Contoh Soal dan Pembahasan Suhu dan Kalor

Soal dan Pembahasan Suhu dan Kalor

Soal No 1

Di dalam sebuah bejana besi bermassa 200 gr terdapat 100 gr minyak bersuhu 10^oC. Di dalam bejana dimasukkan 50 gr besi bersuhu 75^oC. Bila suhu bejana naik 5^oC dan kalor jenis minyak = 0,43 kal/g^oC maka kalor jenis besi adalah….

Pembahasan
Untuk mengerjakan soal ini menggunakan asas Black
Q_lepas= Q_terima
m_b.c_b.ΔT= m_minyak.c.ΔT + m_b.c_b.ΔT
50.c_b(75-25) = 100.0,43.5 + 200.c_b.5
2500 .c_b= 215 + 1000.c_b
c_b = 0,143
Jadi kalor jenis besi adalah 0,143 kal/g^oC

Soal No 2

Dua buah bola sejenis tapi beda ukuran memancarkan energi radiasi yang sama besar ke sekitarnya. Jika bola A berjari-jari r bersuhu T maka bola B yang berjari-jari 2r akan bersuhu….

Pembahasan
karena energi yang dipancarkan bola A dan B sama, maka:

Jadi T_B = 0,7 T

Soal No 3
500 gram es bersuhu 0^oC hendak dicairkan hingga keseluruhan es menjadi air yang bersuhu 0^oC. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/g^oC, dan kalor lebur es adalah 80 kal/gr, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan, nyatakan dalam kilokalori!

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

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

Soal No 4
500 gram es bersuhu 0^oC hendak dicairkan hingga menjadi air yang bersuhu 5^oC. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/g^oC, kalor lebur es adalah 80 kal/gr, dan kalor jenis air 1 kal/g^oC, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan!

Pembahasan
Data yang diperlukan:
m = 500 gram
c_air = 1 kalori/gr^oC
L_es = 80 kalori/gr
Suhu akhir → 5^oC
Q = .....?

Untuk menjadikan es 0^oC hingga menjadi air 5^oC ada dua proses yang harus dilalui:
→ Proses meleburkan es 0^oC menjadi air suhu 0^oC, kalor yang diperlukan namakan Q₁
Q₁ = mL_es = (500)(80) = 40000 kalori

→ Proses menaikkan suhu air 0^oC hingga menjadi air 5^oC, kalor yang diperlukan namakan Q₂
Q₂ = mc_airΔT_air = (500) (1)(5) = 2500 kalori

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

Soal No 5

dengan suhu ujung-ujungnya berbeda (lihat gambar).

Apabila koefisien konduktivitas logam P setengah kali koefisien konduktivitas logam Q, serta AC = 2 CB maka suhu di C adalah (dalam ^oC)….

Pembahasan
dari soal diperoleh keterangan
k_p = 1/2 k_Q
L_p = 2 L_Q
Suhu di C dapat dicari dengan persamaan laju perpindahan kalor zat padat yaitu

Soal No. 6
Perhatikan gambar berikut! Dua buah logam terbuat dari bahan yang sama disambungkan. 

Jika panjang logam P adalah dua kali panjang logam Q tentukan suhu pada sambungan antara kedua logam!

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

Soal No 7
Logam P yang ujungnya bersuhu 10°C disambung dengan logam Q yang suhu ujungnya 115°C seperti gambar berikut!

Konduktivitas thermal logam P adalah 2,5 kali dari konduktivitas thermal logam Q. Jika luas penampang kedua batang sama, maka suhu sambungan antara logam P dan Q adalah.....
A. 20°C
B. 30°C
C. 40°C
D. 50°C
E. 60°C

Pembahasan
Data:
Kp : Kq = 2,5 : 1
Luas dan panjangnya sama.

suhu sambungan = x =....?

Dari perpindahan kalor secara konduksi:

Misal suhu sambungan adalah x, dengan luas (A) dan panjang (L) yang sama dan
ΔTp = x − 10
ΔTq = 115 − x
diperoleh suhu sambungan:

Soal No. 8

Elemen pemanas sebuah kompor listrik 110 V mempunyai hambatan 20 ohm. Jika kompor ini digunakan untuk memanaskan 1 kg air bersuhu 20^oC selama 7 menit dan dipasang pada tegangan 110 V maka suhu akhir air (kalor jenis air = 4.200 J/kg^oC)

Pembahasan
Mengubah energi listrik menjadi energi kalor, berlaku:
W_listrik=Q_air

Jadi T = 80,5^oC

Soal No 9

Sebuah kubus dengan volume V terbuat dari bahan yang koefisien muai panjangnya α. Jika suhu kubus dinaikkan sebesar ΔT maka luasnya akan bertambah….

Pembahasan
Volume kubus yaitu V = s²
sedangkan luas persegi adalah A = s²
Maka seluruh luasnya mula-mula adalah A_o=6V^2/3
β = 2α maka pertambahan luasnya
ΔA = A_o.β.ΔT
ΔA = 6V^2/32α.ΔT
ΔA = 12αV^2/3ΔT

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

Pembahasan
Data yang diperlukan:
m = 500 gram
c_es = 0,5 kalori/gr^oC
c_air = 1 kal/gr^oC
L_es = 80 kal/gr
Suhu akhir → 5^oC
Q = .....?

Untuk menjadikan es − 10^oC hingga menjadi air 5^oC ada tiga proses yang harus dilalui:
→ Proses untuk menaikkan suhu es dari −10^oC menjadi es bersuhu 0^oC, kalor yang diperlukan namakan Q₁
Q₁ = mc_esΔT_es = (500)(0,5)(10) = 2500 kalori

→ Proses meleburkan es 0^oC menjadi air suhu 0^oC, kalor yang diperlukan namakan Q₂
Q₂ = mL_es = (500)(80) = 40000 kalori

→ Proses menaikkan suhu air 0^oC hingga menjadi air 5^oC, kalor yang diperlukan namakan Q₃
Q₃ = mc_airΔT_air = (500)(1)(5) = 2500 kalori

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

Suhu adalah ukuran yang menyatakan energi panas tersimpan dalam suatu benda. Benda bersuhu tinggi berarti memiliki energi panas yang tinggi, begitu juga sebaliknya. Kalor adalah perpindahan energi panas yang terjadi dari benda bersuhu yang lebih tinggi ke benda bersuhu lebih rendah.

Skala Termometer

Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu benda. Terdapat 4 skala umum yang digunakan untuk termometer

• Celcius (^oC)
• Reamur (^oR)
• Fahrenheit (^oF)
• Kelvin (K)

Konversi antar 4 skala tersebut ditunjukkan oleh tabel berikut.

	Celcius	Reamur	Fahrenheit	Kelvin
Celcius	T	5/4 T	9/5 T + 32	T + 273
Reamur	5/4 T	1	9/4 T + 32	4/5 T + 273
Fahrenheit	5/9 (T-32)	4/9  (T-32)	1	5/9  (T-32) + 273
Kelvin	T-273	4/5 (T-273)	9/5 T (T-273)+32	1

Skala Celcius dan Fahrenheit umum digunakan pada pengukuran suhu di kehidupan sehari-hari, sedangkan skala suhu yang  ditetapkan sebagai Satuan Internasional adalah skala Kelvin.

Kalor

Merupakan energi yang dapat berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah. Jika mengalami perubahan suhu menggunakan rumus:
Q = m c ΔT atau Q = C . ΔT

Jika tidak mengalami perubahan suhu

Untuk perubahan es menjadi air digunakan rumusan
Q = m. L

Untuk perubahan air menjadi uap air
Q = m. U

Keterangan:
Q = kalor (Joule)
c = kalor jenis (J/kg.K)
C = kapasitas kalor (J/K)
L = kalor laten lebur (J/kg)
U = kalor laten uap (J/kg)

Pemuaian

Yaitu bertambah besarnya ukuran benda karena kenaikan suhu yang terjadi pada benda tesebut.

Pemuaian Zat Padat

1. Pemuaian panjang
L = L_o + ΔL
L = L_o + L_oα ΔT

2. Pemuaian luas
A = A_o + ΔA
A = A_o + A_oβΔT

3. Pemuaian volume
V = V_o + ΔV
V = V_o + V_oγΔT

Hubungannya:

α = 1/2 β = 1/3 γ

Pemuaian Zat Cair

Pada zat cair terjadi pemuaian volume

V = V_o + ΔV

V = V_o + V_oγΔT

Pemuaian Gas

Gas mengalami pemuaian volume

V = V_o + ΔV

V = V_o + V_oΔT

Perpindahan Kalor

Perpindahan kalor dapat berpindah melalui cara berikut:

• Radiasi
  yaitu perpindahan kalor tanpa zat perantara
  
  Keterangan:
  e = emisivitas bahanσ = tetapan Boltzmann = 5,67 x 10^-8 Wm^-2 K^-4

• Konveksi
  yaitu perpindahan kalor disertai dengan perpindahan partikel-partikelnya.
  
  Keterangan:
  h = tetapan konveksi (Wm^-2 K^-1)

• Konduksi
  Yaitu perpindahan kalor tanpa disertai perpindahan partikel-partikelnya.
  
  keterangan:
  k = konduktivitas bahan (Wm^-2 K^-1)

NEXT PAGE : 1 2 3