Kapasitas Kalor Gas: Rumus dan Contoh Soal – Materi Fisika Kelas 11

Buat elo yang tinggal di daerah pinggiran pantai, pasti senang banget liburan di daerah dataran tinggi yang sejuk. Padahal, suhu antara rumah elo yang ada di pinggiran pantai dengan tempat liburan elo di dataran tinggi sama saja. Tapi tempat liburan elo terasa lebih dingin. Kenapa, ya?

Fenomena ini sebenarnya bisa dijelaskan secara fisika melalui kapasitas kalor gas.

Nah lho, apa tuh kapasitas kalor gas? Cari tahu bareng-bareng, yuk!

Apa Itu Kapasitas Kalor Gas?

Untuk memahami apa itu kapasitas kalor gas, elo harus paham dulu apa itu kalor dan kapasitas kalor. 

Kalor adalah energi yang dinyatakan dalam satuan Joule. Secara matematika, kalor ini dinyatakan sebagai Q.

Sementara, kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan sebuah zat untuk menaikkan suhu zat tersebut sebesar 1 Kelvin. Kapasitas kalor ini dinyatakan sebagai C. Penjelasan lengkap mengenai kalor dan kapasitas kalor dapat elo pahami melalui video ini.

Besaran kapasitas kalor dapat diketahui melalui rumus berikut:

Contohnya, elo mau menaikkan suhu kalor sebanyak 25 Joule sebesar 5 derajat Kelvin. Maka, kapasitas kalor yang dibutuhkan adalah:

Jadi, kapasitas kalor gas merupakan jumlah kalor yang diberikan kepada gas untuk menaikkan suhunya.

Kenaikan suhu ini dapat dilakukan pada tekanan tetap (isobarik) atau volume tetap (isokhorik).

Baca Juga: Rumus Kalor dan 3 Contoh Cara Menghitungnya

1. Kapasitas Kalor Gas pada Volume Tetap (Cv)

Kapasitas kalor gas pada tekanan tetap merupakan jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu gas dengan volume tetap sebanyak satu Kelvin.

Bayangkan nih, ada sebuah gas yang pengen elo ubah suhunya. Ada dua cara nih, untuk mengubah suhunya. Pertama, dengan memberikan kalor (Q), dan yang kedua dengan mengubah volumenya (ΔV).

Ketika terjadi perubahan volume, ada usaha yang muncul. Secara hukum termodinamika pertama, perubahan energi dalam sama dengan kalor yang masuk dikurangi usaha. Rumusnya begini:

Jadi, kalor sama dengan perubahan energi dalam yang ditambah dengan usaha.

Di mana ΔU=3/2n R T

Sehingga, jumlah kalor yang dibutuhkan untuk meningkatkan suhu gas adalah:

Jika gas yang akan ditingkatkan suhunya punya volume yang konstan, maka tidak ada usaha yang diperlukan (w=0). Jadi, rumus kapasitas kalor gas pada volume tetap adalah:

Apa elo kebingungan? Coba pahami soal dan pembahasan berikut.

Gas Helium sebanyak 1 mol pada suhu 27 derajat Celcius tercampur dengan 1 mol Nitrogen pada suhu 127 derajat Celcius dalam ruang isolasi yang volumenya tetap. Kalau satu-satunya pertukaran energi pada peristiwa tersebut pada pencampuran itu hanyalah perpindahan kalor antara kedua gas tersebut, berapa nilai suhu akhir dari campuran tersebut?

Untuk menjawabnya, pertama-tama elo harus mengubah nilai suhu dari Celcius menjadi Kelvin. Kemudian, berdasarkan hukum kekekalan energi, elo tahu kalau kalor yang dilepas harus seimbang dengan kalor yang diterima. Selanjutnya, tinggal menggunakan rumus yang telah dijelaskan tadi seperti ilustrasi di bawah ini.

Baca Juga: Konsep Dasar Hukum Termodinamika – Materi Fisika Kelas 11

2. Kapasitas Kalor Gas pada Tekanan Tetap (Cp)

Kapasitas kalor gas pada tekanan tetap merupakan jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu gas bertekanan tetap sebanyak satu Kelvin.Berhubung tekanannya tetap, ketika gas dipanaskan terjadi perubahan volumenya. Akibatnya, usaha yang dibutuhkan tidak sama dengan nol. Usaha ini dapat dijelaskan secara rumus:

Sehingga, dapat dijelaskan secara rumus bahwa:

Jika yang dinaikkan suhunya adalah gas ideal, berlaku rumus P V=n R T. Berhubung tekanannya konstan, konstanta n dan R juga ikutan konstan, sehingga:

Sehingga, rumus kapasitas kalor pada tekanan tetap adalah:

Dari penjelasan ini, elo bisa mengambil kesimpulan kalau:

Bagaimana? Apa elo masih bingung sama rumusnya? Coba pahami contoh soal dan penjelasan berikut, yuk!

Sebuah tabung berisi 1 mol gas Helium dengan suhu -23 derajat Celcius bercampur dengan 1 mol gas Nitrogen bersuhu 127 derajat Celcius dalam ruangan bertekanan tetap. Berapa nilai suhu akhir dari campuran tersebut?

Lagi-lagi, elo harus mengubah nilai suhunya dari Celcius menjadi Kelvin. Selanjutnya, berdasarkan Asas Black, nilai kalor yang dilepas sama dengan nilai kalor yang diterima. Elo kemudian bisa menggunakan rumus di atas sesuai dengan ilustrasi ini.

Ada banyak rumus ya untuk mencari tahu kapasitas kalor gas? Supaya elo nggak pusing memahami rumus-rumusnya, ikuti tips dari video ini, yuk!

Bagaimana, apa sekarang elo sudah paham bagaimana cara menghitung kapasitas kalor gas? Coba bahas soal-soal di bawah ini, yuk!

Baca Juga: Gelombang Transversal dan Longitudinal – Materi Fisika Kelas 11

Contoh Soal

1. Kapasitas kalor Cv merupakan ….

a. Kapasitas kalor saat volume konstan

b. Kapasitas kalor saat tekanan konstan

c. Kapasitas kalor saat massa konstan

d. Kapasitas kalor saat temperatur konstan

e. Kapasitas kalor saat tidak ada kalor yang dapat keluar masuk sistem

Kapasitas kalor Cv merupakan kapasitas kalor saat volume konstan, jawabannya adalah a.

2. Berikut merupakan konsep yang benar tentang kapasitas kalor Cp adalah ….

a. Cp merupakan kapasitas kalor saat volume konstan

b. Cp merupakan kapasitas kalor saat tekanan konstan

c. Cp merupakan kapasitas kalor saat temperatur konstan

d. Cp merupakan kapasitas kalor saat volume dan tekanan konstan

e. Cp merupakan kapasitas kalor saat volume dan temperatur konstan

Cp merupakan kapasitas kalor saat tekanan konstan, jawabannya adalah b.

3. Nilai Cp lebih besar dari Cv karena ….

a. Kalor yang diberikan pada kondisi tekanan konstan akan digunakan untuk ekspansi volume sistem juga

b. Kalor yang diberikan pada kondisi tekanan konstan tidak akan digunakan untuk ekspansi volume

c. Kalor yang diberikan pada kondisi volume konstan akan menghasilkan nilai W (usaha)

d. Kalor yang diberikan pada kondisi volume konstan akan meningkatkan nilai energi dalam dan usaha (W)

e. Kalor yang diberikan pada kondisi tekanan konstan tidak menghasilkan perubahan temperatur

Nilai kapasitansi kalor Cp selalu lebih besar dari Cv karena kalor yang diberikan pada kondisi tekanan konstan (Cp) selain digunakan untuk meningkatkan energi dalam juga digunakan untuk melakukan ekspansi volume (ada usaha dari sistem). Jadi, jawabannya adalah a.

Sekarang, elo sudah paham bukan mengenai kapasitas kalor gas? Tapi kapasitas kalor nggak cuma dibutuhin oleh gas, lho. Zat padat dan zat cair juga membutuhkan kapasitas kalor untuk menaikkan suhu. Bagaimana caranya? Cari tahu selengkapnya dengan klik banner di bawah ini!