Soal-Soal Fisika/Kalor Kalor yang diperlukan/dilepas : Q = m x c x Δt atau Q = H x Δt Nilai air/kapasitas panas : H = m x c Azas Black : kalor yang diterima = kalor yang dikeluarkan Kalor jenis air = 4.200 J/kgK atau 1 kal/g°C Kalor jenis es = kalor jenis uap air = 2.100 J/kgK atau 0,5 kal/g°C Kalor uap air = 540 kal/g atau 2.268.000 J/kg Kalor lebur es = 80 kal/g atau 336.000 J/kg Kalor pembakaran : Q = m x p Melebur/membeku : Q = m x L Menguap/mendidih : Q = m x U
Daftar isi
1 Kalor jenis 2 Kapasitas kalor 3 Perubahan wujud oleh kalor 4 Asas Black 4.1 Mudah o 4.2 Sedang o
Kalor jenis 1. Selembar aluminium yang massanya 75 gram dipanaskan dari suhu 10°C menjadi suhu 70°C. Jika kalor jenis aluminium adalah 0,9 J oule/gram°C, berapakah kalor yang diterima aluminium tersebut? 2. Untuk menaikkan suhu 200 gram logam X dari suhu 25°C menjadi 75°C dibutuhkan kalor sebanyak 35 Kilojoule. Berapakah kalor jenis logam X tersebut? 3. Berapakah kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan 350 gram besi dari suhu 20°C menjadi 100°C? Kalor jenis besi = 0,11 Kalori/gram°C. 4. Berapakah jumlah kalor yang dilepaskan untuk mendinginkan 200 gram air dari suhu 100°C menjadi suhu 0°C? Kalor jenis air = 1 kalori/gram°C. 5. Sebuah kubus besi memiliki panjang sisi 10 cm. Jika massa jenis besi adalah 7.860 3 kg/cm , kalor jenis besi adalah 0,11 kalori/gram°C, suhu awal besi = -5°C dan suhu akhir besi adalah 55°C, tentukan massa kubus besi tersebut dan tentukan berapakah kalor yang diterima kubus besi tersebut? Nyatakan dalam satuan joule! 6. Untuk menaikkan suhu 150 gram mentega dari suhu 10°C menjadi suhu 40°C dibutuhkan kalor sebanyak 22,5 kilojoule. Berapakah kalor jenis mentega tersebut? 7. Sepotong besi yang mempunyai kalor jenis 0,11 kalori/gram°C dipanaskan dari suhu 15°C menjadi 55°C dan diberikan kalor sebanyak 2.200 kalori. Berapakah massa besi tersebut?
8. Berapakah kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan 10 kg es dari suhu -100°C menjadi suhu 0°C? 9. Sebuah lempengan tembaga bermassa 1,2 kg dipanaskan dari suhu 10°C menjadi suhu 100°C. Berapakah kalor yang dibutuhkan lempengan tembaga tersebut? Kalor jenis tembaga = 0,09 kalori/kg°C. 10. Suhu awal aluminium adalah 10°C. Jika kalor jenis aluminium = 0,21 kalori/gram°C, massa aluminium = 50 gram dan kalor yang dibutuhkan aluminium = 6.300 Joule. Berapakah suhu akhir aluminium itu?
Kapasitas kalor 1. Berapakah kapasitas kalor 125 gram air, jika kalor jenis air adalah 4,2 Joule/gram°C? 2. Untuk menaikkan suhu aluminium dari suhu 7,5°C menjadi suhu 37,5°C dibutuhkan kalor sebanyak 36 kilojoule. Berapakah kapasitas kalor aluminium tersebut? 3. Untuk menurunkan suhu tembaga dari suhu 100°C menjadi suhu 10°C dilepaskan kalor sebanyak 2.000 Joule. Jika kalor jenis tembaga adalah 0,09 kalori/gram°C, berapakah massa tembaga tersebut? 4. Sebuah balok aluminium memiliki panjang 15 cm, lebar 10 cm dan tinggi 6 cm. Jika 3 massa jenis aluminium adalah 2.700 kg/cm dan kalor jenis balok aluminium adalah 0,9 Joule/gram°C, tentukan massa balok aluminium dan tentukan berapakah kapasitas kalor balok aluminium tersebut. 5. Berapakah kapasitas kalor 1 kg air? 6. Kalor yang dibutuhkan besi adalah 30 Kilojoule dan kapasitas kalornya adalah 1.500 Joule/°C, berapakah suhu besi tersebut? 7. Massa selembar aluminium adalah 20 gram. Jika kapasitas kalor selembar a luminium adalah 1.730 Joule/°C, berapakah kalor jenis aluminium tersebut? 8. Tentukan massa air, jika kapasitas kalor air = 2,1 kilojoule dan kalor jenis air = 4,2 Joule/gram°C. 9. Berapakah kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan 2 kg es dengan kalor lebur es = 334 Joule/gram.
Perubahan wujud oleh kalor 1. Berapakah kalor yang dibutuhkan untuk mengubah suhu 900 gram es dari suhu -10°C hingga seluruhnya menjadi air bersuhu 20°C? Kalor jenis air = 1 kalori/gram°C, kalor jenis es = 0,5 kalori/gram°C, kalor lebur air dan es = 80 kalori/gram. 2. Berapakah kalor yang diperlukan untuk mengubah 20 gram es bersuhu 0°C menjadi air bersuhu 10°C? 3. Untuk mengubah tembaga bersuhu 30°C menjadi suhu 0°C, dilepaskan kalor sebanyak 900 joule. Berapakah massa tembaga yang terbentuk? 4. Sebuah balok es memiliki panjang 20 cm, lebar 10 cm dan tinggi 2,5 cm, dari suhu -25°C 3 berubah menjadi air bersuhu 25°C. Jika massa jenis es adalah 920 kg/cm , kalor jenis es = 2,1 Joule/gram°C, kalor jenis air = 4,2 Joule/gram°C dan kalor lebur es dan air adalah 334 Joule/gram, berapakah jumlah kalor yang dibutuhkan zat tersebut?
5. Untuk meleburkan 2 kg emas, diperlukan kalor sebanyak 14,2 megajoule. Berapakah kalor lebur emas tersebut? 6. Jumlah kalor yang diperlukan sebanyak 660 joule digunakan untuk memanaskan 11 gram es yang suhunya adalah 1°C. Jika kalor lebur es adalah 334 Joule/gram, berapakah suhu akhirnya? 7. Sebanyak 40 gram besi bersuhu 1,5°C dipanaskan dengan jumlah kalor 700 joule. Jika kalor lebur besi = 240 Joule/gram, maka apakah bentuk wujud yang terakhir? 8. Sepotong aluminium bermassa 30 gram diuapkan hingga semuanya menjadi uap. Jika kalor uap aluminium adalah 11.390 Joule/gram, berapakah kalor yang diserap oleh aluminium tersebut? 9. Berapakah kalor yang dilepaskan untuk mengubah 50 gram timah hitam bersuhu 0°C hingga semuanya menjadi uap bersuhu 100°C? 10. Air bermassa 220 gram memiliki suhu 20°C. Tentukan k alor yang dibutuhkan untuk menguapkan seluruh air tersebut. Kalor jenis air = 1 kalori/gram°C, kalor uap air = 540 kalori/gram dan titik didih air = 100°C. 11. Sebanyak 10 gram uap air jenuh bersuhu 100°C dialirkan ke dalam sebuah kalorimeter yang berisi 81 gram air dan 10 gram es bersuhu 0°C. Jika massa kalorimeter 100 g ram dan kalor jenisnya adalah 0,09 kalori/gram°C, maka berapakah suhu akhirnya? 12. Untuk mengubah es dari suhu 0°C menjadi suhu 100°C dibutuhkan kalor sebanyak 200 kilojoule. Berapakah massa es tersebut?
Asas Black Mudah 1. Sebatang besi yang massanya 50 gram dan bersuhu 26,3°C dimasukkan ke bejana aluminium bermassa 75 gram dan bersuhu 33,7°C. Jika kalor jenis besi = 0,11 kalori/gram°C dan kalor jenis aluminium = 0,09 kalori/gram°C, maka berapakah suhu akhir dari campuran tersebut? 2. Alkohol yang massanya 50 gram dan suhunya adalah 66,3°C dimasukkan ke dalam air yang massanya adalah 75 gram dan suhunya adalah 21,9°C. Kalor jenis alkohol = 2,4 J/g°C dan kalor jenis air = 4,2 J/g°C. Berapakah suhu akhir campuran itu? 3. Sebanyak 140 gram mentega bersuhu 50°C dimasukkan ke dalam wadah berisi 70 gram es batu bersuhu 30°C. Berapakah suhu akhir campuran tersebut? Kalor jenis mentega = 0,6 Joule/gram°C dan kalor jenis es batu = 2,1 Joule/gram°C. 4. Sebanyak 0,2 kg air yang suhunya 80°C dituangkan ke dalam bejana tembaga yang suhunya 20°C dan kapasitas kalornya adalah 168 Joule/°C. Berapakah suhu akhirnya? 5. Selembar aluminium bermassa 36 gram dan bersuhu 15°C dimasukkan ke dalam bejana berisi aluminium bermassa 18 gram dan bersuhu 7,5°C. Berapakah suhu akhir campuran tersebut? Kalor jenis aluminium = 0,22 kalori/gram°C. 6. Sebatang besi yang bermassa 200 gram dan bersuhu 100°C dimasukkan ke dalam air bermassa 300 gram dan bersuhu 200°C. Jika kalor jenis besi = 0,11 kalori/gram°C dan kalor jenis air = 4,2 Joule/gram°C, berapakah suhu akhir campuran tersebut? 7. Sepotong emas bermassa 50 gram dan bersuhu 25,6°C dimasukkan ke wajan berisi aluminium bermassa 65 gram dan bersuhu 47,4°C. Jika kalor jenis emas = 0,03
kalori/gram°C dan kalor jenis aluminium = 0,22 kalori/gram°C, berapakah suhu akhir campuran tersebut? 8. Sebuah germanium bermassa 1,1 kg dan bersuhu 97°C dimasukkan ke wadah tembaga bermassa 1,4 kg bersuhu 9°C. Jika kalor jenis germanium = 0,61 kalori/gram°C dan kalor jenis tembaga = 0,09 kalori/gram°C, berapakah suhu akhir campuran tersebut?
Sedang
Volume udara tertutup 500 liter, massa jenis 1,2 kg/m³, tekan an 5 atm, dan suhu 27°C. Udara dipanaskan dengan volume tetap sehingga tekanan sekarang menjadi 5,4 atm. Kalor jenis udara 2.100 J/kgK. Berapa suhu udara sekarang? o Berapa energi kalor yang diperlukan pada pemanasan ini? o Ibu memasak air dengan kompor minyak tanah. Panci aluminium yang digunakan ibu memiliki kapasitas kalor 4.000 J/°C, diisi air sebanyak 5 liter dengan suhu 28°C. Air dipanaskan sampai mendidih (110°C) memerlukan waktu 1 jam. Jumlah minyak dalam kompor pada awalnya 4,8 liter, dan setelah digunakan jumlahnya tinggal 2,7 liter. C air= 4.200 J/kg°C, massa jenis air= 1.000 kg/m³. Berapa jumlah kalor yang dibutuhkan untuk memasak air? o Jika kompor dianggap tidak menyerap kalor selama pemanasan, berapa daya o kompor? Berapa kalor pembakaran minyak tanah? o
ulangan suhu kalor SMA N 2 SEMARANG Jl Sendang Guwo Baru no 1 ULANGAN HARIAN “SUHU DAN KALOR” Kamis, 21 Februari 2008 1. Pada suatu termometer A, titik beku air adalah 15oA dan titik didih air adalah 165oA. Bila suatu benda diukur dengan termometer celcius bersuhu 42oC, maka berapakah suhu ini diukur dengan termometer A? 2. Volume sebuah silinder kuningan pejal pada suhu 25oC adalah 20 cm3 .Tentukan volume silinder pada suhu 110oC. Jika koefisien muai panjang kuningan 1,9 x 10-5/oC 3. Aluminium yang massanya 4 kg pada suhu 20oC kapasitas kalornya 3600 J/K. Apabila aluminium tersebut dipanaskan sampai 110oC, hitunglah ; a. Banyak kalor yang diperlukan b. Kalor jenis aluminium 4. Berapakah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu dari es -10oC sehingga menjadi air 20oC. Anggap massa es menjadi air tetap sebanyak 100 gr. Jika kalor lebur es= 80 kal/gr, kalor jenis es = 0,5 kal/groC 5. Air yang massanya 215 gr suhunya 40oC dicampur dengan es yang suhunya -6oC setelah
diaduk ternyata 50% es mencair, jika kalor lebur es 80 kal/gr, titik lebur es 0oC, kalor jenis es 0,5 kal/gr dan massa panci tempat air diabaikan, maka berapakah massa es yang dimasukkan. 6. 50 gr es pada suhu 0oC dimasukkan kedalam 200 gr air yang bersuhu 20oC, jika kalor lebur es = 80 kal/gr dan kalor jenis air = 1 kal/groC, maka berapakah suhu campurannya. 7. Hitunglah banyaknya kalori yang dihantarkan selama 8 jam melalui kaca jendela yang berukuran panjang 180 cm, lebar 160 cm, dan tebal 5 mm. Diketahui suhu permukaan luar jendela 35oC dan suhu permukaan dalamnya 20oC. Koefisien konduksi termal kaca 0,0025 kal/s cm oC. 8. Sebuah bola dengan emisivitas 0,4 dipanaskan hingga suhunya 27oC, jika bola tersebut menyerap kalor dengan laju 2,5 J/s. Tentukanlah luas permukaannya. 9. Suatu jenis gas menempati volume 100 cm3 pada suhu 27oC, dan tekanan 1 atm. Bila suhu gas menjadi 87 oC, sedangkan tekanan menjadi 2 atm. Berapakah volume gas sekarang 10. Dua batang logam P dan Q dengan ukuran yang sama, tetapi terbuat dari bahan yang berbeda. Ujung kiri P bersuhu 90oC dan ujung kanan Q bersuhu 0oC. Apabila koefisien konduksi termal P = dua kali Q maka berapakah suhu sambungan antara P dan Q SMA N 2 SEMARANG Jl Sendang Guwo Baru no 1 ULANGAN HARIAN “SUHU DAN KALOR Kamis, 21 Februari 2008 1. Termometer X saat dimasukkan ke dalam es yang sedang mencair menunjukkan angka -20oX dan saat dimasukkan ke dalam air yang sedang mendidih menunjukkan angka 120oX. Jika termometer Celcius menunjukkan angka 20oC, maka angka berapakah yang ditunjukkan termometer X. 2. Luas sebuah aluminium pada suhu 30oC adalah 40 cm2. Tentukan luas aluminium pada suhu 90oC. Jika koefisien muai panjang aluminium 2,4 x 10-5/oC. 3. Sebuah benda massanya 500 gr, diberikan kalor sebanyak 400 kalori, sehingga suhunya naik 2oC. Hitunglah; a. Kalor jenis dari benda tersebut b. Kapasitas kalor 4. 10 gr es pada suhu -2 oC, dimasukkan kedalam 50 gr air bersuhu 80oC, bila kalor jenis es = 0,5 kal/groC. Kalor lebur es = 80 kal/oC , berapakah suhu akhir campuran es dan air tersebut 5. Logam dengan kalor jenis 0,2 kal/oC, bersuhu 100oC. Dimasukkan kedalam 300 gr air bersuhu 20oC. Setelah terjadi kesetimbangan suhu akhir 50oC. Berapakah massa logam tersebut. 6. Sebatang logam 150 cm dengan luas penampang 30 cm2. Salah satu ujungnya menempel pada es 0oC dan ujung yang lainnya menempel pada benda dengan suhu 100oC. Jika konduktivitas termalnya 0,9 kal/s cmoC. Hitunglah kalor yang merambat melalui logam tersebut selama 10 sekon. 7. Sebuah benda hitam bersuhu 127oC dengan luas permukaan0,6 m2. Jika konstanta Stefan Bolzman 5,67 x 10-8 W/m2K4. Berapakah kalor yang dipancarkan selama 10 menit. 8. Tabung dengan volume 20 lt berisi gas ideal suhunya 127oC dan tekanannya 5 x 104 Pa. Kemudian tabung tersebut dipanaskan hingga mencapai suhu 327oC. Apabila volum tabung dianggap tetap, tentukan tekanan gas pada tabung sekarang. 9. Batang baja dan kuningan mempunyai ukuran yang sama , dan salah satu ujungnya dihubungkan. Suhu ujung batang baja yang bebas 200oC, sedangkan suhu ujung batang
kuningan yang bebas 400oC . Jika koefisiennya konduksi termal baja dan kuningan masingmasin 0,12 kal/cm s oC dan 0,24 kal/cm soC. Hitunglah suhu pada titik sambungannya. 10. 60 kg air panas pada suhu 82oC mengalirkan kedalam bak mandi. Untuk menurunkan suhunya 300 kg air dingin pada suhu 10oC ditambahkan ke dalam bak tersebut. Berapa suhu akhir campuran?
Contoh Soal dan Pembahasan tentang Kalor dan Pemuaian, Materi Fisika SMA Kelas 10 (X) mencakup kalor jenis, kalor laten (kalor lebur, kalor uap), Asas Pertukaran kalor / Asas Black dan pemuaian panjang, volume suatu bahan. Soal No. 1 Panas sebesar 12 kj diberikan pada pada sepotong logam bermassa 2500 gram yang memiliki o o suhu 30 C. Jika kalor jenis logam adalah 0,2 kalori/gr C, tentukan suhu akhir logam! Pembahasan Data : Q = 12 kilojoule = 12000 joule m = 2500 gram = 2,5 kg o T1 = 30 C o o o 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 12000 o ΔT = /2100 = 5,71 C o
T2 = T1 + ΔT = 30 + 5,71 = 35,71 C Soal No. 2 o o o 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 Data : m = 500 gram o T1 = −12 C o T2 = −2 C o o ΔT = T2 − T1 = −2 − (−12 ) = 10 C o c = 0,5 kalori/gr C Q = ....?
Q = mcΔT
Q = (500)(0,5)(10) = 2500 kalori 1 kalori = 4,2 joule Q = 2500 x 4,2 = 10500 joule Soal No. 3 o o 500 gram es bersuhu 0 C hendak dicairkan hingga keseluruhan es menjadi air yang bersuhu 0 C. o Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/g C, 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 o o 500 gram es bersuhu 0 C hendak dicairkan hingga menjadi air yang bersuhu 5 C. Jika kalor jenis o o 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 Data yang diperlukan: m = 500 gram o cair = 1 kalori/gr C Les = 80 kalori/gr o Suhu akhir → 5 C Q = .....? o
o
Untuk menjadikan es 0 C hingga menjadi air 5 C ada dua proses yang harus dilalui: o o → Proses meleburkan es 0 C menjadi air suhu 0 C, kalor yang diperlukan namakan Q1 Q1 = mLes = (500)(80) = 40000 kalori o
o
→ 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 Soal No. 5 o o 500 gram es bersuhu −10 C hendak dicairkan hingga menjadi air yang bersuhu 5 C. Jika kalor o o 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 Data yang diperlukan: m = 500 gram o ces = 0,5 kalori/gr C o cair = 1 kal/gr C Les = 80 kal/gr o Suhu akhir → 5 C Q = .....? o
o
Untuk menjadikan es − 10 C hingga menjadi air 5 C ada tiga proses yang harus dilalui: o o → Proses untuk menaikkan suhu es dari −10 C menjadi es bersuhu 0 C, kalor yang diperlukan namakan Q1 Q1 = mcesΔTes = (500)(0,5)(10) = 2500 kalori o
o
→ Proses meleburkan es 0 C menjadi air suhu 0 C, kalor yang diperlukan namakan Q2 Q2 = mLes = (500)(80) = 40000 kalori o
o
→ 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 Soal No. 6 o o 200 gram air bersuhu 80 C dicampurkan dengan 300 gram air bersuhu 20 C. 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 o t = 44 C Soal No.7 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.
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. Soal No. 8 Perhatikan gambar beikut! Dua buah logam terbuat dari bahan yang sama disambungkan.
Jika panjang logam P adalah dua kali panjang logam Q dan konduktivitas thermal logam P adalah setengah dari 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. 9 -6 3 Sebuah tangki baja yang memiliki koefisien muai panjang 12 x 10 /°C, dan bervolume 0,05 m -6 diisi penuh dengan bensin yang memiliki koefisien muai ruang 950 x 10 /°C pada temperatur 20°C. Jika kemudian tangki ini dipanaskan sampai 50°C, tentukan besar volume bensin yang tumpah! (Sumber : Soal SPMB) Pembahasan
Jawaban Soal Suhu & Kalor- Bk Marthen Kanginan
Jwb Soal Suhu & Kalor – Bk Marthen Kanginan, 2007 Pembahasan dilakukan secara bertahap, silahkan selalu diikuti pembahasannya sampai tuntas.
1.
Diket T = 68ᵒF Dit T dalam : a) ᵒC dan b) K Jwb. : a. Tc – 0 68 – 32 ----------- = ------------100 – 0 212 – 32 Tc = (36/180) x 100 = 20ᵒC b. Tk = Tc + 273 = 20 + 273 = 293 K
2.
Diket : Termometer X, dengan X0 = 15ᵒX Dit : Tc = .....ᵒC Jwb : Tc – 0 42 – 15 ----------- = ------------100 – 0 165 – 15
X1 = 165ᵒX Tx = 42ᵒX
Tc = (27/150) x 100 = 18ᵒC 3.
-6
-1
Tembaga, L0 = 2 m pada T1 = 25ᵒC α = 17 x 10 (ᵒC) Dit : Lt pada : a) T = 100ᵒC dan b) 0ᵒC Jwb. : -6 -1 a) Lt = Lo + ∆L = 2 m + (2 m)( 17 x 10 (ᵒC) )(100-25)ᵒC = 2,00255 m -6 -1 b) Lt = Lo + ∆L = 2 m + (2 m)( 17 x 10 (ᵒC) )(0-25)ᵒC = 1,99915 m
4.
Baja , L0 = 4 m pada ∆T = 40ᵒC ∆L = 2 mm = 0,002 m Dit : ∆L jika L0 = 2 m pada ∆T = 20ᵒC Jwb. : -5 -1 α = (0,002 m)/(4m x 40 ᵒC) = 1,25 x 10 (ᵒC) -5 -1 ∆L = α. L0. ∆T = 1,25 x 10 (ᵒC) x 2m x 20ᵒC = 0,0005 m = 0,5 mm -6
5.
-1
-6
-1
Bimetal, perunggu, α=19 x 10 (ᵒC) dan besi, α =11 x 10 (ᵒC) , panjang sama 10 cm =0,1m Dari suhu 20ᵒC dipanasi ternyata T perunggu = 800ᵒC dan T besi = 750ᵒC Dit : selisih panjang perunggu dan besi. Jwb : -6 ∆L perunggu = 0,1. 19 x 10 .(800-20) = 0,001482 m -6 ∆L besi = 0,1. 12 x 10 .(750-20) = 0,000876 m Selisih L = 0,001482 m - 0,000876 m = 0,000606 m = 0,06 cm -2
2
3
6. Termometer raksa dg pipa kapiler, A = 1,0 x 10 mm . Vol raksa = 1,0 mm . Jika pemuaian kaca diabaikan, hit h raksa pada T = 60ᵒC. Jwb : 3 -3 -1 3 3 Vt = Vo + ∆V = 1,0 mm + 1,82 x 10 (ᵒC) . 1,0 mm . 60ᵒC = 1,1092 mm 3 -2 2 h = Vt/A = 1,1092 mm /1,0 x 10 mm = 110,92 mm 7. Kubus alumunium, s = 10 cm pada 10ᵒC dipanaskan sampai 30ᵒC. Dit : a) ∆V b) ∆ρ dalam % Jwb.: -6 -1 3 3 a) ∆V = 3α. V0. ∆T = 3 x 24 x 10 (ᵒC) . 1000 cm . (30-10)ᵒC = 1,44 cm b) massa jenis mula-mula = m/1000, setelah dipanaskan = m/1001,44 selisih ρ = {(m/1000 - m/1001,44)/(m/1000)} x 100% = 0,144% 3
8. Botol gelas V = 250 cm diisi penuh air pada 50ᵒC. Jika suhu dinaikkan sampai 60ᵒC. Dit : Vol air yg tumpah jika pemuaian gelas a) diabaikan b) diperhitungkan. Jwb. : -4 3 a) V air = Vo + ϒ.Vo.∆T = 250 + 2,1.10 .250.(60-50) = 250,525 cm 3 3 3 V air yang tumpah = 250,525 cm - 250 cm = 0,525 cm -6 3 b) V gelas = 250 + 3.(9.10 ).250.(60-50) = 250,0675 cm 3 3 3 V air yang tumpah = 250,525 cm – 250,0675 cm = 0,4575 cm -6
9. Sebuah wadah, 95% terisi cairan pada suhu 0,0ᵒC. ϒ wadah = 80 x 10 . Cairan mulai meluber pada 100,0ᵒC. Dit : ϒ cairan. Jwb. : -6 -3 V wadah = Vo + (80 x 10 ).Vo.(100-0) = Vo(1 + 8.10 ) V cairan = 0,95.Vo + ϒ.0,95.Vo.(100-0) = Vo(0,95 + 95ϒ) Pada 100ᵒC V wadah = V cairan -3 Vo(1 + 8.10 ) = Vo(0,95 + 95ϒ)
-3
-3
95ϒ = 0,05 + 8.10 =58. 10 -3 -4 ϒ = (58. 10 )/95 = 6,1 x 10
-3
10. a) bola baja m = 4,0 x 10 kg (c = 450 J/kg.K) menyerap kalor sehingga T naik dari 20 menjadi 70ᵒC. Hitung Q. b) jika bola terbuat dari emas, cemas = 129 J/kg.K, hitung ∆T. Jwb. : -3 a) Q = m.c. ∆T = (4,0 x 10 kg)( 450 J/kg.K)(70-20)K = 90 J -3 b) ∆T = Q/(m.c) = (90 J)/{(129 J/kg.K)(4,0 x 10 kg)} = 174,4 K 11. Dicampur 60 kg pada 82ᵒC dengan 300 kg air pada 10ᵒC. Hitung T camp. Jwb. : Q diserap = Q dilepas m2.c.(T2-T) = m1.c.(T-T1) (60 kg).c.(82-T) = (300 kg).c.(T-10) 4920 – 60T = 300T – 3000 360T = 7920 T = 22ᵒC 12. Kalorimeter tembaga m=280 g diisi 500 g air pada 15ᵒC. Balok tembaga m=560 g pada 100ᵒC dijatuhkan ke dalamnya shg T kalorimeter menjadi 22,5ᵒC. Jika tidak ada kalor yg keluar, hitung kalor jenis tembangga. Jwb. : Q diserap = Q dilepas mK .c.(T-T1) + mair .cair .(T-T1)= mT.c.(T2-T) (0,280 kg).c.(22,5-15) + (0,500 kg).4200J/kg.K.(22,5-15) = (0,560 kg).c.(100-22,5) 2,1 c + 15750 = 43,4 c 31,22 c = 15750 c = 15750/41,3 = 381,4 J/kgK 13. Total 0,8 kg air pada 20ᵒC dimasukkan dlm ketel listrik 1 kW. Hitung waktu untuk menaikkan suhu sampai 100ᵒC. Jwb. : Q = P.t m.c.∆T = P.t (0,8 kg)(4200 J/kgK)(100-20) = (1000 Watt).t 268800 J = (1000 J/s).t t = 268,8 s = 4,48 menit 14. 100 g tembaga pada 100ᵒC dimasukkan bejana tembaga dg m=50,0 g yg mengandung 200 g air pada 10,0ᵒC. Jika kalor yang hilang diabaikan, hitung T kstmbngan. Kalor jenis tembaga = 400 J/kgK. Jwb. : Q diserap = Q dilepas M bj.c.(T-T1) + mair .cair .(T-T1)= mT.c.(T2-T) (0,050 kg).400.(T-10) + (0,200 kg).4200J/kg.K.(T-10) = (0,1 kg).400.(100-T)
(20T – 200) + (840T – 8400) = 4000 – 40T 900T = 12600 T = 14ᵒC
15. Tabung uji mengandung 0,10 kg bubuk contoh dipanasi dengan bunsen yg memberikan kalor pd laju konstan 50 J/s diperoleh grafik waktu thdp suhu sbb :
a. Nyatakan daya keluaran pembakar bunsen dalam watt. Jwb. : P = W/t = 50 J/s = 50 Watt b. Apa yang terjadi dengan zat pada selang OA & AB. Pada selang OA, fasa zat adalah padatan yg menyerap kalor dari suhu 20ᵒC sampai 80ᵒC. Pada selang AB fasa zat berubah mejadi fasa cair. Kalor yg diserap digunakan untuk mengubah fasa padat menjadi cair. c. Hal penting bahwa selang AB > OA adalah bahwa pada fasa AB diperlukan kalor yang sangat besar untuk mengubah semua padatan mencadi cairan (harga kalor lebur jauh lebih besar dari pada kalor jenis zatnya). d. Hitung kalor jenis dan kalor lebur. Kalor jenis dihitung dari selang OA. (m.c.∆T)/t = W/t (0,1 kg).c.(80-20)/150 = 50 c = (50 x 150)/6 = 12500 J/mol.K Kalor lebur pada selang AB m.L/t = W/t (0,1 kg).L/(450-150) = 50 J/s L = (50 x 300)/0,1 = 150000 J/kg 16. a) berapa banyak kalor diperlukan untuk mengubah 10 g es pada 0ᵒC menjadi air pada suhu 50ᵒC? b) jika sebuah kulkas mendinginkan 200 g air dari 20ᵒC ke titik bekunya dalam 10 menit, berapa banyak kalor per menit harus diambil dari air. Jwb. : a. Q = m.L + m.cair .∆T2 Q = (0,010 kg)(330000 J/kg) + (0,010 kg)(4200 J/kg.K)(50-0)K Q = 3300 J + 2100 J = 54000 J
b. Q = m.cair .∆T2 + m.L Q =(0,2 kg)(4200 J/kg.K)(20-0)K + (0,2 kg)(330000 J/kg) Q = 16800 J + 66000 J = 82800 J Kalor yg dapat diambil tiap menit adalah = 82800 J/ (10 menit) = 8280 J/menit. 17.
Sebuah ketel listrik 2 kW dibiarkan selama 3 menit mulai mendidih. Berapa banyak air diuapkan dalam selang waktu ini. Jwb. : Q = P.t = (2000 watt)(180 s) = 360000 J Q = m.U m = Q/U = 360000 J/(2260000 J/kg) = 0,159 kg
18.
a. Berapa banyak kalor diperlukan untuk mengubah 50 g air pada 100ᵒC menjadi uap pada 100ᵒC. b. Berapa kalor dilepaskan ketika 20 g uap mengembun menjadi air pada suhu 50ᵒC. jwb. : a. Q = m.U = (0,050 kg)(2260000 J/kg) = 113000 J b. Q = m.U + m.c.∆T = (0,020 kg)(2260000) + (0,020 kg)(4200 J/kgK)(100-50)K Q = 45200 J + 4200 J = 49200 J 19.
Berapa kalor yang diperlukan agar 5 kg es pada -20ᵒC menjadi uap air seluruhnya pada 120ᵒC. Jwb. : Q = m.ces.∆T1 + m.L + m.cair .∆T2 + m.U + m.cuap.∆T3 Q = (5)(2100)(20) + (5)(330000) + (5)(4200)(100) + (5)(2260000) + (5)(2010)(120-100) Q = 210000 + 1650000 + 2100000 + 11300000 + 201000 Q = 15461000 J = 15461 kJ
20.
Sebatang tembaga panas pada 200ᵒC dan masanya 0,5 kg diletakkan di atas balok es besar. Berapa massa balok es yang melebur. Jwb.: Q dilepas = Q disrap mT.cT.∆T = mes.L (0,5 kg)(390 J/kgK)(200-0)K = m.(330000 J/kg) 39000 J = m.330000 J/kg m = (39000 J)/(330000 J/kg) = 0,118 kg
21.
Dalam sebuah bejana, dimasukkan 100 g air pada 45ᵒC dicampur dengan 100 g es pad -4ᵒC, saat tercapai kesetimbangan termal 50% es melebur. Jk kalor jenis air 1 kal/gᵒC dan kalor jenis es 0,5 kal/gᵒC, hitung : a. Kalor yang diperlukan untuk melebur 50% es. b. Kalor lebur es (kal/g) Jwb. : a. Q diserap = Q dilepas m.ces.∆T1 + Q2 = m.cair .∆T2 (100 g)(0,5 kal/gᵒC)(0-(-4))ᵒC + Q2 = (100 g)(1 kal/gᵒC)(45-0)ᵒC 200 kal + Q2 = 4500 kal
Q2 = 4500 kal – 200 kal = 4300 kal b. Q2 = m.L = 4300 kal (50%.100 g). L = 4300 kal L = (4300 kal)/(50 g) = 86 kal/g 22. Jika 100 g es pada -5ᵒC dicampur dengan 200 g air pada 30ᵒC pada tekanan 1 atm. Kalor jenis es 0,5 kal/gᵒC dan kalor lebur es 80 kal/g. Jika hanya terjadi pertukaran kalor antara air dan es tentukan : a. Suhu akhir campuran. b. Massa es yang melebur. Jwb. : a. Q diserap = Q dilepas m.ces.∆T1 + m.L + m.cair .∆T2 = m.cair .∆T3 250 + 8000 + 100T = 6000 – 200T 300 T = -2250 ====> T = -2250/300 , bernilai negatif berarti tidak semua es melebur, titik kesetimbangan termal adalah 0ᵒC. b. m.ces.∆T1 + m.L = m.cair .∆T3 (100 g)(0,5 kal/gᵒC)(0-(-5))ᵒC + m.(80 kal/g) = (200 g)(1 kal/gᵒC)(30-0)ᵒC 250 + 80m = 6000 80 m = 5750 m = 5750/80 = 71,875 g 23. a. b. a.
b.
Pada tekanan 76 cmHg, kalor jenis air 4200 J/kgK, kalor didih air 2260000 J/kg. Jika 100 g air pada 20ᵒC diberi kalor sebanyak 250000 J. hitung : Suhu akhir campuran Massa air yang menguap Jwb. : Q diserap = Q dilepas m.cair .∆T1 + m.U + m.cuap.∆T2 = 250000 (0,1)(4200/kgK)(100-(20)K + (0,1).(2260000 J/kg) + (0,1)(2010 J/kgK)(T-100)K = 250000 33600 + 226000 + 201T -20100 = 250000 201 T = 10500 T = 10500/201 = 52,23ᵒC (di bawah 100ᵒC), berarti tidak semua air menguap, maka titik kesetimbangan termalnya adalah 100ᵒC. m.cair .∆T1 + m.U = 250000 (0,1)(4200/kgK)(100-(20)K + m.(2260000 J/kg) = 250000 33600 + 226000.m = 250000 m = (250000-33600)/2260000 = 0,09575 kg = 95,75 g
SOAL SOAL FISIKA POKOK BAHASAN SUHU DAN KALOR 1. Dua buah thermometer A dab B masing-masing memiliki titik beku -10° da -20° serta titik didihnya 90° dan 150°. Jika termomerter A menunjukkan skala 20°, tentukan skala yang ditunjukkan pada thermometer B ! Penyelesaian : (20-(-10))/(90-(-10)) = (tB-(-20))/(150-(-20)) 30/100 = (tB+20))/170 30 x 170 = 100 tB +2000 100 tB = 5100 – 2000 tB = 3100/100 = 31° 2. Dalam sebuah teko terdapat 500 gram larutan kopi pada suhu 85°C. Kemudian sebanyak 50 gram larutan susu pada suhu 5° C ditambakan kedalamnya. Jika kalor jenis larutan kopi dan susu dianggap sama besar, tentukan suhu akhir campuran ! Penyelesaian : Kopi susu m = 500 gram m = 50 gram t = 85°C t = 5°C t campuran ? Q lepas = Q terima m c ∆t kopi = m c ∆t susu 500 x c x (85°- tC) = 50 x c x (tC - 5°) 42500° – 500tC = 50 tC - 250° 550tC = 42750° tC = 77,7°C 3. Sepotong logam dengan massa 100 gram dicelupkan kedalam 500 gram air yang suhunya 20°C. Jika suhu mula-mula logam sebesar 100° C dan suhu akhir campuran menjadi 20,4°C, tentukan besarnya kalor jenis logam tersebut ! Penyelesaian : Q lepas = Q terima mL x cL x ∆t = ma x ca x ∆t 100 x cL x (100-20,4) = 500 x 1 x (20,4-20) 7960 cL = 200 cL = 200/7960 = 0,025 kal/g K atau = 0,025 x 4200 = 105 J/kg K 4. Kapasitas kalor aluminium (m= 4 kg) pada suhu 20°C adalah 3.600J/K. Jika aluminium tersebut dipanaskan sampai suhunya mencapai 150°C, tentukan: a. kalor jenis aluminium b. banyaknya kalor yang diperlukan Penyelesaian : Diket : m = 4 kg t1 = 20°C C = 3.600 J/K t2 = 150° C Ditanya : a. c ? b. Q ? Jawab : c = C/m = 3.600/4 = 900 J/kg K Q = m c ∆t = 4 x 900 x (150-20) = 468000 Joule
