10 Soal & Pembahasan Suhu, Kalor, & Perpindahannya (bagian 1) ǀ Pilihan Ganda

 

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 0^oC. 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

E_p = m.g.h

E_p = m.10.1000

E_p = 10000m

Q = E_p = 10000m

*Mencari nilai perubahan suhu (ΔT)

Q = m.c_air. 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/kg^oC, 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. c_es. ΔT

Q = 4(0,5)(30)

Q = 60 kkal

Jawaban B.

 

6. Es kepal milo jumbo terbuat dari 500 gr milo dengan suhu 5^oC. Jika kalor jenis milo setara dengan kalor jenis air maka massa es yang digunakan agar suhu tetap 0^oC 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 50^oC. Hendak dicampur dengan es batu. Es batu bersifat dingin (energi rendah) dengan suhu -5^oC. Suhu akhir campuran adalah 0^oC. Kita tidak perlu memperhitungkan tanda positif atau negatif pada ΔT. Kita telah memberi keterangan pada persamaan Asas Black.

Persamaan Asas Black adalah Q_lepas = Q_terima. 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 (m_es)

*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 80^oC dan caramel dingin bersuhu 10^oC dengan perbandingan massa 10:1. Suhu campuran Hotel green tea latte dan caramel tersebut adalah . . .

   A. 75,5^oC

   B. 74,5^oC

   C. 73,6^oC

   D. 72,5^oC

   E. 71,5^oC

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 10^o dan lebih kecil dari 80^o

 

Misal, nilai suhu campuran (X) adalah 20^o, maka

ΔT Q_lepas akan 80^o -20^o = 60^o dan

ΔT Q_terima akan 20^o -10^o =10^o

 

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 (T_f )

*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/kg^oC, 4200 J/kg^oC, dan 336000 J/kg^oC, 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 -10^o sampai 30^o. Es akan mencair menjadi air tetapi massanya tidak berubah, sehingga m_es=m_air. 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 (-10^o sampai 30^o)

*Tahap A-B (Q₁ = m_es.c_es.ΔT₁) dari suhu -10^o ke 0^o

Q₁ = m_es.c_es.ΔT

Q₁ = (2).(2100).(10)

Q₁ = 42000 J

 

*Tahap B-C (Q₂ = m_es.L_es)

Q₂ = m_es.L_es

Q₂ = 2(336000)

Q₂ = 672000 J

 

*Tahap C-D (Q₃ = m_air.c_air.ΔT) dari suhu 0^o ke 30^o

Q₃ = m_air.c_air.ΔT

Q₃ = 2.(4200).(30)

Q₃ = 252000 J

 

*Total kalor A-D

Q_total = Q₁ + Q₂ + Q₃

Q_total = 42000 + 672000 + 252000

Q_total = 966000 J = 966kJ

Jawaban E.

 

9. A gram es batu bersuhu -10^oC dicampur dengan air sebanyak B gram yang bersuhu 10 ^oC. Jika campuran tersebut diharapkan memiliki suhu 5^oC, 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 5^oC. 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 E_k = (1/2)mv²

E_k = (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.

Share this post