PANAS YANG DISERAP: RUMUS, CARA MENGHITUNGNYA, DAN LATIHAN YANG DISELESAIKAN - FISIK - 2025

The panas yang diserap didefinisikan sebagai transfer energi antara dua badan pada temperatur yang berbeda. Yang bersuhu lebih rendah menyerap panas yang bersuhu lebih tinggi. Ketika ini terjadi, energi termal zat yang menyerap panas meningkat, dan partikel penyusunnya bergetar lebih cepat, meningkatkan energi kinetiknya.

Hal ini dapat menyebabkan peningkatan suhu atau perubahan keadaan. Misalnya, beralih dari padat menjadi cair, seperti es saat meleleh jika terkena air atau soda pada suhu kamar.

Sendok logam menyerap panas dari kopi panas. Sumber: Pixabay.

Berkat panas, benda juga memungkinkan untuk mengubah dimensinya. Ekspansi termal adalah contoh bagus dari fenomena ini. Saat sebagian besar zat dipanaskan, ukurannya cenderung membesar.

Pengecualian untuk ini adalah air. Jumlah air cair yang sama meningkatkan volumenya saat mendingin di bawah 4ºC. Selain itu, perubahan suhu juga dapat mengalami perubahan kepadatannya, sesuatu yang juga sangat terlihat dalam kasus air.

Terdiri dari apa dan rumus

Dalam kasus energi transit, satuan panas yang diserap adalah Joule. Namun, untuk waktu yang lama panas memiliki satuannya sendiri: kalori.

Bahkan saat ini satuan ini digunakan untuk mengukur kandungan energi makanan, meskipun pada kenyataannya satu kalori makanan sama dengan satu kilokalori panas.

Kalori

Kalori, disingkat kapur, adalah jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram air sebesar 1ºC.

Pada abad ke-19, Sir James Prescott Joule (1818 - 1889) melakukan eksperimen terkenal di mana ia berhasil mengubah pekerjaan mekanik menjadi panas, memperoleh persamaan berikut:

Dalam satuan Inggris, satuan kalor disebut Btu (British thermal unit), yang didefinisikan sebagai jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu satu pon air sebesar 1ºF.

Persamaan antar unit adalah sebagai berikut:

Masalah dengan unit yang lebih tua ini adalah jumlah panas tergantung pada suhu. Artinya, yang diperlukan untuk beralih dari 70ºC ke 75ºC tidak sama dengan yang diperlukan untuk memanaskan air dari 9ºC ke 10ºC, misalnya.

Itulah sebabnya definisi ini mempertimbangkan rentang yang terdefinisi dengan baik: dari 14,5 hingga 15,5 ° C dan 63 hingga 64 ° F untuk kalori dan Btu masing-masing.

Berapa jumlah panas yang diserap bergantung?

Jumlah panas yang diserap yang diambil material bergantung pada beberapa faktor:

- Mass. Semakin besar massanya, semakin banyak panas yang mampu diserapnya.

- Karakteristik zat. Ada zat yang, tergantung pada struktur molekul atau atomnya, mampu menyerap lebih banyak panas daripada yang lain.

- Temperatur. Menambahkan lebih banyak panas diperlukan untuk mendapatkan suhu yang lebih tinggi.

Jumlah panas, dilambangkan Q, sebanding dengan faktor yang dijelaskan. Oleh karena itu, dapat ditulis sebagai:

Di mana m adalah massa benda, c adalah konstanta yang disebut panas jenis, sifat intrinsik zat, dan Δ T adalah variasi suhu yang dicapai dengan menyerap panas.

Perbedaan ini bertanda positif, karena pada saat menyerap panas diharapkan T _f > T _o. Ini terjadi kecuali zat mengalami perubahan fasa, seperti air berubah dari cair menjadi uap. Saat air mendidih, suhunya tetap konstan sekitar 100ºC, tidak peduli seberapa cepat air mendidih.

Bagaimana cara menghitungnya?

Dengan menempatkan dua benda pada suhu berbeda dalam kontak, setelah beberapa saat keduanya mencapai kesetimbangan termal. Suhu kemudian menyamakan dan perpindahan panas berhenti. Hal yang sama terjadi jika lebih dari dua benda bersentuhan. Setelah waktu tertentu, semuanya akan berada pada suhu yang sama.

Dengan asumsi benda-benda yang bersentuhan membentuk sistem tertutup yang darinya panas tidak dapat lepas maka berlaku prinsip kekekalan energi, sehingga dapat dinyatakan bahwa:

Q _diserap = - Q _dihasilkan

Ini mewakili keseimbangan energi, mirip dengan pendapatan dan pengeluaran seseorang. Untuk alasan ini, panas yang ditransfer bertanda negatif, karena untuk benda yang menghasilkan, suhu akhir lebih rendah dari suhu awal. Jadi:

Persamaan Q _absorbsi = - Q _dihasilkan digunakan setiap kali dua benda bersentuhan.

Keseimbangan energi

Untuk melakukan keseimbangan energi perlu dibedakan benda-benda yang menyerap panas dari yang menghasilkan, maka:

Σ Q _k = 0

Artinya, jumlah keuntungan dan kerugian energi dalam sistem tertutup harus sama dengan 0.

Panas jenis suatu zat

Untuk menghitung besarnya kalor yang diserap perlu diketahui kalor jenis masing-masing zat yang berpartisipasi. Ini adalah jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 g material sebesar 1ºC. Satuannya dalam Sistem Internasional adalah: Joule / kg. K.

Ada tabel dengan kalor jenis banyak zat, umumnya dihitung menggunakan kalorimeter atau alat serupa.

Contoh cara menghitung kalor jenis suatu bahan

250 kalori dibutuhkan untuk menaikkan suhu cincin logam dari 20 menjadi 30 ºC. Jika cincin tersebut memiliki massa 90 g. Berapa kalor jenis logam dalam satuan SI?

Larutan

Unit dikonversi terlebih dahulu:

Q = 250 kalori = 1046,5 J

m = 90 g = 90 x 10 ^-3 kg

Latihan diselesaikan

Cangkir aluminium berisi 225 g air dan 40 g pengaduk tembaga, semuanya pada suhu 27 ° C. Sampel perak 400 g pada suhu awal 87 ° C ditempatkan di dalam air.

Pengaduk digunakan untuk mengaduk campuran hingga mencapai suhu kesetimbangan akhir 32 ° C. Hitung massa cawan aluminium, mengingat tidak ada panas yang hilang ke lingkungan.

Skema kalorimeter. Sumber: Solidswiki.

Pendekatan

Seperti yang disebutkan di atas, penting untuk membedakan antara benda yang melepaskan panas dari yang menyerap:

- Cangkir aluminium, pengaduk tembaga, dan air menyerap panas.

- Sampel perak menghasilkan panas.

Data

Kalor spesifik dari setiap zat disediakan:

Panas yang diserap atau ditransfer oleh setiap zat dihitung menggunakan persamaan:

Larutan

Perak

Q _menghasilkan = 400 x 10 ^-3 . 234 x (32-87) J = -5148 J

Pengaduk tembaga

Q _diserap = 40 x 10 ^-3 . 387 x (32 - 27) J = 77,4 J

air

Q _diserap = 225 x 10 ^-3 . 4186 x (32 - 27) J = 4709,25 J

Mug aluminium

Q _terserap = m _aluminium . 900 x (32 - 27) J = 4500 .m _aluminium

Melakukan penggunaan:

Σ Q _k = 0

77,4 + 4709,25 + 4500 .m _aluminium = - (-5148)

Akhirnya massa aluminium dibersihkan:

m _aluminium = 0,0803 kg = 80,3 g

Referensi

1. Giancoli, D. 2006. Fisika: Prinsip dengan Aplikasi. 6 ^th . Ed. Prentice Hall. 400 - 410.
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fisika: Pandangan di Dunia. 6 ^ta Editing disingkat. Pembelajaran Cengage. 156-164.
3. Rex, A. 2011. Dasar-dasar Fisika. Pearson. 309-332.
4. Sears, Zemansky. 2016. Fisika Universitas dengan Fisika Modern. 14 ^th . Volume1. 556-553.
5. Serway, R., Vulle, C. 2011. Dasar-dasar Fisika. 9 ^na Pembelajaran Cengage. 362 - 374