Suhu dan Kalor

Category: Fisika X SMA Written by fisikastudycenter

Fisikastudycenter.com- Contoh Soal dan Pembahasan tentang Kalor dan Pemuaian, Materi Fisika SMA Kelas 10 (X) mencakup kalor jenis, kalor laten (kalor lebur, kalor uap), Asas Pertukaran kalor / Asas Black dan pemuaian panjang, volume suatu bahan.

Soal No. 1Panas sebesar 12 kj diberikan pada pada sepotong logam bermassa 2500 gram yang memiliki suhu 30o C. Jika kalor jenis logam adalah 0,2 kalori/gro C, tentukan suhu akhir logam!

Pembahasan

Data :Q = 12 kilojoule = 12000 joulem = 2500 gram = 2,5 kgT1 = 30o Cc = 0,2 kal/gro C = 0,2 x 4200 joule/kg o C = 840 joule/kg o C T2 =...?

Q = mcΔT12000 = (2,5)(840)ΔTΔT = 12000 /2100 = 5,71 o C

T2 = T1 + ΔT = 30 + 5,71 = 35,71 o C

Soal No. 2500 gram es bersuhu −12o C dipanaskan hingga suhu −2o C. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/go C, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan, nyatakan dalam satuan joule!

PembahasanData :m = 500 gram T1 = −12o CT2 = −2o CΔT = T2 − T1 = −2o − (−12 ) = 10o Cc = 0,5 kalori/gro C Q = ....?

Q = mcΔTQ = (500)(0,5)(10) = 2500 kalori

1 kalori = 4,2 joule

Q = 2500 x 4,2 = 10500 joule

Soal No. 3500 gram es bersuhu 0o C hendak dicairkan hingga keseluruhan es menjadi air yang bersuhu 0o C. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/go C, dan kalor lebur es adalah 80 kal/gr, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan, nyatakan dalam kilokalori!

PembahasanData yang diperlukan:m = 500 gram L = 80 kalori/gr Q = ....?

Q = mLQ = (500)(80) = 40000 kalori = 40 kkal

Soal No. 4500 gram es bersuhu 0o C hendak dicairkan hingga menjadi air yang bersuhu 5o C. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/go C, kalor lebur es adalah 80 kal/gr, dan kalor jenis air 1 kal/go C, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan!

PembahasanData yang diperlukan:m = 500 gram cair = 1 kalori/gro CLes = 80 kalori/gr Suhu akhir → 5o CQ = .....?

Untuk menjadikan es 0o C hingga menjadi air 5o C ada dua proses yang harus dilalui:→ Proses meleburkan es 0o C menjadi air suhu 0o C, kalor yang diperlukan namakan Q1

Q1 = mLes = (500)(80) = 40000 kalori

→ Proses menaikkan suhu air 0o C hingga menjadi air 5o C, kalor yang diperlukan namakan Q2

Q2 = mcairΔTair = (500) (1)(5) = 2500 kalori

Kalor total yang diperlukan:Q = Q1 + Q2 = 40000 + 2500 = 42500 kalori

Soal No. 5500 gram es bersuhu −10o C hendak dicairkan hingga menjadi air yang bersuhu 5o C. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/go C, kalor lebur es adalah 80 kal/gr, dan kalor jenis air 1 kal/go C, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan!

PembahasanData yang diperlukan:m = 500 gram ces = 0,5 kalori/gro Ccair = 1 kal/gro CLes = 80 kal/gr

Suhu akhir → 5o CQ = .....?

Untuk menjadikan es − 10o C hingga menjadi air 5o C ada tiga proses yang harus dilalui:→ Proses untuk menaikkan suhu es dari −10o C menjadi es bersuhu 0o C, kalor yang diperlukan namakan Q1

Q1 = mcesΔTes = (500)(0,5)(10) = 2500 kalori

→ Proses meleburkan es 0o C menjadi air suhu 0o C, kalor yang diperlukan namakan Q2

Q2 = mLes = (500)(80) = 40000 kalori

→ Proses menaikkan suhu air 0o C hingga menjadi air 5o C, kalor yang diperlukan namakan Q3

Q3 = mcairΔTair = (500)(1)(5) = 2500 kalori

Kalor total yang diperlukan:Q = Q1 +Q2 + Q3 = 2500 + 40000 + 2500 = 45000 kalori

Soal No. 6200 gram air bersuhu 80o C dicampurkan dengan 300 gram air bersuhu 20o C. Tentukan suhu campurannya!

PembahasanData yang diperlukan:m1 = 200 gramm2 = 300 gramΔT1 = 80 − tΔT2 = t − 20Suhu akhir = t = ......?

Qlepas = Qterima

m1c1ΔT1 = m2c2ΔT2 (200)(1) (80 − t) = (300)(1)(t − 20) (2)(1)(80 − t) = (3)(1)(t − 20) 160 − 2t = 3t − 605t = 220t = 44o C

Soal No.7Sepotong es bermassa 100 gram  bersuhu 0°C dimasukkan kedalam secangkir air bermassa 200 gram bersuhu 50°C.

Jika kalor jenis air adalah 1 kal/gr°C, kalor jenis es 0,5 kal/gr°C, kalor lebur es 80 kal/gr dan cangkir dianggap tidak menyerap kalor, berapa suhu akhir campuran antara es dan air tersebut?   

PembahasanSoal di atas tentang pertukaran kalor / Asas Black. Kalor yang dilepaskan air digunakan oleh es untuk mengubah wujudnya menjadi air dan sisanya digunakan untuk menaikkan suhu es yang sudah mencair tadi.

dengan Q1 adalah kalor yang dilepaskan air, Q2 adalah kalor yang digunakan es untuk melebur/mencair dan Q3 adalah kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu es yang telah mencair.

Berikutnya adalah contoh soal tentang pencampuran air panas dan air dingin dengan memperhitungkan kalor yang diserap oleh bejana atau wadahnya:

Soal No. 8Air bermassa 100 g bersuhu 20°C berada dalam wadah terbuat dari bahan yang memiliki kalor jenis 0,20 kal/g°C dan bermassa 200 g. Ke dalam wadah kemudian dituangkan air panas bersuhu 90°C sebanyak 800 g. Jika kalor jenis air adalah 1 kal/g°C, tentukan suhu akhir air campuran!

PembahasanKalor yang berasal dari air panas 90°C saat pencampuran, sebagian diserap oleh air yang bersuhu 20° dan sebagian lagi diserap oleh wadah. Tidak ada keterangan terkait dengan suhu awal wadah, jadi anggap saja suhunya sama dengan suhu air di dalam wadah, yaitu 20°C.

Data :-Air panasm1 = 800 gc1 = 1 kal/g°C

-Air dingin m2 = 100 gc2 = 1 kal/g°C

-Wadah m3 = 200 gc3 = 0,20 kal/g°C

Qlepas = Qterima

m1c1ΔT1 = m2c2ΔT2 + m3c3ΔT3

Soal No. 9Perhatikan gambar berikut! Dua buah logam terbuat dari bahan yang sama disambungkan.

Jika panjang logam P adalah dua kali panjang logam Q dan konduktivitas thermal logam P adalah setengah dari logam Q, tentukan suhu pada sambungan antara kedua logam!

PembahasanBanyaknya kalor persatuan waktu yang melalui logam P sama dengan kalor yang melalui logam Q. Gunakan rumus perpindahan kalor secara konduksi :

Soal No. 10Sebuah tangki baja yang memiliki koefisien muai panjang 12 x 10-6 /°C, dan bervolume 0,05 m3 diisi penuh dengan bensin yang memiliki koefisien muai ruang 950 x 10-6 /°C pada temperatur 20°C. Jika kemudian tangki ini dipanaskan sampai 50°C, tentukan besar volume bensin yang tumpah! (Sumber : Soal SPMB)

Pembahasan

Soal No. 11Plat baja dipanaskan hingga suhunya mencapai 227°C hingga kalor radiasi yang dipancarkan sebesar E J/s. Jika plat terus dipanasi hingga suhunya mencapai 727° tentukan kalor radiasi yang dipancarkan!

PembahasanData :T1 = 227°C = 227 + 273 = 500 KT2 = 727°C = 727 + 273 = 1000 K

Kalor yang diradiasikan oleh suatu permukaan benda berbanding lurus dengan pangkat empat suhu mutlaknya, sehingga:

Soal No. 12Panjang batang rel kereta api masing-masing 10 meter, dipasang pada suhu 20°C. Diharapkan pada suhu 30°C rel tersebut saling bersentuhan. Koefisien muai rel batang rel kereta api 12×10–6 /°C. Jarak antara kedua batang yang diperlukan pada suhu 20°C adalah...A. 3,6 mmB. 2,4 mm C. 1,2 mm D. 0,8 mm E. 0,6 mm (Soal Ebtanas 1988)

PembahasanDengan asumsi rel sebelah kiri memanjang ke kanan sebesar Δl dan rel sebelah kanan memanjang ke kiri sebesar Δl, maka lebar celah yang diperlukan d adalah sama dengan dua

kali Δl

sehingga

Read more: http://fisikastudycenter.com/fisika-x-sma/6-suhu-dan-kalor#ixzz2tPcHSohl