Misalkan Anda menuangkan sejumlah air ke dalam dua gelas yang berbeda. Satu gelas tinggi dan sempit, dan gelas lainnya tinggi dan lebar. Jika jumlah air yang dituangkan ke dalam setiap gelas sama, Anda akan mengharapkan ketinggian air lebih tinggi di gelas yang sempit.
Lebar ember ini analog dengan konsep kapasitas panas spesifik. Dalam analogi ini, air yang dituangkan ke dalam ember dapat dianggap sebagai energi panas yang ditambahkan ke dua bahan yang berbeda. Kenaikan level pada ember analog dengan kenaikan suhu yang dihasilkan.
Apa itu Kapasitas Panas Spesifik?
Kapasitas panas spesifik suatu bahan adalah jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan satu satuan massa bahan tersebut sebesar 1 Kelvin (atau derajat Celcius). Satuan SI untuk kapasitas panas spesifik adalah J/kgK (joule per kilogram × Kelvin).
Panas spesifik bervariasi tergantung pada sifat fisik suatu material. Dengan demikian, ini adalah nilai yang biasanya Anda cari di tabel. PanasnyaQditambahkan ke bahan bermassasayadengan kapasitas panas spesifikcmengakibatkan perubahan suhuTditentukan oleh hubungan berikut:
Q=mc\Delta T
Panas Spesifik Air
Kapasitas kalor jenis granit adalah 790 J/kgK, timbal 128 J/kgK, kaca 840 J/kgK, tembaga 386 J/kgK dan air 4.186 J/kgK. Perhatikan seberapa besar kapasitas panas spesifik air dibandingkan dengan zat lain dalam daftar. Ternyata air memiliki salah satu kapasitas panas spesifik tertinggi dari zat apa pun.
Zat dengan kapasitas panas spesifik yang lebih besar dapat memiliki suhu yang jauh lebih stabil. Artinya, suhu mereka tidak akan berfluktuasi sebanyak ketika Anda menambah atau menghilangkan energi panas. (Pikirkan kembali analogi gelas di awal artikel ini. Jika Anda menambahkan dan mengurangi jumlah cairan yang sama ke gelas lebar dan gelas sempit, levelnya jauh lebih sedikit berubah di gelas lebar.)
Karena itulah kota-kota pesisir memiliki iklim yang jauh lebih beriklim daripada kota-kota pedalaman. Berada dekat dengan badan air yang begitu besar menstabilkan suhu mereka.
Kapasitas panas spesifik air yang besar juga menjadi alasan, ketika Anda mengeluarkan pizza dari oven, sausnya akan tetap membakar Anda bahkan setelah keraknya mendingin. Saus yang mengandung air harus mengeluarkan lebih banyak energi panas sebelum suhunya bisa turun dibandingkan dengan keraknya.
Contoh Kapasitas Panas Spesifik
Misalkan 10.000 J energi panas ditambahkan ke 1 kg pasir (cs = 840 J/kgK) awalnya pada 20 derajat Celcius, sementara jumlah energi panas yang sama ditambahkan ke campuran 0,5 kg pasir dan 0,5 kg air, juga awalnya pada 20 C. Bagaimana suhu akhir pasir dibandingkan dengan suhu akhir campuran pasir/air?
Larutan:Pertama, selesaikan rumus kalor untukTuntuk memperoleh:
\Delta T=\frac{Q}{mc}
Untuk pasir, maka, Anda mendapatkan perubahan suhu berikut:
\Delta T=\frac{10,000}{1\times 840}=11,9 \text{ derajat}
Yang memberikan suhu akhir 31,9 C.
Untuk campuran pasir dan air, sedikit lebih rumit. Anda tidak bisa hanya membagi energi panas secara merata di antara air dan pasir. Mereka dicampur bersama, sehingga mereka harus mengalami perubahan suhu yang sama.
Meskipun Anda mengetahui total energi panas, Anda tidak tahu berapa banyak yang didapat masing-masing pada awalnya. MembiarkanQsmenjadi jumlah energi dari panas yang didapat pasir danQwmenjadi jumlah energi yang didapat air. Sekarang gunakan fakta bahwaQ = Qs + Qwuntuk mendapatkan berikut ini:
Q=Q_s+Q_w=m_sc_s\Delta T+m_wc_w\Delta T=(m_sc_s+m_wc_w)\Delta T
Sekarang mudah untuk dipecahkanT:
\Delta T = \frac{Q}{m_sc_s+m_wc_w}
Memasukkan angka kemudian memberikan:
\Delta T = \frac{10,000}{0,5\times 840+0,5\times 4,186} = 4 \text{ derajat}
Campuran hanya naik sebesar 4 C, untuk suhu akhir 24 C, jauh lebih rendah dari pasir murni!