Rumus kapasitas kalor, pahami definisi, kegunaan, dan cara pengerjaan soalnya

Brilio.net - Kalor adalah energi yang berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Kalor dapat mempengaruhi perubahan suhu dan perubahan wujud zat. Untuk mengukur banyaknya kalor yang dibutuhkan atau dilepaskan oleh suatu benda, kita perlu mengetahui kapasitas kalor benda tersebut. Lantas apa itu kapasitas kalor?

Secara sederhana, kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan atau dilepaskan oleh suatu benda untuk menaikkan atau menurunkan suhu sebesar 1°C. Kapasitas kalor berbeda dengan kalor jenis, yang menunjukkan banyaknya kalor yang dibutuhkan atau dilepaskan oleh 1 kg atau 1 g benda untuk menaikkan atau menurunkan suhu sebesar 1°C.

Rumus kapasitas kalor merupakan salah satu rumus yang penting untuk dipelajari. Pasalnya rumus kapasitas kalor kerap muncul dalam berbagai soal ujian di sekolah. Supaya kamu lebih memahami rumus kapasitas kalor ini, berikut brilio.net sajikan rumus kapasitas kalor mulai dari pengertian, kegunaan dan cara pengerjaan contoh soal.

Pengertian dan rumus kapasitas kalor.

foto: freepik.com

Kapasitas kalor, sering kali disebut kapasitas panas, mengacu pada jumlah panas yang diperlukan atau dilepaskan oleh suatu benda untuk mengubah suhunya sebesar satu derajat celsius. Kapasitas kalor dinyatakan dalam satuan energi per suhu, misalnya, joule per derajat celsius (J/°C) atau kalori per derajat celsius (cal/°C).

Kapasitas kalor (C) dapat diukur pada berbagai jenis materi dan benda, termasuk logam, air, dan gas. Rumus kapasitas kalor adalah:

C = Q/ΔT

Keterangan:

- (C) adalah kapasitas kalor (J/°C atau kal/°C)
- (Q) adalah kalor yang diserap atau dilepaskan (J atau kal)
- (ΔT) adalah perubahan suhu (°C)

Faktor-faktor yang mempengaruhi kapasitas kalor.

foto: freepik.com

Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan atau dilepaskan oleh suatu benda untuk menaikkan atau menurunkan suhu sebesar 1°C. Kapasitas kalor dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain:

1. Massa benda. Semakin besar massa benda, semakin besar kapasitas kalornya. Hal ini karena benda yang memiliki massa besar membutuhkan kalor lebih banyak untuk mengubah suhunya.

2. Kalor jenis benda. Kalor jenis benda adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan atau dilepaskan oleh 1 kg atau 1 g benda untuk menaikkan atau menurunkan suhu sebesar 1°C. Benda yang memiliki kalor jenis besar memiliki kapasitas kalor kecil, dan sebaliknya. Hal ini karena benda yang memiliki kalor jenis besar lebih mudah mengubah suhunya dengan kalor yang sedikit.

3. Perubahan suhu. Perubahan suhu adalah selisih antara suhu akhir dan suhu awal benda. Semakin besar perubahan suhu, semakin besar kapasitas kalor benda. Hal ini karena benda yang mengalami perubahan suhu besar membutuhkan kalor lebih banyak untuk mencapai suhu akhir.

Penerapan kapasitas kalor dalam kehidupan sehari-hari.

foto: freepik.com

Kapasitas kalor benda berbeda-beda tergantung pada massa, kalor jenis, dan perubahan suhu benda tersebut. Kapasitas kalor memiliki banyak penerapan dalam kehidupan sehari-hari, antara lain:

1. Termos.

Termos adalah alat yang digunakan untuk menyimpan minuman panas atau dingin. Termos memiliki kapasitas kalor yang rendah, sehingga tidak mudah menyerap atau melepaskan kalor dari atau ke lingkungan. Hal ini membuat minuman di dalam termos tetap panas atau dingin dalam waktu yang lama.

2. Setrika.

Setrika adalah alat yang digunakan untuk menghaluskan pakaian yang kusut. Setrika memiliki kapasitas kalor yang tinggi, sehingga dapat menyerap banyak kalor dari listrik dan mempertahankan suhu yang tinggi. Hal ini membuat setrika dapat menghasilkan uap panas yang efektif untuk menghaluskan pakaian.

3. Panci.

Panci adalah alat yang digunakan untuk memasak makanan dengan cara merebus atau mengukus. Panci biasanya terbuat dari logam, seperti besi, alumunium, atau tembaga. Logam memiliki kapasitas kalor yang rendah, sehingga dapat memanaskan atau mendinginkan makanan dengan cepat. Hal ini membuat panci dapat menghemat waktu dan energi dalam memasak.

4. Panel surya.

Panel surya adalah alat yang digunakan untuk mengubah energi matahari menjadi energi listrik. Panel surya memiliki kapasitas kalor yang tinggi, sehingga dapat menyerap banyak kalor dari matahari dan mengubahnya menjadi listrik. Hal ini membuat panel surya dapat menghasilkan listrik yang ramah lingkungan dan hemat biaya.

5. Rumah kaca.

Rumah kaca adalah bangunan yang digunakan untuk menanam tumbuhan dengan cara mengatur suhu dan kelembaban di dalamnya. Rumah kaca memiliki kapasitas kalor yang tinggi, sehingga dapat menahan kalor dari matahari dan mencegahnya keluar. Hal ini membuat rumah kaca dapat menciptakan iklim yang optimal untuk pertumbuhan tumbuhan.

Contoh soal rumus kapasitas kalor dan pembahasannya.

foto: freepik.com

1. Sebuah benda yang memiliki massa 500 g dipanaskan dari suhu 20°C menjadi 80°C. Jika kalor yang diserap benda sebesar 15.000 J, tentukan kapasitas kalor dan kalor jenis benda tersebut.

Jawaban:

- Kapasitas kalor benda dapat dihitung dengan rumus kapasitas kalor:

C = Q/ΔT

Keterangan:

- (C) adalah kapasitas kalor (J/°C)
- (Q) adalah kalor yang diserap atau dilepaskan (J)
- (ΔT) adalah perubahan suhu (°C)

Dengan mengganti nilai yang diketahui, kita dapat menghitung kapasitas kalor benda sebagai berikut:

C = 15.000 / 80 − 20
C = 15.000 / 60
C = 250

Jadi, kapasitas kalor benda adalah 250 J/°C.

- Kalor jenis benda dapat dihitung dengan rumus:

c = C/m

Keterangan:

- (c) adalah kalor jenis (J/kg°C)
- (m) adalah massa benda (kg)

Dengan mengganti nilai yang diketahui, kita dapat menghitung kalor jenis benda sebagai berikut:

c = 250 / 0,5

c = 500

Jadi, kalor jenis benda adalah 500 J/kg°C.

2. Sebuah termos yang memiliki kapasitas kalor 100 J/°C diisi dengan air panas sebanyak 200 g yang memiliki suhu 90°C. Jika suhu ruangan adalah 30°C, berapa suhu akhir air di dalam termos setelah mencapai kesetimbangan termal? Kalor jenis air adalah 4.200 J/kg°C.

Jawaban:

- Untuk mencari suhu akhir air di dalam termos, kita dapat menggunakan prinsip bahwa kalor yang dilepaskan oleh air panas sama dengan kalor yang diserap oleh termos. Dengan demikian, kita dapat menulis persamaan berikut:

Q_air = Q_termos
m_air.c_airΔT_air = C_termos.ΔT_termos

Keterangan:

- (m_{air}) adalah massa air (kg)
- (c_{air}) adalah kalor jenis air (J/kg°C)
- (\Delta T_{air}) adalah perubahan suhu air (°C)
- (C_{termos}) adalah kapasitas kalor termos (J/°C)
- (ΔT_{termos}) adalah perubahan suhu termos (°C)

- Lalu dapat menyederhanakan persamaan tersebut dengan mengasumsikan bahwa suhu akhir air dan termos adalah sama, sehingga:

m_air.c_air(T_akhir−T_awal) = C_termos(T_akhir−T_ruang)

Keterangan:

- (T_{akhir}) adalah suhu akhir air dan termos (°C)
- (T_{awal}) adalah suhu awal air (°C)
- (T_{ruang}) adalah suhu ruangan (°C)

- Dengan mengganti nilai yang diketahui, kita dapat menyelesaikan persamaan tersebut untuk mencari (T_{akhir}) sebagai berikut:

(0,2)(4.200)(T_akhir − 90) = (100)(T_akhir − 30)
840T_akhir − 75.600 = 100T_akhir − 3.000
740T_akhir = 72.600
T_akhir = 74072.600
T_akhir = 98,1

Jadi, suhu akhir air di dalam termos adalah 98,1°C.

3. Sebuah benda yang memiliki massa 2 kg dan kalor jenis 500 J/kg°C dipanaskan dari suhu 25°C menjadi 75°C. Berapa kalor yang diperlukan untuk memanaskan benda tersebut? Berapa kapasitas kalor benda tersebut?

Jawaban:

-Kalor yang diperlukan untuk memanaskan benda tersebut dapat dihitung dengan rumus kapasitas kalor:

Q = m.c.ΔT

Keterangan:

- (Q) adalah kalor yang diperlukan (J)
- (m) adalah massa benda (kg)
- (c) adalah kalor jenis benda (J/kg°C)
- (ΔT) adalah perubahan suhu benda (°C)

- Dengan mengganti nilai yang diketahui, kita dapat menghitung kalor yang diperlukan sebagai berikut:

Q = (2)(500)(75 − 25)
Q = 1.000(50)
Q = 50.000

Jadi, kalor yang diperlukan untuk memanaskan benda tersebut adalah 50.000 J.

- Kapasitas kalor benda tersebut dapat dihitung dengan rumus kapasitas kalor:

C = m.c

Keterangan:

- (C) adalah kapasitas kalor benda (J/°C)
- (m) adalah massa benda (kg)
- (c) adalah kalor jenis benda (J/kg°C)

- Dengan mengganti nilai yang diketahui, kita dapat menghitung kapasitas kalor benda sebagai berikut:

C = ( 2)(500)
C = 1.000

Jadi, kapasitas kalor benda tersebut adalah 1.000 J/°C.

4. Sebuah benda yang memiliki kapasitas kalor 300 J/°C diberi kalor sebesar 9.000 J. Berapa perubahan suhu benda tersebut?

Jawaban:

-Perubahan suhu benda tersebut dapat dihitung dengan rumus:

ΔT = Q/C

Keterangan:

- (ΔT) adalah perubahan suhu benda (°C)
- (Q) adalah kalor yang diberi atau dilepaskan (J)
- (C) adalah kapasitas kalor benda (J/°C)

- Dengan mengganti nilai yang diketahui, kita dapat menghitung perubahan suhu benda sebagai berikut:

ΔT = 9.000 / 300
ΔT = 30

Jadi, perubahan suhu benda tersebut adalah 30°C.