Rangkuman Rangkum an Materi fisika kelas X semester 2
Suhu dan Kalor a. Skala Celcius θ/100 = (Xθ – X0)/(X100 – X0)/(X100 – Xθ) Xθ)
b. Untuk Skala Reamur - Farenhit merupakan perhitungan SD c. Hubungan antar skala
Celcius dan Farenhit akan menunjukan skala yang sama pada suhu -40
d. Termometer Non-Gelas θ/100 = (Pθ – P0)/(P100 – P0)/(P100 – Pθ) Pθ)
e. Termometer Hambatan θ/100 = (Rθ – R0)/(R100 – R0)/(R100 – Rθ) Rθ)
f . Perhitungan Kalor Q = m.c. Δt = C . Δt
g. Asas Black Qlepas = Qterima m1.c. (T1 – (T1 – x) x) = m2.c. (x – (x – T2) T2) Asas ini terbagi atas beberapa bagian 1. Untuk cairan dengan wadahnya m1.c1. (T1 – (T1 – x) x) = mw.cw. (x – (x – Tw) Tw) 2. Untuk benda padat dicelupkan dengan kalor tak diserap wadah mb.cb. (Tb – (Tb – x) x) = ma.ca. (x – (x – Ta) Ta) 3. Untuk benda padat dicelupkan dengan kalor diserap wadah mb.cb. (Tb – (Tb – x) x) = mw.cw. (x – (x – Tw) Tw) + ma.ca. (x – (x – Ta) Ta) (persamaan ini dapat di perbaharui sesuai dengan kebutuhan)
h. Kalor Lebur dan Kalor Beku Q = m.L
i. Kalor Uap Q = m.U
j. Pemuaian 1. Muai panjang Δl = lo .α. Δt α = koefisien muai panjang 2. Muai Luas ΔA = Ao.β. Δt β = 2α ; β = koefisien muai luas 3. Muai Volume ΔV = Vo.γ. Δt γ = 3α ; γ = koefisien muai volume 4. Pemuaian Gas Vt = Vo . (273 + T)/273
V1/T1 = V2/T2 Jenis Zat Koefisien muai panjang Aluminium 25 x 10-6 Emas 14 x 10-6 Baja 12 x 10-6 Gelas 9 x 10-6 Perunggu 19 x 10-6 Perak 18 x 10-6 Pirek 3 x 10-6 Kuarsa 0,4 x 10-6 Tembaga 17 x 10-6 Tembok 12 x 10-6 Timah 29 x 10-6 Air 210 x 10-6 Bensin 950 x 10-6 Etil Alkohol 1100 x 10-6 Metil 1200 x 10-6 Air Raksa 180 x 10-6 Gliserin 500 x 10-6 Terpentin 1150 x 10-6 Aseton 1500 x 10-6 (beberapa daftar koefisien zat) ------------------ii--------------------
contoh soal : 1. Panas sebesar 12 kj diberikan pada pada sepotong logam bermassa 2500 gram yang memiliki suhu 30 °C. Jika kalor jenis logam adalah 0,2 kalori/gr °C, tentukan suhu akhir logam! Pembahasan : Di ket Q = 12 kilojoule = 12000 joule m = 2500 gram = 2,5 kg T1 = 30 °C c = 0,2 kal/gr °C = 0,2 x 4200 joule/kg °C = 840 joule/kg °C T2 =...? Q = mcΔT 12000 = (2,5)(840)ΔT ΔT = 12000/2100 = 5,71 °C T2 = T + ΔT1 = 30 + 5,71 = 35,71 °C 2. 500 gram es bersuhu −12 °C dipanaskan hingga suhu −2 °C. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/g °C, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan, nyatakan dalam satuan joule! Pembahasan Di ket : m = 500 gram T1 = −12 °C T2 = −2 °C ΔT = T2 − T1 = −2 − (−12 ) = 10 °C c = 0,5 kalori/gr °C Q = ....? Q = m.c.Δ.T Q = (500)(0,5)(10) = 2500 kalori 1 kalori = 4,2 joule
Q = 2500 x 4,2 = 10500 joule 3. 500 gram es bersuhu 0 °C hendak dicairkan hingga keseluruhan es menjadi air yang bersuhu 0 °C. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/g °C, dan kalor lebur es adalah 80 kal/gr, tent ukan banyak kalor yang dibutuhkan, nyatakan dalam kilokalori! Pembahasan Di ket : m = 500 gram L = 80 kalori/gr Q = ....? Q = mL Q = (500)(80) = 40000 kalori = 40 kkal 4. 500 gram es bersuhu 0 °C hendak dicairkan hingga menjadi air yang bersuhu 5 °C. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/g °C, kalor lebur es adalah 80 kal/gr, dan kalor jenis air 1 kal/g °C, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan! Pembahasan Di ket : m = 500 gram ccair = 1 kalori/gr °C Les = 80 kalori/gr Suhu akhir → 5 °C Q = .....? Untuk menjadikan es °0 C hingga menjadi air 5 °C ada dua proses yang harus dilalui: → Proses meleburkan es 0 °C menjadi air suhu 0 C, kalor yang diperlukan namakan Q1 Q1 = mLes = (500)(80) = 40000 kalori → Proses menaikkan suhu air 0 °C hingga menjadi air 5 °C, kalor yang diperlukan namakan Q2 Q2 = mcair ΔTair< = (500) (1)(5) = 2500 kalori Kalor total yang diperlukan: Q = Q1 + Q2 = 40000 + 2500 = 42500 kalori 5. 500 gram es bersuhu −10 °C hendak dicairkan hingga menjadi air yang bersuhu 5 °C. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/g °C, kalor l ebur es oadalah 80 kal/gr, dan kalor jenis air 1 kal/g °C, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan! Pembahasan Di ket : m = 500 gram ces = 0,5 kalori/gr °C cair = 1 kal/gr °C Les = 80 kal/gr Suhu akhir → 5 °C Q = .....? Untuk menjadikan es − 10 °C hingga menjadi air 5 °C ada tiga proses yang harus dilalui: → Proses untuk menaikkan suhu es dari −10 °C menjadi es bersuhu 0 °C, kalor yang diperlukan namakan Q1 Q1 = mces ΔTes = (500)(0,5)(10) = 2500 kalori → Proses meleburkan es 0 °C menjadi air suhu 0 °C, kalor yang diperlukan namakan Q2 Q2 = mLes = (500)(80) = 40000 kalori → Proses menaikkan suhu air 0 °C hingga menjadi air 5 °C, kalor yang diperlukan namakan Q3 Q3 = mcair ΔTair = (500)(1)(5) = 2500 kalori Kalor total yang diperlukan: Q = Q1 +Q2 + Q3 = 2500 + 40000 + 2500 = 45000 kalori
6. Satu kilogram es suhunya - 2 °C, bila titik lebur es = 0 °C, kalor jenis es = 0,5 kal / g °C, kalor jenis air = 1 kal / g °C, kalor lebur es = 80 kal / g °C dan 1 kalori = 4,2 joule, maka kalor yang di perlukan untuk meleburkan semua itu adalah .... Pembahasan : Suhu6 Q = Q1 + Q2 = m.Δt.c + m.k = 1000 (0 - (-2)) . 0,5 + 1000 . 80 = 1000 + 80.000 = 81.000 kalori = 3,402 x 105 Joule 7. Suhu sebuah benda jika diukur menggunakan termometer celsius akan bernilai 45. Berapa nilai yang ditunjukkan oleh termometer Reamur, Fahrenheit dan kelvin ? Diketahui T = 5⁰C Ditanya a. T⁰R . . . . ? b. T⁰F. . . . ? c. T K . . . . ? Jawab : a. T⁰C = 4/5 (T) ⁰R = 4/5 (45) ⁰R = 36⁰R b. T⁰C = (9/5 x T) + 32 ⁰F = (9/5 X 45) + 32 ⁰F = 113 ⁰F c. 45⁰C = 318 K Jadi benda itu ketika diukur dengan temometer Reamur akan menunjukkan 36⁰R, diukur dengan termometer fahrenheit menunjukkan 113⁰F dan 318 ketika diukur dengan termometer Kelvin. 8. Berapa kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan 1 kg air yang bersuhu 20 ⁰C menjadi 100⁰C jika diketahui kalor jenis air 1000 J/kg⁰C ? Diketahui : m = 1 kg c = 1000 J/kg⁰C ΔT = 100⁰C - 20⁰C = 80⁰C Ditanya : Q...? Jawab : Q = m. c ΔT Q = 1. 1000. 80 Q = 80.000 J Jadi kalor yang diperlukan untuk memanaskan air tersebut sebesar 80.000J atau 80KJ 9. Diketahui massa sebuah aluminum 500 gram bersuhu 10 ⁰C. Aluminium kemudian menyerap kalor sebesar 1.5kilojoule sehingga suhunya naik menjadi 20⁰C. Berapa kalor jenis aluminium tersebut ?
Diketahui : m = 500 gram = 0.5 kg Q = 1.5 kj = 1500 J ΔT = 20⁰C - 10⁰C = 10⁰C Ditanya : c...? jawab : c = Q / m.ΔT c = 1500 J / (0.5 kg.10⁰C) c = 300 J/kg⁰C Jadi kalor jenis aluminium tersebut bernilai 300J/kg⁰C 10. Tentukan banyaknya kalor yang diperlukan untuk memanaskan 500gram es yang bersuhu 12⁰C menjadi - 2⁰C. Nyatakan dalam satuan joule jika diketahui kalor jenis es 0.5 kalori/gr ⁰C ! Diketahui : m = 500 gram c = 0.5 kal/gr ⁰C ΔT = -2 ⁰C – (-12⁰C) = 10⁰C Ditanya : Q...? Jawab : Q = m.c.ΔT Q = (500).(0.5).(10) Q = 2500 kalori Ingat1 kalori = 4.2 joule maka, 2500 (4.2) = 10.500 Joule Jadi kalor yang diperlukan utuk memanaskan es tersebut sebesar 10.500Joule. 11. Sebuah benda bersuhu 5⁰C menyerap kalor sebesar 1500 joule sehingga suhunya naik menjadi 32⁰C. Tentukan kapasitas kalor benda tersebut ! Diketahui : Q = 1500 J ΔT = 32⁰C – 5 ⁰C = 27⁰C = 300K Ditanya : C...? Jawab : C = Q / ΔT C = 1500J / 300K C = 5J/K Jadi kapasitas kalor benda tersebut sebesar 5J/K. 12. zat cair yang massanya 10 kg dipanaskan dari suhu 25oC menjadi 75oC memerlukan panas sebesar 4 . 105 Joule. Kalor jenis zat cair tersebut adalah... a. 200 J/kg.oC b. 400 J/kg.oC c. 600 J/kg.oC d. 800 J/kg.oC e. 1000 J/kg.oC Pembahasan: Diketahui:
m = 10 kg Q = 4 . 105 J T1 = 25oC T2 = 75oC Ditanya: c = ... Jawab: Q = m . c . ΔT Menghitung kalor jenis Jawaban: d 13.Kapasitas panas air yang bermassa 2 kg jika kalor j enis air 400 J/kg.oC adalah... a. 0,02 J/oC b. 200 J/oC c. 400 J/oC d. 800 J/oC e. 1000 J/oC Pembahasan: Diketahui: m = 2 kg c = 400 J/kg .oC Ditanya: C = ... Jawab: C = m . c = 2 kg . 400 J/kg.oC Jawaban: d 14.Sebongkah es bermassa 0,4 kg pada suhu 0oC. Banyak kalor yang dibutuhkan untuk melebur es menjadi air jika kalor lebur es 80 kal/gr adalah... a. 20 kalori b. 32 kalori c. 2000 kalori d. 3200 kalori e. 32.000 kalori Pembahasan: Diketahui: m = 0,4 kg = 0,4 . 1000 gr = 400 gr L = 80 kal/gr Ingat! Satuan massa m harus dalam gram karena satuan L dalam kal/gr. Jika satuan L dalam J/kg maka satuan massa m dalam kg. Ditanya: Q = ... Jawab: Q = m . L = 400 gr . 80 kal/gr = 32.000 kalori Jawaban: e 15.Untuk meleburkan 3 kg zat padat menjadi cair seluruhnya diperlukan kalor 6.804 . 102 Joule. Kalor lebur zat tersebut adalah.. a. 1.134 J/kg b. 2.268 J/kg c. 3.402 J/kg
d. 113.400 J/kg e. 226.800 J/kg Pembahasan: Diketahui: m = 3 kg Q = 6.804 Joule Ditanya: L = ... Jawab: Q=m.L Menghitung kalor lebur Jawaban: b 16.Grafik dibawah ini menunjukkan hubungan antara suhu (T) denga kalor (Q) yang diberikan pada 1 gram zat padat. Contoh soal kalor lebur Kalor lebur zat tersebut adalah... a. 71 kalori/gram b. 79 kalori/gram c. 80 kalori/gram d. 81 kalori/gram e. 150 kalori/gram Pembahasan: Terlebih dahulu tentukan kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan zat tersebut (kalor laten) yaitu grafik A ke B (yang mendatar). Q = 150 kalori – 71 kalori = 79 kalori Menghitung kalor lebur L. Q=m.L Menghitung kalor lebur Jawaban: b 17.kalor yang dibutuhkan untuk mengubah suhu 900 gram es dari suhu – 10 oC hingga seluruhnya menjadi air bersuhu 20oC adalah...(kalor jenis air = 1 kal/gr.oC, kalor j enis es = 0,5 kal/gr.oC, kalor lebur es = 80 kal/gr) a. 1.800 kal b. 4.500 kal c. 7.200 kal d. 13.500 kal e. 20.000 kal Pembahasan: Diketahui: m = 900 gram T1 = – 10 oC T2 = 20 oC cair = 1 kal/gr.oC ces = 0,5 kal/gr.oC L = 80 kal/gr Ditanya: Q = ... Jawab: Contoh soal menghitung jumlah kalor
Menghitung Q1 Q1 = m . ces . ΔT = 900 gr. 0,5 kal/gr. C (0 – ( – 10)) oC = 4.500 kalori Ingat! ΔT = T2 – T1 (suhu tinggi dikurang suhu rendah). Menghitung Q2 Q2 = m . L = 900 gr . 80 kal/gr = 7.200 kalori Menghitung Q3 Q3 = m . cair . ΔT = 900 gr . 1 kal/gr.oC (20 – 0)oC = 1.800 kalori Menghitung Q total Q = Q1 + Q2 + Q3 = 4.500 kal + 7.200 kal + 1.800 kal = 13.500 kalori Jawaban: d 18.Sebuah balok es memiliki panjang 20 cm, lebar 10 cm dan tinggi 2 cm, dari suhu – 25oC berubah menjadi air bersuhu 25oC. Jika massa jenis es adalah 0,92 gr/cm3, kalor jenis es 2,1 J/gr.oC, kalor jenis air 4,2 J/gr.oC dan kalor lebur es 334 J/gr, maka jumlah kalor yang diperlukan es tersebut adalah... a. 460 Joule b. 24.150 Joule c. 48.300 Joule d. 153.640 Joule e. 226.090 Joule Pembahasan: Diketahui: P = 20 cm L = 10 cm T = 2 cm ρ = 0,92 gr/cm3 T1 = – 25oC T2 = 25oC cair = 4,2 J/gr.oC ces = 2,1 J/gr.oC L = 334 J/gr Ditanya: Q = ... Jawab Contoh soal menghitung jumlah kalor berdasarkan grafik Menghitung massa (m) m = ρ . V = ρ . (P . L . T) = 0,92 gr/cm3 (20 cm . 10 cm . 2,5 cm) m = 0,92 gr/cm3 (500 cm3) = 460 gram Menghitung Q1 Q1 = m . ces . ΔT = 460 gr. 2,1 J/gr.oC(0 – ( – 25))oC = 24.150 Joule Menghitung Q2 Q2 = m . L = 460 gr . 334 J/gr = 153.640 Joule Menghitung Q3 Q3 = m . cair . ΔT = 460 gr . 4,2 J/gr.oC (25 – 0)oC = 48.300 Joule Menghitung Q total Q = Q1 + Q2 + Q3 = 24.150 J + 153.640 J + 48.300 J = 226.090 J Jawaban: e
19.Lima kilogram es bersuhu - 22 C dipanaskan sampai seluruh es mencair dengan suhu 0 C. Jika kalor laten es 333 kJ/kg dan kalor jenis es 2100 J/kg C maka jumlah kalor yang dibutuhkan adalah... A. 1496 kJ B. 1596 kJ C. 1696 kJ D. 1796 kJ E. 1896 kJ Pembahasan Jawaban: E 20.Hasil campuran 1 gram es bersuhu 0 C dengan 1 cc air bersuhu 0 C dalam wadah dinding adiabatik adalah... A. Air dan es yang jumlahnya tidak dapat ditentukan B. Air sedikit lebih banyak daripada es C. 0,5 gram es dan 1,5 cc air D. 1 gram es dan 1 cc air E. 1,5 gram es dan 0,5 cc air Pembahasan Karena dinding adiabatik berarti tidak ada perpindahan kalor dalam wadah sehingga campuran tidak berubah. Jawaban: D
Bab 2. Perpindahan Kalor a. Perpindahan kalor dengan konduksi 1. Untuk bentuk batang : Q/t = k. A. Δt/L 2. Untuk bentuk silinder:Q/t = k. A. Δt/Δr
b. Perpindahan kalor dengan konveksi Q/t = h . A . Δt
c. Perpindahan kalor secara radiasi 1. Untuk benda hitam sempurna Q/t = σ .A .T4 σ = konst. Stefan-Boltzman =5,67 x 10-8 W/m2K4 2. Untuk proses radiasi berlangsung pada 2 permukaan Q/t = σ .A .(T14 – T24) 3. Untuk benda kelabu/selain hitam Q/t = σ .A .ε.(T14 – T24) ε = Emivisitas benda (Untuk hitam = 1) ------------------ii--------------------
contoh soal : 1. Suhu udara dalam sebuah ruangan sebesar 20°C, sedangkan suhu permukaan jendela padaruangan tersebut 30°C. Berapa laju kalor yang diterima oleh jendelakaca seluas 1,5 m2, jika koefisien konveksi udara saat itu 7,5 X 10J1 kal/s m2 °C? Text Box: Jawab:
AT = t2 — t1 =30°C-20°C= 10°C A =1,5m2 h =7,5x10-1kal/sm2°C
H =h.A.ΔT (7,5 x 10-1kal/sm2°C) (1,5m2) (10°C) = 11,25kal Jadi, laju kalor yang diterima oleh jendela kaca 11,25 kal 2.Sebuah benda memiliki permukaan hitam sempurna bersuhu 127°C. Luas permukaan 300 cm2 memancarkan energi ke lingkungan yang bersuhu 27°C. Tentukan energi per satuan waktu yang dipancarkan benda tersebut.
3. Pada Suhu 2.000 K, Sebuah benda memancarkan energi SebeSar 480 J/s. Berapa energi yang dipancarkan benda tersebut pada Suhu 3.000 K? Jawab: W1 : W2 = (T1 : T2)4 480 : W2 = (2000 : 3000)4 480 : W2 = (2000 : 3000)4 480W2 = 16 : 81 W2 = 2430 J/s -Contoh soal cara perpindahan kalor secara konduksi 4.Batang besi homogen salah satu ujungnya dipanasi. Besi itu memiliki luas penampang 17 cm2 dan konduktivitas termal 4 . 105 J/s.m.0C. panjang batang 1 m dan perbedaan suhu kedua ujung 30 0C. Kalor yang merambat dalam batang besi selama 2 detik adalah... A. 2,81 . 103 J B. 4,08 . 104 J C. 4,08 . 105 J D. 6,00 . 105 J E. 7,10 . 106 J Pembahasan: Diketahui: A = 17 cm2 = 17 . 10-4 m2 k = 4 . 105 J/m.s.0C L=1m T = 30 0C t=2s Ditanya: Q (t = 2 s) = ... -Pembahasan soal cara perpindahan kalor secara konduksi 5.Dua batang A dan B berukuran sama masing-masing mempunyai koefisien konduksi 2k dan k. Keduanya dihubungkan menjadi satu dan pada ujung-ujung yang bebas dikenakan suhu seperti gambar.
6.Suhu (T) pada sambungan A dan B adalah... A. 80 0C B. 100 0C C. 120 0C D. 150 0C E. 160 0C Pembahasan: Diketahui: LA = LB AA = AB (ukuran sama) kA = 2k kB = k TA = 210 0C TB = 30 0C Ditanya: T = ... Jawab: Untuk soal ini, laju hantaran kalor logam A sama dengan laju hantaran kalor logam B. 7.Bila panjang dan luas kedua logam sama tetapi konduktivitas logam P dua kali konduktivitas logam Q, suhu tepat pada sambungan (T) adalah... A. 20 0C B. 30 0C C. 40 0C D.50 0C E. 60 0C Pembahasan: Diketahui: LP = LQ AP = AQ (ukuran sama) kP = 2kQ TP = 60 0C TQ = 30 0C Ditanya: T = ... Pembahasan soal cara perpindahan kalor 3 Contoh soal cara perpindahan kalor secara radiasi 8.Sebuah plat baja dengan panjang 2 m dan lebar 0,5 m suhunya 227 0C. Bila tetapan Boltzman = 5,67 . 10-8 W/m2.K4 dan plat baja hitam sempurna, maka energi total yang dipancarkan setiap detik adalah... A. 3345,57 Joule
B. 3345,75 Joule C. 3543,75 Joule D. 4533,75 Joule E. 7087,5 Joule Pembahasan: Diketahui: P=2m L = 0,5 m T = 227 0C = (227 + 273)K = 500 K = 5,67 . 10-8 W/m2.K4 e = 1 (benda hitam e = 1) Ditanya: W = ... Jawab: Terlebih dahulu hitung luas permukaan A. A = P . L = 2 m . 0,5 m = 1 m2 Menghitung W. W = e . A . T4 = 1 . 5,67 . 10-8 W/m2. K4 . 1 m2 . (500 K)4 W = 5,67 . 10-8 W/K4 (625 . 108 K4) = 3543,75 Joule Jawaban: C 9.Air bermassa 100 gram berada pada suhu 20° C dipanasi hingga suhu 80° C. Jika kalor jenis air adalah 1 kal/gr ° C tentukan jumlah kalor yang diperlukan, nyatakan dalam satuan kalori! Pembahasan Data soal: m = 100 gram c = 1 kal/gr°C T1 = 20°C T2 = 80°C Kalor yang diperlukan: Q=mxcxΔT Q = 100 x 1 x (80−20) Q = 100 x 60 Q = 6000 kalori 10.Air bermassa 100 gram berada pada suhu 20° C dipanasi hingga mendidih. Jika kalor jenis air adalah 4200 J/kg ° C tentukan jumlah kalor yang diperlukan, nyatakan dalam satuan joule! Pembahasan m = 100 gram = 0,1 kg c = 4200 J/kg °C
T1 = 20°C T2 = 100°C Kalor yang diperlukan: Q=mxcxΔT Q = 0,1 x 4200 x (100−20) Q = 420 x 80 Q = 33600 joule 11.Es massa 200 gram bersuhu − 5°C dipanasi hingga suhunya menjadi − 1° C, jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/gr ° C. Tentukan berapa kalori kalor yang diperlukan dalam proses tersebut! Pembahasan m = 200 gram c = 0,5 kal/gr°C T1 = −5°C T2 = −1°C Kalor yang diperlukan: Q=mxcxΔT Q = 200 x 0,5 x [−1−(−5)] Q = 100 x 4 Q = 400 kalori 12.Es bermassa 150 gram berada pada suhu 0°C dipanasi hingga seluruhnya melebur menjadi air yang bersuhu 0 °C. Tentukan jumlah kalor yang diperlukan untuk proses tersebut! (Kalor lebur es = 80 kal/g) Pembahasan Data soal: m = 150 gram L = 80 kal/gr Kalor untuk melebur seluruh es: Q=mxL Q = 150 x 80 Q = 12000 kalori 13.Es bermassa 250 gram bersuhu − 5° C dipanasi hingga melebur menjadi air bersuhu 0°C. Jika kalor jenis es 0,5 kal/gr°C, dan kalor lebur es adalah 80 kal/gr, tentukan kalor yang diperlukan untuk proses tersebut! Pembahasan
Data soal: m = 250 gram ces = 0,5 kal/gr°C Les = 80 kal/gram Proses 1, menaikkan suhu es, kalor yang diperlukan: Q1 = m x c x ΔT Q1 = 250 x 0,5 x 5 Q1 = 625 kalori kalori Proses 2, meleburkan seluruh es, kalor yang diperlukan: Q2 = m x L = 250 x 80 = 20000 kalori Jumlah kalor seluruhnya yaitu Q1 + Q2 Q = 625 + 20000 Q = 20625 kalori 14.Es bermassa 200 gram bersuhu − 5° C dipanasi hingga melebur menjadi air bersuhu 100°C. Jika kalor jenis es 0,5 kal/gr°C, kalor jenis air adalah 1 kal/gr°C dan kalor lebur es adalah 80 kal/gr, tentukan jumlah kalor yang diperlukan untuk proses tersebut! Pembahasan Data soal: mes = mair = 200 gram ces = 0,5 kal/gr°C cair = 1 kal/gr°C Les = 80 kal/gram Proses 1, menaikkan suhu es, kalor yang diperlukan: Q1 = m x c x ΔT Q1 = 200 x 0,5 x 5 Q1 = 500 kalori Proses 2, meleburkan seluruh es, kalor yang diperlukan: Q2 = m x L = 200 x 80 = 16000 kalori Proses 3, menaikkan suhu air dari 0 hingga 100 Q3 = m x c x ΔT Q3 = 200 x 1 x 100 Q3 = 20000 Keseluruhan jumlah kalor yang diperlukan adalah jumlah dari Q1, Q2 dan Q3: Q = 500 + 16000 + 20000
Q = 36500 kalori
15.Air bersuhu 20°C dengan massa 200 gram dicampur dengan air bersuhu 90°C bermassa 300 gram. Tentukan suhu akhir campuran! Pembahasan Data soal: m1 = 200 gram m2 = 300 gram c1 = c2 = 1 kal/gr°C ΔT1 = t − 20 ΔT2 = 90 − t Asas pertukaan kalor/asas black Qlepas = Qterima m2 x c2 x ΔT2 = m1 x c1 x ΔT1 300 x 1 x (90 − t) = 200 x 1 x (t − 20) 27000 − 300t = 200t − 4000 27000 + 4000 = 300t + 200t 31000 = 500t t = 31000 / 500 t = 62°C 16.Dua batang logam A dan B dengan ukuran yang sama, tetapi jenis logam berbeda disambungkan seperti gambar berikut.
perpindahan kalor secara konduksi Jika koefisien konduksi termal A adalah 2 kali koefisien konduksi termal B, suhu pada sambungan A dan B adalah …. A. 75oC B. 60oC C. 55oC D. 50oC E. 40oC Pembahasan : (Qt)AkAAAlAΔTA2kB(75−Ta)2(75– Ta)150 – 2Ta3TaTa=(Qt)B=kBABlBΔTB=kB(Ta– 0)=(Ta – 0)=Ta=150=50oC Jawaban : D
17.Dua batang logam sejenis A dan B. Perbandingan luas penampang A dan B = 2 : 1, sedangkan panjangnya = 4 : 3. Jika perbedaan suhu ujung-ujung kedua batang sama, rambatan kalor tiap satuan waktu pada A dan B adalah …. A. 1 : 1 B. 2 : 3 C. 3 : 2 D. 3 : 8 E. 8 : 3 Pembahasan : ΔTA(Qt)A(lAkAA)(Qt)A(42)(Qt)A)(Qt)B(Qt)A)(Qt)B=ΔTB=(Qt)B(lBkAB)=(Qt) B(31)=(31)(42)=31×24=64=32 Jawaban : C 18.Dua batang logam yang sama ukurannya, tetapi terbuat dari bahan yang berbeda disambungkan seperti gambar berikut. perpindahan kalor secara konduksi Jika konduktivitas termal logam A = 4 kali konduktivitas logam B, suhu pada sambungan kedua logam tersebut adalah …. A. 45oC B. 40oC C. 35oC D. 30oC E. 25oC Pembahasan : (Qt)AkAAAlAΔTA4kB(50−Ta)4(50– Ta)200 – 4Ta5TaTa=(Qt)B=kBABlBΔTB= kB(Ta – 0)=(Ta – 0)=Ta=200=40oC Jawaban : B 19.Faktor-faktor yang tidak memengaruhi laju perpindahan kalor secara konduksi pada sebuah logam adalah …. A. panjang penghantar B. luas penampang C. emisivitas D. perbedaan suhu E. konduktivitas termal Pembahasaan : Emisivitas tidak mempengaruhi laju perpindahan kalor secara konduksi.
Jawaban : C 20.Tiga batang logam yang berbeda jenisnya dilas menjadi bentuk seperti gambar di bawah ini. perpindahan kalor secara konduksi tiga batang logam Ujung bebas batang pertama bersuhu 100oC, sedangkan dua ujung lainnya bersuhu 20oC dan 0 oC. Ketiga batang memiliki panjang dan luas penampang sama sedangkan konduktivitas termal batang pertama, kedua, dan ketiga berturut-turut k1, k2, dan k3. Jika hubungan antara ketiganya adalah k1 = 2k2 = 3k3, maka suhu sambungan ketiga batang tersebut adalah …. A. 10oC B. 20oC C. 40oC D. 60oC E. 80oC Pembahasan : Perhatikan gambar perambatan kalor berikut : perpindahan kalor secara konduksi tiga batang logam Berdasarkan gambar di atas maka : (Qt)1k1A1l1ΔT13k3(100– Ts)300 – 3Ts300+30330330TsTs=(Qt)2+(Qt)3=k2A2l2ΔT2+k3A3l3ΔT3=32k3(Ts– 20)+k3(Ts – 0)=32Ts – 30+Ts=32Ts+Ts+3Ts=32Ts+22Ts+62Ts=112Ts=211 ⋅330=60oC Jawaban : D
