Mga pananglitan sa pangutana bahin sa temperatura ug kainit

15 Contoh soal Suhu dan Kalor

Kalibrasi Termometer

1. Termometer X yang telah ditera menunjukkan angka -30^o pada titik beku air dan 90^o pada titik didih air. Suhu 60^oX sama dengan …

A. 20 ^oC

B. 45 ^oC

C. 50 ^oC

D. 75 ^oC

E. 80 ^oC

Panaghisgot

Nasayran nga:

Titik beku air pada termometer X = -30^o

Titik didih air pada termometer X = 90^o

Nangutana: 60^oX = ….. ^oC

Tubag:

Pada skala Fahrenheit, titik beku air adalah 32^oF dan titik didih air adalah 212^oF. Antara titik beku dan titik didih air terdapat selisih 212^o - 32^o = 180^o.

Pada skala Celcius titik beku air adalah 0^oC ug ang nagbukal nga punto sa tubig kay 100^oC. Adunay kalainan nga 100°C tali sa freezing point ug boiling point sa tubig.^o - 0^o = 100^o.

Pada skala X, titik beku air adalah -30^oX dan titik didih air adalah 90^oX. Antara titik beku dan titik didih air terdapat selisih 90^o – (-30^o) = 90^o + 30^o = 120^o.

Ubah skala X ke skala Celcius :

Ang saktong tubag kay D.

Pagpalapad

2. Sebatang logam dipanaskan sehingga suhunya 80^oAng gitas-on sa C mahimong 115 cm. Kon ang coefficient sa linear expansion sa metal kay 3.10^{-3 o}C^-1 ug ang inisyal nga temperatura sa metal kay 30^oC, nan ang inisyal nga gitas-on sa metal mao ang….

A. 100 sentimetros

B. 101,5 sentimetros

C. 102 sentimetros

D. 102,5 sentimetros

E. 103 cm

Panaghisgot

Nasayran nga:

Inisyal nga temperatura (T₁) = 30^oC

Katapusang temperatura (T₂) = 80^oC

Pagbag-o sa temperatura (ΔT) = 80^oC - 30^oC=50^oC

Ang koepisyent sa linear expansion sa metal (α) = 3.10^{-3 o}C^-1

Katapusang gitas-on sa metal (L) = 115 cm

Nangutana: Panjang logam mula-mula (L_o)

Tubag:

Pormula sa pagpalapad sa gitas-on:

Ang saktong tubag kay A.

3. Ang usa ka baras nga tumbaga sa sinugdanan 40 cm ang gitas-on. Kung gipainit sa temperatura nga 80^oAng gitas-on sa C mahimong 40,04 cm. Kon ang coefficient sa linear expansion sa brass kay 2,0 x 10^{-5 o}C^-1 Busa ang inisyal nga temperatura sa baras nga tumbaga mao ang….

A. 20 ^oC

B. 22 ^oC

C. 25 ^oC

D. 30 ^oC

E. 50 ^oC

Panaghisgot

Nasayran nga:

Katapusang temperatura (T₂) = 80^oC

Inisyal nga gitas-on (L)_o) = 40 sentimetros

Katapusang gitas-on (L) = 40,04 cm

Pagdugang sa gitas-on (ΔL) = 40,04 cm – 40 cm = 0,04 cm

Ang koepisyent sa linear expansion sa brass (α) = 2,0 x 10^{-5 o}C^-1

Nangutana: Inisyal nga temperatura (T₁)

Tubag:

Pormula sa pagpalapad sa metal:

0,04 = (2,0 x 10^-5)(40)(80 – T₁)

0,04 = (80 x 10^-5)(80 – T₁)

0,04 = 0,0008 (80 – T₁)

0,04 = 0,064 – 0,0008 T₁

0,0008 T₁ = 0,064 - 0,040

0,0008 T₁ = 0,024

T₁ = 30^oC

Ang saktong tubag kay D.

Perpindahan Kalor Secara Konduksi

4. Batang logam yang sama ukurannya, tetapi terbuat dari logam yang berbeda digabung seperti pada gambar di samping ini. Jika konduktivitas termal logam I = 4 kali konduktivitas logam II, maka suhu pada sambungan kedua logam tersebut adalah…

A. 45⁰ C

B. 40⁰ C

C. 35⁰ C

D. 30⁰ C

E. 25⁰ C

Panaghisgot

Nasayran nga:

Ukuran batang sama

Konduktibidad sa kainit sa metal I = 4k

Konduktibidad sa kainit sa metal II = k

Suhu ujung logam I = 50⁰ C

Suhu ujung logam II = 0⁰ C

Nangutana: Temperatura sa dapit sa panagtagbo sa duha ka metal

Tubag:

Ang pormula sa rate sa pagbalhin sa kainit pinaagi sa conduction:

Deskripsyon: Q/t = gikusgon sa pagbalhin sa kainit, k = konduktibidad sa kainit, A = gilapdon sa nawong, T₁-T₂ = pagbag-o sa temperatura, l = gitas-on sa baras

Suhu pada bidang batas P dan Q :

Dua batang logam A dan B berukuran sama sehingga luas permukaan (A) dan panjang (l) batang dilenyapkan dari persamaan.

Ang saktong tubag kay B.

5. Hatagi'g pagtagad ang mosunod nga pahayag!

(1) Konduktivitas logam

(2) Perbedaan suhu ujung-ujung logam

(3) Panjang logam

(4) Massa logam

Faktor-faktor yang menentukan laju perambatan kalor pada logam adalah…

A. (1), (2) ug (3)

B. (1) ug (4)

C. (2) ug (4)

D. (3) ug (4)

E. (4) lamang

Panaghisgot

Berdasarkan rumus laju perpindahan kalor secara konduksi, faktor-faktor yang menentukan laju perpindahan kalor adalah konduktivitas logam (k), perbedaan suhu ujung-ujung logam (T) dan panjang logam (l). Massa logam tidak berpengaruh.

Ang saktong tubag kay A.

6. Dua buah batang PQ dengan ukuran yang sama, tetapi jenis logam berbeda dilekatkan seperti gambar di bawah ini. Jika koefisien konduksi termal P adalah dua kali koefisien konduksi termal Q, maka suhu pada bidang batas P dan Q adalah …

A. 84°C

B. 78°C

C. 72°C

D. 70°C

Sidlakan 90°C

Panaghisgot

Nasayran nga:

Batang PQ mempunyai ukuran yang sama.

Koefisien konduksi termal logam P (k_P) = 2k

Koefisien konduksi termal logam Q (k_Q) = k

Nangutana: Suhu pada bidang batas P dan Q

Tubag:

Ang pormula sa rate sa pagbalhin sa kainit pinaagi sa conduction:

Deskripsyon: Q/t = gikusgon sa pagbalhin sa kainit, k = konduktibidad sa kainit, A = gilapdon sa nawong, T₁-T₂ = pagbag-o sa temperatura, l = gitas-on sa baras

Suhu pada bidang batas P dan Q :

Batang PQ mempunyai ukuran yang sama sehingga A dan l dilenyapkan dari persamaan.

Walay saktong tubag.

Perubahan Wujud

7. 1 kg es pada suhu 0 ^oC dicampur dengan 0,5 kg air pada suhu 0 ^oC, maka …

A. sebagian air membeku

B. sebagian es mencair

C. semua es mencair

D. semua air membeku

E. jumlah massa es dalam air tetap

Panaghisgot

Kata es menunjukkan air berwujud padat, sedangkan kata air menunjukkan air berwujud cair.

Sa temperatura nga 0^oC es mengalami perubahan wujud padat menjadi cair. Agar wujudnya berubah maka harus ada kalor yang diserap oleh es. Es dicampur dengan air sehingga es seharusnya menyerap kalor dari air. Walaupun demikian, suhu air juga 0^oC sehingga tidak ada kalor yang dapat diserap es. Dengan demikian, jumlah massa es dalam air tetap.

Ang saktong tubag kay E.

Asas Black

8. Di dalam sebuah bejana besi bermassa 200 gr terdapat 100 gr minyak bersuhu 20 ^oC. Di dalam bejana dimasukkan 50 gr besi bersuhu 75 ^oC. Bila suhu bejana naik 5^oC ug piho nga kainit minyak = 0,43 kal/g ^oC, maka kalor jenis besi adalah …

A. 0,143 kal/g ^oC

B. 0,098 kal/g ^oC

C. 0,084 kal/g ^oC

D. 0,075 kal/g ^oC

E. 0,064 kal/g ^oC

Panaghisgot

Nasayran nga:

Massa bejana besi (m) = 200 gr

Suhu awal bejana besi (T₁) = 20^oC

Minyak berada di dalam bejana besi sehingga suhu minyak = suhu bejana besi.

Suhu akhir bejana besi (T₂) = 20^oC + 5^oC=25^oC

Massa minyak (m) = 100 gram

Kalor jenis minyak (c minyak) = 0,43 kal/g ^oC

Suhu awal minyak (T₁) = 20^oC

Minyak berada di dalam bejana sehingga minyak setimbang termal dengan bejana besi. Jadi apabila suhu akhir bejana besi adalah 25^oC maka suhu akhir minyak adalah 25^oC.

Suhu akhir minyak (T₂) = 20^oC + 5^oC=25^oC

Massa besi (m) = 50 gram

Suhu awal besi (T₁) = 75^oC

Besi dicelupkan ke dalam minyak yang berada di dalam bejana karenanya besi setimbang termal dengan minyak dan bejana. Jadi jika suhu akhir bejana adalah 25^oC maka suhu akhir besi adalah 25^oC.

Nangutana: Kalor jenis besi (c besi)

Tubag:

Kalor yang dilepaskan oleh besi :

Q = m c ΔT = (50)(c)(75-25) = (50)(c)(50) = 2500c kalori

Kalor yang diserap oleh bejana besi :

Q = m c ΔT = (200)(c)(25-20) = (200)(c)(5) = 1000c kalori

Kalor yang diserap oleh minyak :

Q = m c ΔT = (100)(0,43)(25-20) = (43)(5) = 215 kalori

Asas Black menyatakan bahwa di dalam sistem tertutup terisolasi, kalor yang dilepaskan oleh benda bersuhu tinggi diserap oleh benda bersuhu rendah.

Q lepas = Q serap

2500c = 1000c + 215

2500c – 1000c = 215

1500c = 215

c = 215/1500

c = 0,143 kal/g ^oC

Ang saktong tubag kay A.

9. 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… (c air = 1 kal/gr°C; c_es = 0,5 kal/gr°C; L = 80 kal/gr)

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

Panaghisgot

Nasayran nga:

Massa air (m_hangin) = 200 gramos

Suhu air (T_hangin) = 20^oC

Kalor jenis air (c_hangin) = 1 kal/gr°C

Massa es (m_es) = 50 gramos

Suhu es (T_es) = -2^oC

Kalor jenis es (c_es) = 0,5 kal/gr°C

Kalor lebur air (L) = 80 kal/gr

Tubag:

Kalor untuk menaikkan suhu es dari -2^oC hangtod 0^oC:

Q = mc ΔT

Q = (50 gram)(0,5 kal/gr°C)(0^oC – (-2^oC))

Q = (50)(0,5 kal)(2)

Q = 50 ka kaloriya

Kalor untuk mencairkan semua es menjadi air :

Q = m L = (50 gram)(80 kal/gram) = 4000 kalori

Kalor untuk menurunkan suhu semua air dari 20^oC hangtod 0^oC:

Q = mc ΔT

Q = (200 gram)(1 kal/gr°C)(0^oC – (20^oC))

Q = (200)(1 kal)(-20)

Q = -4000 kalori

Tanda positif artinya kalor ditambahkan, tanda negatif artinya kalor dilepaskan.

Kalor untuk menaikkan suhu es ke 0^oC adalah 50 kalori dan kalor untuk mencairkan semua es adalah 4000 kalori. Jadi kalor total untuk mencairkan semua es adalah 4050 kalori. Kalor yang tersedia adalah kalor yang dilepaskan air sebanyak 4000 kalori.

Dapat disimpulkan bahwa kalor yang tersedia tidak cukup untuk mencairkan semua es menjadi air. Sebagian besar es telah mencair menjadi air tetapi sebagian kecil belum mencair. Air dan sisa es ini berada pada suhu 0^oC.

Ang saktong tubag kay C.

10. Potongan aluminium bermassa 200 gram dengan suhu 20^oC dimasukan ke dalam bejana air bermassa 100 gram dan suhu 80^oC. Jika diketahui kalor jenis aluminium 0,22 kal/g ^oC dan kalor jenis air 1 kal/g ^oC, maka suhu akhir aluminium mendekati…

A. 20^oC

B. 42^oC

C. 62^oC

D. 80^oC

E. 100^oC

Panaghisgot

Nailhan kini :

Massa aluminium = 200 gram

Suhu aluminium = 20^oC

Massa air = 100 gram

Temperatura sa tubig = 80^oC

Kalor jenis aluminium = 0,22 kal/g ^oC

Kalor jenis air = 1 kal/g ^oC

Nangutana : suhu akhir aluminium

tubag :

Aluminium berada di dalam air sehingga suhu akhir aluminium = suhu akhir air.

Kalor yang dilepas air bersuhu lebih tinggi (Q lepas) = kalor yang diserap aluminium bersuhu lebih rendah (Q serap)

m_hangin c (ΔT) = m_aluminum c (ΔT)

(100)(1)(80 – T) = (200)(0,22)(T – 20)

(100)(80 – T) = (44)(T – 20)

8000 – 100T = 44T – 880

8000 + 880 = 44T + 100T

8880 = 144T

T = 62^oC

Ang saktong tubag kay C.

11. Sepotong uang logam bermassa 50 g bersuhu 85 °C dicelupkan ke dalam 50 g air bersuhu 29,8 °C (kalor jenis air = 1 kal.g ^-1 .°C^-1 ). Jika suhu akhirnya 37 °C dan wadah tidak menyerap kalor, maka kalor jenis logam adalah…

A. 0,15 kal.g ^-1 .°C^-1

B. 0,30 kal.g ^-1 .°C^-1

C. 1,50 kal.g ^-1 .°C^-1

D. 4,8   kal.g ^-1 .°C^-1

E. 7,2   kal.g ^-1 .°C^-1

Panaghisgot

Nailhan kini :

Massa logam (m_logam) = 50 gramos

Suhu logam = 85^oC

Massa air (m_hangin) = 50 gramos

Temperatura sa tubig = 29,8^oC

Kalor jenis air (c_hangin) = 1 kal.g ^-1 .°C^-1

Suhu akhir campuran = 37^oC

Nangutana : kalor jenis logam (c logam)

tubag :

Kalor yang dilepas logam bersuhu lebih tinggi (Q lepas) = kalor yang diserap air bersuhu lebih rendah (Q serap)

m_logam c (ΔT) = m_hangin c (ΔT)

(50)(c)(85 – 37) = (50)(1)(37 – 29,8)

(c)(85 – 37) = (1)(37 – 29,8)

48 c = 7,2

c = 0,15 kal.g ^-1 .°C^-1

Ang saktong tubag kay A.

12. Balok es bermassa 50 gram bersuhu 0°C dicelupkan pada 200 gram air bersuhu 30°C yang diletakkan dalam wadah khusus. Anggap wadah tidak menyerap kalor. Jika kalor jenis air 1 kal.g^{- 1} ° C ^-1 dan kalor lebur es 80 kal.g ^-1, maka suhu akhir campuran adalah….

A. 5°C

B. 8°C

C. 11°C

D. 14°C

Sidlakan 17°C

Panaghisgot

Nailhan kini :

Massa es (m_es) = 50 gramos

Suhu es = 0°C

Massa air (m_hangin) = 200 gramos

Temperatura sa tubig = 30^oC

Kalor jenis air (c_hangin) = 1 kal.g^{- 1} ° C ^-1

Kainit sa pagsagol sa yelo (L_es) = 80 kal.g ^-1

Nangutana : suhu akhir campuran

tubag :

Terlebih dahulu perkirakan keadaan akhir :

Kalor yang dilepaskan oleh air untuk menurunkan suhunya dari 30^oC hangtod 0^oC:

Q_lepas = m_hangin c_hangin (ΔT) = (200)(1)(30-0) = (200)(30) = 6000

Kalor yang diperlukan untuk meleburkan semua es :

Q_lebur = m_es L_es = (50)(80) = 4000

Kalor yang digunakan untuk meleburkan semua es hanya 4000 sedangkan jumlah kalor yang tersedia adalah 6000. Dapat disimpulkan bahwa suhu akhir campuran berada di atas 0^oC.

Asas Black :

Kalor yang dilepas oleh air = kalor untuk meleburkan semua es + kalor untuk menaikan suhu air es

(m_hangin)(c_hangin)(ΔT) = (m_es)(L_es) + (m_es)(c_hangin)(ΔT)

(200)(1)(30-T) = (50)(80) + (50)(1)(T-0)

(200)(30-T) = (50)(80) + (50)(T-0)

6000 – 200T = 4000 + 50T – 0

6000 – 4000 = 50T + 200T

2000 = 250T

T = 2000/250

T = 8^oC

Ang saktong tubag kay B.

Perubahan wujud zat

13. Grafik di bawah ini menyatakan hubungan antara suhu (T) dengan kalor (Q) yang diberikan pada 1 gram zat padat. Besar kalor uap zat padat tersebut adalah…
A. 60 kalori/gram
B. 70 kalori/gram
C. 80 kalori/gram
D. 90 kalori/gram
E. 100 kalori/gram
Panaghisgot:Kalor uap adalah banyaknya kalor yang diserap (atau dilepaskan) oleh 1 gram benda untuk mengubah wujudnya dari cair menjadi gas (atau dari gas menjadi cair).
Nailhan kini :
Kalor yang diserap atau dilepas : Q = 140 kalori – 60 kalori = 80 kalori
Massa zat padat : m = 1 gram
Nangutana :
Kalor uap (L_v) zat padat ?
tubag :
Rumus untuk menentukan kalor uap :
Q = m L_v
Keterangan : Q = kalor yang diserap atau dilepaskan, m = massa zat, L_v = kalor uap
L_v = Q / m
L_v = 80 kalori / 1 gram
L_v = 80 kalori/gram
Ang saktong tubag kay C.

14. Di bawah ini adalah grafik kalor terhadap suhu dari 1 kg uap pada tekanan normal. Kalor didih air 2256 x 10³ J/kg dan kalor jenis air 4,2 x 10³ J/kg K, maka kalor yang dilepas pada perubahan dari uap menjadi air adalah…
A. 4,50 × 10³ Joule
B. 5,20 × 10³ Joule
C. 2,00 × 10⁶ Joule
D. 2,26 × 10⁶ Joule
E. 4,40 × 10⁶ Joule

Panaghisgot:
Nailhan kini :
Kalor uap atau kalor didih (L_v) = 2.256 x 10³ J / kg
Kalor jenis air (c) = 4200 J/kg K
Massa uap (m) = 1 kg
Nangutana :
Kalor yang dilepas (Q) ?
tubag :
Q = m L_v
Q = (1 kg)(2.256 x 10³ J/kg)
Q = 2256 x 10³ Joule
Q = 2,256 x 10⁶ Joule
Ang saktong tubag kay D.

15. Banyaknya kalor yang diserap untuk menaikan suhu air bermassa 2 kg dari -2 ^oC hangtod 10 ^oC adalah… Kalor jenis air = 4.200 J/kg C^o, kalor jenis es = 2.100 J/kg C^o, kalor lebur air (L_F) = 334.000 J/kg
A. 760.400 J
B. 750.000 J
C. 668.000 J
D. 600.000 J
E. 540.000 J
Panaghisgot:
Nailhan kini :
Massa (m) air = 2 kg
Suhu (T) awal = -2 ^oC
Katapusang temperatura (T) = 10 ^oC
Kalor jenis es (c es) = 2100 J/kg C^o
Kalor jenis air (c air) = 4200 J/kg C^o
Kalor lebur air (L_F) = 334.000 J/kg
Nangutana :
Kalor yang diserap (Q) ?
tubag :
Perubahan suhu dari -2 ^oC hangtod 10 ^oC dilalui melalui beberapa tahap.
Tahap 1, suhu es meningkat dari -2 ^oC hangtod 0 ^oC (kenaikan suhu es berhenti pada suhu titik beku air yakni 0 ^oC)
Tahap 2, semua es mencair (wujud padat berubah menjadi wujud cair pada suhu titik beku air yakni 0 ^oC)
Tahap 3, suhu air meningkat lagi dari 0 ^oC hangtod 10 ^oC)
Jadi dari suhu -2 ^oC hangtod 0 ^oC, air masih dalam wujud padat. Pada suhu 0 ^oC, terjadi perubahan wujud padat menjadi cair. Setelah wujud padat berubah menjadi wujud cair, suhu air meningkat lagi dari 0 ^oC hangtod 10 ^oC.
Q₁ = (m)(c es)(delta T) = (2 kg)(2100 J/kg C^o)(0 ^oC – (-2 ^oC)) = (2)(2100 J)(2) = 8400 J
Q₂ = (m)(L_F) = (2 kg)(334.000 J/kg) = 668.000 J
Q₃ = (m)(c air)(delta T) = (2 kg)(4200 J/kg C^o)(10 ^oC - 0 ^oC)) = (2)(4200 J)(10) = 84000 J
Kalor yang diserap :
Q = Q₁ +Q₂ +Q₃
Q = 8400 J + 668.000 J + 84000 J
Q = 760.400 Joule
Ang saktong tubag kay A.

Tinubdan sa pangutana:

Mga Pangutana sa Pisika sa Nasudnong Eksaminasyon para sa Senior High School/Bokasyonal nga High School