Soal No. 11
Panas sebesar 12 kj diberikan pada pada sepotong logam bermassa 2500 gram yang memiliki suhu 30oC. Jika kalor jenis logam adalah 0,2 kalori/groC, tentukan suhu akhir logam!
Panas sebesar 12 kj diberikan pada pada sepotong logam bermassa 2500 gram yang memiliki suhu 30oC. Jika kalor jenis logam adalah 0,2 kalori/groC, tentukan suhu akhir logam!
Pembahasan
Data :
Q = 12 kilojoule = 12000 joule
m = 2500 gram = 2,5 kg
T1 = 30oC
c = 0,2 kal/groC = 0,2 x 4200 joule/kg oC = 840 joule/kg oC
T2 =...?
Q = mcΔT
12000 = (2,5)(840)ΔT
ΔT = 12000/2100 = 5,71 oC
T2 = T1 + ΔT = 30 + 5,71 = 35,71 oC
Soal No. 12
500 gram es bersuhu −12oC dipanaskan hingga suhu −2oC. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/goC, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan, nyatakan dalam satuan joule!
Pembahasan
Data :
m = 500 gram
T1 = −12oC
T2 = −2oC
ΔT = T2 − T1 = −2o − (−12 ) = 10oC
c = 0,5 kalori/groC
Q = ....?
Q = mcΔT
Q = (500)(0,5)(10) = 2500 kalori
1 kalori = 4,2 joule
Q = 2500 x 4,2 = 10500 joule
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. 15
Air 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!
Pembahasan
Kalor 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 panas
m1 = 800 g
c1 = 1 kal/g°C
-Air dingin
m2 = 100 g
c2 = 1 kal/g°C
-Wadah
m3 = 200 g
c3 = 0,20 kal/g°C
Q = 12 kilojoule = 12000 joule
m = 2500 gram = 2,5 kg
T1 = 30oC
c = 0,2 kal/groC = 0,2 x 4200 joule/kg oC = 840 joule/kg oC
T2 =...?
Q = mcΔT
12000 = (2,5)(840)ΔT
ΔT = 12000/2100 = 5,71 oC
T2 = T1 + ΔT = 30 + 5,71 = 35,71 oC
Soal No. 12
500 gram es bersuhu −12oC dipanaskan hingga suhu −2oC. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/goC, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan, nyatakan dalam satuan joule!
Pembahasan
Data :
m = 500 gram
T1 = −12oC
T2 = −2oC
ΔT = T2 − T1 = −2o − (−12 ) = 10oC
c = 0,5 kalori/groC
Q = ....?
Q = mcΔT
Q = (500)(0,5)(10) = 2500 kalori
1 kalori = 4,2 joule
Q = 2500 x 4,2 = 10500 joule
Soal No. 13
200 gram air bersuhu 80oC dicampurkan dengan 300 gram air bersuhu 20oC. Tentukan suhu campurannya!
Pembahasan
Data yang diperlukan:
m1 = 200 gram
m2 = 300 gram
ΔT1 = 80 − t
ΔT2 = t − 20
Suhu 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 − 60
5t = 220
t = 44oC
Soal No 14
Sepotong 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?
200 gram air bersuhu 80oC dicampurkan dengan 300 gram air bersuhu 20oC. Tentukan suhu campurannya!
Pembahasan
Data yang diperlukan:
m1 = 200 gram
m2 = 300 gram
ΔT1 = 80 − t
ΔT2 = t − 20
Suhu 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 − 60
5t = 220
t = 44oC
Soal No 14
Sepotong 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?
Pembahasan
Soal 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.
Soal 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.
Berikutnya adalah contoh soal tentang pencampuran air panas dan air dingin dengan memperhitungkan kalor yang diserap oleh bejana atau wadahnya:
Soal No. 15
Air 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!
Pembahasan
Kalor 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 panas
m1 = 800 g
c1 = 1 kal/g°C
-Air dingin
m2 = 100 g
c2 = 1 kal/g°C
-Wadah
m3 = 200 g
c3 = 0,20 kal/g°C
Qlepas = Qterima
m1c1ΔT1 = m2c2ΔT2 + m3c3ΔT3
Soal No 16
Sepotong logam dipanaskan hingga suhunya 80oC panjangnya menjadi 115 cm. Jika koefisien muai panjang logam 3.10-3/oC dan mula-mula suhunya 30oC maka panjang logam mula-mula adalah….
Pembahasan
Soal ini mengenai pemuaian panjang, menggunakan rumusan:
L = Lo + Loα ΔT
115 = Lo(1+3.10-3.(800-300)
115 = Lo (1+0,15)
Lo = 100 cm
Soal ini mengenai pemuaian panjang, menggunakan rumusan:
L = Lo + Loα ΔT
115 = Lo(1+3.10-3.(800-300)
115 = Lo (1+0,15)
Lo = 100 cm
Soal No 17
Termometer A yang telah ditera menunjukkan angka -30o A pada titik beku air pada 90oA pada titik didih air. Maka suhu 60oCsama dengan…
Pembahasan
Perubahan skala termometer A ke termometer C menggunakan rumusan:
25 = 100 – C
Jadi C = 75oC
Soal No 18
Kalor yang dilepaskan apabila 15 gram air bersuhu 100oC didinginkan hingga suhu 20oC adalah (kalor uap = 540 kal/gram, kalorjenis air 1 kal/gramoC)
Pembahasan
Kalor yang dilepas yaitu energi panas yang dilepas oleh air, menghitung kalor yang dilepas menggunakan rumusan:
Q = m.c.ΔT
Q = 15.1.(100-20) = 1.200 kal
Soal No 19
Es bermassa M gram bersuhu 0oC dimasukan ke dalam air bermassa 340 gram suhu 20oC yang ditempatkan pada bejana khusus. Anggap bejana tidak menyerap atau melepaskan kalor. Jika Les = 80 kal.g-1, cair = 1 kal.g-1oC-1, semua es mencair dan kesetimbangan termal dicapai pada suhu 5oC maka massa es (M) adalah….
Pembahasan
Berlaku asas Black
Qlepas= Qterima
mair.cair.ΔT = mes.Les + mes.cair.ΔT
340.1.(20-5) = M.80 + M.1.(5-0)
5100 = 80 M + 5 M
M = 5100/85 = 60 gram
Soal No 20
Sebatang rek kereta api memiliki panjang 30 m ketika suhu 20oC. Untuk menguji sifat termal rel tersebut maka dilakukan percobaan dengan menaikkan suhunya menjadi 40oC sehingga panjangnya menjadi 30,0075 m. Jika rel diuji pada suhu -10oC maka panjangnya menjadi….
Pembahasan
Mencari terlebih dahulu α rel dari hasil uji sifat termal.
L = Lo+ Lo.α.ΔT
30,0075 = 30 + 30.α. (40-20)
0,0075 = 600 α
α = 1,25 x 10-5 oC
maka panjang rel pada suhu -10oC yaitu
L = Lo+ Lo.α.ΔT
L = 30 + 30. (1,25 x 10-5). (-10-20)
L = 30 – 0,01125 = 29,98875 m
Mencari terlebih dahulu α rel dari hasil uji sifat termal.
L = Lo+ Lo.α.ΔT
30,0075 = 30 + 30.α. (40-20)
0,0075 = 600 α
α = 1,25 x 10-5 oC
maka panjang rel pada suhu -10oC yaitu
L = Lo+ Lo.α.ΔT
L = 30 + 30. (1,25 x 10-5). (-10-20)
L = 30 – 0,01125 = 29,98875 m
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
Q = m c ΔT atau Q = C . ΔT
Jika tidak mengalami perubahan suhu
Untuk perubahan es menjadi air digunakan rumusan
Q = m. L
Q = m. L
Untuk perubahan air menjadi uap air
Q = m. U
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)
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 = Lo + ΔL
L = Lo + Loα ΔT
L = Lo + ΔL
L = Lo + Loα ΔT
2. Pemuaian luas
A = Ao + ΔA
A = Ao + AoβΔT
A = Ao + ΔA
A = Ao + AoβΔT
3. Pemuaian volume
V = Vo + ΔV
V = Vo + VoγΔT
V = Vo + ΔV
V = Vo + VoγΔT
Hubungannya:
α = 1/2 β = 1/3 γ
Pemuaian Zat Cair
Pada zat cair terjadi pemuaian volume
V = Vo + ΔV
V = Vo + VoγΔT
Pemuaian Gas
Gas mengalami pemuaian volume
V = Vo + ΔV
V = Vo + VoΔT
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)
