10+ Contoh Soal Kalor Jenis & Kapasitas Kalor Beserta Jawabannya

Daftar Materi Fisika

• 1. Besaran Fisika
• 2. Vektor dan Resultan
• 3. Mekanika (Kinematika dan Dinamika)
• 4. Fisika Optik
• 5. Suhu dan Kalor

Advertisement

Baca Juga:

Kalor mengalir dengan sendirinya dari suatu benda yang suhunya tinggi ke benda lain dengan suhu yang lebih rendah. Pada abad ke-18 diilustrasikan aliran kalor sebagai gerakan zat fluida yang disebut kalori. Bagaimanapun, fluida kalori tidak pernah dideteksi.

Selanjutnya pada abad ke-19, ditemukan berbagai fenomena yang berhubungan dengan kalor, dapat dideskripsikan secara konsisten tanpa perlu menggunakan model fluida. Model yang baru ini memandang kalor berhubungan dengan kerja dan energi. Satuan kalor yang masih umum dipakai sampai saat ini yaitu kalori.

Satu kalori didefinisikan sebagai kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram air sebesar 1oC. Terkadang satuan yang digunakan adalah kilokalori (kkal) karena dalam jumlah yang lebih besar, di mana 1 kkal = 1.000 kalori. Satu kilokalori (1 kkal) adalah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg air sebesar 1oC.

Pendapat bahwa kalor berhubungan dengan energi dikerjakan lebih lanjut oleh sejumlah ilmuwan pada tahun 1800-an, terutama oleh seorang ilmuwan dari Inggris, James Prescott Joule (1818 - 1889). Joule melakukan sejumlah percobaan yang penting untuk menetapkan pandangan bahwa kalor merupakan bentuk transfer energi. Salah satu bentuk percobaan Joule ditunjukkan secara sederhana seperti pada Gambar berikut ini.

Beban yang jatuh menyebabkan roda pedal berputar. Gesekan antara air dan roda pedal menyebabkan suhu air naik sedikit (yang sebenarnya hampir tidak terukur oleh Joule). Kenaikan suhu yang sama juga bisa diperoleh dengan memanaskan air di atas kompor.

Info Fisika!

James Joule (1818 – 1889) melakukan percobaan yang membuktikan bahwa apabila suatu bentuk energi diubah menjadi bentuk energi lain maka tidak ada energi yang musnah.

Joule menentukan bahwa sejumlah kerja tertentu yang dilakukan selalu ekivalen dengan sejumlah masukan kalor tertentu. Secara kuantitatif, kerja 4,186 joule (J) ternyata ekivalen dengan 1 kalori (kal) kalor. Nilai ini dikenal sebagai tara kalor mekanik.

4,186 J = 1 kal

4,186 × 103 J = 1 kkal

Kalor Jenis (c) dan Kapasitas Kalor (C)

Apabila sejumlah kalor diberikan pada suatu benda, maka suhu benda itu akan naik. Kemudian yang menjadi pertanyaan, seberapa besar kenaikan suhu suatu benda tersebut? Pada abad ke-18, sejumlah ilmuwan melakukan percobaan dan menemukan bahwa besar kalor Q yang diperlukan untuk mengubah suhu suatu zat yang besarnya ΔT sebanding dengan massa m zat tersebut.

Pernyataan tersebut dapat dinyakan dalam persamaan berikut.

Q = mc∆T ……….  Pers. (1)

dengan:

Q = banyaknya kalor yang diperlukan (J)

m = massa suatu zat yang diberi kalor (kg)

c = kalor jenis zat (J/kgoC)

ΔT = kenaikan/perubahan suhu zat (oC)

Dari persamaan (1) tersebut, c adalah besaran karakteristik dari zat yang disebut kalor jenis zat. Kalor jenis suatu zat dinyatakan dalam satuan J/kgoC (satuan SI yang sesuai) atau kkal/kgoC. Untuk air pada suhu 15oC dan tekanan tetap 1 atm, cair = 1 kkal/kgoC = 4,19 × 103 J/kgoC.

Tabel di bawah ini memperlihatkan besar kalor jenis untuk beberapa zat pada suhu 20oC. Sampai batas tertentu, nilai kalor jenis (c) bergantung pada suhu (sebagaimana bergantung sedikit pada tekanan), tetapi untuk perubahan suhu yang tidak terlalu besar, c seringkali dianggap konstan.

Tabel Kalor Jenis (Pada Tekanan Tetap 1 atm dan Suhu 20oC)

Zat	Kalor Jenis (c)
	Kkal/kgoC	J/kgoC
Aluminium	0,22	900
Tembaga	0,093	390
Kaca	0,20	840
Besi atau baja	0,11	450
Timah hitam	0,031	130
Marmer	0,21	860
Perak	0,056	230
Kayu	0,4	1.700
Alkohol (etil)	0,58	2.400
Air raksa	0,033	140
Air
Es (-5oC)	0,50	2.100
Cair (15oC)	1,00	4.186
Uap (110oC)	0,48	2.010
Tubuh manusia (rata-rata)	0,83	3.470
Protein	0,4	1.700

Untuk suatu zat tertentu, misalnya zatnya berupa bejana kalorimeter ternyata akan lebih memudahkan jika faktor massa (m) dan kalor jenis (c) dinyatakan sebagai satu kesatuan. Faktor m dan c ini biasanya disebut kapasitas kalor, yaitu banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat sebesar 1oC.

Kapasitas kalor (C) dapat dirumuskan sebagai berikut.

C = mc	atau	C	=	Q	...  Pers. (2)
				∆T

Dari persamaan (1) dan persamaan (2), besarnya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat adalah sebagai berikut.

Q = mc∆T = C∆T ………..…….  Pers. (3)

dengan:

Q = banyaknya kalor yang diperlukan (J)

m = massa suatu zat yang diberi kalor (kg)

c = kalor jenis zat (J/kgoC)

ΔT = kenaikan/perubahan suhu zat (oC)

C = kapasitas kalor suatu zat (J/oC)

Contoh Soal dan Pembahasan

1. Air sebanyak 3 kg bersuhu 10oC dipanaskan hingga bersuhu 35oC. Jika kalor jenis air 4.186 J/kgoC, tentukan kalor yang diserap air tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 3 kg

c = 4.186 J/kgoC

∆T = (35 – 10)oC = 25oC

Ditanyakan: Q = …?

Jawab:

Q = mc∆T

Q = 3 kg × 4.186 J/kgoC × 25oC

Q = 313.950 J

2. Air sebanyak 100 gram yang memiliki temperatur 25oC dipanaskan dengan energi sebesar 1.000 kalori. Jika kalor jenis air 1 kal/goC, tentukanlah temperatur air setelah pemanasan tersebut!

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 100 gram

T0 = 25oC

cair = 1 kal/goC

Q = 1.000 kal

Jawab:

Dengan menggunakan persamaan (3), diperoleh:

Q = mc∆T

∆T	=	Q
		mc

∆T	=	1.000 kal
		100 gram × 1 kal/goC

∆T = 10oC

Perubahan temperatur memiliki arti selisih antara temperatur akhir air setelah pemanasan terhadap temperatur awal, atau secara matematis dituliskan sebagai berikut.

ΔT = T – T0

10°C = T – 25°C

T = 35°C

Jadi, temperatur akhir air setelah pemanasan adalah 35oC.

3. Berapa besar kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebatang besi yang massanya 10 kg dari 20oC menjadi 100oC, jika kalor jenis besi 450 J/kgoC?

Penyelesaian:
Diketahui:

m = 10 kg

T1 = 20oC

T2 = 100oC

c = 450 J/kg oC

Ditanyakan: Q?

Jawab:

Q = mc∆T

Q = mc(T2 – T1)

Q = 10 × 450 × (100 – 20)

Q = 10 × 450 × 80

Q = 360.000 J = 360 kJ

Jadi, kalor yang dibutuhkan sebatang besi tersebut sebesar 360 kJ.

4. Sebanyak 300 gram air dipanaskan dari suhu 30oC menjadi 50oC. Jika kalor jenis air adalah 1 kal/goC atau 4.200 J/kg K, tentukan:

a) Banyaknya kalor yang diterima air tersebut (dalam kalori).

b) Banyaknya kalor yang diterima air tersebut (dalam joule).

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 300 g = 0,3 kg

∆T = 50oC – 30oC = 20oC

c = 1 kal/goC = 4.200 J/kg K

Ditanyakan: Q dalam kalor dan joule

Jawab:

a) Menentukan jumlah kalor dalam kalori

Q = mc∆T

Q = 300 g × 1 kal/goC × 20oC

Q = 6.000 kalori

Jadi, banyaknya kalor yang diterima air tersebut adalah 6.000 kalori.

b) Menentukan jumlah kalor dalam joule

Q = mc∆T

Q = 0,3 kg × 4.200 J/kg K × 20 K

Q = 6.000 kalori

Q = 25.200 joule

Catatan penting: perubahan suhu dari satuan celcius dan kelvin sama, jadi tidak perlu melakukan koversi satuan terlebih dahulu.

Atau dengan menggunakan kesetaraan antara kalori dan joule diketahui bahwa:

1 kalori = 4,2 joule sehingga:

Q = 6.000 × 4,2 joule = 25.200 joule

5. Kalor yang dibutuhkan oleh 3 kg zat untuk menaikkan suhunya dari 10oC sampai 80oC adalah 9,45 kJ. Berapakah kalor jenis zat tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 3 kg

∆T = 80oC – 10oC = 70oC

Q = 9,45 kJ = 94.500 J

Ditanyakan: c

Jawab:

c	=	Q
		m∆T

c	=	94.500 J
		3 kg × 70oC

c	=	94.500 J
		210 kgoC

c

=

450 J/kgoC

Jadi kalor jenis zat tersebut adalah 450 J/kgoC.

6. Air sebanyak 500 g bersuhu 20oC jika diberi kalor 100 kkal, berapakah suhu air sekarang?

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 500 g = 0,5 kg

T0 = 20oC

cair = 4.200 J/kgoC

Q = 100 kkal = 4,2 × 105 J

Ditanyakan: T

Jawab:

Q = mcair∆T

∆T	=	Q
		mcair

∆T	=	4,2 × 105 J
		0,5 kg × 4.200 J/kgoC

∆T	=	420.000 J
		2.100 J/oC

∆T

=

200oC

∆T = T – T0

T = ∆T – T0

T = 200 – 20

T = 180oC

Jadi, suhu air akhir adalah 180oC.

7. Batang logam bermassa 2 kg memiliki suhu 25oC. Untuk menaikkan suhunya menjadi 75oC dibutuhkan kalor sebesar 5 × 104 kal. Jika suhunya dinaikkan menjadi 125oC maka berapakah kalor yang dibutuhkan?

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 2 kg = 2.000 g

∆T1 = 75oC – 25oC = 50oC → Q1 = 5 × 104 kal

∆T2 = 125oC – 25oC = 100oC → Q2 = ?

Kalor jenis benda dapat ditentukan dari keadaan pertama.

Q1 = mc∆T1

5 × 104 = 2.000 × c × 50

5 × 104 = 100.000 × c

c = 5 × 104/105

c = 5 × 10-1

c = 0,5 kal/goC

berarti kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu ∆T2 sebesar:

Q2 = mc∆T2

Q2 = 2.000 × 0,5 × 100

Q2 = 100.000

Q2 = 105 kal

Konsep kesebandingan

Kalor untuk menaikkan suhu sebanding dengan kenaikan suhunya.

Q ~ ∆T

Berarti dapat diperoleh:

Q2	=	∆T2
Q1		∆T1

Q2	=	100	× 5 × 104 = 105 kal
		50

8. Berapakah kalori kalor yang diperlukan untuk memanaskan 2 liter air dari 30oC menjadi 80oC jika massa jenis air = 1 gram/cm3 dan kalor jenis air = 1 kal/goC?

Penyelesaian:

Diketahui:

V = 2 liter = 2 × 103 cm3

∆T = 80oC – 30oC = 50oC

ρ = 1 g/cm3

c = 1 kal/goC

Ditanyakan: Q

Jawab:

m = ρ × V = 1 × 2 × 103 = 2 × 103 gram

Q = mc∆T

Q = (2 × 103 g)(1 kal/goC)(50oC)

Q = 105 kalori

9. Berapakah kapasitas kalor dari 5 kg suatu zat yang mempunyai kalor jenis 2 kal/goC?

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 5 kg = 5.000 g

c = 2 kal/goC

Ditanyakan: C

Jawab:

C = m × c

C = 5.000 g × 2 kal/goC

C = 10.000 kal/oC

10. Air yang mula-mula bersuhu 10oC dipanaskan hingga bersuhu 35oC. Jika kapasitas kalor air tersebut adalah 12.558 J/oC, tentukan kalor yang diserap air tersebut?

Penyelesaian:

Diketahui:

∆T = 35oC – 10oC = 25oC

C = 12.558 J/oC

Ditanyakan: Q

Jawab:

Dari persamaan (1) kita peroleh:

C	=	Q
		∆T

Q = C × ∆T

Q = 12.558 J/oC × 25oC

Q = 313.950 joule

11. Sepotong besi yang memiliki massa 3 kg, dipanaskan dari suhu 20oC hingga 120oC. Jika kalor yang diserap besi sebesar 135 kJ, tentukan kapasitas kalor besi dan kalor jenis besi?

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 3 kg

∆T = 120oC – 20oC = 100oC

Q = 135 kJ = 135.000 J

Ditanyakan: C dan c

Jawab:

■ Menentukan kapasitas kalor besi:

C	=	Q
		∆T

C	=	135.000 J
		100oC

C = 1.350 J/oC

■ Menentukan kalor jenis besi:

c	=	C
		m

c	=	1.350 J/oC
		3 kg

c = 450 J/kgoC

12. Air yang memiliki temperatur 25oC dipanaskan dengan energi sebesar 1.000 kalori. Jika kapasitas kalor air 100 kal/oC, tentukan temperatur air setelah pemanasan tersebut.

Penyelesaian:

Diketahui:

T0 = 25oC

Q = 1.000 kalori

C = 100 kal/oC

Ditanyakan: T

Jawab:

C	=	Q
		∆T

∆T	=	Q
		C

∆T	=	1.000 kal
		100 kal/oC

∆T = 10oC

Perubahan temperatur memiliki arti selisih antara temperatur akhir air setelah pemanasan terhadap temperatur awal, atau secara matematis dituliskan sebagai berikut.

∆T = T – T0

T = ∆T – T0

T = 10oC – 25oC

T = 35oC

Jadi, temperatur akhir air setela pemanasan adalah 35oC.