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 digunakan untuk menghitung kalor yang dibutuhkan atau dilepaskan saat terjadi perubahan suhu. Sedangkan rumus kalor Q = m × L dan Q = m × U untuk menghitung besar kalor saat melakukan perubahan wujud benda, misalnya, perubahan es menjadi zat cair.

Kalor adalah energi panas yang dapat berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah. Satuan kalor dinyatakan dalam Joule (J) atau kalori (kal), di mana 1 J = 0,24 kal dan 1 kal = 4,2 J. Bagaimana cara menghitung kalor? Cari tahu jawabannya melalui ulasan di bawah.

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 memiliki besar kalor yang dihasilkan. Rumus kalor meliputi persamaan-persamaan berikut.

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

Cara menghitung kalor:

Q = m × c × ΔT (rumus kalor)

Q = 5 × 4,2 × 6

Q = 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 panah yang dibutuhkan suatu zat untuk melakukan perubahan wujud benda seperti menguap (cair menjadi gas) dan mencair (padat manjadi cair). 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).

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.

Kapasitas kalor

Kapasitas kalor adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan sejumlah tertentu massa benda sebesar 1 ^oC.

C = m × c

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

Baca Juga: Suhu dan Pemuaian

Cara Mengitung Kalor dari Grafik Perubahan Wujud Benda

Proses perhitungan kalor yang dilepaskan suatu zat biasanya digambarkan dalam sebuah grafik perubahan wujud zat. Perhatikan grafik proses perubahan wujud zat cair (dalam kasus ini air) pada gambar di bawah!

Ada lima rumus kalor yang dapat digunakan untuk menghitung 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.

• Q₁ = m_es × c_es × (T_B ‒ T_A)
• Q₂ = m_es × L
• Q₃ = m_air × c_air × (T_C ‒ T_D)
• Q₄ = m_air × U
• Q₅ = m_uap × c_uap × (T_F ‒ T_E)
• Q_total = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅

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

Contoh Soal dan Pembahasan

Beberapa contoh soal di bawah dapat sobat idschool gunakan untuk menambah pemahaman bahasan di atas. Setiap contoh soal yang diberikan dilengkapi dengan pembahasannya cara menggunakan rumus kalor.

Sobat idschool dapat menggunakan pembahasan tersebut sebagai tolak ukur keberhasilan mengerjakan soal. Selamat Berlatih!

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 gambar berikut untuk memduhakan menentukan rumus yang digunakan dalam menghitung setiap step proses kalor yang dilepaskan/dibutuhkan.

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

Q1 = mes × Ces × ΔT

Q₁ = 1 × 2.100 × (0 -(-5))

Q₁ = 1 × 2.100 × 5 = 10.500 J

Kalor yang dibutuhkan untuk proses dari titik Q ke R adalah Q₂:

Q₂ = m_es × L

Q₂ = 1 × 336.000 = 336.000 J

Kalor yang dibutuhkan untuk proses dari titik P – Q – R adalah Q₁ + Q₂:

Q_P-Q-R = Q₁ + Q₂

Q_P-Q-R = 10.500 J + 336.000 J = 346.500 J

Jadi, kalor yang dibutuhkan dalam proses dari P – Q – R adalah 346.500 J

Jawaban: D

Baca Juga: Cara Menghitung Suhu Akhir Campuran dengan Massa yang Berbeda

Contoh 2 – Soal Grafik Perubahan Wujud Zat

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 (kalor yang diterima sama dengan kalor yang dilepas, Q₁ = Q₂):

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

420 × C₁ = 386.400

C₁ = 386.400 : 420 = 920 J/kg°C

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 untuk menghitung besar kalor yang dibutuhkan atau dilepaskan pada perubahan wujud benda. Terima kasih sudah mengunjungi idschool(dot)net, semoga bermanfaat.

Baca Juga: Suhu dan Pemuaian