Bab suhu, kalor, dan perpindahan kalor yang terdiri dari beberapa bahasan, yaitu konversi satuan suhu, menentukan suhu saat termometer diganti, pemuaian, asas black, kalor, dan perpindahan kalor. Berikut 10 soal dan pembahasan suhu, kalor dan perpindahannya.
Baca sebelumnya : 10 Soal & Pembahasan Suhu, Kalor, & Perpindahan Kalor (bagian 1) ǀ Pilihan Ganda
Pilihlah jawaban yang tepat dari pilihan di bawah ini.
11. Logam sepanjang 70 cm memiliki koefisien muai panjang sebesar 10-5. Jika awalnya logam bersuhu 132oC, maka panjang logam saat suhunya dinaikkan hingga 287oC adalah . . .
A. 69,78 cm
B. 69,89 cm
C. 70,11 cm
D. 70,22 cm
E. 70,33 cm
Pembahasan :
Soal menunjukkan benda memuai (bertambah panjang).
Diketahui :
| Li | = | 70 cm | Tf | = | 287oC |
| α | = | 10-5 /K | ΔT | = | 287-132 |
| Ti | = | 132oC | | | 155 K |
Ditanya : Panjang akhir (Lf)
Lf = Li + ΔL
Lf = Li + (Li. α. ΔT)
Lf = 70+ (70. 10-5. 155)
Lf = 70+ (0,11)
Lf = 70,11 cm
Jawaban C.
12. Logam dengan luas 25 cm2 dan 75 cm2 diharapkan memiliki perubahan luas yang sama, yaitu sebesar 0,5 cm2. Perbandingan perubahan suhu yang diberikan adalah . . .
A. 1/3
B. 1/2
C. 2/1
D. 2/3
E. 3/1
Pembahasan :
Soal menunjukkan benda memuai (bertambah luas). Benda A dan benda B sejenis, tetapi berbeda ukuran luas. Mereka dipanaskan pada capaian suhu yang berbeda. Diakhir, pertambahan luas keduanya ternyata sama besar.
Diketahui :
| *Benda A | *Benda B | ||||
| AiA | = | 25 cm2 | AiB | = | 75 cm2 |
Ditanya : Perbandingan perubahan suhu benda A dan B (ΔTA/ΔTB)
| ΔAA | = | ΔAB |
| AiA. β. ΔTA | = | AiB. β. ΔTB |
| AiA. ΔTA | = | AiB. ΔTB |
| mteh. ΔT | = | mcaramel. ΔT |
| 25. ΔTA | = | 75. ΔTB |
| ΔTA/ ΔTB | = | 75/25 |
| ΔTA/ ΔTB | = | 3/1 |
Jawaban E.
13. Jika logam dipanaskan hingga mengalami perubahan suhu 50 K, maka ia akan mengalami peningkatan luas sebesar 10%. Jika proses pemanasan dilanjutkan sebesar 75 K lagi, maka luas total logam tersebut adalah . . .
A. 125 %
B. 150 %
C. 175 %
D. 200 %
E. 225 %
Pembahasan :
Luas logam awal (Ai) adalah A. Kondisi pertama, luas bertambah (ΔA1) sebesar 0,1A saat ΔT1 50o. Kondisi kedua, saat ΔT2 menjadi 125o, pertambahan luasnya adalah (ΔA2). Luas akhir kondisi dua menjadi Af2 = Ai + ΔA2
Diketahui :
| *Kondisi satu | *Kondisi dua | ||||
| Ai | = | A | Ai | = | A |
| ΔA1 | = | 0,1A | ΔT2 | = | 125 K |
| ΔT1 | = | 50 K | | | |
Ditanya : Luas akhir kondisi dua (Af2)
*Mencari nilai perubahan luas kondisi dua ΔA2
| β1 | = | β2 |
| ΔA1/Ai. ΔT1 | = | ΔA2/Ai. ΔT2 |
| 0,1A/A. 50 | = | ΔA2/A. 125 |
| 0,1A/ 50 | = | ΔA2/125 |
| ΔA2 | = | 0,1A(125)/50 |
| ΔA2 | = | 0,25A |
Jadi, pertambahan luas logam, jika perubahan suhunya 125 K adalah 25%. Total luasnya adalah Af2 = Ai + ΔA2 = A + 0,25A = 100% + 25% = 125%
Jawaban A.
14. Zat cair dituangkan penuh ke dalam wadah yang bervolume 2 liter dan dipanaskan hingga mengalami perubahan suhu 50oC. Jika koefisien muai ruang saja cair sebesar 2 x 10-4 /K dan koefisien muai panjang wadah sebesar 2 x 10-5 /K, maka volume cairan yang tumpah adalah . . .
A. 14 liter
B. 1,4 liter
C. 0,14 liter
D. 0,014 liter
E. 0,0014 liter
Pembahasan :
Diketahui :
| *Wadah cairan | *Cairan |
| ||||
| Vi | = | 2 liter | Vi | = | 2 liter | |
| γ | = | 3α | γ | = | 2x10-4/K | |
| | = | 6x10-5 /K | | | | |
| ΔT | = | 50 K | ΔT | = | 50 | |
Ditanya : Volume cairan yang tumpah (volume wadah – volume cairan)
*Volume wadah
Vf = Vi + ΔV
Vf = Vi + (Vi.γ.ΔT)
Vf = 2 + (2. 6x10-5.50)
Vf = 2 + 0,006
Vf = 2,006 liter
*Volume cairan
Vf = Vi + ΔV
Vf = Vi + (Vi.γ.ΔT)
Vf = 2 + (2. 2x10-4.50)
Vf = 2 + 0,02
Vf = 2,02 liter
Jadi, volume tumpah = volume wadah – volume cairan = 2,006 – 2,02 = 0,014 liter
Jawaban D.
15. Cairan yang berada di dalam suatu wadah tidak akan tumpah, jika ditempatkan pada wadah dengan koefisien muai luas-nya setara dengan . . . . koefisien muai volume cairan.
A. 1/3
B. 2/3
C. 3/2
D. 3/1
E. 1/1
Pembahasan :
Pada kasus nomor sebelumnya, kita tahu bahwa cairan tidak akan tumpah jika volume wadah = volume cairan. Volume awal keduanya sama, perubahan suhu keduanya sama, maka koefisien muai volume keduanya juga harus sama.
Sekarang, kita akan mencari hubungan antara koefisien muai volume cairan γ dan koefisien muai luas wadah β
| γcairan | = | γwadah |
| γcairan | = | 3αwadah |
| γcairan | = | 2(3/2)αwadah |
| γcairan | = | (3/2)βwadah |
| βwadah | = | (2/3) γcairan |
Jawaban B.
16. Perhatikan besaran-besaran berikut ini!
1) koefisien konveksi termal
2) luas penampang batang
3) perubahan suhu
4) konstanta boltzman
Faktor yang mempengaruhi besar rambatan kalor secara konveksi ditunjukkan oleh nomor . . .
A. 1, 2, 3
B. 1, 3
C. 2, 4
D. 4 saja
E. Semua benar
Pembahasan :
Persamaan pada perpindahan kalor dengan konveksi adalah
H = h.A.ΔT
H = energi (kalor) yang mengalir tiap detik
h = koefisien konveksi
A = luas penampang
Jawaban A.
17. Dua logam dengan ukuran yang sama disambungkan satu sama lain. Ujung logam yang koefisien konduksi nya (1/4)k memiliki suhu 0oC. Ujung lainnya yang memiliki koefisien konduksi sebesar k bersuhu 100oC. Suhu sambungan kedua logam adalah . . .
A. 90oC
B. 80oC
C. 75oC
D. 60oC
E. 50oC
Pembahasan :
Diketahui :
| *Logam dingin | *Logam panas | ||||
| k1 | = | (1/4)k | k2 | = | k |
| Ti | = | 0 oC | Ti | = | 100 oC |
| Tf | = | X oC | Tf | = | X |
| ΔT1 | = | Tf – Ti | ΔT2 | = | Tf – Ti |
| | = | (X-0) | | = | (X-100) atau |
| | | | | | (100-X) |
Ditanya : Suhu akhir atau suhu setimbang pada sambungan (Tf )
| Hpanas | = | Hdingin |
| k2.A.ΔT2/L | = | k1.A.ΔT1/L |
| k2.ΔT2 | = | k1.ΔT1 |
| (k)(100-X) | = | (1/4)k(X-0) |
| 100-X | = | (1/4)X |
| X | = | 4(100-X) |
| X | = | 400 – 4X |
| 5X | = | 400 |
| X | = | 80o |
Jawaban B.
18. Tiga logam dengan ukuran yang sama disambung seperti gambar berikut!
Besar suhu sambungan di Y adalah . . .
A. 900/17
B. 300/5
C. 900/13
D. 900/11
E. 90/1
Pembahasan :
Diketahui :
| kA | = | 3k | T3 | = | X |
| kB | = | 2k | T4 | = | 0oC |
| kC | = | k | AA | = | AB = AC = A |
| T1 | = | 100oC | LA | = | LB = LC = L |
| T2 | = | Y | | | |
Ditanya : Suhu di sambungan Y (T2)
*Persamaan 1 antara logam A dan B
| HA | = | HB |
| kA.AA.ΔTA/LA | = | kB.AB.ΔTB/LB |
| kA.ΔTA | = | kB.ΔTB |
| (3k)(T1-T2) | = | (2k)(T2-T3) |
| 3(100-Y) | = | 2(Y-X) |
| 300-3Y | = | 2Y – 2X |
| 300 | = | 5Y – 2X |
*Persamaan 2 antara logam B dan C
| HC | = | HB |
| kC.AC.ΔTC/LC | = | kB.AB.ΔTB/LB |
| kC.ΔTC | = | kB.ΔTB |
| (k)(T3-T4) | = | (2k)(T2-T3) |
| (X-0) | = | 2(Y-X) |
| X | = | 2Y – 2X |
| 3X | = | 2Y |
| X | = | (2/3)Y |
*Subtitusi persamaan 1 dan 2
| 300 | = | 5Y – 2X |
| 300 | = | 5Y – 2((2/3)Y) |
| 300 | = | 5Y – (4/3)Y |
| 300 | = | (11/3)Y |
| 900/11 | = | Y |
| Y | = | 900/11 |
Jawaban D.
19. Perhatikan besaran besaran berikut ini!
1) Koefisien radiasi
2) Emisivitas bahan
3) Luas permukaan
4) Konstanta Boltzmann
Faktor yang mempengaruhi besar rambatan kalor secara radiasi ditunjukkan oleh nomor . . .
A. 1, 2, 3
B. 1, 3
C. 2, 4
D. 4 saja
E. semua benar
Pembahasan :
*Persamaan radiasi
I = e.A.σT4
T = suhu
σ = konstanta Stevan-Boltzman
A = luas penampang
e = emisivitas bahan (koef)
Jadi, semua benar
Jawaban E.
20. Dua ruangan berbentuk bola memiliki perbandingan jari-jari sebesar 100 : 1. Suhu terkecil ruangan adalah 81 K. Jika kedua ruangan diharapkan memiliki besar kalor radiasi yang sama, maka suhu ruangan lainnya perlu di-set sebesar . . .
A. 1,8 K
B. 3,0 K
C. 8,1 K
D. 16 K
E. 27 K
Pembahasan :
Diketahui :
T1 = 81 K
R1 : R2 = 1 : 100
Ditanya : Suhu (T2)
| I1 | = | I2 |
| e.A1.σ.T14 | = | e.A2.σ.T24 |
| e.(4πR12).σ.T14 | = | e.(4πR22).σ.T24 |
| R12.T14 | = | R22.T24 |
| 1(814) | = | (1002)T24 |
| T24 | = | 4304,6721 |
| T2 | = | 8,1 K |
Jawaban C.
Baca selanjutnya : 10 Soal & Pembahasan Teori Kinetik Gas (bagian 1) ǀ Pilihan Ganda
Itulah 10 soal dan pembahasan suhu, kalor, dan perpindahan kalor bagian 1. Klik selanjutnya untuk soal dan pembahasan lainnya.
 ǀ Pilihan Ganda){kind=link}
Post a Comment
Post a Comment