Wednesday 6 December 2017

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 10oC. Di dalam bejana dimasukkan 50 gr besi bersuhu 75oC. Bila suhu bejana naik 5oC dan kalor jenis minyak = 0,43 kal/goC maka kalor jenis besi adalah….

Pembahasan
Untuk mengerjakan soal ini menggunakan asas Black
Qlepas= Qterima
mb.cb.ΔT= mminyak.c.ΔT + mb.cb.ΔT
50.cb(75-25) = 100.0,43.5 + 200.cb.5
2500 .cb= 215 + 1000.cb
cb = 0,143
Jadi kalor jenis besi adalah 0,143 kal/goC

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 TB = 0,7 T
Soal No 3
500 gram es bersuhu 0oC hendak dicairkan hingga keseluruhan es menjadi air yang bersuhu 0oC. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/goC, 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 0oC hendak dicairkan hingga menjadi air yang bersuhu 5oC. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/goC, kalor lebur es adalah 80 kal/gr, dan kalor jenis air 1 kal/goC, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan!

Pembahasan
Data yang diperlukan:
m = 500 gram
cair = 1 kalori/groC
Les = 80 kalori/gr
Suhu akhir → 5oC
Q = .....?

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

→ Proses menaikkan suhu air 0oC hingga menjadi air 5oC, 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 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
kp = 1/2 kQ
Lp = 2 LQ
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 20oC selama 7 menit dan dipasang pada tegangan 110 V maka suhu akhir air (kalor jenis air = 4.200 J/kgoC)

Pembahasan
Mengubah energi listrik menjadi energi kalor, berlaku:
Wlistrik=Qair
Jadi T = 80,5oC


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 Ao=6V2/3
β = 2α maka pertambahan luasnya
ΔA = Ao.β.ΔT
ΔA = 6V2/32α.ΔT
ΔA = 12αV2/3ΔT

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

Pembahasan
Data yang diperlukan:
m = 500 gram
ces = 0,5 kalori/groC
cair = 1 kal/groC
Les = 80 kal/gr
Suhu akhir → 5oC
Q = .....?

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

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

→ Proses menaikkan suhu air 0oC hingga menjadi air 5oC, 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


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.


Pengertian, Rumus, Soal dan Pembahasan Suhu dan Kalor

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 = Lo + ΔL
L = Lo + Loα ΔT

2. Pemuaian luas
A = Ao + ΔA
A = Ao + AoβΔT
3. Pemuaian volume
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)

NEXT PAGE : 1 2 3