Cara Menghitung Panas Spesifik

Panas spesifik (C _e ) adalah jumlah panas yang harus diterapkan pada satu satuan massa suatu bahan untuk menaikkan suhunya sebesar satu satuan . Ini adalah sifat termal intensif materi, yaitu tidak bergantung pada luas materi atau kuantitasnya, tetapi hanya pada komposisinya. Dalam pengertian ini, itu adalah sifat karakteristik yang sangat penting untuk menentukan kemungkinan aplikasi dari setiap bahan, dan itu membantu untuk menentukan bagian dari perilaku termal zat ketika bersentuhan dengan benda atau media yang berada pada suhu yang berbeda.

Dari sudut pandang tertentu kita dapat mengatakan bahwa kalor jenis sesuai dengan versi intensif dari kapasitas kalor (C), mendefinisikannya sebagai jumlah kalor yang harus disuplai ke suatu sistem untuk menaikkan suhunya sebesar satu unit. Ini juga dapat dipahami sebagai konstanta proporsionalitas antara kapasitas panas suatu sistem (benda, zat, dll.) Dan massanya.

Nilai panas spesifik suatu zat tergantung pada apakah pemanasan (atau pendinginan) dilakukan pada tekanan konstan atau pada volume konstan. Ini menimbulkan dua panas spesifik untuk setiap zat, yaitu panas spesifik pada tekanan konstan (C _P ) dan panas spesifik pada volume konstan (C _V ). Namun, perbedaannya hanya dapat dilihat pada gas, jadi untuk cairan dan padatan biasanya kita hanya membicarakan kalor jenis kering.

rumus panas spesifik

Kita tahu dari pengalaman bahwa kapasitas panas suatu benda sebanding dengan massanya, yaitu

Seperti yang telah kami sebutkan pada bagian sebelumnya, kalor jenis mewakili konstanta pembanding antara kedua variabel tersebut, sehingga hubungan pembanding di atas dapat dituliskan dalam bentuk persamaan berikut:

Kita dapat menyelesaikan persamaan ini untuk mendapatkan ekspresi panas spesifik:

Sebaliknya, kita mengetahui bahwa kapasitas kalor adalah konstanta proporsionalitas antara kalor (q) yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu sistem sebesar ΔT dan kenaikan suhu tersebut. Dengan kata lain, kita tahu bahwa q = C * ΔT. Menggabungkan persamaan ini dengan persamaan kapasitas panas yang ditunjukkan di atas, kita mendapatkan:

Memecahkan persamaan ini untuk menemukan panas spesifik, kami memperoleh persamaan kedua untuk itu:

Satuan Panas Spesifik

Persamaan terakhir yang diperoleh untuk kalor jenis menunjukkan bahwa satuan dari variabel ini adalah [q][m] ^-1 [ΔT] ^-1 , yaitu satuan kalor per satuan massa dan satuan suhu. Bergantung pada sistem unit tempat Anda bekerja, unit-unit ini dapat berupa:

CATATAN: Saat menggunakan satuan ini, penting untuk membedakan antara kal dan Kal. Yang pertama adalah kalori normal (terkadang disebut kalori kecil atau gram-kalori), sesuai dengan jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 g air, sedangkan Kal (dengan huruf kapital) adalah satuan yang setara dengan 1.000 kal, atau sama dengan 1 kkal. Satuan panas terakhir ini digunakan sehari-hari dalam ilmu kesehatan, khususnya di bidang gizi. Dalam konteks ini, itu adalah unit par excellence yang digunakan untuk mewakili jumlah energi yang ada dalam makanan (ketika kita berbicara tentang kalori dalam konteks makanan, kita hampir selalu berarti Kal dan bukan jeruk nipis).

Contoh Masalah Perhitungan Kalor Spesifik

Di bawah ini adalah dua soal yang diselesaikan yang menunjukkan proses penghitungan kalor jenis untuk zat murni dan untuk campuran zat murni yang kita ketahui kalor jenisnya.

Soal 1: Perhitungan kalor jenis zat murni

Pernyataan: Anda ingin menentukan komposisi sampel logam perak yang tidak diketahui. Diduga itu mungkin perak, aluminium atau platinum. Untuk menentukannya, diukur jumlah kalor yang diperlukan untuk memanaskan 10,0 g sampel logam dari suhu 25,0°C ke titik didih normal air, yaitu 100,0°C. 41,92 kal. Diketahui kalor jenis perak, aluminium dan platina masing-masing adalah 0,234 kJ.kg ^-1 .K ^-1 , 0,897 kJ.kg ^-1 .K ^-1 dan 0,129 kJ.kg ^-1 .K ^-1 , Tentukan logam apa sampel terbuat dari.

Larutan

Masalah yang ditanyakan adalah mengidentifikasi bahan dari mana benda itu dibuat. Karena panas spesifik adalah sifat intensif, itu adalah karakteristik dari setiap bahan, jadi untuk mengidentifikasinya, cukup menentukan panas spesifiknya dan kemudian membandingkannya dengan nilai yang diketahui dari logam yang dicurigai.

Penentuan panas spesifik dalam hal ini dilakukan melalui tiga langkah sederhana:

Langkah #1: Ekstrak semua data dari pernyataan dan lakukan transformasi unit yang relevan

Seperti dalam masalah apa pun, hal pertama yang kita perlukan adalah mengatur data agar tersedia saat dibutuhkan. Selain itu, melakukan transformasi satuan dari awal akan mencegah kita melupakannya nanti dan juga akan mempermudah perhitungan pada langkah-langkah selanjutnya.

Dalam hal ini, pernyataan memberikan massa sampel, suhu awal dan akhir setelah proses pemanasan, dan jumlah panas yang dibutuhkan untuk memanaskan sampel. Ini juga memberikan panas spesifik dari tiga kandidat logam. Dalam satuan, kita dapat mencatat bahwa kalor jenis dalam kJ.kg ^-1 .K ^.1 , tetapi massa, temperatur, dan kalor masing-masing dalam g, °C, dan kal. Kita kemudian harus mengubah unit sehingga semuanya berada dalam sistem yang sama. Lebih mudah mengubah massa, suhu, dan panas secara terpisah daripada mengubah satuan senyawa dari panas spesifik tiga kali, sehingga jalan yang akan kita ikuti adalah:

Langkah #2: Gunakan persamaan untuk menghitung kalor jenis

Sekarang setelah kita memiliki semua data yang kita butuhkan, yang perlu kita lakukan adalah menggunakan persamaan yang sesuai untuk menghitung kalor jenis. Mengingat data yang kami miliki, kami akan menggunakan persamaan kedua untuk Ce yang disajikan di atas.

Langkah #3: Bandingkan kalor jenis sampel dengan kalor jenis yang diketahui untuk mengidentifikasi bahan

Saat membandingkan panas spesifik yang diperoleh untuk sampel kami dengan tiga kandidat logam, kami mengamati bahwa yang paling mirip adalah perak. Untuk alasan ini, jika satu-satunya kandidat adalah logam perak, aluminium, dan platina, kami menyimpulkan bahwa sampel terdiri dari perak.

Soal 2: Perhitungan kalor jenis campuran zat murni

Pernyataan: Berapa panas spesifik rata-rata dari paduan yang mengandung 85% tembaga, 5% seng, 5% timah, dan 5% timbal? Kalor jenis masing-masing logam adalah, C _{e, Cu} = 385 J.kg ^-1 .K ^-1 ; C _{e, Zn} =381 J.kg ^-1 .K ^-1 ; C _{e, Sn} = 230 J.kg ^-1 .K ^-1 ; C _{e, Pb} = 130 J.kg ^-1 .K ^-1 .

Larutan

Ini adalah masalah yang sedikit berbeda yang membutuhkan lebih banyak kreativitas. Ketika kita memiliki campuran dari bahan yang berbeda, sifat termal dan sifat lainnya akan bergantung pada komposisi tertentu dan, secara umum, akan berbeda dari sifat komponen murninya.

Karena panas spesifik adalah sifat intensif, itu bukan kuantitas aditif, yang berarti kita tidak dapat menambahkan panas spesifik untuk mendapatkan panas spesifik total untuk suatu campuran. Namun, yang ditambahkan adalah kapasitas panas total, karena ini adalah sifat ekstensif.

Untuk alasan ini kita dapat mengatakan bahwa, dalam kasus paduan yang disajikan, kapasitas panas total paduan akan menjadi jumlah dari kapasitas panas bagian tembaga, seng, timah dan timah, yaitu:

Namun, dalam setiap kasus kapasitas panas sesuai dengan produk antara massa dan panas spesifik, sehingga persamaan ini dapat ditulis ulang menjadi:

Di mana C _{e al} mewakili panas spesifik rata-rata dari paduan (perhatikan bahwa tidak benar untuk mengatakan panas spesifik total), yaitu yang tidak diketahui yang ingin kita temukan. Karena sifat ini intensif, perhitungannya tidak akan bergantung pada jumlah sampel yang kita miliki. Mengingat hal ini, kita dapat mengasumsikan bahwa kita memiliki 100 g paduan, dalam hal ini massa masing-masing komponen akan sama dengan persentasenya masing-masing. Dengan asumsi ini, kami mendapatkan semua data yang diperlukan untuk perhitungan panas spesifik rata-rata.

Sekarang kami mengganti nilai yang diketahui dan melakukan perhitungan. Untuk kesederhanaan, unit akan diabaikan saat mengganti nilai. Kita hanya dapat melakukan ini karena semua kalor jenis berada dalam sistem satuan yang sama, seperti semua massa. Tidak perlu mengubah massa menjadi kilogram, karena gram pada pembilangnya pada akhirnya akan sama dengan yang ada pada penyebutnya.

Referensi

Broncesval SL. (2019, 20 Desember). B5 | Perunggu Paduan Tembaga Seng Timah . bronzeval. https://www.broncesval.com/bronce/b5-bronce-aleacion-de-cobre-estanio-zinc/

Chang, R. (2002). Fisikokimia ( ^edisi pertama ). PENDIDIKAN BUKIT MCGRAW.

Chang, R. (2021). Kimia ( ^edisi ke-11 ). PENDIDIKAN BUKIT MCGRAW.

Franco G., A. (2011). Penentuan ³ n dari kalor jenis benda padat ³ . Fisika dengan komputer. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/calorimetro/calorimetro.htm

Panas spesifik logam . (2020, 29 Oktober). sciencealpha. https://sciencealpha.com/es/specific-heat-of-metals/