Contoh soal Asas Black

15 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

Mi A2 Lite daisy Emmc File fixed an...
Mi A2 Lite daisy Emmc File fixed anti 900e Daisy Brick 9008

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

 

3. Air sebanyak 60 gram bersuhu 90oC (kalor jenis air = 1 kal.g-1.oC-1) dicampur 40 gram air sejenis bersuhu 25oC. Jika tidak ada faktor lain yang mempengaruhi proses ini, maka suhu akhir campuran adalah…

A. 15,4 oC
B. 23,0 oC
C. 46,0 oC
D. 64,0 oC
E. 77,0 oC

Pembahasan
Diketahui :
Massa air 1 (m1) = 60 gram
Suhu air 1 (T1) = 90oC
Massa air 2 (m2) = 40 gram
Suhu air 2 (T2) = 25oC
Kalor jenis air (c) = 1 kal.g-1.oC-1
Ditanya : suhu akhir campuran
Jawab :
Kalor yang dilepas air bersuhu tinggi (Q lepas) = kalor yang diserap air bersuhu rendah (Q serap)
m1 c (ΔT) = m2 c (ΔT)
(60)(1)(90 – T) = (40)(1)(T – 25)
(60)(90 – T) = (40)(T – 25)
5400 – 60T = 40T – 1000
5400 + 1000 = 40T + 60T
6400 = 100T
T = 6400/100
T = 64oC
Jawaban yang benar adalah D.

4. Sepotong aluminium bermassa 500 gram dan memiliki suhu 30 oC dimasukkan ke dalam bejana berisi air bermassa 200 gram dan memiliki suhu 90 oC. Jika diketahui kalor jenis alumunium 0,22 kal/g Co dan kalor jenis air 1 kal/g Co, maka suhu akhir air dan aluminium adalah…
A. 20,3 oC
B. 42,2 oC
C. 68,7 oC
D. 80,5 oC
E. 100 oC
Pembahasan :
Satuan massa, gram (g) tidak perlu diubah ke kilogram (kg) karena kalor jenis aluminium dan kalor jenis air dinyatakan dalam kal/g Co.
Diketahui :
m aluminium = 500 gram
c aluminium = 0,22 kal/gCo
T aluminium = 30 oC
m air = 200 gram
c air = 1 kal/gCo
T air = 90 oC
Ditanya :
Suhu (T) akhir air dan aluminium ?
Jawab :

Rumus kalor : Q = (m)(c)(delta T)

Q air = = (200 gram)(1 kal/gCo)(90 oC – T)
Q aluminium = (500 gram)(0,22 kal/gCo)(T– 30 oC)

Rumus asas Black : Q lepas = Q serap

Air mempunyai suhu awal lebih tinggi (90 oC) sehingga air melepaskan kalor, aluminium mempunyai suhu awal lebih rendah (30 oC) sehingga aluminium menyerap kalor. Suhu akhir campuran air dan aluminium pasti lebih rendah dari suhu awal air dan lebih tinggi dari suhu awal aluminium.
(200 gram)(1 kal/gCo)(90 oC – T) = (500 gram)(0,22 kal/g Co)(T– 30 oC)
(200)(1)(90-T) = (500)(0,22)(T-30)
(200)(90-T) = (110)(T-30)
18000 – 200 T = 110 T – 3300
18000 + 3300 = 110 T + 200 T
21300 = 310 T
T = 68,7 oC
Suhu akhir gabungan air dan aluminium adalah 68,7 oC.
Jawaban yang benar adalah C.

5. Sepotong logam bermassa 300 gram bersuhu 80 oC dicelupkan ke dalam 200 gram air bersuhu 40 oC. Kalor jenis air = 1 kal/g Co. Jika suhu akhir campuran logam dan air adalah 50o C dan wadahnya tidak menyerap kalor, maka kalor jenis logam adalah…
A. 0,15 kal/g Co
B. 0,22 kal/g Co
C. 1,50 kal/g Co
D. 4,8 kal/g Co
E. 7,2 kal/g Co
Pembahasan :
Diketahui :
m logam = 300 gram
T logam = 80 oC
m air = 200 gram
T air = 40 oC
c air = 1 kal/g Co
T akhir campuran logam dan air = 50 oC
Ditanya :
c logam ?
Jawab :
Q logam = (m)(c)(delta T) = (300 gram)(c logam)(80oC – 50oC) = (300 gram)(c logam)(30 Co)
Q air = (m)(c)(delta T) = (200 gram)(1 kal/g Co)(60oC – 50oC) = (200 gram)(1 kal/g Co)(10 Co)

Rumus asas Black : Q lepas = Q serap

Logam mempunyai suhu awal lebih tinggi (80 oC) sehingga logam melepaskan kalor, air mempunyai suhu awal lebih rendah (40 oC) sehingga air menyerap kalor.
(300 gram)(c logam)(30 Co) = (200 gram)(1 kal/g Co)(10 Co)
(300)(c)(30) = (200)(1)(10)
9000 c = 2000
c = 2000 / 9000
c = 0,22 kal/g Co
Kalor jenis logam adalah 0,22 kal/g Co.
Jawaban yang benar adalah B.

6. Dua buah bola sejenis bersuhu sama 40 oC, kedua bola massanya masing-masing 10 gram dan 40 gram. Kedua bola dimasukan ke dalam suatu fluida, sehingga suhu kedua bola naik menjadi 60oC. Apabila kalor jenis bola 2 kal/gr Co dan 1 kalori = 4,2 Joule maka selisih kalor yang diserap oleh masing-masing bola adalah…
A. 5,04 x 103 Joule
B. 7,50 x 103 Joule
C. 10,6 x 103 Joule
D. 40 x 103 Joule
E. 42 x 103 Joule
Pembahasan :
Diketahui :
m1 = 10 gram
m2 = 40 gram
T1 = T2 = 40 oC
T akhir = 60 oC
c bola = 2 kal/gr Co
Ditanya :
Selisih kalor yang diserap oleh masing-masing bola ?
Jawab :
Suhu kedua bola meningkat karenanya kedua bola pasti menyerap kalor.
Q1 = (10 gr)(2 kal/gr Co)(60oC–40oC) = (10 gr)(2 kal/gr Co)(20 Co) = 400 kal = (400)(4,2 J) = 1680 Joule
Q2 = (40 gr)(2 kal/gr Co)(60oC–40oC) = (40 gr)(2 kal/gr Co)(20 Co) = 1600 kal = (1600)(4,2 J) = 6720 Joule
Selisih kalor yang diserap oleh masing-masing bola :
6720 J – 1680 J = 5040 J = 5,04 x 103 J
Jawaban yang benar adalah A.

7. Air bermassa 200 gram bersuhu 30°C dicampur air mendidih bermassa 100 gram dan bersuhu 90°C. (Kalor jenis air = 1 kal.gram−1°C−1). Suhu air campuran pada saat keseimbangan termal adalah….

A. 10°C

B. 30°C

C. 50°C

D. 75°C

E. 150°C

Pembahasan

Diketahui :

Massa air 1 (m1) = 200 gram

Suhu air 1 (T1) = 30oC

Massa air 2 (m2) = 100 gram

Suhu air 2 (T2) = 90oC

Kalor jenis air (c) = 1 kal.gram−1°C−1

Ditanya : suhu akhir campuran

Jawab :

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

Pembahasan soal asas Black 1

Jawaban yang benar adalah C.

8. Air sebanyak 60 gram bersuhu 90oC (kalor jenis air = 1 kal.g-1.oC-1) dicampur 40 gram air sejenis bersuhu 25oC. Jika tidak ada faktor lain yang mempengaruhi proses ini, maka suhu akhir campuran adalah…

A. 15,4 oC

B. 23,0 oC

C. 46,0 oC

D. 64,0 oC

E. 77,0 oC

Pembahasan

Diketahui :

Massa air 1 (m1) = 60 gram

Suhu air 1 (T1) = 90oC

Massa air 2 (m2) = 40 gram

Suhu air 2 (T2) = 25oC

Kalor jenis air (c) = 1 kal.g-1.oC-1

Ditanya : suhu akhir campuran

Jawab :

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

Pembahasan soal asas Black 2

Jawaban yang benar adalah D.

9. Es bermassa M gram bersuhu 0oC, dimasukkan ke dalam air bermassa 340 gram suhu 20oC yang ditempatkan pada bejana khusus. Anggap bejana tidak menyerap/melepaskan kalor. Jika Les = 80 kal g-1, cair = 1 kal g-1 oC-1, semua es mencair dan kesetimbangan termal dicapai pada suhu 5oC, maka massa es (M) adalah…

A. 60 gram

B. 68 gram

C. 75 gram

D. 80 gram

E. 170 gram

Pembahasan

Diketahui :

Massa air (m) = 340 gram

Suhu es (Tes) = 0oC

Suhu air (Tair) = 20oC

Suhu kesetimbangan termal (T) = 5oC

Kalor lebur es (Les) = 80 kal g-1

Kalor jenis air (cair) = 1 kal g-1 oC-1

Ditanya : Massa es (M)

Jawab :

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

Kalor yang dilepas air (Q lepas) = kalor yang diserap es (Q serap)

Pembahasan soal asas Black 3

Jawaban yang benar adalah A.

Catatan :

Jika dinyatakan es bersuhu 0o maka air masih berwujud padat. Jika dinyatakan air bersuhu 0oC maka air berwujud cair. Bedakan penggunaan kata es dan air. Karena air masih berwujud padat atau es, maka kalor yang diserap terlebih dahulu digunakan untuk mencairkan semua es menjadi air, karenanya pada ruas kanan persamaan di atas ditambahkan rumus untuk menghitung banyaknya kalor untuk mencairkan es (mes Les). Setelah semua es mencair menjadi air, kalor tambahan digunakan untuk menaikan suhu es dari 0oC menjadi 5oC.

10. Logam tembaga bersuhu 100oC dimasukkan ke dalam air yang bermassa 128 gram dan bersuhu 30 oC. Kalor jenis air 1 kal.g-1oC-1 dan kalor jenis tembaga 0,1 kal.g-1oC-1. Jika kesetimbangan termal terjadi pada suhu 36 oC, maka massa logam tersebut adalah….

A. 140 gram

B. 120 gram

C. 100 gram

D. 80 gram

E. 75 gram

Pembahasan

Diketahui :

Suhu tembaga (T1) = 100 oC

Kalor jenis tembaga (c1) = 0,1 kal.g-1oC-1

Massa air (m2) = 128 gram

Suhu air (T2) = 30 oC

Kalor jenis air (c2) = 1 kal.g-1oC-1

Suhu kesetimbangan termal (T) = 36 oC

Ditanya : Massa tembaga (m1)

Jawab :

Asas Black menyatakan bahwa kalor yang dilepaskan benda bersuhu tinggi = kalor yang diterima benda bersuhu rendah.

Pembahasan soal asas Black 4

Jawaban yang benar adalah B.

11. Tiga kilogram batang timah hitam dengan kalor jenis 1400 J.kg-1C-1 bersuhu 80oC dicelupkan ke dalam 10 kg air dengan kalor jenis 4200 J.kg-1C-1. Setelah terjadi kesetimbangan termal, suhu akhir campuran 20oC. Suhu air mula-mula adalah….

A. 20 oC

B. 18 oC

C. 14 oC

D. 12 oC

E. 10 oC

Pembahasan

Diketahui :

Massa timah (m1) = 3 kg

Kalor jenis timah (c1) = 1400 J.kg-1C-1

Suhu timah (T1) = 80 oC

Massa air (m2) = 10 kg

Kalor jenis air (c2) = 4200 J.kg-1C-1

Suhu kesetimbangan termal (T) = 20 oC

Ditanya : Suhu air mula-mula (T2)

Jawab :

Pembahasan soal asas Black 5

Jawaban yang benar adalah C.

12. Sekeping uang logam bermassa 50 gram dipanaskan sampai suhu 85oC, kemudian dicelupkan ke dalam bejana berisi 50 gram air bersuhu 29,8oC (kalor jenis air = 1 kal.g-1.oC-1). Jika suhu akhir sistem 37oC dan anggap tidak ada perubahan kalor melalui bejana, maka kalor jenis logam adalah…

A. 0,12 kal.g-1.oC-1

B. 0,30 kal.g-1.oC-1

C. 1,50 kal.g-1.oC-1

D. 4,8 kal.g-1.oC-1

E. 7,2 kal.g-1.oC-1

Pembahasan

Diketahui :

Massa uang logam (m) = 50 gram

Suhu awal uang logam (T1) = 85oC

Massa air (m) = 50 gram

Suhu awal air (T2) = 29,8oC

Kalor jenis air = 1 kal.g-1.oC-1

Suhu akhir sistem (T) = 37oC

Ditanya : Kalor jenis logam (c)

Jawab :

Asas Black menyatakan bahwa kalor yang dilepas = kalor yang diserap. Kalor dilepaskan oleh uang logam dan kalor diserap oleh air, hingga setimbang termal.

Semua satuan dinyatakan dalam gram sehingga tidak perlu melakukan konversi satuan.

Q lepas = Q serap

mlogam c ΔT = mair c ΔT

(50)(c)(85-37) = (50)(1)(37-29,8)

(50)(c)(48) = (50)(7,2)

(50)(c)(48) = (50)(7,2)

(c)(48) = 7,2

c = 7,2 / 48

c = 0,15 kal.g-1.oC-1

13. Logam tembaga bersuhu 100oC dimasukkan ke dalam air yang bermassa 128 gram dan bersuhu 30 oC. Kalor jenis air 1 kal.g-1 oC-1 dan kalor jenis tembaga 0,1 kal.g-1 oC-1. Jika kesetimbangan termal terjadi pada suhu 36 oC, maka massa logam tersebut adalah….

A. 140 gram
B. 120 gram
C. 100 gram
D. 80 gram
E. 75 gram

Pembahasan
Diketahui :
Suhu tembaga (T1) = 100 oC
Kalor jenis tembaga (c1) = 0,1 kal.g-1 oC-1

Massa air (m2) = 128 gram
Suhu air (T2) = 30 oC
Kalor jenis air (c2) = 1 kal.g-1 oC-1

Suhu kesetimbangan termal (T) = 36 oC
Ditanya : Massa tembaga (m1)
Jawab :

Asas Black menyatakan bahwa kalor yang dilepaskan benda bersuhu tinggi = kalor yang diterima benda bersuhu rendah.
Q tembaga = Q air
m1 c1 ΔT = m2 c2 ΔT
(m1)(0,1)(100-36) = (128)(1)(36-30)
(m1)(0,1)(64) = (128)(1)(6)
(m1)(6,4) = 768
m1 = 768 / 6,4
m1 = 120
Massa tembaga adalah 120 gram.
Jawaban yang benar adalah B.

14. Tiga kilogram batang timah hitam dengan kalor jenis 1400 J.kg-1 C-1 bersuhu 80oC dicelupkan ke dalam 10 kg air dengan kalor jenis 4200 J.kg-1 C-1. Setelah terjadi kesetimbangan termal, suhu akhir campuran 20oC. Suhu air mula-mula adalah….

A. 20 oC
B. 18 oC
C. 14 oC
D. 12 oC
E. 10 oC

Pembahasan
Diketahui :
Massa timah (m1) = 3 kg
Kalor jenis timah (c1) = 1400 J.kg-1 C-1
Suhu timah (T1) = 80 oC

Massa air (m2) = 10 kg
Kalor jenis air (c2) = 4200 J.kg-1 C-1

Suhu kesetimbangan termal (T) = 20 oC
Ditanya : Suhu air mula-mula (T2)
Jawab :
Q lepas = Q terima
Q timah = Q air
m1 c1 ΔT = m2 c2 ΔT
(3)(1.400)(80-20) = (10)(4.200)(20-T)
(4.200)(60) = (42.000)(20-T)
252.000 = 840.000 – 42.000 T
42.000 T = 840.000 – 252.000
42.000 T = 588.000
T = 588.000 / 42.000
T = 14
Suhu air mula-mula adalah 14oC.
Jawaban yang benar adalah C.

15. Es bermassa M gram bersuhu 0oC, dimasukkan ke dalam air bermassa 340 gram suhu 20oC yang ditempatkan pada bejana khusus. Anggap bejana tidak menyerap/melepaskan kalor. Jika Les = 80 kal g-1, cair = 1 kal g-1 oC-1, semua es mencair dan kesetimbangan termal dicapai pada suhu 5oC, maka massa es (M) adalah…

A. 60 gram
B. 68 gram
C. 75 gram
D. 80 gram
E. 170 gram

Pembahasan
Diketahui :
Massa air (m) = 340 gram
Suhu es (Tes) = 0oC
Suhu air (Tair) = 20oC
Suhu kesetimbangan termal (T) = 5oC
Kalor lebur es (Les) = 80 kal g-1
Kalor jenis air (cair) = 1 kal g-1 oC-1
Ditanya : Massa es (M)
Jawab :

Asas Black menyatakan bahwa dalam sistem tertutup terisolasi, kalor yang dilepaskan oleh benda bersuhu tinggi sama dengan kalor yang diserap oleh benda bersuhu rendah.
Kalor yang dilepas air (Q lepas) = kalor yang diserap es (Q serap)
mair cair ( T) = mes Les + mes cair ( T)
(340)(1)(20-5) = M (80) + M (1)(5-0)
(340)(15) = 80M + 5M
5100 = 85M
M = 5100/85
M = 60 gram
Jawaban yang benar adalah A.

Catatan :
Jika dinyatakan es bersuhu 0o maka air masih berwujud padat. Jika dinyatakan air bersuhu 0oC maka air berwujud cair. Bedakan penggunaan kata es dan air. Karena air masih berwujud padat atau es, maka kalor yang diserap terlebih dahulu digunakan untuk mencairkan semua es menjadi air, karenanya pada ruas kanan persamaan di atas ditambahkan rumus untuk menghitung banyaknya kalor untuk mencairkan es (mes Les). Setelah semua es mencair menjadi air, kalor tambahan digunakan untuk menaikan suhu es dari 0oC menjadi 5oC.

Sumber soal:

Soal UN Fisika SMA/MA

Tinggalkan Komentar

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan.

This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.

Beli tulisan Anda, 1 Judul Rp. 50.000. Pelajaran Kimia, Matematika, Biologi SMP/SMA.
Baca Info Selengkapnya

X