Rumus kalor dan grafik perubahan wujud zat digunakan untuk menentukan banyak kalor yang dibutuhkan atau dilepaskan pada suatu perubahan zat, Misalnya zat yang berubah wujud menjadi es atau yang biasa disebut dengan mencari. Pada awalnya, zat berada pada suhu di bawah 0oC setelah mendapat sejumlah kalor suhu zat menjadi di atas 0oC. Satuan kalor dinyatakan dalam Joule (J) atau kalori (kal), di mana 1 J = 0,24 kal dan 1 kal = 4,2 J.
Ada beberapa rumus kalor yang digunakan untuk menentukan berapa banyak kalor yang dilepaskan pada saat benda mengalami perubahan wujud zat. Penggunaan rumus kalor tersebut tergantung dari keadaan yang dialami suatu zat. Apakah mencair, menguap, atau keadaan lainnya.
Bagaimana penggunaan rumus kalor untuk menentukan kalor yang dilepaskan suatu zat? Simak ulasan materi tentang kalor dan cara menetukan kalor yang dilepaskan pada contoh soal grafik perubahan wujud melalui halaman ini.
Table of Contents
Pengertian Kalor, Satuan Kalor, dan Rumus Kalor
Kalor adalah bentuk energi yang dapat berpindah dari suatu tempat ke tempat lain karena perbedaan suhu. Kalor sendiri dibagi menjadi 2 (dua) jenis dalam perubahan zat yaitu kalor untuk menaikkan suhu dan kalor laten.
Pada kalor untuk menaikkan suhu, besarnya kalor yang dihitung adalah kalor saat terjadinya perubahan (kenaikan) suhu. Sedangkan pada kalor laten, kalor yang dibutuhkan pada perubahan wujud zat. Kalor laten dibedakan menjadi dua yaitu kalor lebur dan kalor uap.
Rumus kalor untuk menaikkan suhu:
Q = m × c × ΔT
Q = C × ΔT
Keterangan:Q = kalor (J)m = massa (kg)
c = kalor jenis (J/kgoC)
C = kapasitas kalor (J/kgoC)
ΔT = perubahan suhu (oC)
Sedangkan kalor lebur dilepaskan saat terjadinya perubahan zat dari padat menjadi cair (mencair). Sedangkan kalor uap dilepaskan saat terjadinya perubahan zat dari cair menjadi uap (menguap). Selanjutnya, rumus kalor laten yang terdiri atas kalor lebur dan kalor uap dapat dihitung seperti persaman di bawah.
Rumus kalor untuk mengubah wujud (Kalor Laten):
- Kalor Uap: Cair ke Gas (menguap)
Q = m × U
- Kalor Lebur: Padat ke Cair (melebur/mencair)
Q = m × L
Keterangan:Q = kalor (J)m = massa (kg)U = kalor uap (J/kg)
L = kalor lebur (J/kg)
Sebelum mempelajari proses menghitung kalor yang diterima atau dilepaskan sebuah benda, kita akan mengulas sedikit tentang satu asas dalam pembahasan kalor yang terkenal, yaitu asas black.
Asas Black:
Pada pencampuran dua benda yang berbeda suhunya maka benda yang suhunya tinggi akan melepaskan kalor. Kalor yang dilepaskan akan diserap oleh benda yang suhunya rendah sampai akhirnya suhu kedua benda sama. Secara singkat, Asas Black dinyatakan dalam persamaan berikut.
Qlepas = Qterima
Catatan: Prinsip Asas Black hanya berlaku pada sistem terisolasi, artinya tidak ada pertukaran kalor dengan lingkungan.
Ulasan materi yang akan dibahas selanjutnya adalah menghitung nilai kalor yang dibutuhkan untuk suatu proses perubahan wujud zat.
Baca Juga: Suhu dan Pemuaian
Proses Mengitung Nilai Kalor
Perubahan wujud zat dari padat ke cari, atau cair ke gas membutuhkan kalor. Banyak kalor yang dibutuhkan unutk melakukan proses perubahan wujud zat tersebut dapat dihitung melalui sebuah rumus. Melalui halaman ini, sobat idschool akan mempelajari rumus kalor.
Pada bagian akhir akan diberikan contoh soal kalor dan pembahasannya. Contoh soal yang diberikan berupa contoh soal grafik perubahan wujud zat yang sudah dilengkapi dengan pembahasa. Jadi, simak sampai selesai materinya, oke?
Proses perhitungan kalor yang dilepaskan suatu zat biasanya digambarkan dalam sebuah grafik perubahan wujud zat. Penyampaian materi yang akan diberikan di sini berupa analisis grafik tersebut. Materi yang akan diberikan di sini berupa sebuah study kasus.
Perhatikan grafik proses perubahan wujud zat cair (dalam kasus ini air) pada gambar di bawah!
Proses dan besarnya kalor yang dibutuhkan dapat dilihat pada persamaan di bawah.
- Q1 = mes × ces × (TB ‒ TA)
- Q2 = mes × L
- Q3 = mair × cair × (TC ‒ TD)
- Q4 = mair × U
- Q5 = muap × cuap × (TF ‒ TE)
- Qtotal = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5
Baca Juga: Cara Menghitung Suhu Akhir Campuran dengan Massa yang Berbeda
Contoh Soal dan Pembahasan
Beberapa contoh soal di bawah dapat sobat idschool gunakan untuk menambah pemahaman bahasan di atas. Setiap contoh soal yang diberikan dilengkapi dengan pembahasannya. Sobat idschool dapat menggunakan pembahasan tersebut sebagai tolak ukur keberhasilan mengerjakan soal. Selamat Berlatih!
Perhatikan grafik pemanasan 1 kg es berikut ini!
Jika kalor jenis es 2.100 J/kgoC, kalor lebur es 336.000 J/kg, dan kalor jenis air adalah 4.200 J/kgoC maka kalor yang dibutuhkan dalam proses dari P – Q – R adalah ….A. 10.500 JB. 21.000 JC. 336.000 J
D. 346.500 J
Pembahasan:
Perhatikan gambar berikut untuk memduhakan menentukan rumus yang digunakan dalam menghitung setiap step proses kalor yang dilepaskan/dibutuhkan.
Kalor yang dibutuhkan untuk proses dari titik P ke Q adalah Q1:
Q1 = mes × Ces × ΔT
Q1 = 1 × 2.100 × ( 0 -(-5))
Q1 = 1 × 2.100 × 5 = 10.500 J
Kalor yang dibutuhkan untuk proses dari titik Q ke R adalah Q2:
Q2 = mes × L
Q2 = 1 × 336.000 = 336.000 J
Kalor yang dibutuhkan untuk proses dari titik P – Q – R adalah Q1 + Q2:
QP-Q-R = Q1 + Q2
QP-Q-R = 10.500 J + 336.000 J = 346.500 J
Jadi, kalor yang dibutuhkan dalam proses dari P – Q – R adalah 346.500 J
Jawaban: D
Perhatikan tabel kalor jenis berikut!
Logam X bermassa 4,2 kg dipanaskan hingga suhunya 140oC, kemudian dimasukkan ke dalam 9,2 kg air yang suhunya 30o. Setelah beberapa saat terjadi keseimbangan, suhu akhir campuran menjadi 40o. Bila diketahui kalor jenis air 4.200 K/kgoC, maka dapat disimpulkan bahwa jenis bahan logam X adalah ….A. alumuniumB. besiC. tembaga
D. perak
Pembahasan:
Diketahui informasi tentang logam X:
- massa logam X: m1 = 4,2 kg
- suhu awal logam X: T1 = 140oC
- suhu air: T2 = 30o
- massa air = m2 = 9,2 kg
- massa jenis air: C2 = 4.200 K/kgoC
- suhu campuran = Tc = 40o
Menghitung masa jenis logam menggunakan prinsip azaz black (kalor yang diterima sama dengan kalor yang dilepas, Q1 = Q2):
Q₁ = Q₂ m₁ × C₁ × ΔT₁ = m₂ × C₂ × ΔT₂
m₁ × C₁ × (T₁ – Tc) = m₂ × C₂ × (Tc – T₂)
C₁ = 386.400 : 420 = 920 J/kg°C
Logam yang memiliki massa jenis sama dengan 920 J/kg°C adalah Alumunium.
Jadi, dapat disimpulkan bahwa jenis bahan logam X adalah alumunium.
Jawaban: A
Sekian pembahasan mengenai materi kalor yang memuat pembahasan mengenai rumus kalor, contoh soal kalor dan pembahasannya, serta contoh soal grafik perubahan wujud zat. Terimakasih sudah mengunjungi idschool(dot)net, semoga bermanfaat.
Baca Juga: Suhu dan Pemuaian
Kita sering menemukan contoh soal atau permasalahan yang menuntut kita untuk mencari berapa kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud es dengan suhu tertentu hingga menjadi uap dengan suhu tertentu juga. Untuk bisa memecahkan permasalahan tersebut kita harus paham tentang materi pengaruh kalor terhadap suhu zat, kalor lebur, dan kalor uap. Sekarang coba perhatikan grafik Q – T di bawah ini.
| Grafik Q-T pada perubahan wujud es menjadi uap |
Grafik di atas merupakan grafik perubahan wujud es menjadi uap pada tekanan 1 atmosfer. Jika sejumlah es yang memiliki suhu di bawah 0°C dipanaskan (diberikan kalor) hingga suhunya mencapai di atas 100°C, maka es tersebut akan berubah wujud dari berbentuk padat menjadi cair kemudian menjadi gas (uap). Perubahan wujud es menjadi uap dapat diamati pada gambar grafik di atas. Adapun keterangan grafik di atas yakni sebagai berikut.
Garis A – B menunjukan es mengalami kenaikan suhu dari - T°C hingga menjadi 0°C akibat diberikannya sejumlah kalor. Dalam hal ini zat masih dalam wujud padat (es). Adapun rumus yang berlaku pada garis A-B yakni:
Q = m.ces.ΔT
Garis B – C menunjukan walaupun sejumlah kalor diberikan pada zat, suhunya tetap 0°C tetapi es mulai mengalami perubahan wujud dari padatan menjadi berbentuk cair. Adapun rumus yang berlaku pada garis B-C yakni:
Q = m.Lf
Garis C – D menunjukan air mengalami kenaikan suhu dari 0°C hingga mendidih pada suhu 100°C akibat diberikannya sejumlah kalor. Dalam hal ini zat dalam wujud cairan (air). Adapun rumus yang berlaku pada garis C-D yakni:
Q = m.cair.ΔT
Garis D – E menunjukan walaupun sejumlah kalor diberikan pada zat, suhunya tetap 100°C tetapi air mulai mengalami perubahan wujud dari cair menjadi gas (uap). Adapun rumus yang berlaku pada garis D-E yakni:
Q = m.Lu
Untuk memantapkan pemahaman Anda tentang materi kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud zat, silahkan simak contoh soal di bawah ini.
Contoh Soal 1
Pada tekanan 1 atm terdapat 500 gr es bersuhu –2°C. Es tersebut dipanaskan hingga dingin lalu diuapkan semua. Jika kalor jenis es = 0,5 kal/gr°C, kalor jenis air = 1 kal/gr°C, kalor lebur es = 80 kal/gr dan kalor uap air 9000 kal/gr. Berapakah kalor yang dibutuhkan?
Penyelesaian:
Pada tekanan 1 atm air mencair pada suhu 0°C dan menguap pada suhu 100°C. Berarti untuk menghitung kalornya dapat dibuatkan grafik Q - T seperti pada gambar di bawah ini.
| Grafik Q-T |
Kalor yang dibutuhkan sebesar:
Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4
Q = m.ces ΔT + m.Les + m.cair. ΔT + m.Luap
Q = 500.0,5.2 + 500.80 + 500.1.100 + 500.9000
Q = 500 + 40000 + 50000 + 4500000
Q = 4590500 kal
Q = 4590,5 kkal
Jadi kalor yang diperlukan untuk menguapkan seluruh es yang suhunya –2 adalah 4590,5 kkal.
Contoh Soal 2
Es bermassa 100gr bersuhu -10°C. Kalor jenis es = 0,5 kal/gr°C, kalor jenis air 1,0 kal/gr°C dan kalor lebur es 80 kal/gr. Berapakah suhu akhir es tersebut jika diberi kalor sebesar 10.000 kal.
Penyelesaian:
Kalor yang diperlukan untuk mengubah suhu es dari -10°C menjadi 0°C yakni:
Q1 = m.ces ΔT
Q = 100.0,5.10
Q = 500 kal
Kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud es pada suhu 0°C yakni:
Q2 = m.Les
Q = 100.80
Q = 8000 kal
Sisa kalor yang digunakan untuk menaikan suhu dari 0°C hingga bersuhu T°C yakni:
Q sisa = Q total – (Q1 + Q2)
Q sisa = 10000 – (500 + 8000)
Q sisa = 10000 – 8500
Q sisa = 1500 kal
Perubahan suhu pemanasan air dengan menggunakan 1500 kal dari 0°C hingga bersuhu T°C yakni:
Q sisa = m.cair.ΔT
1500 = 100.1. ΔT
ΔT = 1500/100
ΔT = 15°C
Jadi, suhu akhir es tersebut jika diberi kalor sebesar 10.000 kal adalah 15°C.