eg heating substance heat capacity
Penambahan energi berupa panas pada suatu bahan akan meningkatkan temperaturnya, dengan perubahan temperatur yang terjadi bergantung pada panas jenis zat pembentuk benda tersebut [ 1 ].
problem 1
Kalor sejumlah $325 \ {\rm J}$ ditambahkan pada suatu bahan yang bermassa $30.0 \ {\rm g}$ sehingga temperaturnya berubah dari semula $25.0 \ {^\circ \rm C}$ menjadi $45.0 \ {^\circ \rm C}$. Massa molar bahan adalah $50.0 \ {\rm g/mol}$. Dari informasi yang diberikan dapat diperoleh panas jenis bahan, panas jenis molar bahan, dan jumlah zat.
information
- $Q = 325 \ {\rm J}$
- $m = 30.0 \ {\rm g}$
- $T_i = 25.0 \ {\rm ^\circ C}$
- $T_f = 25.0 \ {\rm ^\circ C}$
- $M = 50.0 \ {\rm g/mol}$
formula
- $\Delta T = T_f - T_i$
- $Q = m c \Delta T$
- $\displaystyle n = \frac{m}{M}$
solution
- panas jenis
\begin{equation}\label{eqn:mol-specific-heat-capacity} \begin{array}{rcl} c & = & \displaystyle \frac{Q}{m \Delta T} = \frac{325 \ {\rm J}}{30.0 \ {\rm g} \cdot (45.0 - 25.0) \ {\rm ^\circ C}} \newline & = & 0.542 \ {\rm J/g \cdot ^\circ C} = 542 \ {\rm J/kg\cdot K} \end{array} \end{equation} - faktor konversi massa ke mol
\begin{equation}\label{eqn:mol-conversion-factor} y = 50.0 \ {\rm g/mol} = 0.05 \ {\rm kg/mol} \end{equation} - panas jenis molar
\begin{equation}\label{eqn:molar-specific-heat-capacity} \begin{array}{rcl} c & = & c y = 542 \ {\rm J/kg\cdot K} \cdot 0.05 \ {\rm kg/mol} \newline & = & 27.1 \ {\rm J/mol\cdot K} \end{array} \end{equation} - jumlah bahan
\begin{equation}\label{eqn:mol-from-mass} n = \frac{m}{M} = \frac{30.0 \ {\rm g}}{50.0 \ {\rm g/mol}} = 0.6 \ {\rm mol}. \end{equation}
problem 2
Terdapat dua buah benda bermassa sama, benda $\rm A$ dan $\rm B$, yang terbuat dari jenis bahan berbeda, dengan panas jenis zat pembentuk masing-masing benda adalah $921 \ {\rm J/kg\cdot K}$ dan $402 \ {\rm J/kg\cdot K}$ [ 2 ]. Energi panas yang sama diberikan pada kedua benda tersebut. Dapat ditentukan perbandingan perubahan temperatur yang terjadi pada benda $\rm A$ dan $\rm B$.
information
- $c_{\rm A} = 921 \ {\rm J/kg\cdot K}$
- $c_{\rm B} = 402 \ {\rm J/kg\cdot K}$
- $m_{\rm A} = m_{\rm B}$
- $Q_{\rm A} = Q_{\rm B}$
formula
- $Q = m c \Delta T$
solution
- perubahan temperatur masing-masing benda \begin{equation}\label{eqn:temperature-change} \Delta T_i = \frac{Q_i}{m_i c_i}, \ \ \ i = {\rm A}, {\rm B} \end{equation}
- perbandingan perubahan temperatur benda $\rm A$ dan $\rm B$ \begin{equation}\label{eqn:temperature-change-ratio} \begin{array}{rcl} \displaystyle \frac{\Delta T_A}{\Delta T_B} & = & \displaystyle \frac{\displaystyle \frac{Q_A}{m_A c_A}}{\displaystyle \frac{Q_B}{m_B c_B}} = \frac{c_B}{c_A} \newline & = & \displaystyle \frac{402 \ {\rm J/kg\cdot K}}{921 \ {\rm J/kg\cdot K}} = 0.436 \end{array} \end{equation}
problem 3
Sebuah benda bermasa $100 \ {\rm g}$ terbuat dari bahan tembaga dengan panas jenis atau kalor jenis tembaga adalah $385 \ {\rm J/kg} \cdot {\rm ^\circ C}$ [ 3 ]. Energi panas sebesar $1925 \ {\rm J}$ diambil dari benda sehingga temperaturnya berubah menjadi $25 \ {\rm ^\circ C}$. Temperatur awal benda dapat dicari.
information
- $m = 100 \ {\rm g}$
- $c = 385 \ {\rm J/kg} \cdot {\rm ^\circ C}$
- $T_f = 25 \ {\rm ^\circ C}$
- $Q = -1925 \ {\rm J}$
formula
- $\Delta T = T_f - T_i$
- $Q = m c \Delta T$
solution
- perubahan temperatur dari kalor yang diambil dari benda \begin{equation}\label{eqn:temperature-change-decreasing} \begin{array}{rcl} \Delta T & = & \displaystyle \frac{Q}{mC} \newline & = & \displaystyle \frac{-1925 \ {\rm J}}{(0.100 \ {\rm kg}) \cdot (385 \ {\rm J/kg} \cdot {\rm ^\circ C})} \newline & = & -50 {\rm ^\circ C} \end{array} \end{equation}
- temperatur awal \begin{equation}\label{eqn:initial-temperature} \begin{array}{rcl} T_i & = & T_f - \Delta T \newline & = & 25 \ {\rm ^\circ C} - (-50 \ {\rm ^\circ C}) \newline & = & 75 \ {\rm ^\circ C} \end{array} \end{equation}
problem 4
Zat seng memiliki panas jenis molar $25.2 \ {\rm J/mol \cdot K}$ [ 4 ]. Massa molekular Zn adalah $65.4 \ {\rm g/mol}$ [ 5 ]. Selanjutnya dapat diperoleh kalor jenis bahan tersebut.
information
- $c = 25.2 \ {\rm J/mol \cdot K}$
- $M = 65.4 \ {\rm g/mol}$
formula
- $\displaystyle c \ [{\rm J/g \cdot K}] = \frac{c \ [{\rm J/mol \cdot K}]}{M} $
solution
- kalor jenis bahan \begin{equation}\label{eqn:specific-heat-capacity-from-molar} \begin{array}{rcl} c \ [{\rm J/g \cdot K}] & = & \displaystyle \frac{c \ [{\rm J/mol \cdot K}]}{M} \newline & = & \displaystyle \frac{25.2 \ {\rm J/mol \cdot K}}{65.4 \ {\rm g/mol}} \newline & = & 0.385 \ {\rm J/g \cdot K} \end{array} \end{equation}
note
- TR, HM, “Termodinamika”, Solusi Modul 9 Tutorial FI1101 Fisika Dasar IA 2021-1, Prodi Sarjana Fisika, FMIPA ITB, 28 Nov 2021.
- “Specific Heat Capacity of Metals Table Chart”, Engineers Edge, 2021, url https://www.engineersedge.com/materials/specific_heat_capacity_of_metals_13259.htm [20211206].
- “Temperature changes and energy: Specific heat capacity”, Bitsize, BBC, 2021, url https://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/zcncjty [20211206].
- “Specific Heats and Molar Heat Capacities”, Chemistry, LibreTexts, 12 Sep 2019, url https://chem.libretexts.org/@go/page/2189 [20211206].
- “Zinc”, PubChem Compound Summary for CID 23994, National Library of Medicine (US), National Center for Biotechnology Information, 27 Nov 2021, url https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/zinc [20211206].