SOAL DAN PEMBAHASAN MATERI SUHU DAN KALOR 2

Halo, apa kabar sahabat fisika? Semoga baik-baik saja ya, dan semoga selalu bersemangat belajarnya. Kali ini mimin akan memberikan contoh soal dan pembahasan materi suhu dan kalor. Sebelumnya mimin juga sudah pernah nge-post contoh soal dan pembahasan materi suhu dan kalor. Jadi ini merupakan lanjutan dari postingan sebelumnya.

Bagi yang belum membacanya silahkan baca terlebih dahulu contoh soal dan pembahasan materi suhu dan kalor

Semoga pemahaman konsep kawan-kawan lebih mantap lagi ya. Berikut contoh soal dan pembahasannya :

11. Pada suhu berapa Fahrenheit dan Kelvin menunjukkan angka yang sama?

Penyelesaian

Anggap suhu yang ditunjuk kedua termometer adalah X. Maka ;

(F – 32) : (K – 273) = 180 : 100

(X – 32) : (X – 273) = 9 : 5

5 X – 160 = 9 X – 2457

4 X = 2.297

X = 574,25

Jadi 574,25 °F = 574,25 °C

12. Volume udara pada 0 °C = 6 liter. Berapa derajat harus dipanaskan udara ini agar volumenya menjadi 8 liter? Anggap tekanan udara tidak berubah.

Penyelesaian

Dik :

V₀ = 6 liter

V_t = 8 liter

t₀ = 0 °C

Dit : t₁ = ...?

Jawab

V_t = V₀ + V₀ . ɣ . ∆t

V_t = V₀ + V₀ . 1/273 °C . (t₁ – t₀)

8L = 6L + 6L . 1/273 °C . (t₁ – 0)

2L = 6L . t_{2 / 273} °C

546 °C = 6 t₂

t₂ = 91 °C

Jadi udara tersebut harus dipanaskan hingga suhunya sebesar 91 °C

13. Berapa kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan 100 gram minyak dari 24 °C ke 80 °C ? kalor jenis minyak 1,797 J/Kg K

Penyelesaian

Dik :

m = 100 gram = 0,1 Kg

c = 1,797 J/Kg K

∆t = 355 K – 297 K = 56 K

Dit : Q = ...?

Jawab :

Q = m . c . ∆t

Q = 0,1 Kg . 1,797 J/Kg K . 56 K

Q = 10.063,2 Joule

Q = 10,063 Kj

Jadi kalor yang dibutuhkan adalah sebesar 10,063 Kilo Joule

14. Berapakah panas yang dilepaskan jika 50 gram besi ( panas jenis 460 J/Kg K) turun suhunya dari 100 °C menjadi 20 °C?

Penyelesaian

Dik :

m = 50 gram = 0,05 Kg

c = 460 J/Kg K

∆t = 80 °C = 80 K

Dit : Q = ...?

Jawab :

Q = m . c . ∆t

Q = 0,05 Kg . 460 J/Kg K . 80 K

Q = 1.840 Joule

Jadi kalor yang dilepaskan adalah sebesar 1.840 Joule

15. Hitung panas jenis platina jika untuk memanaskan 100 gram platina setinggi 50 °C dibutuhkan kalor sebanyak 627 J!

Penyelesaian

Dik :

m = 100 gram = 0,1 Kg

Q = 627 Joule

∆t = 50 °C = 50 K

Dit : c = ...?

Jawab :

Q = m . c . ∆t

627 J = 0,1 Kg . c . 50 K

627 J = c. 5 Kg K

16. Sebuah botol termos berisi 200 gram kopi pada 90 °C. Kemudian 20 gram susu pada 8 °C ditambahkan pada kopi itu. Hitung suhu keseimbangan! Anggap kalor jenis kopi = kalor jenis susu = 4.180 J/Kg K.

Penyelesaian

Dik :

M_k = 200 gram = 0,2 Kg

m_s = 20 gram = 0,02 Kg

t_k = 90 °C = 363 K

t_s = 8 °C = 281 K

c_k = c_s

Dit : t_c = ...?

Q_lepas = Q_terima

m_{k .} c_{k .} ∆t = m_{s .} c_{s .} ∆t

m_{k .} c_{k .} (t_k – t_c) = m_{s .} c_{s .} (t_c – t_s)

0,2 Kg ( 363 K -  t_c) = 0,02 Kg (t_c – 281 K)

72,6 Kg K – 0,2 Kg t_c = 0,02 Kg t_c – 5,62 Kg K

72,6 Kg K + 5,62 Kg K = 0,02 Kg t_c + 0,2 Kg t_c

78,22 Kg K = 0,22 Kg t_c

Jadi air tersebut akan setimbang pada suhu 82,5 °C

17. Berapa banyak panas yang diperlukan untuk mengubah 10 gram es pada 0 °C menjadi air pada 50 °C ! jika kalor lebur es = 3,344 x 10⁵ J/Kg dan kalor jenis air = 4.180 J/Kg K.

Penyelesaian

Dik :

m_es = 10 gram = 0,01 Kg

t_t = 50 °C

∆t = 50 °C = 50 K

c_air = 4.180 J/Kg K

l_es = 3,344 x 10⁵ J/Kg

Dit : Q = ...?

Jawab

Q = Q₁ + Q₂

Q = m_es . l_es + m_air . c_air . ∆t

Q = 0,01 Kg . 3,344 x 10⁵ J/Kg + 0,01 Kg . 4.180 J/Kg K . 50 K

Q = 3,344 x 10³ J + 2.090 J

Q = 3.344 J + 2.090 J

Q = 5.434 J

18. Hitung suhu keseimbangan ketika 1 Kg es 0 °C dicampur dengan 9 Kg air pada 50 °C! kalor lebur es = 3,344 x 10⁵ J/Kg dan kalor jenis air = 4.180 J/Kg K.

Penyelesaian

Dik :

m_es = 1 Kg

m_air = 9 Kg

t_air = 50 °C

t_es = 0 °C

c_air = 4.180 J/Kg K

l_es = 3,344 x 10⁵ J/Kg

Dit : t_c = ...?

Jawab

Q_lepas = Q_terima

m_{air .} c_{air .} ∆t = Q₁ + Q₂

m_{air .} c_{air .} ∆t = m_es . l_es + m_{es .} c_{air .} ∆t

m_{air .} c_{air .} (t_air – t_c) = m_es . l_es + m_{es .} c_{air .} (t_c – t_es)

9 Kg . 4.180 J/Kg K ( 50 K -  t_c) = 1 Kg . 3,344 x 10⁵ J/Kg + 1 Kg . 4.180 J/Kg K (t_c – 0)

1,881 x 10⁶ – 37.620 t_c = 3,344 x 10⁵ + 4.180  t_c

1,881 x 10⁶ -  3,344 x 10⁵ = 4.180  t_c + 37.620 t_c

15,466 x 10⁵ = 41.800 t_c

Jadi air tersebut akan setimbang pada suhu 37 °C

19. Dua ratus ribu joule panas diambil dari 25 Kg balok es yang suhunya -5 °C. hitung suhu akhirnya jika kalor jenis es = 2.100 J/Kg K.

Penyelesaian

Dik :

m = 25 Kg

c = 2.100 J/Kg K

Q = - 200.000 J ( tanda min (-) karena diserap)

t₁ = -5 °C

Dit : t₂ = ...?

Q = m . c . ∆t

Q = m . c . (t₂ – t₁)

-200.000 J = 25 Kg . 2.100 J/Kg K . (t₂ – (-5))

-200.000 J = 52.500 J t₂ + 262.500

-462.500  = 52.500 t₂

t₂ = - 462.500 / 52.500

t₂ = - 8,8 °C

20. Sebutir raksa jatuh dari ketinggian 10 meter dan mengenai sebuah piring. Berapakah pertambahan suhu raksa? Anggap suhu piring tidak naik. Kalor jenis raksa 138 J/Kg K.

Penyelesaian

Energi potensial raksa selama perjalanan diubah menjadi energi panas dan kinetik. Namun ketika menyentuh tanah energi kinetik benda nol, maka dapat diartikan seluruh energi potensial diubah menjadi energi panas. Energi potensial benda mula-mula besarnya m . g . h. Ketika tiba di tanah energi potensialnya nol, jadi energi potensialnya yang hilang adalah m . g . h. Energi ini diubah menjadi panas sehingga diperoleh

Q = m . g . h

m . c . ∆t = m . g . h

c . ∆t =  g . h

Jadi pertambahan suhu raksa tersebut adalah 0,72 °C

SUMBER SOAL

Surya, yohanes. 2009. Seri Bahan Persiapan Olimpiade Fisika Suhu dan Termodinamika. Tangerang : PT Kandel.

SOAL DAN PEMBAHASAN MATERI SUHU DAN KALOR

Halo, apa kabar sahabat fisika? Semoga baik-baik saja ya, dan semoga selalu bersemangat belajarnya. Sudah belajar materi suhu dan kalor? Kalau sudah, kali ini mimin akan memberikan contoh soal dan pembahasan materi suhu dan kalor. Semoga bisa memperdalam pemahaman konsep kawan-kawan. Berikut contoh soal dan pembahasannya :

1.  Suhu pada hari yang terik 98 °F. Berapakah suhu ini dalam termometer celcius?

Penyelesaian

°F = 98 °F

C : (F-32) = 100 : 180

C : (98-32) = 5 : 9

C : 66 = 5 : 9

C = 66 x 5 / 9

C = 330 / 9

C = 36,67 °C

Jadi suhu pada termometer celcius adalah 36,67 °C

2. Termometer celcius menunjukkan angka 30 °C. Berapa angka yang ditunjukkan oleh termometer fahrenheit? Berapa kelvin?

Penyelesaian

C : (F-32) = 100 : 180

30 : (F-32) = 5 : 9

5F – 160 = 30 x 9

5F – 160 = 270

5F = 270 + 160

5F = 430

F = 430/5

F = 86 °F

C : K = 1 : 1

30 : (K-273) = 1 : 1

K = 273 + 30

K = 303 K

Jadi angka yang ditunjukkan pada termometer Fahrenheit adalah 86 °F dan angka yang ditunjukkan pada termometer Kelvin adalah 303 K

3. Tofi hendak membuat suatu termometer. Ia mengambil angka 20 untuk titik beku air dan angka 210 untuk titik didih air. Suhu dalam ruangan 25 °C. Berapa suhu ini dalam termometer tofi?

Penyelesaian

Perlu diperhatikan, skala termometer tofi adalah 210-25 = 190, maka;

C : (Tofi-20) = 100 : 190

25 : (tofi-20) = 10 : 19

10 Tofi – 200 = 19 x 25

10 Tofi = 475 + 200

10 Tofi = 675

Tofi = 675/10

Tofi = 67,5 °Tofi

Jadi suhu yang terbaca pada termometer Tofi adalah 67,5 °Tofi

4. Pada suhu berapa termometer fahrenheit menunjukkan angka 2 kali angka yang ditunjukkan termometer celcius?

Penyelesaian

X °C = 2X °F

C : (F-32) = 100 : 180

X : (2X-32) = 5 : 9

10 X – 160 = 9 X

10 X – 9 X = 160

X = 160 °

Jadi termometer fahrenheit akan menunjukkan angka 2 kali angka yang ditunjukkan termometer celcius adalah ketika suhu pada termometer celcius sebesar 160 °C

5. Sebatang tembaga panjangnya 90 cm pada 0 °C . hitung pertambahan panjang batang jika suhunya dinaikkan menjadi 35 °C. Koefesien muai panjang tembaga 17 x 10^-6 /°C !

Penyelesaian

Dik :

L₀ = 90 cm = 0,9 m

∆t = 35 °C

α = 17 x 10^-6 / °C

Dit : ∆l = ...?

Jawab

∆l = l₀ α ∆t

∆l = 0,9 m x (17 x 10^-6 /°C) x 35 °C

∆l = 534,4 x 10^-5

∆l = 0,00054 m

∆l = 0,054 cm

Jadi pertambahan panjangnya sebesar 0,054 cm

6.  Sebatang baja panjangnya pada suhu 0 °C adalah l₀ . jika suhunya tiba-tiba diturunkan menjadi -35 °C maka panjangnya menjadi 99,9615 cm. Hitumh l₀ ! α (baja) = 11 x 10^-6 /°C.

Penyelesaian

Dik :

L_t = 99,9615 cm

∆t = 35 °C

α = 11 x 10^-6 / °C

Dit : l₀ = ...?

Jawab

L_t = l₀ + ∆l

L_t = l₀ + l₀ α ∆t

99,9615 cm = l₀ + (l₀ x (11 x 10^-6 / °C) x 35 °C)

99,9615 cm = l₀ + 385 x 10^-6 l₀

99,9615 cm = 1,000385 l₀

l₀  = 99,9615 cm/ 1,000385 = 99,9 cm = 100 cm

l₀ = 1 m

Jadi panjang mula-mula baja tersebut adalah 1 meter. 

7. Panjang sebatang platina pada 0 °C = 1 meter. Panjang pada suhu 80 °C = 100,072 cm. Hitung koefesien muai panjang platina!

Penyelesaian

Dik :

L_t = 100,072 cm

∆t = 80 °C

l₀ = 100 cm

∆l = 0,072 cm

Dit : α = ...?

Jawab 

α = 9 x 10^-6 /°C

Jadi koefesien muai panjang platina adalah 9 x 10^-6 /°C

8. Volume sebuah panci pada 0 °C = 1 liter. Berapakah volumenya pada 100 °C, jika koefesien muai panjang aluminium = 24 x 10^-6 /°C!

Penyelesaian

Dik :

V₀ = 1 liter = 1 dm³ = 1000 cm³

∆t = 100 °C

α = 24 x 10^-6 / °C

ɣ = 3 α = 3 x (24 x 10^-6 / °C) = 72 x 10^-6 / °C

Dit : V_t = ...?

Jawab

V_t = V₀ + V₀ . ɣ . ∆t

V_t = 1000 cm³ + 1000 cm³ . 72 x 10^-6 / °C . 100 °C

V_t = 1000 cm³ + 1000 cm³ . 72 x 10^-4

V_t = 1000 cm³ + 7,2 cm³

V_t = 1007,2 cm³

Jadi volume panci tersebut ketika suhunya 100 °C adalah 1007,2 cm³

9. Sebuah balok baja berukuran 5cm x 10cm x 6cm. Hitung perubahan volume balok ketika suhunya dinaikkan dari 15 °C ke 47 °C! koefesien muai panjang baja = 11 x 10^-6 /°C

Penyelesaian

Dik :

V₀ = 300 cm³

∆t = 32 °C

α = 11 x 10^-6 / °C

ɣ = 3 α = 3 x (11 x 10^-6 / °C) = 33 x 10^-6 / °C

Dit : ∆V = ...?

Jawab

∆V = V₀ . ɣ . ∆t

∆V = 300 cm³ . (33 x 10^-6 / °C) . 32 °C

∆V = 0,3168 cm³

∆V = 3,168 cm³

Jadi perubahan volume balok setelah suhunya dinaikkan adalah 3,168 cm³

10. Tiga belas liter udara dipanasi pada tekanan tetap sampai suhunya 27 °C. Hitung volumenya sekarang jika suhu mula-mula udara 0 °C!

Penyelesaian

Dik :

V₀ = 13 liter

∆t = 27 °C

Dit : V_t = ...?

Jawab

V_t = V₀ + V₀ . ɣ . ∆t

V_t = V₀ + V₀ . 1/273 °C . ∆t

V_t = 13 l + 13 l . 27 °C / 273 °C

V_t = 13 L + 1,28 L

V_t = 14,3 L

Jadi volume udara setelah dipanaskan adalah 14,3 Liter

SUMBER SOAL

Surya, yohanes. 2009. Seri Bahan Persiapan Olimpiade Fisika Suhu dan Termodinamika. Tangerang : PT Kandel.