C, massa bejana tersebut adalah...
          T(awal air) = 60^o C
          T(awal tembaga) = 10^o C
          T(akhir) = 30^o C
       
          Q lepas = Q terima (Asas Black)
          m(air). c(air).∆T(air) = m(tembaga). c(tembaga).∆T(tembaga)
          200 gr. 1 kal/g^o C. (60-30)^o C = m(tembaga). 0,09 kal/g^o C. (30-10)^o C
          6.000 kal = m(tembaga). 1,8 kal/g
          m(tembaga) = 6000/1,8 gr
                              = 3.333,3 gr
                              = 3,3 kg

4. Sebanyak 500 gr besi bersuhu 20^o C dipanaskan hingga mencapai suhu 80^o C. Jika kalor jenis besi adalah 460 J/kg^o C, berapakah banyaknya kalor yang digunakan dalam pemanasan tersebut...
       
Keterangan : massa besi dalam gr, massa di kalor jenis dalam Kg, maka harus kita samakan, yang gram kita ubah dalam Kg( menyesuaikan di kalor jenis). Kalau sudah sama tingga mengalikan.

         m = 500 gr = 0,5 kg  
         Q = m. c. ∆T
             = 0,5 kg . 460 J/kg^o C . (80 - 20)^o C
             = 0,5 x 460 x 60 J
             = 13.800 J
             = 13,8 kJ

5. Es sebanyak 500 gr bersuhu -10^o C dipanaskan sehingga suhunya menjadi 50^o C. Jika kalor jenis es adalah 2100 kg/J^o C, kalor lebur es 336.000 J/kg dan kalor jenis air adalah 4200 J/kg^o C, hitunglah kalor yang dibutuhkan dalam pemanasan tersebut.

            Permasalahan tersebut bisa kita ilustrasikan sebagai berikut :

Dalam gambar tersebut kelihatan proses tersebut terdapat 3 tahapan, yaitu Q1, Q2 dan Q3. Massa air kita samakan  500 gr = 0,5 Kg dan kita gunakan dalam ketiga tahap tersebut (Hukum kekekalan massa).

Tahap Q1 berupa es sehingga yang kita gunakan kalor lebur es.
Q1 = m.c(es).∆T
      = 0,5 kg x 2100 J/kg^o C  x {0 - ( -10)}^o C
      = 10.500 J

Tahap Q2 es melebur kita gunakan kalor lebur es.
Q2 = m . L
      = 0,5 kg x 336.000 J/kg
      = 168.000 J

Tahap Q3 berupa air sehingga kita gunakan kalor jenis air.
Q3 = m.c(air).∆T
      = 0,5 kg x 4200 J/kg^o C  x {50-0}^o C
      = 105.000 J

Qtotal = Q1 + Q2 + Q3
           = 10.500 + 168.000 + 105.000
           = 283.500 J
           = 283,5 kJ

Note :
Jika yang dibutuhkan hanya proses a-b-c maka kita hanya menggunakan Q1 dan Q2
Qabc = 10.500 + 168.000
         = 178.500 J

Jika yang dibutuhkan hanya proses b-c-d maka kita hanya menggunakan Q2 dan Q3
Qbcd = 168.000 + 105.000
          = 273.000 J

sumber:belajar

Baca Artikel Terkait: