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 Fluida Dinamis (bagian 1) ǀ Pilihan Ganda
Pilihlah jawaban yang tepat dari pilihan di bawah ini.
1. Sebanyak 500 g es diletakkan pada wadah yang berisi 100 g air bersuhu 0oC. Keduanya dikondisikan pada keadaan adiabatik, maka . . .
A. Keadaan air dan es tetap
B. Es mencair sebanyak 100 gram
C. Air membeku sebanyak 50 gram
D. Seluruhnya menjadi es
E. Seluruhnya menjadi air
Pembahasan :
Keadaan adiabatik adalah kondisi dimana tidak ada pertukaran energi antara dua sistem. Pada kondisi normal, air panas dan es akan menuju keadaan setimbang. Jika kita kondisikan masing-masing dalam keadaan adiabatik, maka tidak ada pelepasan energi oleh air panas dan tidak ada penerimaan energi oleh es.
Jawaban A.
2. Pembuatan termometer X dengan titik beku 30 oX dan titik didih air 270 oX. Segelas air dengan suhu 30 oR akan setara dengan . . . oX
A. 320
B. 280
C. 150
D. 120
E. 80
Pembahasan :
Pada soal seperti ini, kita dapat menggunakan cara berikut.
Diketahui :
| *Termometer X | *Termometer R | ||||
| Tititk didih | = | 270oX | Titik didih | = | 80oR |
| Titik beku | = | 30oX | Titik beku | = | 0oR |
| Skala tunjuk | = | X | Skala tunjuk | = | 30oR |
Ditanya : Skala tunjuk (termometer X)
*Menggunakan cara 1
| (270 – X)/(270 – 30) | = | (80 – 30)/(80 – 0) |
| (270 – X)/(240) | = | (50)/(80) |
| (270 – X) | = | (240)(50)/(80) |
| 270 – X | = | 150 |
| X | = | 120oX |
Jawaban D.
3. Tentukan perubahan suhu air terjun yang jatuh dari ketinggian 1 km, jika seluruh energinya berubah menjadi kalor . . .
A. 4,17
B. 3,6
C. 2,4
D. 1,2
E. 0,6
Pembahasan :
Diketahui :
| m | = | m | h | = | 1 km |
| g | = | 10 m/s2 |
| = | 1000 m |
| Ti | = | 132oC | cair | = | 4200 J/kgoC |
Ditanya : Perubahan suhu (ΔT)
*Mencari nilai energi potensial
Ep = m.g.h
Ep = m.10.1000
Ep = 10000m
Q = Ep = 10000m
*Mencari nilai perubahan suhu (ΔT)
Q = m.cair. ΔT
10000m = m.(4200). ΔT
ΔT = 2,4 K
Jawaban C.
4. Logam berbentuk lempeng lingkaran yang terdapat lubang di bagian tengah akan mengalami pemuaian hingga tidak terdapat lubang. Hal tersebut . . .
A. dapat terjadi karena logam mempunyai ke arah lubang
B. tidak dapat terjadi karena logam keterbatasan ruang pada lubang sehingga mempunyai ke arah luar
C. dapat terjadi karena logam memuai ke segala arah
D. tidak dapat terjadi karena perbedaan suhu pada lubang relatif konstan sehingga memuai ke arah luar
E. tidak dapat terjadi karena kalor tidak mengalir ke arah dalam sehingga memuai ke arah luar
Pembahasan :
Keping logam berlubang, jika dipanaskan akan memuai dan lubangnya membesar. Penerapannya membuka tutup botol logam dengan cara menyiram air panas.
Jawaban D.
5. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kkal/kgoC, maka jumlah total kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu 4 kg es dari -66 K hingga -36 K adalah . . .
A. 99 kkal
B. 88 kkal
C. 60 kkal
D. 55 kkal
E. 33 kkal
Pembahasan :
Diketahui :
| ces | = | 0,5 kkal/kgoC | ΔT | = | Tf – Ti |
| m | = | 4 kg |
| = | -36-(-66) |
| Ti | = | -66 K |
| = | 30 K |
| Tf | = | -36 K |
|
|
|
Ditanya : kalor (Q)
*Mencari nilai kalor (Q)
Q = m. ces. ΔT
Q = 4(0,5)(30)
Q = 60 kkal
Jawaban B.
6. Es kepal milo jumbo terbuat dari 500 gr milo dengan suhu 5oC. Jika kalor jenis milo setara dengan kalor jenis air maka massa es yang digunakan agar suhu tetap 0oC adalah . . .
A. 0,1125 gr
B. 0,2125 gr
C. 0,3125 gr
D. 0,4125 gr
E. 0,5125 gr
Pembahasan :
Air seduhan milo bersifat panas (energi tinggi) dengan suhu 50oC. Hendak dicampur dengan es batu. Es batu bersifat dingin (energi rendah) dengan suhu -5oC. Suhu akhir campuran adalah 0oC. Kita tidak perlu memperhitungkan tanda positif atau negatif pada ΔT. Kita telah memberi keterangan pada persamaan Asas Black.
Persamaan Asas Black adalah Qlepas = Qterima. Energi (kalor) yang diterima sama dengan yang diterima. Zat yang melepas energi adalah yang kaya energi atau yang lebih panas, sedangkan zat yang menerima energi adalah yang miskin energi atau yang lebih dingin. Lihat rentetan contoh soal setelah milo ini juga.
Diketahui :
| *Air seduhan milo | *Es batu | ||||
| mmilo | = | 4 kg | mes | = | ..? |
| Ti | = | 50 oC | Ti | = | 5 oC |
| Tf | = | 0 | Tf | = | 0 |
| cmilo | = | cair | ces | = | 2100 J/kgoC |
|
| = | 4200 J/kgoC | Les | = | 336000 J/kgoC |
| ΔT | = | Tf – Ti | ΔT | = | Tf – Ti |
|
| = | (0) – (50) |
| = | (0) – (5) |
|
| = | -50 K atau 50 K |
| = | -5 K atau 5 K |
Ditanya : Massa es (mes)
*Mencari massa es dengan persamaan Asas Black
| Qlepas | = | Qterima |
| Qmilo | = | Qes |
| mmilo. cair. ΔT | = | mes.L |
| (0,5)(4200)(50) | = | mes.(336000) |
| mes | = | 0,3125 kg |
Jawaban C.
7. Hot green tea latte terbuat dari teh hijau panas bersuhu 80oC dan caramel dingin bersuhu 10oC dengan perbandingan massa 10:1. Suhu campuran Hotel green tea latte dan caramel tersebut adalah . . .
A. 75,5oC
B. 74,5oC
C. 73,6oC
D. 72,5oC
E. 71,5oC
Pembahasan :
Suhu campuran kedua air teh dan caramel adalah X. Kita sepakati bahwa nilai ΔT harus selalu positif. Kita tidak mempermasalahkan tanda pada ΔT karena pada persamaan Asas Black telah diberi keterangan kalor lepas atau kalor terima.
Kita selalu menginginkan nilai ΔT yang positif, dimana nilai suhu campuran (X) selalu lebih besar dari 10o dan lebih kecil dari 80o
Misal, nilai suhu campuran (X) adalah 20o, maka
ΔT Qlepas akan 80o -20o = 60o dan
ΔT Qterima akan 20o -10o =10o
Diketahui :
| *Air teh | *Caramel | ||||
| Mteh | = | 10m kg | mcar | = | 1m kg |
| Ti | = | 80 oC | Ti | = | 10 oC |
| Tf | = | X | Tf | = | X |
| cteh | = | cair | ccar | = | cair |
|
| = | 4200 J/kgoC |
| = | 4200 J/kgoC |
| ΔT | = | Tf – Ti | ΔT | = | Tf – Ti |
|
| = | (X-80) |
| = | (X-10) |
|
| = | atau (80-X) |
|
|
|
Ditanya : Suhu akhir campuran teh hijau dan caramel (Tf )
*Mencari suhu akhir campuran dengan persamaan Asas Black
| Qlepas | = | Qterima |
| Qteh | = | Qcar |
| mteh. cair. ΔT | = | mcaramel. cair. ΔT |
| mteh. ΔT | = | mcaramel. ΔT |
| 10m. (80 - X) | = | 1m. (X – 10) |
| 10(80 - X) | = | (X – 10) |
| 800 – 10X | = | X – 10 |
| X | = | 73,6oC |
Jawaban C.
8. Perhatikan diaram kalor berikut ini!
Jika kalor jenis es, kalor jenis air, dan kalor lebur es berturut-turut adalah 2100 J/kgoC, 4200 J/kgoC, dan 336000 J/kgoC, maka kalor yang diperlukan untuk mengubah 2 kg es menjadi air seperti pada diagram dari proses A ke D adalah . . .
A. 42 kJ
B. 252 kJ
C. 294 kJ
D. 672 kJ
E. 966 kJ
Pembahasan :
Es dipanaskan dari suhu -10o sampai 30o. Es akan mencair menjadi air tetapi massanya tidak berubah, sehingga mes=mair. Energi (kalor) total yang diperlukan adalah penjumlahan Q dari tahap A sampai D.
Diketahui :
| mes | = | mair | ces | = | 2100 J/kgoC |
|
| = | 2 kg | cair | = | 4200 J/kgoC |
| ΔT1 | = | (0o-(-10o)) | Les | = | 336000 J/kgoC |
|
| = | 10 K |
|
|
|
| ΔT2 | = | (30o-0o)) |
|
|
|
|
| = | 30 K |
|
|
|
Ditanya : Kalor total dari A-D (-10o sampai 30o)
*Tahap A-B (Q1 = mes.ces.ΔT1) dari suhu -10o ke 0o
Q1 = mes.ces.ΔT
Q1 = (2).(2100).(10)
Q1 = 42000 J
*Tahap B-C (Q2 = mes.Les)
Q2 = mes.Les
Q2 = 2(336000)
Q2 = 672000 J
*Tahap C-D (Q3 = mair.cair.ΔT) dari suhu 0o ke 30o
Q3 = mair.cair.ΔT
Q3 = 2.(4200).(30)
Q3 = 252000 J
*Total kalor A-D
Qtotal = Q1 + Q2 + Q3
Qtotal = 42000 + 672000 + 252000
Qtotal = 966000 J = 966kJ
Jawaban E.
9. A gram es batu bersuhu -10oC dicampur dengan air sebanyak B gram yang bersuhu 10 oC. Jika campuran tersebut diharapkan memiliki suhu 5oC, maka perbandingan antara massa A dan B adalah . . .
A. 1/18
B. 1/9
C. 1/6
D. 1/3
E. 1/1
Pembahasan :
Es batu dicampur air. Suhu campuran akhirnya setimbang di 5oC. Kita perlu mencari perbandingan massa es dan air yang sesuai.
Diketahui :
| *Air normal suhu 10oC | *Es batu bersuhu -10oC | ||||
| mair | = | B | mes | = | A |
| Ti | = | 10 oC | Ti | = | -10 oC |
| Tf | = | 5 oC | Tf | = | 5 oC |
| cair | = | 4200 J/kgoC | ces | = | 2100 J/kgoC |
| ΔTB | = | 5 oC | Les | = | 336000 J/kgoC |
|
|
| (dari 10o-5o) | ΔTA1 | = | 10oC |
|
|
|
|
|
| (dari -10o-0o) |
|
|
|
| ΔTA2 | = | 5oC |
|
|
|
|
|
| (dari 0o-5o) |
Ditanya : Perbandingan massa es dan air (A/B)
*Mencari perbandingan massa es dan air (A/B)
| Qlepas | = | Qterima |
| Qair | = | Qes |
| Q4 | = | Q1 + Q2 + Q3 |
| mair. cair. ΔTB | = | mes. ces. ΔTA1 + mes.Les + mes.cair. ΔTA2 |
| B(4200)(5) | = | A(2100)(10) + A(336000) + A(4200)(5) |
| 21000.B | = | 378000.A |
| A/B | = | 1/18 |
Jawaban A.
10. Kenaikan suhu tiap Kelvin benda dengan kalor jenis 0,49 J/gK terjadi akibat perubahan kecepatan sebesar . . .
A. 0,07akar(2) m/s
B. 0,7akar(2) m/s
C. 7akar(2) m/s
D. 2 m/s
E. akar(2) m/s
Pembahasan :
Pada soal diketahu nilai kalor jenis (c) sebesar 0,49 J/gK. Hal ini menandakan bahwa kita memerlukan energi sebesar 0,49 J untuk menaikkan suhu 1 K dari zat bermassa 1 gr.
Kita telah ambil permisalan Q = 0,49 J. Nilai ini adalah jumlah energi (kalor). Kita akan konversikan semua energi ini menjadi energi kinetik, dimana Ek = (1/2)mv2
Ek = (1/2)mv2
0,49 = (1/2)(1)v2
v2 = 0,98
v = 0,07 akar(2) m/s
Jawaban B.
Baca selanjutnya : 10 Soal & Pembahasan Suhu, Kalor, & Perpindahan Kalor (bagian 2) 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