Kapasitas kalor atau
Kapasitas panas (biasanya dilambangkan dengan kapital C, sering dengan subskripsi) adalah besaran terukur yang menggambarkan banyaknya
kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat (benda) sebesar jumlah tertentu (misalnya 10C).
Kapasitas panas yang ada pada sebagian besar sistem tidaklah konstan, namun bergantung pada variasi kondisi dari sistem termodinamika.
Kapasitas panas bergantung pada temperatur itu sendiri, dan juga tekanan dan volume dari sistem.
Berbagai cara untuk mengukur
Kapasitas panas dapat dilakukan, yang secara umum dilakukan pada kondisi tekanan konstan atau volume konstan. Sehingga simbol
Kapasitas jenisnya disesuaikan, menjadi Cp untuk
Kapasitas jenis pada tekanan konstan, dan CV untuk
Kapasitas jenis pada volume konstan. Gas dan cairan umumnya diukur pada volume konstan. Pengukuran pada tekanan konstan akan menghasilkan nilai yang lebih besar karena nilai tekanan konstan juga mencakup energi panas yang digunakan untuk melakukan kerja untuk mengembangkan volume zat ketika temperatur ditingkatkan.
Panas jenis spesifik dari suatu zat merupakan molekul yang tidak pada kondisi konstan melainkan bergantung pada temperaturnya. Temperatur pada lingkungan pengukuran yang dibuat biasanya juga ditentukan. Conth dua cara untuk menuliskan panas jenis dari suatu zat yaitu:
Air (cair): cp = 4.1855 [J/(g·K)] (15 °C, 101.325 kPa) atau 1 kalori/gram °C
Air (cair): CvH = 74.539 J/(mol·K) (25 °C)
Untuk cairan dan gas, penting untuk mengetahui tekanan yang digunakan dalam menuliskan nilai
Kapasitas panas. Kebanyakan data yang dipublikasikan dituliskan pada kondisi tekanan standar.
= Hubungan termodinamika
=
Energi internal dari sebuah sistem tertutup akan berubah dengan menambahkan panas ke sistem atau ketika sistem melakukan kerja.
d
U
=
δ
Q
+
δ
W
.
{\displaystyle {\ \mathrm {d} U=\delta Q+\delta W}.}
Untuk kerja sebagai hasil dari perubahan volume sistem:
d
U
=
δ
Q
−
P
d
V
.
{\displaystyle {\ \mathrm {d} U=\delta Q-P\mathrm {d} V}.}
Jika panas ditambahan pada volume konstan:
(
∂
U
∂
T
)
V
=
(
∂
Q
∂
T
)
V
=
C
V
.
{\displaystyle \left({\frac {\partial U}{\partial T}}\right)_{V}=\left({\frac {\partial Q}{\partial T}}\right)_{V}=C_{V}.}
Jadilah
Kapasitas panas pada volume konstan, CV.
Untuk
Kapasitas panas pada tekanan konstan, CP, yang diturunkan dari persamaan perubahan entalpi:
H
=
U
+
P
V
.
{\displaystyle {\ H=U+PV}.}
Perubahan pada entalpi dapat dirumuskan dengan:
d
H
=
δ
Q
+
V
d
P
,
{\displaystyle {\ \mathrm {d} H=\delta Q+V\mathrm {d} P},}
Sehingga pada tekanan konstan, didapatkan:
(
∂
H
∂
T
)
P
=
(
∂
Q
∂
T
)
P
=
C
P
.
{\displaystyle \left({\frac {\partial H}{\partial T}}\right)_{P}=\left({\frac {\partial Q}{\partial T}}\right)_{P}=C_{P}.}
= Hubungan antara Kapasitas panas
=
Pengukuran
Kapasitas panas pada volume konstan sering kali sulit dilakukan pada benda berwujud padat dan cair, karena perubahan temperatur dapat membuat volume zat mengalami pemuaian sehingga membutuhkan penampung yang memiliki kekuatan yang sangat tinggi. Lebih mudah menghitung secara tekanan konstan dan lalu menurunkannya menggunakan persamaan termodinamika dasar.
C
p
−
C
V
=
T
(
∂
p
∂
T
)
V
,
N
(
∂
V
∂
T
)
p
,
N
{\displaystyle C_{p}-C_{V}=T\left({\frac {\partial p}{\partial T}}\right)_{V,N}\left({\frac {\partial V}{\partial T}}\right)_{p,N}}
Bisa juga dituliskan dengan:
C
p
−
C
V
=
V
T
α
2
β
T
{\displaystyle C_{p}-C_{V}=VT{\frac {\alpha ^{2}}{\beta _{T}}}\,}
di mana
α
{\displaystyle \alpha }
adalah koefisien pemuaian
β
T
{\displaystyle \beta _{T}}
adalah kompresibilitas isotermal
Rasio
Kapasitas panas atau indeks adiabatik adalah rasio dari
Kapasitas panas pada tekanan konstan terhadap
Kapasitas panas pada volume konstan, yang dapat disebut juga sebagai faktor ekspansi isentropik.
Gas ideal
Untuk gas ideal, mengevaluasi persamaan turunan parsial di atas berdasarkan persamaan keadaan di mana R adalah konstanta gas ideal
p
V
=
R
T
{\displaystyle pV=RT\;}
C
p
−
C
V
=
T
(
∂
p
∂
T
)
V
(
∂
V
∂
T
)
p
{\displaystyle C_{p}-C_{V}=T\left({\frac {\partial p}{\partial T}}\right)_{V}\left({\frac {\partial V}{\partial T}}\right)_{p}}
C
p
−
C
V
=
−
T
(
∂
p
∂
V
)
T
(
∂
V
∂
T
)
p
2
{\displaystyle C_{p}-C_{V}=-T\left({\frac {\partial p}{\partial V}}\right)_{T}\left({\frac {\partial V}{\partial T}}\right)_{p}^{2}}
p
=
R
T
V
{\displaystyle p={\frac {RT}{V}}}
→
(
∂
p
∂
V
)
T
=
−
R
T
V
2
{\displaystyle \left({\frac {\partial p}{\partial V}}\right)_{T}={\frac {-RT}{V^{2}}}}
=
−
p
V
{\displaystyle {\frac {-p}{V}}}
V
=
R
T
p
{\displaystyle V={\frac {RT}{p}}}
→
(
∂
V
∂
T
)
p
2
=
R
2
p
2
{\displaystyle \left({\frac {\partial V}{\partial T}}\right)_{p}^{2}={\frac {R^{2}}{p^{2}}}}
Substitusikan
−
T
(
∂
p
∂
V
)
T
(
∂
V
∂
T
)
p
2
{\displaystyle -T\left({\frac {\partial p}{\partial V}}\right)_{T}\left({\frac {\partial V}{\partial T}}\right)_{p}^{2}}
=
−
T
(
−
p
V
)
(
R
2
p
2
)
=
R
{\displaystyle -T\left({\frac {-p}{V}}\right)\left({\frac {R^{2}}{p^{2}}}\right)=R}
Sehingga akan didapatkan persamaan Mayer jika direduksi
C
p
−
C
V
=
R
{\displaystyle C_{p}-C_{V}=R}
= Kapasitas panas spesifik (panas jenis)
=
Kapasitas panas spesifik (atau panas jenis) adalah
Kapasitas panas per basis massa
c
=
∂
C
∂
m
,
{\displaystyle c={\partial C \over \partial m},}
di mana pada ketiadaan transisi fase zat akan didapatkan panas jenis:
c
=
E
m
=
C
m
=
C
ρ
V
,
{\displaystyle c=E_{m}={C \over m}={C \over {\rho V}},}
di mana
C
{\displaystyle C}
adalah
Kapasitas panas
m
{\displaystyle m}
adalah massa zat
V
{\displaystyle V}
volume zat
ρ
=
m
V
{\displaystyle \rho ={\frac {m}{V}}}
massa jenis zat
Untuk gas dan bahan lainnya yang berada pada tekanan tinggi, terdapat perbedaan nilai panas jenis pada kondisi yang berbeda.
Kapasitas panas dapati didefinisikan dengan measukkan kondisi proses isobarik (tekanan konstan,
d
p
=
0
{\displaystyle dp=0}
) dan proses isokhorik (volume konstan,
d
V
=
0
{\displaystyle dV=0}
). Hubungan panas jenisnya dapat dirumuskan dengan:
c
p
=
(
∂
C
∂
m
)
p
,
{\displaystyle c_{p}=\left({\frac {\partial C}{\partial m}}\right)_{p},}
c
V
=
(
∂
C
∂
m
)
V
.
{\displaystyle c_{V}=\left({\frac {\partial C}{\partial m}}\right)_{V}.}
Sesuai dengan persamaan sebelumnya:
c
p
−
c
V
=
α
2
T
ρ
β
T
.
{\displaystyle c_{p}-c_{V}={\frac {\alpha ^{2}T}{\rho \beta _{T}}}.}
Lihat pula
Mekanika statistik kuantum
Rasio
Kapasitas panas
Mekanika statistik
Persamaan termodinamika
Persamaan panas
Koefisien transfer panas
Panas laten
Metode Joback
Kapasitas panas volumetrik
Massa panas
Nilai-R (insulasi)
Catatan kaki
Referensi
Pranala luar
Air Specific Heat Capacity Calculator Diarsipkan 2012-04-26 di Wayback Machine.
