Contoh soal asas Black

1. Es bermassa 0,2 kg dicampur dengan teh hangat bermassa 0,2 kg. Suhu es = – 10oC, suhu teh hangat = 40oC. Kalor jenis es = 2100 J/kg Co, kalor jenis air = 4200 J/kg Co, kalor lebur air = 334.000 J/kg. Jika es dan teh hangat dicampur dalam sistem tertutup terisolasi, tentukan suhu akhir campuran.
Pembahasan
Diketahui :
Massa es (m es) = 0,2 kg
Massa air teh hangat (m teh) = 0,2 kg
Kalor jenis air (c air) = 4180 J/kg Co
Kalor jenis es (c es) = 2100 J/kg Co
Kalor lebur air (Lf air) = 334.000 J/kg
Suhu es (T es) = -10oC
Suhu air teh hangat (T teh) = 40oC
Ditanya : suhu akhir campuran (T campuran) ?
Jawab :
Langkah pertama, perkirakan keadaan akhir.
Kalor yang harus dilepaskan oleh air untuk menurunkan suhu 0,2 kg teh hangat dari 40oC sampai 0oC :
Contoh soal asas Black - 1Kalor yang diserap oleh 0,2 kg es untuk menaikkan suhunya dari -10oC sampai 0oC :
Contoh soal asas Black - 2Kalor yang diserap untuk mencairkan 0,2 kg es (kalor yang diperlukan untuk mengubah semua es menjadi air) :
Contoh soal asas Black - 3Berdasarkan perhitungan di atas, diperoleh hasil sebagai berikut :
Q lepas = 33,444 kJ
Q terima = 4,2 kJ
Q lebur = 66,8 kJ
Ketika teh hangat melepaskan kalor sebanyak 33,44 kJ, suhu teh hangat berubah dari 40oC menjadi 0oC. Sebagian kalor yang dilepaskan (sekitar 4,2 kJ) digunakan untuk menaikkan suhu es dari -10 oC sampai 0oC. 33,44 kJ – 4,2 kJ = 29,24 kJ. Untuk meleburkan semua es menjadi air diperlukan kalor sebesar 66,8 kJ.  Kalor yang tersisa adalah 29,24 kJ.
Dapat disimpulkan bahwa kalor yang dilepaskan oleh teh hangat digunakan hanya untuk menaikkan suhu es dari -10 oC sampai 0oC dan meleburkan sebagian es. Sebagian es telah berubah menjadi air, sebagiannya belum. Selama proses perubahan wujud padat menjadi cair, suhu tidak berubah. Karenanya suhu akhir campuran adalah 0oC.

2. Massa teh panas = 0,4 kg, massa es = 0,2 kg, suhu es batu = -10oC, suhu teh panas = 90oC. Jika keduanya dicampur, berapakah suhu akhir campuran ?
Pembahasan
Langkah pertama : perkirakan keadaan akhir
Kalor yang harus dilepaskan oleh air untuk menurunkan suhu 0,4  kg air teh panas dari 90oC sampai 0oC :
Contoh soal asas Black - 4Kalor yang diterima oleh 0,2 kg es untuk menaikkan suhunya dari -10oC sampai 0oC :
Contoh soal asas Black - 5Kalor yang diperlukan untuk meleburkan 0,2 kg es (kalor yang diperlukan untuk mengubah semua es menjadi air) :
Contoh soal asas Black - 6Berdasarkan perhitungan di atas, diperoleh hasil sebagai berikut :
Q lepas = 150,48 kJ
Q terima = 4,2 kJ
Q lebur = 66,8 kJ
Ketika teh panas melepaskan kalor sebanyak 150,48 kJ, suhu teh panas berubah dari 90oC menjadi 0oC. Sebagian kalor yang dilepaskan (4,2 J) digunakan untuk menaikkan suhu es dari -10 oC sampai 0oC. 150,48 kJ – 4,8 kJ = 146,28 kJ. Kalor yang tersisa = 146,28 kJ.
Kalor yang diperlukan untuk meleburkan semua es menjadi air hanya sebesar 66,8 kJ. 146,28 kJ – 66,8 kJ = 79,48 kJ. Teh panas tidak perlu melepaskan semua kalor hingga suhunya berkurang menjadi 0oC. Kesimpulannya suhu akhir campuran pasti lebih besar daripada 0oC.

Langkah kedua : menentukan suhu akhir (T)
Kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu es dari -10oC sampai 0oC adalah4200 J.
Kalor yang diperlukan untuk meleburkan semua es menjadi air (kalor laten) = 66.800 J
Kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu air (air hasil peleburan semua es) dari 0oC sampai ToC = (massa es)(kalor jenis air)(T – 0) = (0,2)(4180)(T) = 836 T
Kalor yang dilepaskan oleh teh hangat untuk menurunkan suhunya dari 90oCsampai T = (massa jenis air)(90-T) = (0,4)(4180)(90 – T) = 1672 (90-T) = 150.480 – 1672 T

Contoh soal asas Black - 7

Leave a Reply