Kalor sensibel: konsep, rumus, dan latihan yang diselesaikan

Kalor sensibel adalah energi panas dipasok ke objek untuk menambah kenaikan suhu. Ini adalah kebalikan dari kalor laten, di mana energi panas tidak meningkatkan suhu tetapi mendorong perubahan fasa, misalnya dari padat ke cair.

Sebuah contoh memperjelas konsep. Misalkan kita memiliki sepanci air pada suhu kamar 20 ° C. Saat kita meletakkannya di atas kompor, panas yang diberikan meningkatkan suhu air secara perlahan hingga mencapai 100 ° C ( suhu air mendidih di permukaan laut). Panas yang diberikan disebut kalor sensibel.

Panas yang menghangatkan tangan adalah panas sensibel. Sumber: Pixabay

Setelah air mencapai titik didih, panas yang diberikan oleh kompor tidak lagi menaikkan suhu air, yang tetap pada 100 ° C. Dalam hal ini energi panas yang dipasok diinvestasikan dalam penguapan air. Panas yang diberikan bersifat laten karena tidak menaikkan suhu, melainkan menyebabkan perubahan dari fase cair ke fase gas.

Ini adalah fakta eksperimental bahwa panas sensibel yang diperlukan untuk mencapai variasi suhu tertentu berbanding lurus dengan variasi itu dan dengan massa benda.

Konsep dan rumus

Telah diamati bahwa selain dari massa dan perbedaan suhu, kalor sensibel juga tergantung pada bahan. Untuk alasan ini, konstanta proporsionalitas antara panas sensibel dan produk dari perbedaan massa dan suhu disebut panas spesifik.

Jumlah kalor sensibel yang diberikan juga tergantung pada bagaimana proses dilakukan. Misalnya, berbeda jika proses dilakukan pada volume konstan daripada pada tekanan konstan.

Rumus untuk panas sensibel dalam proses isobarik , yaitu pada tekanan konstan, adalah sebagai berikut:

Q = cp . m (Tf - Ti)

Dalam persamaan di atas Q adalah kalor sensibel yang disuplai ke benda bermassa m, yang telah menaikkan suhu awalnya T i ke nilai akhir T f . Pada persamaan sebelumnya juga muncul cp, yaitu kalor jenis bahan pada tekanan tetap karena proses telah dilakukan dengan cara tersebut.

Perhatikan juga bahwa kalor sensibel positif bila diserap oleh benda dan menyebabkan kenaikan suhu.

Dalam hal panas disuplai ke gas yang tertutup dalam wadah kaku, prosesnya akan isokhorik, yaitu pada volume konstan; dan rumus untuk panas sensibel akan ditulis seperti ini:

Q = cv. M. (Tf - Ti)

Koefisien Adiabatik γ

Hasil bagi antara kalor sensibel pada tekanan konstan dan kalor sensibel pada volume konstan untuk bahan atau zat yang sama disebut koefisien adiabatik , yang umumnya dilambangkan dengan huruf Yunani gamma.

Koefisien adiabatik lebih besar dari satu. Kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda satu gram sebesar satu derajat lebih besar dalam proses isobarik daripada proses isokhorik.

Ini karena dalam kasus pertama sebagian panas digunakan untuk melakukan pekerjaan mekanis.

Selain panas spesifik, kapasitas panas suatu benda juga sering ditentukan. Ini adalah jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu tubuh itu satu derajat Celcius.

Kapasitas kalor C

Kapasitas kalor dilambangkan dengan huruf besar C , sedangkan kalor jenis dilambangkan dengan c kecil. Hubungan kedua besaran tersebut adalah:

C = c⋅ m

Dimana m adalah massa benda.

Kalor jenis molar juga digunakan, yang didefinisikan sebagai jumlah panas sensibel yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu mol zat sebesar satu derajat Celcius atau Kelvin.

Kalor jenis zat padat, cair, dan gas

kalor jenis molar sebagian besar padatan memiliki nilai mendekati 3 kali R , di mana R adalah konstanta gas universal. R = 8.314472 J / (mol *) .

Misalnya, aluminium memiliki kalor jenis molar 24,2 J / (mol ), tembaga 24,5 J / (mol ) , emas 25,4 J / (mol ) , dan besi lunak 25,1 J / (mol ) . Perhatikan bahwa nilai-nilai ini mendekati 3R = 24,9 J / (mol ) .

Sebaliknya, untuk sebagian besar gas, panas jenis molar mendekati n (R / 2) , di mana n adalah bilangan bulat dan R adalah konstanta gas universal. Bilangan bulat n berhubungan dengan jumlah derajat kebebasan molekul yang menyusun gas.

Misalnya, dalam gas ideal monoatomik, yang molekulnya hanya memiliki tiga derajat kebebasan translasi, kalor jenis molar pada volume konstan adalah 3 (R / 2) . Tetapi jika itu adalah gas ideal diatomik, ada tambahan dua derajat rotasi, jadi cv = 5 (R / 2) .

Berikut hubungan gas ideal antara panas jenis molar pada tekanan konstan dan volume konstan terpenuhi:

 cp = cv + R .

Air biasa disebutkan secara terpisah. Dalam keadaan cair pada 25, air memiliki cp = 4,1813 J / (g ) , uap air pada 100 derajat Celcius memiliki cp = 2,080 J / (g ) dan air es pada nol derajat Celcius memiliki cp = 2,050 J / ( g *) .

Beda dengan kalor laten

Materi dapat di tiga negara: padat, cair dan gas. Energi diperlukan untuk mengubah keadaan, tetapi setiap zat meresponsnya dengan cara yang berbeda sesuai dengan ciri-ciri molekuler dan atomnya.

Ketika zat padat melebur atau zat cair menguap, suhu benda tetap konstan sampai semua partikel berubah wujud.

Karena alasan ini, ada kemungkinan suatu zat berada dalam kesetimbangan dalam dua fase: padat – cair atau cair – uap, misalnya. Kuantitas zat dapat berpindah dari satu keadaan ke keadaan lain dengan menambahkan atau menghilangkan sedikit panas, sementara suhunya tetap.

Panas yang disuplai ke suatu bahan menyebabkan partikelnya bergetar lebih cepat dan meningkatkan energi kinetiknya. Ini diterjemahkan menjadi kenaikan suhu.

Ada kemungkinan energi yang mereka peroleh begitu besar sehingga mereka tidak lagi kembali ke posisi setimbang dan pemisahan di antara mereka meningkat. Ketika ini terjadi suhu tidak meningkat, tetapi zat berubah dari padat ke cair atau dari cair ke gas.

Panas yang diperlukan untuk ini terjadi dikenal sebagai panas laten . Oleh karena itu, panas laten adalah panas dimana suatu zat dapat berubah fase.

Berikut perbedaannya dengan kalor sensibel. Suatu zat yang menyerap kalor sensibel akan menaikkan suhunya dan tetap dalam keadaan yang sama.

Bagaimana cara menghitung kalor laten?

kalor laten dihitung dengan persamaan:

Q = m. L

Dimana L dapat menjadi panas spesifik penguapan atau panas peleburan. Satuan dari L adalah energi/massa.

Para ilmuwan telah memberikan banyak nama panas, tergantung pada jenis reaksi di mana ia berpartisipasi. Misalnya ada panas reaksi, panas pembakaran, panas pemadatan, panas pelarutan, panas sublimasi dan lain-lain.

Nilai dari banyak jenis panas ini untuk zat yang berbeda ditabulasikan.

Latihan yang diselesaikan

Contoh 1

Misalkan a yang memiliki sepotong aluminium bermassa 3 kg. Awalnya pada 20 ° C dan Anda ingin menaikkan suhunya menjadi 100 ° C. Hitung panas sensibel yang dibutuhkan.

Penyelesaian

Pertama kita perlu mengetahui kalor jenis aluminium

cp = 0,897 J / (g ° C)

Maka jumlah kalor yang diperlukan untuk memanaskan potongan aluminium adalah

Q = cp m (Tf – Ti) = 0,897 * 3000 * (100 – 20) J

Q = 215 280 J

Contoh 2

Hitung jumlah kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 liter air dari 25 ° C menjadi 100 ° C di permukaan laut. Nyatakan hasilnya juga dalam kilokalori.

Penyelesaian

Hal pertama yang harus diingat adalah bahwa 1 liter air memiliki berat 1 kg, yaitu 1000 gram.

Q = cp m (Tf – Ti) = 4,1813 J / (g ) * 1000 g * (100 – 25 ) = 313597,5 J

Kalori adalah satuan energi yang didefinisikan sebagai panas sensibel yang diperlukan untuk menaikkan satu gram air sebesar satu derajat Celcius. Oleh karena itu, 1 kalori sama dengan 4,1813 Joule.

Q = 313597,5 J * (1 kal / 4,1813 J) = 75000 kal = 75 kkal .

Contoh 3

Sepotong bahan seberat 360,16 gram dipanaskan dari suhu 37 menjadi 140. Energi panas yang diberikan adalah 1150 kalori.

Pemanasan sampel. Sumber: buatan sendiri.

Temukan panas spesifik bahan.

Penyelesaian

Kita dapat menulis kalor jenis sebagai fungsi dari kalor sensibel, massa dan variasi suhu menurut rumus:

cp = Q / (m T)

Mengganti data yang kita miliki sebagai berikut:

cp = 1150 kal / (360,16 g * (140 – 37 )) = 0,0310 kal / (g )

Tetapi karena satu kalori sama dengan 4,1813 J, hasilnya juga dapat dinyatakan sebagai

cp = 0,130 J / (g )

Referensi

  1. Giancoli, D. 2006. Fisika: Prinsip dengan Kegunaan. 6 th . Ed.Prentice Hall. 400 – 410.
  2. Kirkpatrick, L. 2007. Fisika: Pandangan Dunia. 6 ta Editing disingkat. Cengage Belajar. 156-164.
  3. Tippens, P. 2011. Fisika: Konsep dan Kegunaan. 7. Edisi revisi. Bukit McGraw. 350 – 368.
  4. Rex, A. 2011. Dasar-dasar Fisika. Pearson. 309-332.
  5. Sears, Zemansky. 2016. Fisika Universitas dengan Fisika Modern. 14 th . Volume1. 556-553.
  6. Serway, R., Vulle, C. 2011. Dasar-dasar Fisika. 9 na Cengage Belajar. 362-374.

Fisika modern – apa yang dipelajari juga cabangnya
Tegangan normal: terdiri dari apa, bagaimana cara menghitungnya, contoh
Permitivitas listrik – apa itu, rumus, percobaan
Konduktor listrik – karakteristik, jenis, contoh