Rumus Kalor dan Grafik Perubahan Wujud Zat +2 Contoh Soal

Ada tiga rumus kalor yaitu Q = m × c × ΔT, Q = m × L, dan Q = m × U. Rumus kalor Q = m × c × ΔT untuk menghitung kalor yang dibutuhkan atau dilepaskan pada saat terjadi perubahan suhu. Rumus kalor Q = m × L dan Q = m × U untuk menghitungkalor saat terjadi perubahan wujud zat. Misalnya saat terjadi perubahahan zat pada (es) menjadi cair (air).

Satuan kalor dinyatakan dalam Joule (J) atau kalori (kal). Besar kalor 1 J = 0,24 kal dan 1 kal = 4,2 J. Lebih lanjut mengenai cara menghitung kalor ada di bawah.

Daftar isi:

• Rumus Kalor
  • Kalor Laten
  • Kalor Jenis
  • Kapasitas kalor
  • Asas Black
• Grafik Perubahan Wujud Benda
• Contoh Soal dan Pembahasan
  • Contoh 1 – Soal Grafik Perubahan Wujud Zat
  • Contoh 2 – Jenis bahan logam X adalah ….

Baca Juga: 6 Bentuk Perubahan Wujud Benda Pada, Cair, dan Gas

Rumus Kalor

Kalor adalah bentuk energi yang dapat berpindah dari suatu tempat ke tempat lain karena perbedaan suhu. Sebuah zat yang mengalami perubahan suhu akan melepas atau menerima kalor.

Besar kalor yang dilepas atau diterima dihitung menggunakan rumus kalor.

Besar kalor dari adanya perubahan suhu dapat dihitung dengan rumus kalor Q = m × c × ΔT. Cara menghitung kalor dapat dilihat pada penyelesaian soal berikut.

Contoh :
Diketahui 1 kal (kira-kira 4,2 J) adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram air sebesar 1 ^oC. Kalor yang diperlukan untuk meningkatkan suhu 5 gram air sebesar 6 ^oC adalah ….
A. 21 J
B. 25 J
C. 30 J
D. 126 J

Pembahasan:
Dari soal dapat diketahui:

• Kalor untuk menaikkan suhu 1 gram air sebesar 1 ^oC: c_air = 4,2 J/gr ^oC
• Massa air: m = 5 gram
• Perubahan suhu: ΔT = 6 ^oC

Menghitung kalor:

Q = m × c × ΔT

Q = 5 × 4,2 × 6 = 126 J

Jadi, kalor yang diperlukan untuk meningkatkan suhu 5 gram air sebesar 6 ^oC adalah 126 J.

Jawab: (D)

Kalor Laten

Kalor laten adalah energi panas yang dibutuhkan untuk melakukan perubahan wujud benda. Contohnya seperti menguap (cair menjadi gas), mencair (padat manjadi cair), dan lain sebagainya.

Besar kalor untuk melakukan perubahan wujud benda dari cair ke gas menggunakan kalor uap (U). Besar kalor untuk melakukan perubahan wujud benda dari cair ke gas menggunakan kalor lebur (L).

Contoh:
Jumlah kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan es bermassa 300 gram dengan suhu –5 ^oC hingga menjadi air bersuhu 0 ^oC adalah …. (Diketahui kalor jenis es 0,5 kal/gr^oC dan kalor lebur es 80 kal/gr)
A. 24.750 kal
B. 24.000 kal
C. 20.750 kal
D. 20.000 kal

Jawab:
Dari soal diketahui beberapa informasi berikut.

Massa es: m_es = 300 gr
Perubahan suhu: ΔT = 0 – (–5) = 5 ^oC
Kalor jenis es: c_es = 0,5 kal/gr^oC
Kalor lebur es: L = 80 kal/gr

Besar kalor untuk menaikkan es dari 0 ^oC menjadi 5 ^oC: Q₁ = m_es × c_es × ΔT

Q₁ = 300 × 0,5 × 5

Q₁ = 750 kal

Besar kalor untuk mengubah es menjadi air: Q₂ = m_es × L

Q₂ = 300 × 80

Q₂ = 24.000 kal

Jadi, jumlah kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan es tersebut adalah Q_total = Q₁ + Q₂ = 750 + 24.000 = 24.750 kal.

Kalor Jenis

Kalor jenis adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 g massa benda sebesar 1°C. Nilai kalor jenis menunjukkan kemampuan benda dalam melepas atau menerima kalor.

Contoh:
Zat cair yang massanya 10 kg dipanaskan dari suhu 25 ^oC menjadi 75 ^oC, memerlukan panas sebesar 4 × 10⁵ joule. Kalor jenis zat cair tersebut adalah ….
A. 200 J/kg^oC
B. 400 J/kg^oC
C. 600 J/kg^oC
D. 800 J/kg^oC

Jawab:
Dari soal diketahui beberapa informasi berikut.

Massa zat cair: m = 10 kg
Perubahan suhu: ΔT = 75 – 25 = 50 ^oC
Kalor yang dibutuhkan: Q = 4 × 10⁵ J

Menghitung kalor jenis:

Jadi, kalor jenis zat cair tersebut adalah 800 J/kg^oC (D).

Kapasitas kalor

Kapasitas kalor adalah jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu zat sebesar 1 ^oC.

C = m × c

Selain rumus di atas, kapasitas kalor juga dapat dihitung menggunakan rumus berikut.

Contoh:
Untuk menaikkan suhu air sebesar 50 ^oC diperlukan kalor 16.800 Joule. Tentukan kapasitas kalor air!

Jawab:
Dari soal diketahui beberapa informasi berikut.

Perubahan suhu: ΔT = 50 ^oC
Kalor yang dibutuhkan: Q = 16.800 J

Kapasitas kalor:

Jadi, kapasitas kalor air adalah 336 J/^oC.

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.

Q_lepas = Q_terima

Contoh penggunaan Asas Black ada pada contoh soal 2 di bawah.

Baca Juga: Suhu dan Pemuaian

Grafik Perubahan Wujud Benda

Perhatikan gambar grafik perubahan wujud benda di bawah!

Ada lima nilai kalor pada grafik perubahan wujud zat di atas yaitu Q₁, Q₂, Q₃, Q₄, dan Q₅. Rumus kalor untuk kelima nilai Q pada grafik perubahan wujud zat di atas terdapat pada persamaan-persamaan di bawah.

A → B: Q₁ = m_es × c_es × (T_B ‒ T_A)

B → C: Q₂ = m_es × L

C → D: Q₃ = m_air × c_air × (T_C ‒ T_D)

D → E: Q₄ = m_air × U

E → F: Q₅ = m_uap × c_uap × (T_F ‒ T_E)

Kalor yang dibutuhkan pada grafik perubahan wujud benda di atas adalah jumlah seluruh kalor (Q_total). Sehingga Q_total = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅.

Cara menghitung kalor pada perubuahan wujud zat terdapat pada contoh 1 di bawah.

Contoh Soal dan Pembahasan

Latihan soal di bawah akan menguji kemampuan kamu menggunakan rumus kalor.

Contoh 1 – Soal Grafik Perubahan Wujud Zat

Perhatikan grafik pemanasan 1 kg es berikut ini!

Jika kalor jenis es 2.100 J/kg^oC, kalor lebur es 336.000 J/kg, dan kalor jenis air adalah 4.200 J/kg^oC maka kalor yang dibutuhkan dalam proses dari P – Q – R adalah ….

A. 10.500 J

B. 21.000 J

C. 336.000 J

D. 346.500 J

Pembahasan:
Perhatikan grafik perubahan wujud benda di bawah.

 Kalor yang dibutuhkan untuk proses dari titik P ke Q adalah Q₁:

Q₁ = m_es × c_es × ΔT

= 1 × 2.100 × (0 -(-5))

= 1 × 2.100 × 5 = 10.500 J

Kalor yang dibutuhkan untuk proses dari titik Q ke R: Q₂ = m_es × L

Q₂ = 1 × 336.000

Q₂ = 336.000 J

Jadi, kalor yang dibutuhkan dalam proses dari P – Q – R adalah Q_P→R = Q₁ + Q₂ = 10.500 J + 336.000 J = 346.500 J.

Jawaban: D

Baca Juga: Cara Menghitung Suhu Akhir Campuran

Contoh 2 – Jenis bahan logam X adalah ….

Perhatikan tabel kalor jenis berikut!

Logam X bermassa 4,2 kg dipanaskan hingga suhunya 140^oC, kemudian dimasukkan ke dalam 9,2 kg air yang suhunya 30^o. Setelah beberapa saat terjadi keseimbangan, suhu akhir campuran menjadi 40^o. Bila diketahui kalor jenis air 4.200 K/kg^oC, maka dapat disimpulkan bahwa jenis bahan logam X adalah ….

A. alumunium

B. besi

C. tembaga

D. perak

Pembahasan:
Diketahui informasi tentang logam X seperti berikut.

Massa logam X: m₁ = 4,2 kg
Suhu awal logam X: T₁ = 140^oC
Suhu air: T₂ = 30^o
Massa air = m₂ = 9,2 kg
Massa jenis air: C₂ = 4.200 K/kg^oC
Suhu campuran = T_c = 40^o

Menghitung masa jenis logam menggunakan prinsip azaz black: Q₁ = Q₂ 

m₁ × C₁ × ΔT₁ = m₂ × C₂ × ΔT₂ 

m₁ × C₁ × (T₁ – T_c) = m₂ × C₂ × (T_c – T₂)

4,2 × C₁ × (140 – 40) = 9,2 × 4.200 × (40 – 30)

4,2× C₁ × 100 = 9,2 × 4200 × 10

C₁ = 9,2 × 10 × 10 = 920 J/Kg^oC

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 rumus kalor dan grafik perubahan wujud benda. Terima kasih sudah mengunjungi idschool(dot)net, semoga bermanfaat.

Baca Juga: Suhu dan Pemuaian