Rumus kalor jenis air, beserta pengertian, faktor, manfaat, contoh soal, dan cara mudah pengerjaannya

Brilio.net - Bagi siswa kelas 10 SMA, pasti telah diajarkan tentang rumus kalor. Bagi yang belum tahu, kalor adalah energi panas yang berpindah dari benda bersuhu lebih tinggi ke benda bersuhu lebih rendah. Kalor bisa menyebabkan perubahan suhu atau perubahan wujud pada benda. Kalor terdiri dari berbagai jenis zat maupun besi. Nah, dalam artikel ini fokus membahas tentang rumus kalor jenis air.

Rumus kalor jenis air adalah salah satu konsep penting dalam fisika yang berkaitan dengan energi panas dan perubahan suhu. Secara sederhana, rumus kalor jenis air dipahami sebagai berapa banyak kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg air sebesar 1°C.

Agar lebih memahami rumus kalor jenis air ini, berikut brilio.net sajikan ulasan lengkap tentang rumus kalor jenis air, beserta pengertian, faktor, manfaat, contoh soal, dan cara mudah pengerjaannya, diilansir dari berbagai sumber pada Sabtu (10/11).

Definisi kalor jenis air.

foto: freepik.com

Kalor jenis air adalah jumlah energi panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu kilogram air sebanyak satu derajat Celsius. Satuan kalor jenis adalah joule per kilogram per derajat Celsius (J/kg°C) atau kalori per gram per derajat Celsius (cal/g°C).

Untuk air pada tekanan atmosfer normal, kalor jenisnya adalah sekitar 4.186 J/g°C atau 1 cal/g°C. Artinya, untuk menaikkan suhu satu gram air sebanyak satu derajat Celsius, dibutuhkan energi sebesar 4.186 joule atau 1 kalori.

Kalor jenis air juga memiliki nilai yang tinggi dibandingkan dengan banyak zat lain, yang membuat air sangat efektif sebagai agen pendinginan dan pemanasan dalam banyak aplikasi fisika dan teknik. Selain itu, kalor jenis air memainkan peran penting dalam menjaga suhu lingkungan di daerah-daerah yang dekat dengan air, seperti pantai atau danau, karena air cenderung menyimpan energi panas lebih lama daripada banyak bahan lainnya.

Rumus kalor jenis air.

foto: freepik.com

Kalor jenis air adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg air sebesar 1°C. Kalor jenis air memiliki nilai 4.200 J/kg°C, yang berarti air membutuhkan kalor sebesar 4.200 J untuk menaikkan suhu 1 kg air sebesar 1°C.

Kalor jenis air adalah salah satu yang tertinggi di antara zat-zat lain, yang menunjukkan bahwa air memiliki kemampuan untuk menyerap dan melepaskan kalor yang besar. Kalor jenis air juga berpengaruh pada perubahan wujud air, seperti penguapan dan pembekuan. Kalor jenis air bisa dihitung dengan rumus kalor jenis air:

c = Q / m x T

atau

c = satuan Q / (satuan m) (satuan T)

Keterangan:

- c adalah kalor jenis air (J/kg°C)
- Q adalah jumlah kalor yang diberikan atau diserap oleh air (J)
- m adalah massa air (kg)
- T adalah perubahan suhu air (°C)

Faktor-faktor yang mempengaruhi kalor jenis air.

foto: freepik.com

Kalor jenis air adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg air sebesar 1°C. Kalor jenis air dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain:

1. Temperatur air.

Semakin tinggi temperatur air, semakin besar kalor jenis air. Hal ini karena air membutuhkan kalor lebih banyak untuk menaikkan suhu sebesar 1°C jika suhunya sudah tinggi.

2. Tekanan air.

Semakin tinggi tekanan air, semakin kecil kalor jenis air. Hal ini karena tekanan menyebabkan molekul-molekul air menjadi lebih rapat dan bergerak lebih lambat, sehingga membutuhkan kalor lebih sedikit untuk menaikkan suhu sebesar 1°C².

3. Kandungan zat terlarut dalam air.

Semakin banyak zat terlarut dalam air, semakin kecil kalor jenis air. Hal ini karena zat terlarut mengurangi ruang gerak molekul-molekul air, sehingga membutuhkan kalor lebih sedikit untuk menaikkan suhu sebesar 1°C³.

4. Evaporasi air.

Evaporasi adalah proses perubahan wujud air dari cair menjadi gas. Evaporasi membutuhkan kalor yang besar, sehingga mengurangi kalor jenis air. Faktor-faktor yang mempengaruhi evaporasi air antara lain adalah temperatur, tekanan uap, kandungan lengas tanah, karakteristik kapiler tanah, jeluk muka air tanah, warna tanah, tipe, kerapatan dan tingginya vegetasi, dan ketersediaan air.

Manfaat kalor jenis air dalam kehidupan sehari-hari.

foto: freepik.com

1. Kalor jenis air yang tinggi membuat air menjadi media yang baik untuk mengatur suhu tubuh manusia dan makhluk hidup lainnya. Air dapat menjaga suhu tubuh tetap stabil dengan menyerap atau melepaskan kalor sesuai dengan kondisi lingkungan. Air juga dapat membantu proses metabolisme dan pengeluaran zat sisa dalam tubuh.

2. Kalor jenis air yang tinggi membuat air menjadi media yang baik untuk mengatur suhu bumi dan iklim. Air dapat menyerap atau melepaskan kalor dari matahari dan atmosfer, sehingga membentuk siklus hidrologi yang meliputi evaporasi, kondensasi, presipitasi, dan aliran permukaan. Siklus hidrologi ini mempengaruhi pola cuaca, musim, dan sirkulasi udara di bumi.

3. Kalor jenis air yang tinggi membuat air menjadi media yang baik untuk menghasilkan energi panas dan listrik. Air dapat digunakan sebagai bahan bakar untuk mesin uap, turbin, dan reaktor nuklir, yang mengubah kalor menjadi energi mekanik atau listrik. Air juga dapat digunakan sebagai pendingin untuk mencegah mesin atau reaktor menjadi terlalu panas.

4. Kalor jenis air yang tinggi membuat air menjadi media yang baik untuk mengawetkan makanan. Air dapat digunakan sebagai bahan untuk proses evaporasi, yaitu mengurangi kadar air dan meningkatkan kandungan padat (solid content) pada makanan. Proses ini dapat menghambat pertumbuhan mikroorganisme yang dapat merusak makanan. Contoh makanan yang diawetkan dengan evaporasi adalah gula, garam, susu bubuk, dan buah kering.

Contoh soal rumus kalor jenis air dan pembahasannya.

foto: freepik.com

1. Sebuah gelas berisi 200 g air dengan suhu 20°C. Jika ditambahkan 50 g es batu dengan suhu -10°C, berapakah suhu akhir campuran air tersebut? (Kalor jenis es = 2.100 J/kg°C, kalor lebur es = 334.000 J/kg)

Jawaban:

Diketahui:

- m1 = massa air dalam gelas = 200 g = 0,2 kg
- T1 = suhu air dalam gelas = 20°C
- m2 = massa es batu = 50 g = 0,05 kg
- T2 = suhu es batu = -10°C
- c1 = kalor jenis air = 4.200 J/kg°C
- c2 = kalor jenis es = 2.100 J/kg°C
- L = kalor lebur es = 334.000 J/kg

Ditanya: T = suhu akhir campuran air dan es

Jawab:

Karena tidak ada kalor yang hilang ke lingkungan, maka jumlah kalor yang dilepaskan oleh air sama dengan jumlah kalor yang diserap oleh es. Dengan kata lain, berlaku hukum kekekalan kalor:

Q1 = Q2

m1 x c1 x (T1 - T) = m2 x c2 x (T - T2) + m2 x L

0,2 x 4.200 x (20 - T) = 0,05 x 2.100 x (T + 10) + 0,05 x 334.000

16.800 - 840 T = 105 T + 1.050 + 16.700

945 T = 32.450

T = 32.450 / 945

T = 34,3°C

Jadi, suhu akhir campuran air dan es adalah 34,3°C.

2. Sebuah panci berisi 1 kg air dengan suhu 80°C. Jika diberikan kalor sebesar 1.260 kJ, berapakah suhu akhir air tersebut? Apakah air tersebut akan mendidih?

Jawaban:

Diketahui:

- m = massa air dalam panci = 1 kg
- T1 = suhu awal air dalam panci = 80°C
- Q = jumlah kalor yang diberikan = 1.260 kJ = 1.260.000 J
- c = kalor jenis air = 4.200 J/kg°C

Ditanya: T2 = suhu akhir air dalam panci

Jawab:

Karena tidak ada kalor yang hilang ke lingkungan, maka jumlah kalor yang diberikan sama dengan jumlah kalor yang diserap oleh air. Dengan kata lain, berlaku hukum kekekalan kalor:

Q = m x c x (T2 - T1)

1.260.000 = 1 x 4.200 x (T2 - 80)

T2 - 80 = 1.260.000 / 4.200

T2 - 80 = 300

T2 = 300 + 80

T2 = 380°C

Jadi, suhu akhir air dalam panci adalah 380°C. Air tersebut akan mendidih jika suhunya mencapai 100°C, tetapi karena suhunya jauh lebih tinggi dari itu, air tersebut akan berubah menjadi uap.

3. Sebuah kalorimeter berisi 300 g air dengan suhu 30°C. Jika dimasukkan 100 g besi panas dengan suhu 200°C, berapakah suhu akhir campuran air dan besi tersebut? (Kalor jenis besi = 450 J/kg°C)

Jawaban:

Diketahui:

- m1 = massa air dalam kalorimeter = 300 g = 0,3 kg
- T1 = suhu air dalam kalorimeter = 30°C
- m2 = massa besi panas = 100 g = 0,1 kg
- T2 = suhu besi panas = 200°C
- c1 = kalor jenis air = 4.200 J/kg°C
- c2 = kalor jenis besi = 450 J/kg°C

Ditanya: T = suhu akhir campuran air dan besi

Jawab:

Karena tidak ada kalor yang hilang ke lingkungan, maka jumlah kalor yang dilepaskan oleh besi sama dengan jumlah kalor yang diserap oleh air. Dengan kata lain, berlaku hukum kekekalan kalor:

Q2 = Q1

m2 x c2 x (T2 - T) = m1 x c1 x (T - T1)

0,1 x 450 x (200 - T) = 0,3 x 4.200 x (T - 30)

9.000 - 45 T = 12.600 T - 378.000

12.645 T = 387.000

T = 387.000 / 12.645

T = 30,6°C

Jadi, suhu akhir campuran air dan besi adalah 30,6°C.

4. Sebuah botol berisi 500 ml air dengan suhu 25°C. Jika botol tersebut diletakkan di dalam freezer dengan suhu -5°C, berapakah kalor yang dilepaskan oleh air saat membeku menjadi es? (Kalor jenis es = 2.100 J/kg°C, kalor lebur es = 334.000 J/kg).

Jawaban:

Diketahui:

- m = massa air dalam botol = 500 ml = 0,5 kg
- T1 = suhu awal air dalam botol = 25°C
- T2 = suhu akhir es dalam botol = -5°C
- c1 = kalor jenis air = 4.200 J/kg°C
- c2 = kalor jenis es = 2.100 J/kg°C
- L = kalor lebur es = 334.000 J/kg

Ditanya: Q = jumlah kalor yang dilepaskan oleh air saat membeku menjadi es

Jawab:

Karena tidak ada kalor yang masuk ke lingkungan, maka jumlah kalor yang dilepaskan oleh air sama dengan jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menurunkan suhu air hingga 0°C, meleburkan air menjadi es, dan menurunkan suhu es hingga -5°C. Dengan kata lain, berlaku hukum kekekalan kalor:

Q = m x c1 x (0 - T1) + m x L + m x c2 x (T2 - 0)

Q = 0,5 x 4.200 x (0 - 25) + 0,5 x 334.000 + 0,5 x 2.100 x (-5 - 0)

Q = -52.500 + 167.000 - 5.250

Q = 109.250 J

Jadi, jumlah kalor yang dilepaskan oleh air saat membeku menjadi es adalah 109.250 J.

5. Sebuah termos berisi 400 g air dengan suhu 40°C. Jika ditambahkan 100 g uap air dengan suhu 100°C, berapakah suhu akhir campuran air dan uap tersebut? (Kalor jenis uap = 2.010 J/kg°C, kalor uap air = 2.260.000 J/kg).

Jawaban:

Diketahui:

- m1 = massa air dalam termos = 400 g = 0,4 kg
- T1 = suhu air dalam termos = 40°C
- m2 = massa uap air = 100 g = 0,1 kg
- T2 = suhu uap air = 100°C
- c1 = kalor jenis air = 4.200 J/kg°C
- c2 = kalor jenis uap = 2.010 J/kg°C
- L = kalor uap air = 2.260.000 J/kg

Ditanya: T = suhu akhir campuran air dan uap

Jawab:

Karena tidak ada kalor yang hilang ke lingkungan, maka jumlah kalor yang dilepaskan oleh uap sama dengan jumlah kalor yang diserap oleh air. Dengan kata lain, berlaku hukum kekekalan kalor:

Q2 = Q1

m2 x c2 x (T2 - T) + m2 x L = m1 x c1 x (T - T1)

0,1 x 2.010 x (100 - T) + 0,1 x 2.260.000 = 0,4 x 4.200 x (T - 40)

201 T + 226.000 = 1.680 T - 67.200

1.479 T = 293.200

T = 293.200 / 1.479

T = 198,2°C

Jadi, suhu akhir campuran air dan uap adalah 198,2°C.