PANAS SENSITIF: KONSEP, RUMUS, DAN LATIHAN YANG DISELESAIKAN - FISIK - 2025

The panas yang masuk akal adalah energi panas dipasok ke objek dengan suhu terhadap kenaikan. Ini adalah kebalikan dari panas laten, di mana energi panas tidak meningkatkan suhu tetapi mendorong perubahan fasa, misalnya dari padat menjadi cair.

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

Panas yang menghangatkan tangan adalah panas yang masuk akal. Sumber: Pixabay

Begitu air mencapai titik didih, panas yang disuplai oleh burner tidak lagi menaikkan suhu air, yang tetap berada pada 100 ° C. Dalam hal ini energi panas yang disuplai diinvestasikan untuk menguapkan air. Panas yang disuplai bersifat laten karena tidak menaikkan suhu, melainkan menyebabkan perubahan dari fasa cair ke fasa 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, panas sensibel juga bergantung pada material. Oleh karena itu, konstanta proporsionalitas antara kalor sensibel dan hasil kali massa dan perbedaan suhu disebut kalor jenis.

Jumlah panas sensibel yang disuplai juga bergantung pada bagaimana proses tersebut dilakukan. Misalnya, berbeda jika proses dilakukan pada volume konstan daripada tekanan konstan.

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

Q = cp. m (T f - T i)

Dalam persamaan di atas Q adalah panas sensibel yang disuplai ke benda bermassa m, yang telah menaikkan suhu awalnya T _i ke nilai akhir Tf. Pada persamaan sebelumnya juga muncul cp, yaitu kalor jenis material pada tekanan konstan karena prosesnya telah dilakukan dengan cara tersebut.

Perhatikan juga bahwa panas sensibel menjadi positif jika diserap oleh benda dan menyebabkan kenaikan suhu.

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

Q = c v. m. (T f - T i)

Koefisien adiabatik γ

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

Koefisien adiabatik lebih besar dari satu. Panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu benda seberat satu gram satu derajat lebih besar dalam proses isobarik daripada dalam proses isokorik.

Ini karena pada kasus pertama bagian panas digunakan untuk melakukan pekerjaan mekanis.

Selain kalor jenis, kapasitas kalor suatu benda juga biasanya ditentukan. Ini adalah jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu tubuh itu satu derajat celcius.

Kapasitas panas C.

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

C = c⋅ m

Dimana m adalah massa benda.

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

Panas spesifik dalam padatan, cairan dan gas

Kalor jenis molar sebagian besar zat padat memiliki nilai mendekati 3 kali R, dengan 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 kebanyakan gas, kalor jenis molar mendekati n (R / 2), di mana n adalah bilangan bulat dan R adalah konstanta gas universal. Bilangan bulat n berhubungan dengan derajat kebebasan molekul penyusun gas.

Misalnya, dalam gas ideal monatomik, 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).

Dalam gas ideal, hubungan antara panas jenis molar pada tekanan konstan dan volume konstan berlaku sebagai berikut: cp = cv + R.

Airnya layak mendapat perhatian khusus. Dalam keadaan cair pada suhu 25 ℃, air memiliki cp = 4,1813 J / (g ℃), uap air pada suhu 100 derajat Celcius memiliki cp = 2,080 J / (g ℃), dan air es pada suhu nol derajat Celcius memiliki cp = 2.050 J / (g *).

Beda dengan panas laten

Materi bisa dalam tiga keadaan: padat, cair, dan gas. Energi diperlukan untuk mengubah keadaan, tetapi setiap zat meresponsnya dengan cara yang berbeda sesuai dengan karakteristik molekul dan atomnya.

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

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

Panas yang disuplai ke material menyebabkan partikelnya bergetar lebih cepat dan meningkatkan energi kinetiknya. Ini berarti peningkatan suhu.

Mungkin saja energi yang mereka peroleh begitu besar sehingga mereka tidak lagi kembali ke posisi kesetimbangannya dan jarak di antara keduanya meningkat. Ketika ini terjadi suhu tidak meningkat, tetapi zat berubah dari padat menjadi cair atau dari cair menjadi gas.

Panas yang dibutuhkan agar hal ini terjadi dikenal sebagai panas laten. Oleh karena itu, panas laten adalah panas dimana suatu zat dapat mengubah fase.

Inilah perbedaannya dengan panas sensibel. Zat yang menyerap panas sensibel meningkatkan suhunya dan tetap dalam keadaan yang sama.

Bagaimana cara menghitung panas laten?

Kalor laten dihitung dengan persamaan:

Dimana L bisa menjadi kalor jenis penguapan atau kalor fusi. Satuan L adalah energi / massa.

Ilmuwan telah memberikan banyak nama pada panas, tergantung pada jenis reaksi yang diikutinya. Misalnya panas reaksi, panas pembakaran, panas solidifikasi, panas larutan, panas sublimasi, dan lain-lain.

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

Latihan terselesaikan

Contoh 1

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

Larutan

Pertama kita perlu mengetahui kalor jenis aluminium

cp = 0,897 J / (g ° C)

Maka jumlah panas yang dibutuhkan untuk memanaskan potongan aluminium akan menjadi

Q = cpm (Tf - Ti) = 0.897 * 3000 * (100 - 20) J

Q = 215.280 J

Contoh 2

Hitung jumlah panas yang dibutuhkan untuk memanaskan 1 liter air dari 25 ° C hingga 100 ° C di permukaan laut. Ekspresikan hasilnya juga dalam kilokalori.

Larutan

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

Q = cpm (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 material seberat 360,16 gram dipanaskan dari 37 ℃ hingga 140 ℃. Energi panas yang disuplai adalah 1.150 kalori.

Memanaskan sampel. Sumber: buatan sendiri.

Temukan kalor jenis material.

Larutan

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

cp = Q / (m ΔT)

Mengganti data yang kami 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 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. Tippens, P. 2011. Fisika: Konsep dan Aplikasi. 7. Edisi revisi. McGraw Hill. 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 Pembelajaran Cengage. 362-374.