Berikut beberapa soal dan penyelesaian tentang topik Suhu, Kalor, dan Perpindahan Kalor,
1. Zat cair yang massanya 10 kg dipanaskan dari suhu 25°C menjadi 75°C, memerlukan panas sebesar 4 x 105 joule. Kalor jenis zat cair tersebut adalah...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
\[ \\c = \frac{Q}{m . \Delta T} \\ c = 4 x \frac{10^{5}}{10} . 50\\ c = \frac{400000}{500}\\ c = 800 J .kg^{-1}.K^{-1}\]
2. Lima puluh gram es pada suhu 0°C di masukkan ke dalam 200 gram air yang bersuhu 20°C. Jika kalor lebur es = 80 kal/g dan kalor jenis air = 1 kal/g°C, suhu akhir campuran adalah...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Q lepas = Q terima
mair . cair .ΔTair = mes . ces .ΔTes+ mes . Les
200 . 1 . (20 - t) = 50 . 0,5 . (t - 0)+ 50 . 80
4000 - 200t = 25t+ 4000
-25 t - 200 t = 4000 - 4000
-225 t = 0
t = 0°C
3. Di dalam bejana, terdapat air teh sebanyak 50 mL dengan suhu 70°C. Kemudian, ke dalam gelas tersebut ditambahkan air sebanyak 30 mL bersuhu 5°C. Jika diketahui kalor jenis air teh sama dengan kalor jenis air dingin, suhu campuran air tersebut adalah...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Memakai rumus persamaan Azas Black.
\[ \\t = \frac{V_{teh} .c_{teh}. T_{teh}+V_{air} .c_{air}. T_{air}}{V_{teh}.c_{teh}+ V_{air}.c_{air}}\\ t = \frac{V_{teh}. T_{teh}+V_{air}. T_{air}}{V_{teh}+ V_{air}}\\ t = \frac{50.70+ 30.5}{50+30} \\ t = \frac{3500+ 150}{80}\\ t = 45,625^{o}C\]
4. Sepotong alumunium massanya 0,5 kg dan suhunya 100°C dimasukkan ke dalam air yang massanya 0,5 kg dan suhu air 25°C. Setelah terjadi kesetimbangan suhunya menjadi 36°C. Dari hasil percobaan ini, kalor jenis alumunium adalah...J/kg°C
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Azas Black.
\[ \\Q_{lepas} = Q_{terima}\\ m_{Al} . c_{Al}.\Delta T_{Al }= m_{air} . c_{air} .\Delta T_{air}\\ 0,5 . c_{Al} . (100-36) = 0,5 . 4.200 . (36-25)\\ 0,5 . c_{Al} . 64 = 2100 . 11\\ 32 . c_{Al} = 23.100\\ c_{Al} = 23.\frac{100}{32}\\ c_{Al} = 721.875 J/kg^{o}C\]
5. Batang logam bertambah panjang menjadi 0,4% jika mengalami suhu 20°C. Agar pertambahan panjangnya menjadi 1%, suhunya harus dinaikkan menjadi...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Logam yang sama, berarti koefisien (α) muainya sama, dengan panjang mula-mula (L0) sama.
\[ \\\alpha _1=\alpha _2\\ \frac{\Delta L_1}{L_0.T_1}=\frac{\Delta L_2}{L_0.T_2}\\ \frac{\Delta L_1}{T_1}=\frac{\Delta L_2}{T_2}\\\frac{0,4}{20}=\frac{1}{T_2}\\ T_2 = 50°C\]
6. Batang alumunium bersuhu 10°C panjangnya 2 meter. Jika koefisien muai panjang alumunium 2,5 x 10-5/°C, panjangnya akan bertambah sebesar 0,2% pada suhu...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
\[ \\T - T_0 =\frac{\Delta L }{(L_0 x \alpha )} \\ T - 10 = \frac{0,002x2}{2x 2,5 x 10^{-5}} \\ T - 10 = \frac{0,002}{2,5 x 10^{-5}} \\ T - 10 = 80\\ T = 90^{o}C\]
7. Es (kalor jenis 0,5 kal/g°C) sebanyak 10 gram pada suhu 0°C diberi kalor sebanyak 1000 kalori. Jika kalor lebur es sama dengan 80 kal/g, maka air yang terjadi mempunyai suhu...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Kalor untuk perubahan wujud dari es menjadi air:
Q = m.L
Q = 10 . 80
Q = 800 kal
Kalori yang tersisa:
Q=1000 - 800 = 200 kal.
Suhu akhir:
Q = m . cair .ΔT
200 = 10 . 1 (T - T0)
200 = 10 (T - 0)
200 = 10 T
T = 200 / 10
T = 20°C
8. Pada malam hari yang dingin, sebuah rel kereta api panjangnya 20 m. Pada siang hari yang panas, rel tersebut akan bertambah panjang sebesar 4 mm maka jika pada malam hari panjangnya 18 m, pertambahan panjang rel pada siang hari adalah...
a. 2,6 mm
b. 2,8 mm
c. 3,0 mm
d. 3,2 mm
e. 3,6 mm
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Logam yang sama, berarti koefisien (α) muainya sama:
\[ \\\frac{\Delta L_1}{L_1} =\frac{\Delta L_2}{L_2}\\ \frac{4}{20} = \frac{\Delta L_2}{18}\\ \Delta L_2 = \frac{18 x 4}{20}\\ \Delta L_2 = 3,6 mm\]
9. Sebatang logam dipanaskan sehingga suhunya 80°C panjangnya menjadi 115 cm. Jika koefisien muai panjang logam 3 x 10-3/°C dan suhu mula-mula 30°C, maka panjang mula-mula logam adalah...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
\[ \\L_t = L_o (1+\alpha .\Delta T)\\ 115 = L_o (1+ 0,003.50)\\ 115 = L_o (1+ 0,15)\\ 115 = L_o (1,15)\\ 115 = 1,15L_o\\ L_o = 100 cm\]
10. Pada tekanan 1 atmosfer, gas dipanaskan pada volume tetap sehingga tekanannya menjadi 2 atmosfer. Kenaikan suhu gas tersebut adalah sebesar...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Pemuaian gas:.
\[ \\P_t = P_o (1+(\frac{1}{273}).\Delta T)\\ 2 = 1 (1+ (\frac{1}{273}).\Delta T)\\ 2 = 1+ (\frac{1}{273}).\Delta T\\ 2 -1 = (\frac{1}{273}).\Delta T\\ 1 = (\frac{1}{273}).\Delta T\\ \Delta T = 1 / (\frac{1}{273})\\ \Delta T = 273°C\]
11. Dua logam X dan Y terbuat dari bahan yang sama. Perbandingan luas penampang kedua logam 4:3, dan perbandingan panjangnya 1:2. Jika beda suhu antara kedua ujungnya sama, perbandingan laju rambatan kalor pada X dan Y adalah...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
\[ \\\frac{H_1}{H_2}= \frac{k_{1}A_{1}\frac{\Delta t_{1}}{L_{1}}}{k_{2}A_{2}\frac{\Delta t_{2}}{L_{2}}} \\\frac{H_1}{H_2}= \frac{A_{1}}{A_{2}}\frac{L_{2}}{L_{1}} \\\frac{H_1}{H_2}= \frac{4}{3}\frac{2}{1}=\frac{8}{3}\]
12. Logam tembaga bersuhu 100°C dimasukkan ke dalam air yang bermassa 128 gram dan bersuhu 30°C. Kalor jenis air 1 kal/g°C dan kalor jenis tembaga 0,1 kal/g°C. Jika kesetimbangan termal terjadi pada suhu 36°C, maka massa logam tersebut adalah...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Menggunakan persamaan Azas Black.
\[ \\Q_{L}= Q_{S}\\ m_1.c_1.\Delta T_1 = m_2.c_2.\Delta T_2\\ m_1.c_1.(T_1-T_c) = m_2.c_2.(T_c-T_2)\\ m_1 . 0,1 . (100-36) = 128 . 1 . (36-30)\\ m_1 . 0,1 . 64 = 128 . 1 . 6\\ m_1 . 6,4 = 768\\ m_1 = \frac{768}{6,4}= 120 gram\]
13. Dua batang logam P dan Q memiliki luas penampang dan panjang sama, disambung dengan cara dilas. Koefisien konduksi termal logam P adalah 3 kali koefisien konduksi termal logam Q. Jika ujung bebas logam P bersuhu 180°C dan ujung bebas logam Q bersuhu 60°C, suhu sambungan kedua logam tersebut adalah...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
\[ \\H_p=H_q \\k_{p}A_{p}\frac{\Delta t_{p}}{L_{p}}=k_{q}A_{q}\frac{\Delta t_{q}}{L_{q}} \\3k_{q}(180-t)=k_{q}(t-60)\\480-3t=t-60\\4t=600\\t=150^{o}C\]
14. Diketahui perbandingan jumlah energi radiasi kalor setiap satuan luas permukaan dan satuan waktu antara dua benda hitam adalah 1:16. Jika salah satunya bersuhu 27°C, suhu benda hitam yang lain adalah...
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
\[ \\\left [\frac{T_2}{T_1} \right ]^{4} = \frac{P_2}{P_1}\\\left [\frac{T_1}{320} \right ]^{4} = \frac{16}{1} \\\left [\frac{T_1}{320} \right ]^{4} = \left [\frac{2}{1} \right ] ^{4}\\T_2=640K\\T_2=640-273=367^{o}C\]
15. Besarnya pertambahan panjang suatu zat jika zat tersebut dipanaskan bergantung pada:
1). Jenis zatnya
2). Kenaikan suhu zat
3). Panjangnya mula-mula; dan
4). Massa zatnya
Pernyataan yang benar adalah...
a. (1),(2), dan (3)
b. (1) dan (3)
c. (1),(2), (3), dan (4)
d. (4) saja
e. (2) dan (4)
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:B
Rumus pertambahan panjang adalah:
ΔL =α.L0.ΔT
Pertambahan panjang suatu zat jika dipanaskan bergantung pada:
1. Jenis zatnya (α),
2. kenaikan suhu zat (ΔT), dan
3. panjang mula-mula (L0)
16. Gelas berisi 200 gram air bersuhu 20°C dimasukkan 50 gram es bersuhu -2°C. Jika hanya terjadi pertukaran kalor antara air dan es saja, setelah terjadi kesetimbangan akan diperoleh...
a. Seluruh es mencair dan suhunya di atas 0°C
b. Seluruh es mencair dan suhunya 0°C
c. Tidak seluruh es mencair dan suhunya 0°C
d. Suhu seluruh sistem di bawah 0°C
e. Sebagian air membeku dan suhu sistem 0°C
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:C
Kalor yang diperlukan es untuk mencair pada suhu 0°C
Qes = mes . ces .ΔTes+ mes . Les
Qes = 50 . 0,5 . (0 - (-2))+ 50 . 80
Qes = 50+4000
Qes = 4050 kal
Kalor yang dilepas air jika mendingin hingga suhunya 0°C
Qair = mair . cair . ΔTair
Qair = 200 . 1 . (20-0)
Qair = 4000 kal
Karena Qes lebih besar dari Qair, berarti masih ada es yang belum mencair, walaupun suhu campuran es dan air sudah seimbang menjadi 0°C.
17. Ketika es sedang mencair, besaran yang tidak berubah diantaranya:
(1) massa totalnya
(2) volume totalnya
(3) suhunya
(4) massa jenisnya
Pernyataan yang benar adalah...
a. (1), (2), dan (3)
b. (1) dan (3)
c. (2) dan (4)
d. (4) saja
e. (1), (2), (3), dan (4)
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:B
Jika es sedang melebur, maka besaran yang tidak berubah adalah suhu dan massa totalnya.
