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.