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

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.