Bab-7 Suhu Dan Kalor | Fisika Kelas X | Marthen Kanginan | Erlangga | Kurtilas


BAB VII

SUHU DAN KALOR

Pilihan Ganda

  1. Titik leleh zat adalah pada suhu 194°F. Jika dinyatakan dalam satuan K dan °C, titik leleh zat adalah ..
    1. 381,8 dan 108,8
    2. 108,8 dan 381,8
    3. 76,2 dan 349,2
    4. 90,0 dan 363,0
    5. 363,0 dan 90,0

Jawaban :

Jawaban: D

Diketahui :

T = 194℉

Ditanyakan :

T = … ℃

T = … K

Jawaban :

\( T=194°F\\ T=\left( 194-32 \right) \cdot \cfrac { 5 }{ 9 } \\ T=90°C \)

\( T=194°F\\ T=\left( \left( 194-32 \right) \cdot \cfrac { 5 }{ 9 } \right) +273\\ T=363\quad K \)

  1. Sebuah termometer tak berskala berisi raksa. Ketika dimasukkan ke dalam es melebur, panjang kolom raksa 5 cm dan ketika dimasukka ke dalam air mendidih, panjang kolom raksa 30 cm. Ketika termometer menunjukkan 30°C, panjang kolom raksa adalah…
    1. 6,25 cm
    2. 7,50 cm
    3. 10,25 cm
    4. 12,50 cm
    5. 15,0 cm

Jawaban :

Jawaban: D

Diketahui :

T1 = 0℃

L1 = 5 cm

T2 = 100℃

L2 = 30 cm

T3 = 30℃

Ditanyakan :

L3 = …?

Jawaban :

L2 = L1 + L1.α .∆T

30 = 5 + 5.α .100

α = 0,05

L3 = L1 +L1.α.∆T

L3 = 5 + 5.0,05.(30-0)

L3 = 12,5 cm

  1. Sebuah termometer menunjukkan angka 25 ketika dicelupkan ke dalam es yang sedang melebur pada tekanan 1 atm dan menunjukkan angka 85 ketika di celupkan ke dalam air yang sedang mendidih pada tekanan 1 atm. Ketika digunakan bersama-sama, jika termometer Celcius menunjukkan angka 55°C, termometer tersebut menunjukkan angka …
    1. 48
    2. 58
    3. 66
    4. 76
    5. 80

Jawaban :

Jawaban: B

Diketahui :

X1 = 25

X2 = 85

C1 = 55

C2 = 100

C = 55

Ditanyakan :

X =…?

Jawaban :

\( \frac { X-{ X }_{ 1 } }{ { X }_{ 2 }{ -X }_{ 1 } } =\frac { C-{ C }_{ 1 } }{ { C }_{ 2 }{ -C }_{ 1 } } \\ \frac { X-{ 25 } }{ { 85 }{ -25 } } =\frac { 55-{ 0 } }{ { 100 }{ -0 } } \\ X=58 \)

  1. Panjang batang rel kereta api, masing-masing 10 m, dipasang pada suhu 25°C. Koefisien muai rel adalah 14 x 10-6 /°C. Agar pada suhu maksimum di daerah itu (35°C) kedua ral yang berhubungan tepat saling bersentuhan tidak menimbulkan kelengkungan, dan jarak antara dua batang rel ketika dipasang adalah…
    1. ​2,8 mm
    2. 2,4 mm
    3. 1,8 mm
    4. 1,4 mm
    5. 0,8 mm

Jawaban :

Jawaban : D

Diketahui :

L0 = 10 m

T0 = 25℃

α = 14.10-6

T1 = 35℃

Ditanyakan :

∆ L1 = …?

Jawaban :

∆ L1 = L0.α.∆T

∆ L1 = 10.14.10-6.(35-25)

∆ L1 = 1,4 mm

  1. Sebuah plat logam berbentuk lingkaran memiliki lubang lingkaran konsentris (sepusat) di tengahnya. Jika plat tersebut dipanaskan, maka …
    1. Diameter plat membesar dan diameter lubang mengecil.
    2. Diameter plat mengecil dan diameter lubang membesar.
    3. Diameter plat membesar dan diameter lubang membesar.
    4. Diameter plat mengecil dan diameter lubang mengecil.
    5. Diameter plat membesar dan diameter lubang tetap.

Jawaban :

Jawaban : C

Diketahui :

Plat logam berbentuk lingkaran memiliki lubang lingkaran konsentris (sepusat) di tengahnya.

Ditanyakan :

Jika plat dipanaskan =…?

Jawaban  :

Jika plat dipanaskan, maka akan terjadi pemuaian. Pemuaian yang terjadi akan selalu memuai ke arah luar kecuali terdapat sesuatu gaya yang cukup besar untuk menghalangi permuaian ke luar. Oleh karenanya lubang juga ikut memuai kearah luar dan plat memuai kearah luar. Maka diameter plat semakin besar dan lubang akan bertambah diameternya.

  1. Sebatang logam dengan koefisien muai panjang mempunyai panjang l pada suhu 25°C. Jika dipanaskan menjadi 30°C, logam mengalami pertambahan panjang Δl. Jika logam tersebut dipotong menjadi ​\( \cfrac { 2 }{ 5 } \)​ panjang semula, pertambahan panjangnya ketika dipanaskan sampai suhunya 40°C adalah ..
    1. \( \cfrac { 4 }{ 3 } \Delta l \)
    2. \( \cfrac { 3 }{ 5 } \Delta l \)
    3. \( \cfrac { 5 }{ 3 } \Delta l \)
    4. \( \cfrac { 5 }{ 6 } \Delta l \)
    5. \( \cfrac { 6 }{ 5 } \Delta l \)

Jawaban :

Jawaban : E

Diketahui :

T0 = 25℃

L0 = L

T1 = 30℃

L02 =  L

T2 = 40℃

Ditanyakan :

∆ L2 = …?

Jawaban :

∆ L1 = L0.α.∆ T

∆ L1 = L.α.(30 – 25)

∆ L1 = 5α L

∆ L2 = L02.α.∆T

∆ L2 = ​\( \cfrac { 2 }{ 5 } \)​L0.α.(40 – 25)

∆ L2 = ​\( \cfrac { 2 }{ 5 } \)​.3.5.L0

∆ L2 = ​\( \cfrac { 6 }{ 5 } \)​.∆ L

  1. Sebuah kubus dengan volume V terbuat dari bahan yang koefisien muai panjangnya α. Jika suhu kubus dinaikkan sebesar ∆T. Luasnya akan bertambah sebesar..
    1. α V ∆T
    2. 6α V ∆T
    3. 12α V ∆T
    4. 6α V2/3 ∆T
    5. 12α V2/3 ∆T

Jawaban :

Jawaban : E

Diketahui :

\( A={ V }^{ { 2 }/{ 3 } } \)

Ditanyakan :

∆A = …?

Jawaban :

\( \Delta A={ A }_{ 0 }\cdot 2\cdot \alpha \cdot \Delta T\\ \Delta A=6\cdot { A }\cdot 2\cdot \alpha \cdot \Delta T\\ \Delta A={ 6\cdot { { V }^{ \cfrac { 2 }{ 3 } } }\cdot 2\cdot \alpha \cdot \Delta T }\\ \Delta A=12{ { { V }^{ \cfrac { 2 }{ 3 } } }\alpha \Delta T } \)

  1. Sebuah tong besi (koefisien muai panjang besi adalah 12 x 10-6/°C) bervolume 70 L diisi minyak sampai penuh (koefisien muai volume 950 x 10-6/°C) dan diletakkan di halaman rumah pada saat pagi hari dengan suh 20°C. Pada siang hari, suhu naik menjadi 40°C. Akibatnya, terjadi pemuaian minyak yang sebagiannya tumpah sebanyak ..
    1. ​0,125 L
    2. 1,25 L
    3. 1,3 L
    4. 5 L
    5. 12,5 L

Jawaban :

Jawaban: C

Diketahui :

αbesi = 12.10-6/℃

Vbesi = 70 L

γminyak = 950.10-6/℃

T0 = 20℃

T1 = 40℃

Ditanyakan :

Vtumpah = …?

Jawaban :

Vtumpah = ∆Vminyak – ∆Vtong­

Vtumpah = V0minyak.∆T – V0.3αbesi.∆T

Vtumpah = 70.950.10-6.(40-20) – 70.3.12.10-6.(40-20)

Vtumpah = 1,3 L

  1. Gelas kaca memiliki kapasitas 400 mL berisi penuh air pada suhu 20°C. Jika air beserta gelas tersebut dipanaskan hingga sejummlah air yang tumpah sebanyak 3,66 mL, suhu air dan kaca setelah dipanaskan adalah …. (αkaca = 1 . 10-5/°C; 2,1.10-4/°C )
    1. 45°C
    2. 60°C
    3. 65°C
    4. 70°C
    5. 75°C

Jawaban :

Jawaban : D

Diketahui :

V = 400 mL

T0 = 20℃

αkaca = 1.10-3/℃

γair = 2,1.10-4/℃

Vtumpah = 3,66 mL

Ditanyakan :

T1 = …?

Jawaban :

Vtumpah = ∆Vair – ∆Vkaca

Vtumpah = V0air.∆T – V0.3.αkaca.∆T

3,66 = 400.2,1.10-4.(T1-20) – 400.3.1.10-5.(T1-20)

T1 = 70,83℃

T1 = 70℃

  1. Air panas 100°C ditambahkan pada 300 g air yang suhunya 0°C hingga campuran itu mencapai suhu 40°C. Masa minimum air panas yang ditambahkan adalah ….
    1. ​50 g
    2. 60 g
    3. 75 g
    4. 120 g
    5. 200 g

Jawaban :

Jawaban : E

Diketahui :

T1 = 100℃

m2 = 300g

T2 = 0℃

Ta = 40℃

Ditanyakan :

m1 =…?

Jawaban :

Qmasuk = Qkeluar

m1.C.(T1-Ta) = m2.C.(Ta-T2)

m1.(100-40) = 300.(40-0)

m1 = 200 g

  1. Air bermassa 200 g dan bersuhu 30°C dicampur air mendidih bermassa 100 g dan bersuh 90°C (kalor jenis air = 1 kal/g°C). Suhu air campuran pada saat keseimbangan termal adalah ….
    1. ​10°C
    2. 30°C
    3. 50°C
    4. 75°C
    5. 150°C

Jawaban :

Jawaban : C

Diketahui :

m1 = 200 g

T1 = 30℃

m2 = 100 g

T2 = 90℃

Ditanyakan :

Ta = …?

Jawaban :

Qmasuk = Qkeluar

m1.C.(Ta-T1) = m2.C.(T2-Ta)

200.(Ta – 30) = 100 (90 – Ta)

Ta = 50℃

  1. Pernyataan berikut BENAR, kecuali ..
    1. Peleburan es adalah contoh proses penyerapan kalor tanpa perubahan suhu.
    2. Pembekuan air adalah contoh proses pelepasan kalor tanpa perubahan suhu
    3. Penguapan air adalah contoh proses pelepasan kalor tanpa perubahan suhu
    4. Pengembunan uap air adalah contoh proses pelepasan kalor tanpa perubahan suhu
    5. Penguapan air adalah contoh proses penyerapan kalor tanpa perubahan suhu.

Jawaban :

Jawaban : C

Diketahui :

Peleburan es, pembekuan air, penguapan air, pengembunan uap air.

Ditanyakan :

Pernyataan yang salah ?

Jawaban :

Diantara ke 5 opsi jawaban hanya opsi C yang tidak tepat. Seharusnya penguapan air merupakan contoh proses penyerapan kalor karena perubahan dari air menjadi uap.

  1. Sebuah pemanas listrik memerlukan 15 menit untuk meningkatkan suhu 800 g suatu cairan tertentu dari 300 K ke titik didihnya 424 K. Dalam 3 menit kemudian, massa 155 g cairan menguap. Jika kalor jenis cairan adalah 4500 J/kgK dan kehilangan kalor ke atmosfer dan wadah diabaikan, kalor laten uap cairan adalah …
    1. 2,14 x 105 J/kg
    2. 3,27 x 105 J/kg
    3. 4,92 x 105 J/kg
    4. 5,76 x 105 J/kg
    5. 6,33 x 105 J/kg

Jawaban :

Jawaban : D

Diketahui :

t1 = 15 menit

t1 = 900 s

m1 = 800 g

m1 = 0,8 kg

T1 = 300 K

T2 = 420 K

t2 = 3 menit

t2 = 180 s

m2 = 155 g

C = 4500 J/kgK

Ditanyakan :

L = ..?

Jawaban :

Q = m1.C.∆T

P.t1 =m1.C.(T2 – T1)

P.900 = 0,8.4500.(424 – 300)

P = 496 w

Q = m2.L

P.t2 = m2.L

496.180 = 0,155.L

L = 5,76.105 J/kg

  1. Sebanyak 40 g kubus es pada suhu 0°C ditambahkan ke 200 g air pada 20°C. Hitung suhu akhir keseimbangan, dengan menganggap tidak ada zat lain yang terlibat dalam pertukaran kalor. Kalor jenis es 2310 J/kg°C dan air adalah 4200 J/kg°C dan kalor laten lebur es adalah 3,36 x 105 J/kg.
    1. 2,1°C
    2. 3,2°C
    3. 4,3°C
    4. 5,7°C
    5. 7,0°C

Jawaban :

Jawaban : B

Diketahui :

m1 = 40 g

T1 = 0℃

m2 = 200 g

T2 = 20℃

Ces = 2310 J/kg℃

Les = 3,36.105 J/kg

Cair = 4200 J/kg℃

Ditanyakan :

TA = …?

Jawaban :

Qmasuk = Qkeluar

m1.L+m1.Cair.(TA-0) = m2.Cair.(T2-TA)

0,040.3,36.105 + 0,040.4200.(TA-0) = 0,2.4200.(20-TA)

TA = 3,3℃

  1. Sebuah tembaga bermassa 9,2 g dan bersuhu 164°C dimasukkan dalam kalori meter berisi air bersuhu 20°C. Suhu akhir campuran adalah 24°C. Jika percobaan ini diulangi kembali dengan menggunakan kondisi awal yang sama, kecuali massa tembaga yang dipakai diganti menjadi m, suhu akhir campuran adalah 26°C. Jika kalorimeter dianggap tidak menyerap kalor,nilai m adalah . . .
    1. 12 g
    2. 14 g
    3. 16 g
    4. 18 g
    5. 20 g

Jawaban :

Jawaban : B

Diketahui :

m11 = 9,2 g

T11 = 164℃

m21 = x

T21 = 20℃

TA1 = 24℃

m12 = m

T12 = 164℃

m22 = x

T22 = 20℃

TA2 = 26℃

Ditanyakan :

m = …?

Jawaban :

Pada percobaan pertama

Qmasuk = Qkeluar

m21.C2.(TA1 – T21) = m11.C1.(T11 – TA1)

x.C2.(24-20) = 9,2.C1.(164 – 20)

x = 322​\( \cfrac { { C }_{ 1 } }{ { C }_{ 2 } } \)

Pada percobaan kedua

Qmasuk = Qkeluar\

m22.C2.(TA2 – T22) = m12.C1.(T12 – TA2)

322​\( \cfrac { { C }_{ 1 } }{ { C }_{ 2 } } \)​.C2(26 – 20) = m.C1.(164 – 26)

m = 14 g

  1. Kalor jenis air 1 kal/g°C dan kalor jenis es 0,5 kal/g°C dan kalor lebur es adalah 80 kal/g. Jumlah kalor yang dibutuhkan untuk mengubah 100 g es yang bersuhu -5°C menjadi 100 g air bersuhu 25°C pada tekanan 1 atm adalah ..
    1. 2525 kal
    2. 8025 kal
    3. 10500 kal
    4. 10525 kal
    5. 10750 kal

Jawaban :

Jawaban : E

Diketahui :

Cair = 1 kal/g℃

Ces = 0,5 kal/g℃

Les = 80 kal/g

M = 100 g

T0 = -5℃

TA = 25℃

Ditanyakan :

QTotal = …?

Jawaban :

Qtotal = Qes + Qlebur­ + Qair

Qtotal = m.Ces.(0-(T0)) + m.Les + m.Cair.(TA-0)

Qtotal = 100.0,5.(0-(-5)) + 100.80 + 100.1.(25-0)

Qtotal = 10750 kal

  1. Jika 40 g es dari suhu -10°C ingin diubah menjadi uap dengan suhu 110°C, dibutuhkan energi..
    (Gunakan kalor jenis es 0,5 kal/g°C, kalor lebur es 80 kal/g, kalor jenis air 1 kal/g°C, kalor penguapan air 542 kal/g, dan kalor jenis uap air 0,48 kal/g°C)
    1. 13,3 kkal
    2. 24,5 kkal
    3. 29,3 kkal
    4. 36,7 kkal
    5. 39,5 kkal

Jawaban :

Jawaban : C

Diketahui :

m = 40 g

T0 = -10℃

TA = 110℃

Ces = 0,5 kal/g℃

Cair = 1 kal/g℃

Cuap = 0,48 kal/g℃

Les = 80 kal/g

Uuap = 542 kal/g

Ditanyakan :

Qtotal = …?

Jawaban :

Qtotal = Qes + Qlebur + Qair + Qpenguapan + Quap

Qtotal = m.Ces.(0-T0+) + m.Les + m.Cair.(100-0) + m.Uuap + m.Cuap.(TA-100)

Qtotal = 40.0,5.(0-(-10)) + 40.80 + 40.1.(100-0) + 40.542 + 40.0,48.(110-100)

Qtotal = 29,3 kkal

  1. Dua kalorimeter A dan B yang sama berisi air dengan volume yang sama pada suhu 30°C. Sebanyak 5 g Al dicelupkan ke A dan 5 g logam campuran dicelupakan ke B. Suhu seimbang dalam A adalah 32°C, sedangkan dalam B adalah 31,5°C. Suhu awal kedua logam adalah sama, yaitu 50°C. Jika kalor jenis Al sekitar 0,89 J/kgK, kalor jenis logam campuran itu dalam satuan J/gK sekitar..
    1. 0,97
    2. 0,89
    3. 0,60
    4. 0,65
    5. 0,48

Jawaban :

Jawaban : D

Diketahui :

T0a = 30℃

Mal­ = 5 g

TAa = 32℃

T1a = 50℃

Cal = 0,89 J/gK

T0b = 30℃

Malloy = 5 g

Tab = 31,5℃

T1b= 50℃

Ditanyakan :

Calloy = …?

Jawaban :

Pada kalorimeter A

Qmasuk = Qkeluar

Mair.Cair.(TAa – T0a) = Mal.Cal.(T1a-TAa)

Mair.Cair.(32-30) = 5.0,89.(50-32)

air = ​\( \cfrac { 40,05 }{ { C }_{ air } } \)

Pada kalorimeter B

Qmasuk = Qkeluar

Mair.Cair.(TAb – T0b) = Malloy.Callloy.(T1b-TAb)

\( \cfrac { 40,05 }{ { C }_{ air } } \)​.Cair.(31,5-30) = 5.Calloy.(50-31,5)

Calloy = 0,65 J/gK

  1. Sepotong tembaga dijatuhkan dari ketinggian 560 m di atas lantai. Kalor yang terjadi pada proses tumbukan dengan lantai 75%-nya diserap oleh tembaga untuk kenaikan suhunya. Jika kalor jenis tembaga adalah 420 J/kg°C, percepatan gravitasi bumi 10 m/s2, kenaikan suhu tembaga dalam °C adalah..
    1. 4
    2. 7
    3. 10
    4. 13
    5. 15

Jawaban :

Jawaban : C

Diketahui :

Q = 75% Ep

H = 560 m

C = 420 J/kg℃

g = 10 m/s2

Ditanyakan :

∆ T = …?

Jawaban :

Q = 75% Ep

m.C.∆T = 0,75.m.g.h

m.420.∆T = 0,75.m.10.560

∆T = 10℃

  1. Sebanyak 20 kg es dengan suhu 0°C berbentuk balok didorong di atas lantai kasar yang juga bersuhu 0°C. Koefisien gesekan antara balok es dan lantai 0,4. Jika kalor lebur es 80 kal/g, setelah menempuh jarak 20 m, jumlah es yang mencair adalah..
    1. 4,46 g
    2. 4,76 g
    3. 5,01 g
    4. 5,36 g
    5. 5,86 g

Jawaban :

Jawaban : B

Diketahui :

m = 20 kg

T = 0℃

μk = 0,4

Les = 80 kal/g

Les = 336000 J/kg

S = 20 m

Ditanyakan :

mlebur = …?

Jawaban :

W = f. S

W = μk.m.g.S

W = 0,4.20.10.20

W = 1600 J

Q = mlebur . Les

1600 = mlebur . 336000

mlebur = 4,76 gram

  1. Sebuah batang logam A disambung dengan batang logam B dari bahan yang sama dengan luas penampang 3 kali lebih besar. Jika pada tekanan udara 1 atm ujung bebas batang A dimasukkan ke es yang sedang mencair dan ujung bebas batang B dimasukkan ke air yang sedang mendidih, suhu di titik sambung batang A dan batang B adalah…..
    1. 75°C
    2. 60°C
    3. 50°C
    4. 45°C
    5. 40°C

Jawaban :

Jawaban : A

Diketahui :

3Aa = Ab

Ta = 0℃

Tb = 100℃

ka = kb

da = db

Ditanyakan :

TA = …?

Jawaban :

\( { \left( \frac { Q }{ t } \right) }_{ sebelum }={ \left( \frac { Q }{ t } \right) }_{ sesudah }\\ \frac { { k }_{ a }{ \cdot A }_{ a }\cdot \left( { T }_{ A }{ -T }_{ a } \right) }{ { d }_{ a } } =\frac { { k }_{ b }{ \cdot A }_{ b }\cdot \left( { T }_{ b }{ -T }_{ A } \right) }{ { d }_{ b } } \\ \frac { 1\cdot 1\cdot \left( { T }_{ A }-0 \right) }{ 1 } =\frac { 1\cdot 3\cdot \left( 100-{ T }_{ A } \right) }{ 1 } \\ { T }_{ A }=75°C \)

  1. Sebuah kotak kayu dengan luas permukaan 1,0 m2 dan ketebalan dinding 2,0 cm berisi 22,5 kg es pada 0°C. Kalor lebur es adalah 3,3 x 105 J/kg dan koefisien konduksi termal kayu adalah 0,50 W/mK. Jika suhu kamar adalah 33°C, waktu yang diperlukan semua es dalam kotak untuk melebur adalah …. (dalam menit)
    1. 60
    2. 75
    3. 90
    4. 120
    5. 150

Jawaban :

Jawaban : E

Diketahui :

A = 1,0 m2

d = 2,0 cm

mes = 22,5 kg

Tes = 0℃

Les = 3,3.105 J/kg

k = 0,50 W/mK

Tdalam = 33℃

Ditanyakan :

t =…?

Jawaban :

\( \frac { Q }{ t } =K\cdot A\cdot \frac { \Delta T }{ d } \\ t=\frac { Q\cdot d }{ K\cdot A\cdot \Delta T } \\ t=\left( { m }_{ es }{ \cdot L }_{ es } \right) \cdot \frac { d }{ k\cdot A\cdot \left( { T }_{ dalam }{ -T }_{ es } \right) } \\ t=\left( 22,5\cdot 3,3\cdot { 10 }^{ 5 } \right) \cdot \frac { 0,2 }{ 0,50\cdot 1\cdot \left( 33-0 \right) } \\ t=150\quad menit \)

  1. Jika kita berada di dekat api unggun, kalor akan merambat dari api unggun ke tubuh kita melalui proses..
    1. Radiasi dan konveksi
    2. Radiasi dan konduksi
    3. Konduksi dan konveksi
    4. Radiasi
    5. Konveksi

Jawaban :

Jawaban : A

Diketahui :

Kalor

Ditanyakan :

Proses merambatnya kalor  dari api unggun ke tubuh?

Jawaban :

Proses penyaluran kalor yang terjadi ada tiga konduksi (bersentuhan langsung, konveksi (melalui partikel penghantar yakni udara), dan radiasi (berasal dari pancaran). Dalam kasus diatas yang terjadi antara kita dan api unggun adalah konveksi karena adanya medium udara, dan radiasi karena api memancarkan gelombang panasnya.

  1. Sebuah batang logam panjangnya 1 m. Salah satu ujungnya dipanaskan pada suhu tetap 150°C, sementara ujung yang lain dipertahankan pada suhu ruang, yaitu 30°C. Suhu bagian batang yang berjarak 30 cm dari ujung yang dipanaskan adalah..
    1. 36°C
    2. 56°C
    3. 85°C
    4. 114°C
    5. 125°C

Jawaban :

Jawaban : D

Diketahui :

L =  1 m

TA = 150℃

TB = 30℃

dA = 30 cm

dB = 70 cm

Ditanyakan :

TA = …?

Jawaban :

\( \frac { { Q }_{ A } }{ t } =\frac { { Q }_{ B } }{ t } \\ \frac { k\cdot A\cdot \Delta T }{ { d }_{ A } } =\frac { k\cdot A\cdot \Delta T }{ { d }_{ B } } \\ \frac { 150-{ T }_{ A } }{ 30 } =\frac { { T }_{ A }-30 }{ 70 } \\ \\ { T }_{ A }=114°C \)

  1. Dua buah bola sejenis tapi berbeda ukuran memancarkan energi radiasi yang sama besar ke sekitarnya. Jika bola A berjari-jari r bersuhu T, bola yang berjari-jari 2r akan bersuhu ..
    1. 0,3 T
    2. 0,5 T
    3. 0,7 T
    4. 0,9 T
    5. 1,1 T

Jawaban :

Jawaban : D

Diketahui :

EA = EB

RA = R

RB = 2R

T1 = T

Ditanyakan :

T2 = …?

Jawaban :

EA : EB = AAT14 : ABT24

1 : 1 = 4.π.R2.T4 : 4.π.(2R)2.T24

T2 = 0,9T

Esai

Suhu dan Pemuaian

  1. Suhu suatu benda adalah 68°F. Berapakah suhunya jika diukur dengan:
    1. Skala Celcius?
    2. Skala Kelvin?

Diketahui :

Suhu = 68°F

Ditanyakan :

  1. Suhu dalam skala Celcius?
  2. Suhu dalam skala Kelvin?

Jawaban :

  1. ​T = (68 – 32) . ​\( \cfrac { 5 }{ 9 } \)
    T = 36 . ​\( \cfrac { 5 }{ 9 } \)
    T = 20°C
  2. ​T = (68-32) . ​\( \cfrac { 5 }{ 9 } \)​+ 273
    T= 293 K
  1. Makhluk dari angkasa luar mendarat di bumi. Dalam skala suhu mereka, titik lebur es adalah 15°X dan titik uap adalah 165°X. Termometer mereka menunjukkan suhu di bumi adalah 42°X. Berapakah suhu ini pada skala Celcius?

Diketahui :

X1 = 15º

X2 = 165º

X = 42 º

Ditanyakan :

ºX = ..°C

Jawaban :

\( \frac { X-X1 }{ X2-X1 } =\frac { C-C1 }{ C2-C1 } \\ \frac { 42-15 }{ 162-15 } =\frac { C-0 }{ 100-0 } \\ C=18°C \)

  1. Untuk latihan membedakan makna perubahan suhu (∆T) dan suhu (T) suatu benda pada berbagai skala, Anda dapat mencoba menyelesaikan soal berikut. Tabel berikut memperlihatkan perbandingan skala Fahrenheit dan X.
    °F °X
    Titik beku air 32 -30
    Titik didih air 212
    1. Berapakah perubahan suhu pada skala X yang sama dengan perubahan suhu sebesar 50 °F
    2. Tentukan penunjukkan pada termometer dengan skala Fahrenheit yang memberikan suhu T = 25 °X

Diketahui :

F1 = 32º

F2 = 212º

X1 = -30º

X2 = 60º

Ditanyakan :

  1. ∆F = …?
  2. 25ºX = …ºF

Jawaban :

  1. ​∆F1 = 212 – 32
    ∆F1 = 180°C
    ∆X = 60 – (-30)
    ∆X = 90°
    ∆F = 50ºF
    ∆F = 50 . ​\( \cfrac { 90 }{ 180 } \)
    ∆F = 25°
  2. ​​\( \frac { X-X1 }{ X2-X1 } =\frac { F-F1 }{ F2-F1 } \\ \frac { 25-\left( -30 \right) }{ 60-\left( -30 \right) } =\frac { F-32 }{ 212-32 } \\ F=142°F \)
  1. Sebatang pipa tembaga memiliki panjang 2 m pada suhu 25°C. Tentukan panjang pipa pada suhu:
    1. 100°C
    2. 0°C

Diketahui :

Lo = 2m

To = 25ºC

Ditanyakan :

  1. L = …? pada suhu 100°C
  2. L = …? pada suhu 0°C

Jawaban :

  1. L1  = Lo +Lo α ∆T1
    L1  = 2+2 .17.10-6 (100-25)
    L1  = 2,00255 m
  2. L2 = Lo + Lo α ∆T2
    L2 = 2+2 .17. 10-6 (0-25)
    L2 = 1,99915 m
  1. Sebatang baja yang panjangnya 4 m bertambah panjang 2 mm ketika dipanaskan hingga mengalami kenaikan suhu 40°C. Berapakah pertambahan panjang dari sebatang baja kedua yang panjangnya 2 m ketika dipanaskan hingga mengalami kenaikan suhu 20°C?

Diketahui :

Lb1      = 4m

∆Lb1   = 2mm

∆Tb1   = 40ºC

Lb2      = 2m

∆Tb2   = 20ºC

Ditanyakan :

∆Lb2 = …?

Jawaban :

∆Lb1 = Lb1 . αb . ∆Tb1

2 x 10-3 = 4 . αb . 40

αb = 1,25 10-5 / ºC

∆Lb2  = Lb2 . αb . ∆Tb2

∆Lb2  = 2 . 1,25.10-5.20

∆Lb2  = 0,5 mm

  1. Sebuah keping bimetal terdiri atas perunggu dan besi yang memiliki panjang 10 cm pada 20°C. Keping itu dipegang secara horizontal dengan besi berada di atas. Ketika dipanasi oleh nyala api bunsen, suhu perunggu adalah 800°C dan besi 7520°C. Hitung beda panjang besi dan perunggu (abaikan pengaruh lingkungan).

Diketahui :

Lp = 10 cm

Lb = 10 cm

Tp = 800ºC

Tb = 750ºC

αp = 19.10-6

αb = 12.10-6

Ditanyakan :

∆L = …?

Jawaban :

∆L = ∆Lp  – ∆Lb

∆L = Lp αp ∆Tp – Lb αb ∆Tb

∆L = 10.19.10-6(800-0) – 10.12.10-6(750-0)

∆L = 0,062 cm

  1. Pada suhu 27,9°C sebuah bola besi memiliki diameter 50,00 mm dan berada di atas lubang pelat kuningan yang diameternya 49,98 mm. Sampai suhu berapakah keduanya (bola besi dan pelat kuningan) harus dipanaskan agar bolabesi dapat lolos melewati lubang pelat kuningan? Koefisien muai αB=12.10-6/K dan kuningan αK=19.10-6/K.

Diketahui :

Tb = 27,9ºC

D besi  = 50 mm

D pelat  = 49,98

L = ¼ 𝞹 d2

D = ​\( \sqrt { 4L\pi } \)

Ditanyakan :

T = …?

Jawaban :

\( { D }_{ b }{ =D }_{ p }\\ \sqrt { 4\cdot L\cdot \pi } =\sqrt { 4\cdot L\cdot \pi } \\ 4L\pi =4L\pi \\ { L }_{ b }{ =L }_{ p }\\ { L }_{ bo }+{ { L }_{ bo } }{ \alpha }_{ b }\Delta T={ L }_{ po }+{ { L }_{ po } }{ \alpha }_{ p }\Delta T\\ \pi { 25 }^{ 2 }+\pi { 25 }^{ 2 }\cdot { 10 }^{ 6 }\left( { T }_{ a }-27,9 \right) =\pi { 24,99 }^{ 2 }+\pi { 24,99 }^{ 2 }\cdot { 19\cdot 10 }^{ 6 }\left( { T }_{ a }-27,9 \right) \\ { T }_{ a }=\cfrac { 1,95 }{ 0,013 } \\ { T }_{ a }=150°C \)

  1. Sebatang besi dan tembaga berbeda panjang 2 cm pada suhu 50°C seperti pada suhu 450°C. Berapakah panjang masing-masing batang pada suhu 0°C? Koefisien muai panjang besi adalah 12 x 10-6 /°C dan tembaga adalah 17 x 10-6 /°C

Diketahui :

Berbeda panjang = 2 cm

Suhu = 50°C dan 450°C

Koefisien muai panjang besi = 12 x 10-6 /°C

Koefisien muai panjang tembaga = 17 x 10-6 /°C

Ditanyakan :

Panjang masing-masing batang pada suhu 0°C ?

Jawaban :

Pada suhu 50ºC :

Besi = Lbo = X

Lb = Lbo + Lbo αb ∆T

Lb = X + X .12.10.-6(50-0)

Lb = X + 6.10-4 X

Lb = 1,0006x

Lt = Lto +Lto αt ∆T

Lt = y + y 17.10-6 (50-0)

Lt = y + 8,5 .10-4

Lt = 1,00085y

∆L = Lb – Lt

∆L = X + 6.10-4 X – (y+8,5.10-4 y)

2 = 1,0006x – 1,00085 y

Pada suhu 450º :

Besi :

Lb = Lbo + Lbo αb ∆T

Lb = x + x 12.10-6 (450-0)

Lb = x + 5,4 .10-3x

Lb = 1,0054 x

Tembaga :

Lt = Lto + Lto αb ∆T

Lt = y + y 17.10-6(450-0)

Lt = y + 7,65 .10-3 y

Lt = 1,00765 y

∆L = Lt – Lb

2 = 1,00765 y – 1,0054 x

Eliminasi :

1,00765 y – 1,0054 x = 2 x 1,00085

-1,00085 y + 1,0006 x = 2 x 1,00765

X = 2006 cm

X = 20,06 m

Y = 2008,5 cm

Y = 20,085 m

  1. Sebuah bola berongga terbuat dari perunggu (koefisien muai panjang α = 18 x 10-6 /°C). Jari-jarinya 1 m. Jika bola tersebut dipanaskan sampai 50°C, berapa pertambahan luas permukaan bola tersebut?

Diketahui :

αp = 18 x 10-6

r = 1 m

∆T = 50ºC

Ditanyakan :

ΔL = ..?

Jawaban :

∆L = Lo 2α ∆T

∆L = 𝞹 12 2 .18. 10-6.50

∆L = 1,8 . 10-3 m2

  1. Sebuah termometer raksa memiliki suatu pipa kapiler dengan luas penampang 1,0 x 10-3 mm2. Volume rakssa dalam tabung cadangan adalah 1,0 mm3. Abaikan pemuaian kaca dalam termometer. Berapa ketinggian raksa dalam pipa kapiler jika suhu dinaikkan sampai 60°C?

Diketahui :

Luas penampang = 1,0 x 10-3 mm2

Volume rakssa dalam tabung = 1,0 mm3

Ditanyakan :

Tinggi raksa dalam pipa kapiler jika suhu dinaikkan sampai 60°C ?

Jawaban :

\( { H }_{ 1 }=\frac { V }{ A } \\ { H }_{ 1 }=\frac { 1 }{ 1\cdot { 10 }^{ -3 } } \\ { H }_{ 1 }={ 10 }^{ 3 }\quad mm \)

\( { H }_{ 2 }={ H }_{ 1 }+{ H }_{ 1 }\cdot \cfrac { 1 }{ 3 } \cdot \gamma \cdot \Delta T\\ { H }_{ 2 }={ 10 }^{ 3 }+{ 10 }^{ 3 }\cdot \cfrac { 1 }{ 3 } \cdot 1,82\cdot { 10 }^{ -3 }\cdot \left( 60-0 \right) \\ { H }_{ 2 }=1036,4\quad mm \)​​

  1. Sebuah kubus aluminium dengan panjang rusuk 10 cm dipanaskan hingga suhunya naik dari 10°C menjadi 30°C. Hitung :
    1. Pertambahan volume kubus
    2. Perubahan massa jenis dinyatakan dalam persen

Diketahui :

Rusuk = 10 cm

Suhu = 10°C menjadi 30°C

Ditanyakan :

  1. Pertambahan volume kubus ?
  2. Perubahan massa jenis dinyatakan dalam persen ?

Jawaban :

V = r3

V = 103 cm3

Vt = Vo + Vo 3α ∆T

Vt = 103 + 103.3. 24.10-6 (30-10)

Vt = 1001,44 cm3

∆V = Vt – V

∆V = 1001,44 – 1000

∆V = 1,44 cm3

\( \Delta \rho =\frac { { \rho }_{ 2 }{ -\rho }_{ 1 } }{ { \rho }_{ 1 } } \cdot 100\\ \Delta \rho =\frac { \left| \cfrac { m }{ { v }_{ 2 } } -\cfrac { m }{ { v }_{ 1 } } \right| }{ \cfrac { m }{ { v }_{ 1 } } } \cdot 100\\ \Delta \rho =\frac { \left| \cfrac { 1 }{ 1001,44 } -\cfrac { 1 }{ { 1000 } } \right| }{ \cfrac { 1 }{ { 1000 } } } \cdot 100\\ \Delta \rho =0,14 \)​%

  1. Sebuah botol gelas dengan volume 250 cm3 diisi penuh dengan air bersuhu 50°C. Kemudian, botol ini dipanaskan sampai suhunya mencapai 60°C. Tentukan banyak air yang tumpah jika pemuaian botol :
    1. Diabaikan
    2. Diperhitungkan

Diketahui :

Volume = 250 cm3

Suhu = 50°C menjadi 60°C

Ditanyakan :

Banyak air yang tumpah, pemuaian botol :

  1. Diabaikan ?
  2. Diperhitungkan ?

Jawaban :

  1. V tumpah = ∆ Vair
    V tumpah = Vo   γa ∆T
    V tumpah = 250 . 2,1.10-4. (60-50)
    V tumpah = 0,525 cm3
  2. V tumpah = ∆Vair – ∆ Vkaca
    V tumpah = Vo ᵧa ∆T – Vo. 3αk.∆T
    V tumpah = 0,525 – 250.3.3,2.10-6 (60-50)
    V tumpah = 0,477 cm3
  1. Sebuah wadah, 95% dari kapasitasnya diisi dengan cairan. Suhu wadah dan cairan adalah 0,0°C. Wadah terbuat dari bahan dengan koefisien muai 80 x 10-6 /°C. Pada suhu 100,0°C diamati cairan mulai luber dari wadah. Tentukan koefisien muai volume dari cairan itu.

Diketahui :

Wadah diisi = 95%

Suhu wadah dan cairan = 0°C

Koefisien muai = 80 x 10-6 /°C

Pada Suhu 100°C, cairan luber

Ditanyakan :

Koefisien muai volume cairan ?

Jawaban :

∆Vb = ∆Vc

Vb . 3 α ∆T  = Vc γ ∆T

Vb. 3(80.10-6).(100-0) = 0,95.Vb. γ.(100-0)

γ = 2,52 x 10-2 / ºC

  1. Massa jenis dia cairan X dan Y yang terdapat dalam sebuah bejana gelas adalah 1000 dan 970 kg/m3 pada suhu 20°C. Pada suhu berapakah bejana dan isinya harus dipanaskan hingga cairan X tepat dapat mengapung pada cairan Y? (koefisien muai X dan Y masing-masing adalah 90 x 10-3 /°C dan 50 x 10-5 /°C).

Diketahui :

Massa jenis X dan Y = 1000 dan 970 kg/m3

Suhu = 20°C

Koefisien X dan Y = 90 x 10-3 /°C dan 50 x 10-5 /°C

Ditanyakan :

Suhu (X mengapung pada Y )?

Jawaban :

∆V = γ  Vo ∆T

V – Vo = γ  Vo ∆T

V = Vo + γ  Vo ∆T

Ketika zat cair dipanaskan, volume memuai, tetapi massa tetap, berlaku:

\( \frac { m }{ v } =\frac { m }{ { v }_{ 0 }\left( 1+\gamma \Delta T \right) } \\ \frac { m }{ v } ={ \rho }_{ 1 }\cdot \frac { m }{ { v }_{ 0 } } \cdot { \rho }_{ 0 }\\ \rho =\frac { { \rho }_{ 0 } }{ 1+\gamma \Delta T } \\ { \rho }_{ 0 }=\rho \left( 1+\gamma \Delta T \right) \)

Misal suhu diperlukan cairan X tepat mengapung pada cairan Y adalah TºC

\( { \rho }_{ o }=\rho \left( 1+\gamma \Delta T \right) \Delta T=T-20\\ X\rightarrow 1000=\rho \left( 1+90\cdot { 10 }^{ -3 } \right) \left( T-20 \right) \\ Y\rightarrow \quad 970=\rho \left( 1+50\cdot { 10 }^{ -5 } \right) \left( T-20 \right) \\ \frac { 1000 }{ 970 } =\frac { \rho \left( 1+90\cdot { 10 }^{ -3 } \right) \left( T-20 \right) }{ \rho \left( 1+50\cdot { 10 }^{ -5 } \right) \left( T-20 \right) } \\ 1000\cdot \rho \left( 1+50\cdot { 10 }^{ -5 } \right) \left( T-20 \right) =970\cdot \rho \left( 1+90\cdot { 10 }^{ -3 } \right) \left( T-20 \right) \\ 990+0,5T=-776+87,3T\\ 86,8T=1766\\ T=20,35°C \)

Jadi, cairan x tepat mengapung  pada cairan Y pada suhu 20,35 derajat Celcius

  1. Suatu gas berada dalam ruangan tertutup kaku pada suhu 42°C dan tekanan 7 atm. Jika gas dipanasi sampai 87°C dan volume gas selama proses dijaga konstan. Berapakah tekanan gas sekarang?

Diketahui :

Suhu = 42°C sampai 87°C

Tekanan = 7 atm

Ditanyakan :

Tekanan gas sekarang =..?

Jawaban :

\( \frac { { P }_{ 1 }{ V }_{ 1 } }{ { T }_{ 1 } } =\frac { { P }_{ 2 }{ V }_{ 2 } }{ { T }_{ 2 } } \\ \frac { 7\cdot { V }_{ 1 } }{ 315 } =\frac { { P }_{ 2 }{ V }_{ 2 } }{ 360 } \\ { P }_{ 2 }=8\quad atm \)

Kalor dan Perubahan Wujud

Kalor jenis air = 4200 J/kg K

Kalor jenis zat lain (lihat Tabel 7.5)

  1. Soal :
    1. Berapa kalor yang harus ditambahkan pada 4,0 x 10-3 kg bola baja untuk menaikkan suhunya dari 20°C menjadi 70°C?
    2. Berapa suhu bola akan bertambah jika bola dibuat dari emas? Kalor jenis emas 129 J/kg K

Diketahui :

Bola baja = 4,0 x 10-3 kg

Suhu = 20°C menjadi 70°C

Kalor jenis emas = 129 J/kg K

Ditanyakan :

  1. Kalor yang harus ditambahkan untuk menaikkan suhu ?
  2. Pertambahan suhu bola ?

Jawaban :

  1. Q = m c ∆T
    Q = 4.10-3 . 450. 50
    Q = 90 Joule
  2. Q = m c ∆T
    90 = 4.10-3 . 129. ∆T
    ∆T = 174,42
    T2 – T1 = 174,42
    T2 = 174,42 + 20
    T2 = 194,42 ºC
  1. Sebanyak 60 kg air panas pada suhu 82°C mengalir ke dalam bak mandi. Untuk menurunkan suhunya, 300 kg air dingin pada 10°C ditambahkan ke dalam bak tersebut. Berapa suhu akhir campuran?.

Diketahui :

Massa air panas= 60 kg

Suhu air panas = 82°C

Massa air dingin = 300 kg

Suhu air dingin = 10°C

Ditanyakan :

Suhu akhir campuran =…?

Jawaban :

Q masuk = Q keluar

m c ∆T = m c ∆T

60 (82-Ta) = 300 (Ta-10)

Ta = 22 ºC

  1. Sebuah kalorimeter tembaga massanya 280 kg diisi dengan 500 g air pada suhu 15°C. Sebatang balok kecil tembaga yang massanya 560 g dan suhunya 100°C dijatuhkan ke dalam kalorimeter hingga suhu kalorimeter menjadi 22,5°C. Jika tidak ada kalor yang keluar dari sistem, berapa kalor jenis tembaga?

Diketahui :

Massa tembaga = 280 kg

Massa air = 500 g

Suhu = 15°C

Massa balok kecil = 560 g

Suhu balok kecil = 100°C

Suhu kalorimeter = 22,5°C

Ditanyakan :

Kalor jenis tembaga =..?

Jawaban :

\( { Q }_{ masuk }={ Q }_{ keluar }\\ m\cdot c\cdot \Delta T=m\cdot c\cdot \Delta T\\ { m }_{ t }{ c }_{ t }\Delta T+{ m }_{ a }{ c }_{ a }\Delta T={ m }_{ t }{ c }_{ t }\Delta T\\ 280{ \cdot c }_{ t }\cdot \left( 22,5-15 \right) +0,5{ \cdot }4200\cdot \left( 22,5-15 \right) =0,56{ \cdot c }_{ t }\cdot \left( 100-22,5 \right) \\ 15750=2056,6{ c }_{ t }\\ { c }_{ t }=7,66\quad { J }/{ kg°C } \)

  1. Total 0,8 kg air pada 20°C dimasukkan ke dalam ketel listrik 1 kW. Berapa lama waktu yang diperlukan untuk menaikkan suhu air sampai 100°C?

Diketahui :

Massa = 0,8 kg

Listrik = 1 kW

Suhu = 20 – 100°C

Ditanyakan :

Waktu ?

Jawaban :

Q = m c ∆T

p.t  = 0,8 . 4200. (100-200)

t = 268800 / 1000

t =  268,85 = 4 menit 28,8 detik

  1. Sebuah batang bermassa 100 g dipanasi sampai 100°C dan kemudian dipindahkan ke sebbuah bejana tembaga bermassa 50,0 g yang mengandung 200 g air pada 10,0°C. Abaikan kalor yang hilang ke lingkungan sekitarnya. Hitung suhu akhir air setelah diaduk secara merata. Kalor jenis tembaga dan air masing-masing 4,00 x 102 J/kg K dan 4,20 x 103 J/kg K.

Diketahui :

Massa batang = 100 g

Suhu batang = 100°C

Massa bejana = 50 g

Massa air = 200 g

Suhu air = 10°C

Kalor jenis tembaga =  4,00 x 102 J/kg K

Kalor jenis air = 4,20 x 103 J/kg K

Ditanyakan :

Suhu akhir air setelah diaduk secara merata =…?

Jawaban :

Q masuk = Qkeluar

Mbt ct ∆T + ma ca ∆T = mt ct ∆T

0,050 . 400. (Ta-10) + 0,2 . 4200. (Ta-10) = 0,1 . 400. (100-Ta)

500Ta + 40Ta  = 12600

Ta=23,3 ºC

  1. Sebuah tabung uji yang mengandung 0,10 kg bubuk contoh dipanasi selama beberapa menit oleh sebuah pembakar bunsen yang memberikan kalor pada laju konstan 50 J/s. Suhu dari isi tabung uji dicatat pada selang-selang waktu yang sama  dan didaparkan grafik suhu tergadap waktu seperti pada gambar berikut

    1. Apa yang terjadi dengan zat selama selang OA? AB?
    2. Hal penting apakah yang ditunjukkan oleh waktu AB yang lebih besar daripada waktu OA?
    3. Hitung kalor jenis dan kalor lebur bubuk contoh, dengan menganggap semua kalor yang disuplai oleh pembakar bunsen diberikan seluruhnya kepada bubuk

Diketahui :

Massa = 0,10 kg

Laju konstan = 50 J/s

Ditanyakan :

  1. Yang terjadi pada OA dan  AB?
  2. Hal penting  yang ditunjukkan oleh waktu AB yang lebih besar daripada waktu OA?
  3. Kalor jenis dan kalor lebur ?

Jawaban :

  1. OA = kenaikan suhu
    AB = perubahan suhu wujud zat
  2. Untuk mengubah wujud zat lebih lama dibandingkan dengan menaikkan suhu, hal ini mengartikan bahwa untuk mengubah bentuk zat dibutuhkan kalor yang lebih banyak dibandingkan menaikkan suhu zat
  3. Qoa = 150 x 50 = 7500 J
    Qoa = mb cb ∆T
    7500 = 0,1 Cb (80-20)
    Cb = 1250 J/KgºC
    Qab = 300 x 50 = 60 000 J
    Qab = mb Lb
    60.000 = 0,1 Lb
    Lb = 6. 105 J/kg
  1. Soal :
    1. Berapa banyak kalor diperlukan untuk mengubah 10 g es pada 0°C menjadi air pada 50°C
    2. Jika sebuah kulkas mendinginkan 200 g dari 20°C ke titik bekunya dalam 10 menit, berapa banyak kalor per menit harus diambil dari air?

Diketahui :

Es = 10 g

Suhu es = 0°C menjadi air pada 50°C

Kulkas = 200 g

Suhu = dari 20°C ke titik beku

Waktu = 10 menit

Ditanyakan :

  1. Kalor diperlukan untuk mengubah 10 g es pada 0°C menjadi air pada 50°C ?
  2. Kalor per menit harus diambil dari air?

Jawaban :

  1. Q = 10. 80 + 10.1.(50-0)
    Q = 4500 kal
  2. Q/t = (m c ∆T) t
    Q/t = 200 . 1. (20-0) / 10
    Q/t = 40 kal / menit
  1. Berapa banyak kalor yang harus diambil dari 0,5 kg air 30°C untuk mengubahnya menjadi es 0°C? Diketahu kalor lebur es 3.36 x 10-5 J/kg. Kalor jenis air 4,2 x 103 J/kg K

Diketahui :

Air = 0,5 kg

Suhu = 30°C menjadi 0°C

Kalor lebur es = 3.36 x 10-5 J/kg

Kalor jenis air = 4,2 x 103 J/kg K

Ditanyakan :

Kalor yang harus diambil untuk menjadi es =..?

Jawaban :

Q = m L + m c ∆T

Q = 0,5 . 3,36 . 105 + 0,5 . 4,2 .103.(30-0)

Q = 231 kj

  1. Soal :
    1. Berapa banyak kalor yang diperlukan untuk mengubah 50 g air pada 100°C menjadi uap pada 100° ?
    2. Tentukan banyak kalor yang dilepaskan ketika 20 g uap pada 100°C mengembun dan mendingin menjadi air pada 50°C

Diketahui :

Massa air  = 50 g pada 100°C menjadi uap pada 100° ?

Massa =  20 g uap pada 100°C mengembun dan mendingin menjadi air pada 50°C

Ditanyakan :

  1. Kalor yang diperlukan ?
  2. Kalor yang dilepaskan ?

Jawaban :

  1. \( Q=m\cdot { L }_{ uap }\\ Q=0,050\cdot 2,3\cdot { 10 }^{ 6 }\\ Q=115\quad kj \)
  2. \( Q=m\cdot { L }_{ u }+m\cdot c\cdot \Delta T\\ Q=0,02\cdot 2,3\cdot { 10 }^{ 6 }+0,02\cdot 4,2\cdot { 10 }^{ 3 }\cdot \left( 100-50 \right) \\ Q=50,2\quad kj \)
  1. Berapa kalor yang diperlukan agar 5 kg es pada -20°C menjadi uap air seluruhnya pada 120°C?

Diketahui :

Es = 5 kg

Suhu = -20°C menjadi 120°C

Ditanyakan :

Kalor =…?

Jawaban :

\( Q=m\cdot c\cdot \Delta T+m\cdot { L }_{ es }+m\cdot { C }_{ air }.\Delta T+m\cdot { L }_{ u }+m\cdot { C }_{ uap }.\Delta T\\ Q=5\cdot 2,1\cdot { 10 }^{ 3 }\cdot \left( 0-\left( -20 \right) \right) +5\cdot 3,36\cdot { 10 }^{ 5 }+5\cdot 4,2\cdot { 10 }^{ 3 }\left( 100-0 \right) +5\cdot 2,3{ \cdot 10 }^{ 6 }+5\cdot 2,01\cdot { 10 }^{ 3 }\left( 120-100 \right) \\ Q=1,57\cdot { 10 }^{ 7 }\quad J \)

  1. Sebatang tembaga panas pada suhu 200°C dan massa 0,5 kg diletakkan di atas sebuah belaok es besar. Berapakah massa es yang melebur?

Diketahui :

Suhu = 200°C

Massa = 0,5 kg

Ditanyakan :

Massa es yang melebur ?

Jawaban :

\( { Q }_{ tembaga }=m\cdot c\cdot \Delta T\\ { Q }_{ tembaga }=0,5\cdot 390\cdot \left( 200-0 \right) \\ { Q }_{ tembaga }=39000\quad J \)

\( { Q }_{ es }=m\cdot L\\ { 39000= }m\cdot 336000\\ m=1,083\quad kg \)

  1. Dalam sebuah bejana yang massanya diabaikan, dimasukkan 100 g air yang suhunya 45°C dicampur dengan 100 g es yang suhunya -4°C. Pada saat keseimbangan termal dicapai, hanya 50% es yang melebur. Jika diketahui kalor jenis es = 0,5 J/g °C, kalor jenis air = 1 kal/g °C, hitung:
    1. Kalor yang diperlukan untuk melebur 50% es
    2. Kalor lebur es (dalam kal/g).

Diketahui :

Air = 100 g

Suhu air = 45°C

Es = 100 g

Suhunyaes =  -4°C

50% es yang melebur

Kalor jenis es = 0,5 J/g °C

Kalor jenis air = 1 kal/g °C,

Ditanyakan :

  1. Kalor yang diperlukan untuk melebur 50% es ?
  2. Kalor lebur es (dalam kal/g) ?

Jawaban :

  1. \( { Q }_{ masuk }={ Q }_{ keluar }\\ { Q }_{ es }+{ Q }_{ lebur }={ Q }_{ air }\\ { Q }_{ lebur }=-\left( { m }_{ es }\cdot { c }_{ es }\cdot \Delta T \right) +\left( { m }_{ air }\cdot { c }_{ air }\cdot \Delta T \right) \\ { Q }_{ lebur }=-\left( 100\cdot 0,5\cdot \left( 0-\left( -4 \right) \right) +100\cdot 1\cdot \left( 45-0 \right) \right) \\ { Q }_{ lebur }=4300\quad Joule \)
  2. \( { Q }_{ lebur }={ m }_{ lebur }\cdot L\\ L=\cfrac { 4300 }{ 50 } \\ L=86\quad { kal }/{ g } \)
  1. Sebanyak 100 g es pada -5°C dicampur dengan 200 g air pada 30°C pada tekanan 1 atm. Kalor jenis es 0,5 kal/h °C dan kalor lebur es 80 kal/g. Jika hanya terjadi pertukaran kalor antara air dan es, tentukan :
    1. Suhu akhir campuran
    2. Massa es yang melebur.

Diketahui :

Es = 100 g

Suhu es = -5°C

Air = 200 g

Suhu air = 30°C

Tekanan = 1 atm

Kalor jenis es = 0,5 kal/h °C

Kalor lebur es = 80 kal/g

Ditanyakan :

  1. Suhu akhir campuran ?
  2. Massa es yang melebur ?

Jawaban :

  1. \( { Q }_{ masuk }={ Q }_{ keluar }\\ m\cdot c\cdot \Delta T+m\cdot L+m\cdot c\cdot \Delta T=m\cdot c\cdot \Delta T\\ 100\cdot 0,5\cdot \left( 0-\left( -5 \right) \right) +100\cdot 80+100\cdot 1\cdot \left( { T }_{ a }-0 \right) =200\cdot 1\cdot \left( 30-{ T }_{ a } \right) \\ 8250+100{ T }_{ a }=6000-200{ T }_{ a }\quad \\ { T }_{ a }=\frac { 2250 }{ -300 } \\ { T }_{ a }=-7,5°C \)
  2. \( { Q }_{ keluar }=m\cdot c\cdot \Delta T\\ { Q }_{ keluar }=200\cdot 1\cdot \left( 300-0 \right) \\ { Q }_{ keluar }=6000\quad J\\ { Q }_{ masuk }=m\cdot c\cdot \Delta T+m\cdot L\\ { Q }_{ masuk }=100\cdot 0,5\cdot \left( 0-\left( -5 \right) \right) +m\cdot 80\\ { Q }_{ masuk }=250+80m\\ { Q }_{ masuk }={ Q }_{ keluar }\\ 250+80m=6000\\ m=71,875\quad gr\quad mencair \)
  1. Pada tekanan 6 cmHg, kalor jenis air 4200 J/kg K, kalor didih air 2,26 x 106 J/kg. Sebanyak 100 g air pada 20°C diberi kalor sebanyak 2,5 x 105 J. Hitung :
    1. suhu akhir air
    2. Massa air yang menguap

Diketahui :

Tekanan = 6 cmHg

Kalor jenis air = 4200 J/kg K

Kalor didih air = 2,26 x 106 J/kg

Air = 100 g

Suhu = 20°C

Kalor = 2,5 x 105 J

Ditanyakan :

  1. suhu akhir air ?
  2. Massa air yang menguap ?

Jawaban :

Q naik = m c ∆T

Q naik = 0,1. 4200. (100-20)

Q naik = 0,3.105 J

Quap = Q – Q naik

Quap = 2,5 .105 – 0,3. 105

Quap= 2,2. 105

m.Luap = 2,2. 105

m  = 2,2. 105 / 2,226.106

m = 0,098 kg

  1. Sebanyak 0,020 kg es dan 0,10 kg air pada 0°C ada dalam suatu wadah. Uap pada 100°C dilewatkan melalui wadah sampai semua es tepat melebur. Berapakah banyak air yang sekarang terdapat dalam wadah? Kalor didih 2,3 x 106 J/kg; kalor lebur 3,4 x 105 J/kg K; kalor jenis air 4,2 x 103 J/kg K

Diketahui :

Es = 0,020 kg

Air = 0,10 kg

Suhu = 0°C dan 100°C

Kalor didih = 2,3 x 106 J/kg

Kalor lebur = 3,4 x 105 J/kg K

Kalor jenis air = 4,2 x 103 J/kg K

Ditanyakan :

Air dalam wadah =…?

Jawaban :

QL = mes + Les

QL = 0,020 .3,4 .105

QL = 6800 J

Qu = mu Lu

6800 = mu 2,3 106

mu = 3 gram

m = mes + mair+mu

m = 0,020+0,10+0,003

m = 0,33 kg

V = m / rho

V = 0,33/1000

V = 0,33 L

  1. Seorang siswa ingin menentukan kalor jenis suatu paduan logam baru, sebanyak 100 g logam tersebut dipanaskan hingga 180°C dan segera dicelupkan ke dalam 240 g air 20°C yang terdapat dalam kalorimeter aluminium. Jika suhu akhir logam paduan adalah 36°C, hitung kalor jenisnya (kalor jenis air 4200 J/kg °C)

Diketahui :

Logam = 100 g

Suhu logam = 180°C

Air = 240 g

Suhu air = 20°C

Suhu akhir logam = 36°C

Kalor jenis air = 4200 J/kg °C

Ditanyakan :

Kalor jenisnya =…?

Jawaban :

Q masuk = Q keluar

Qa+Qal =QL

ma.Ca.∆T +Cal ∆T = mL.CL.∆T

0,24.4200(36-20)+900.(36-20) = 0,1 CL (180-36)

CL = 2120 J/KgºC

  1. Dalam latihan aerobik, Rini mengeluarkan energi 1,128 x 106 J selama 45 menit. Jika dianggap seluruh energi ini digunakan untuk menguapkan air dari kulit, berapa banyak air keringat yang keluar?

Diketahui :

Energi = 1,128 x 106 J

Waktu = 45 menit

Ditanyakan :

Keringat yang keluar =…?

Jawaban :

Q = m. c. ∆T

1,128.106 = m. 4200.(100-36,7)+m.2,3.106

m = 0,44 kg

rho = m/v

1000 = 0,144 / v

v = 0,44 L

  1. Sebuah pengayuh roda digunakan untuk mengaduk 1,0 kg cairan yang berada dalam sebuah bejana tertutup. Sebuah beban 200 N yang berada tepat 1 m di atas pengayuh, jatuh dan menimpa pengayuh sehingga pengayuh berputar dan mengaduk cat cair dalam bejana. Percobaan ini diulangi 100 kali dan dihasilkan suhu total cairan sebesar 4°C. Hitung kalor jenis cairan dalam bejana,

Diketahui :

Cairan = 1,0 kg

Beban = 200 N

Jarak = 1 m di atas pengayuh, jatuh dan menimpa pengayuh sehingga pengayuh berputar dan mengaduk cat cair dalam bejana.

Percobaan diulangi 100 kali

Suhu total cairan = 4°C

Ditanyakan :

Kalor jenis cairan =…?

Jawaban :

Ep = Q

N. Ms. g. h = Mc. c. ∆t

N. Ws. h = Mc. c. ∆t

C = 100. 200. 1 / 1.4

C = 10.000 J/KgºC

Perpindahan Kalor

  1. Sebatang alumunium yang panjangnya 0,400 m dan diameternya 6,00 x 10-3 m digunakan untuk mengaduk larutan gula air yang bersuhu 108°C. Jika ujung lain batang berada pada suhu ruang 28°C, berapa kalor yang mengalir sepanjang batang dalam 5 menit? Konduktivitas termal aluminium adalah 200 W/mK.

Diketahui :

Panjang = 0,4 m

Diameter = 6,00 x 10-3 m

Suhu gula air = 108°C

Suhu ruang = 28°C

Waktu = 5 menit

Konduktivitas termal aluminium = 200 W/mK

Ditanyakan :

Kalor mengalir pada batang ?

Jawaban :

\( \frac { { Q } }{ { t } } =\frac { { K }{ \cdot A }\cdot \Delta T }{ d } \\ \frac { { Q } }{ { 150 } } =\frac { 200\cdot { \left( 3\cdot { 10 }^{ -3 } \right) }^{ 2 }\cdot \left( 108-28 \right) }{ 0,4 } \\ Q=67,86\quad Joule \)

  1. Di negara yang mengalami empat musim, suhu udara ketika musim dingin dapat mencapai di bawah 0°C.
    1. Berapa banyak kalor yang keluar melalui dinding luar sebuah kamar tidur sepanjang malam (8 jam) ketika suhu rata-rata di luar -15°C dan suhu rata-rata di dalam 22°C? Ukuran dinding adalah 2,5 m x 3,00 m, dan tebalnya 0,150 m. Konduktivitas termal rata-rata adalah 0,850 W/mK
    2. Berapa banyak ongkos yang harus dibayar jika kehilangan kalor ini digantikan oleh sebuah pemanas ruang listrik? Tarif listrik adalah Rp 400/KWh dan 1 kWh = 3,60 x 106

Diketahui :

Waktu = 8 jam

Suhu rata-rata di luar = -15°C

Suhu rata-rata di dalam = 22°C

Ukuran dinding = 2,5 m x 3,00 m, tebal = 0,150 m

Konduktivitas termal rata-rata = 0,850 W/mK

Tarif listrik = Rp 400/KWh

1 kWh = 3,60 x 106

Ditanyakan :

  1. Kalor yang keluar melalui dinding ?
  2. Ongkos ?

Jawaban :

  1. \( \frac { { Q } }{ { t } } =\frac { { K }{ \cdot A }\cdot \Delta T }{ d } \\ \frac { { Q } }{ { 8\cdot 3600 } } =\frac { 0,850\cdot 7,5\cdot \left( 22+15 \right) }{ 0,150 } \\ Q=45.288.000\quad J \)
  2. \( Rp=\frac { Q }{ 3,6\cdot { 10 }^{ 6 } } \cdot 400\\ Rp=\frac { 45288000 }{ 3,6\cdot { 10 }^{ 6 } } \cdot 400\\ Rp=Rp\quad 5.032,- \)
  1. Diagram berikut menunjukkan sebuah batang gabungan PQR dengan kedua komponen memiliki luas penampang sama. Bahan QR memiliki koefisien konduksi termal dua kali daripada bahan PQ. Anggap ada laju kalor konstan sepanjang batang dan ujung-ujung P dan R berada pada suhu T1 = 100°C dan T2 = 0°C. Hitung titik-titik pada sambungan Q.

Diketahui :

Panjang = L dan 2L

T1 = 100°C

T2 = 0°C

Ditanyakan :

Titik – titik pada sambungan Q ?

Jawaban :

\( \frac { { Q } }{ { t } } =\frac { { Q } }{ { t } } \\ \frac { { K }_{ PQ }{ \cdot A }_{ PQ }\cdot \Delta T }{ 2L } =\frac { { K }_{ QR }{ \cdot A }_{ QR }\cdot \Delta T }{ 2L } \\ \frac { { K }_{ PQ }\left( { T }_{ 1 }{ -T }_{ q } \right) }{ 2 } =2{ K }_{ PQ }\left( { T }_{ q }-{ T }_{ 2 } \right) \\ { T }_{ q }=\cfrac { 1 }{ 5 } \cdot 100\\ { T }_{ q }=20°C \)

  1. Permukaan dalam dinding rumah dijaga bersuhu tetap 20°C pada saat suhu udara luar 10°C. Berapa banyak kalor yang hilang karena konveksi alami pada dinding rumah tersebut selama satu hari? Ukuran dinding rumah adalah 8,00 m x 4,00m. Anggap koefisien konveksi rata-rata 3,5 J/s m2K.

Diketahui :

Suhu = 20°C

Suhu udara luar = 10°C

Dinding rumah = 8,00 m x 4,00m

Koefisien konveksi rata-rata = 3,5 J/s m2K

Ditanyakan :

Kalor yang hilang =…?

Jawaban :

\( \frac { { Q } }{ { t } } =H\cdot A\cdot \Delta T\\ \frac { { Q } }{ { 86400 } } =3,5\cdot 32\cdot \left( 20-10 \right) \\ Q=96.768.000\quad J \)

  1. Suhu filamen sebuah lampu 40 W adalah 2443 K dan luas permukaan efektif filamen adalah 0,66 cm2. Energi yang diradiasikan lampu adalah 0,31 kali dari yang diradiasikan benda hitam sempurna dengan kondisi yang sama. Dari data ini tentukan nilai dari tetapan Stefan-Boltzman σ?

Diketahui :

Lampu = 40 W

Suhu = 2443  K

Energi yang diradiasikan = 0,31 kali

Luas permukaan efektif filamen = 0,66 cm2

Ditanyakan :

Nilai tetapan Stefan-Boltzman σ ?

Jawaban :

\( \frac { { Q } }{ { t } } =eA\sigma { T }^{ 4 }\\ P=\cfrac { E }{ { E }_{ 0 } } A\sigma { T }^{ 4 }\\ 40=0,31\cdot 6,6\cdot { 10 }^{ -5 }\cdot \sigma \cdot { 2443 }^{ 4 }\\ \sigma =5,48\cdot { 10 }^{ -8 }\quad { W }/{ { m }^{ 2 }{ K }^{ 4 } } \)

  1. Suatu benda hitam pada suhu 27°C akan memancarkan energi 15 J/s. Berapa energi yang akan dipancarkan benda hitam tersebut jika dipanasi hingga suhunya menjadi 327°C

Diketahui :

Suhu = 27°C menjadi 327°C

Energi  = 15 J/s

Ditanyakan :

Energi yang dipancarkan benda hitam =…?

Jawaban :

\( \frac { { Q }_{ 1 } }{ { t }_{ 1 } } \div \frac { { Q }_{ 2 } }{ { t }_{ 2 } } =eA\sigma { T }^{ 4 }\div eA\sigma { T }^{ 4 }\\ 15\div \frac { { Q }_{ 2 } }{ { t }_{ 2 } } ={ 300 }^{ 4 }\div { 600 }^{ 4 }\\ \frac { { Q }_{ 2 } }{ { t }_{ 2 } } =240\quad { J }/{ s } \)

  1. Tiga batang dengan bahan X dan tiga batang dengan bahan Y dihubungkan seperti pada gambar. Semua batang memiliki panjang dan luas penampang yang sama. Jika ujung P dijaga tetap pada suhu 70°C dan sambungan T pada 20°C, hitung suhu di titik sambungan Q, R, dan S. Konduksi thermal adalah 0,84 satuan cgs dan Y adalah 0,42 satuan cgs.

Diketahui :

Tp = 70°C

TT = 20°C

Kx = 0,84

Ky = 0,42

Panjang sama l1 = l2 = l3 = l4 = l5 = l6

Luas sama = A1=A2=A3=A4=A5=A6

Tc = suhu pada cabang atau titik Q

Rumus laju konduksi kalor =  Q / t = K A ∆T / l

PQ bercabang menjadi :

  • cabang QS (terusan ST)
  • cabang QR (terusan RT)

Ditanyakan :

T di titik sambung Q,R, dan S =…?

Jawaban :

Titik Q1 pada PQ, Q2 pada QS, Q3 pada QR, Q4 pada ST, Q5 pada RT,Q6 pada RS

\( \frac { { Q }_{ 1 } }{ t } =\frac { { Q }_{ 2 } }{ t } =\frac { { Q }_{ 3 } }{ t } \\ \frac { { K }_{ 1 }\cdot A\cdot \Delta T }{ 1 } =\frac { { K }_{ 2 }\cdot A\cdot \Delta T }{ 1 } =\frac { { K }_{ 3 }\cdot A\cdot \Delta T }{ 1 } \\ 0,84\left( 70-{ T }_{ c } \right) =0,84\left( { T }_{ c }-{ T }_{ s } \right) +0,42\left( { T }_{ c }{ -T }_{ R } \right) \\ 58,8-0,84{ T }_{ c }=0,84{ T }_{ c }-0,84{ T }_{ s }+0,42{ T }_{ c }-0,42{ T }_{ R }\\ 0,84{ T }_{ c }+0,84{ T }_{ c }+0,42{ T }_{ c }-0,84{ T }_{ s }-0,42{ T }_{ R }=58,8\\ 2,1{ T }_{ c }-0,84{ T }_{ s }-0,42{ T }_{ R }=58,8………\left( a \right) \)

\( \frac { { Q }_{ 5 } }{ t } =\frac { { Q }_{ 3 } }{ t } \\ \frac { { K }_{ 5 }\cdot A\cdot \Delta T }{ 1 } =\frac { { K }_{ 3 }\cdot A\cdot \Delta T }{ 1 } \\ 0,42\left( { T }_{ R }{ -T }_{ T } \right) =0,42\left( { T }_{ c }{ -T }_{ R } \right) \\ { T }_{ R }+{ T }_{ R }={ T }_{ c }+{ T }_{ T }\\ { T }_{ R }=\cfrac { 1 }{ 2 } \left( { T }_{ c }+{ T }_{ T } \right) ………….\left( b \right) \)

\( \frac { { Q }_{ 2 } }{ t } =\frac { { Q }_{ 4 } }{ t } \\ \frac { { K }_{ 2 }\cdot A\cdot \Delta T }{ 1 } =\frac { { K }_{ 4 }\cdot A\cdot \Delta T }{ 1 } \\ 0,84\left( { T }_{ c }{ -T }_{ s } \right) =0,84\left( { T }_{ s }{ -T }_{ T } \right) \\ { 2T }_{ s }={ T }_{ c }+{ T }_{ T }\\ { T }_{ s }=\cfrac { 1 }{ 2 } \left( { T }_{ c }+{ T }_{ T } \right) ………….\left( c \right) \)

Persamaan b dan c pada a :

\( 2,1{ T }_{ c }-0,84{ T }_{ s }-0,42{ T }_{ R }=58,8\\ 2,1{ T }_{ c }-0,84\left( \cfrac { 1 }{ 2 } \left( { T }_{ c }{ +T }_{ T } \right) \right) -0,42\left( \cfrac { 1 }{ 2 } \left( { T }_{ c }{ +T }_{ T } \right) \right) =58,8\\ 2,1{ T }_{ c }-0,42{ T }_{ c }-0,42{ T }_{ T }-0,21{ T }_{ c }-0,21{ T }_{ T }=58,8\quad \left( { T }_{ T }=20°C \right) \\ 1,68{ T }_{ c }-0,21{ T }_{ c }-0,42\left( 20 \right) -0,21\left( 20 \right) =58,8\\ 1,47{ T }_{ c }-8,4-4,2=58,8\\ 1,47{ T }_{ c }=71,4\\ { T }_{ c }=48,6°C=49°C \)

Nilai Ts :

\( { T }_{ s }=\cfrac { 1 }{ 2 } \left( { T }_{ c }{ +T }_{ T } \right) \\ { T }_{ s }=\cfrac { 1 }{ 2 } \left( 49+20 \right) \\ { T }_{ s }=34,5°C \)

Nilai Tr :

\( { T }_{ r }=\cfrac { 1 }{ 2 } \left( { T }_{ c }{ +T }_{ T } \right) \\ { T }_{ r }=\cfrac { 1 }{ 2 } \left( 49+20 \right) \\ { T }_{ r }=34,5°C \)

Jadi, suhu di titik sambung Q,R, dan S berturut-turut adalah 49°C ; 34,5°C ; dan 34,5°C

 

 

, ,

Leave a Reply

Your email address will not be published.

Insert math as
Block
Inline
Additional settings
Formula color
Text color
#333333
Type math using LaTeX
Preview
\({}\)
Nothing to preview
Insert