Ekzemplaj demandoj pri temperaturo kaj varmo

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

Diskuto

Estas konate, ke:

Titik beku air pada termometer X = -30^o

Titik didih air pada termometer X = 90^o

Demandis: 60^oX = ….. ^oC

Respondo:

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 dan titik didih air adalah 100^oC. Antara titik beku dan titik didih air terdapat selisih 100^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 :

La ĝusta respondo estas D.

Ekspansio

2. Sebatang logam dipanaskan sehingga suhunya 80^oC panjangnya menjadi 115 cm. Jika koefisien muai panjang logam 3.10^{-3 o}C^-1 dan suhu mula-mula logam 30^oC, maka panjang mula-mula logam adalah….

A. 100 cm

B. 101,5 cm

Ĉ. 102 cm

D. 102,5 cm

E. 103 cm

Diskuto

Estas konate, ke:

Komenca temperaturo (T₁) = 30^oC

Fina temperaturo (T₂) = 80^oC

Perubahan suhu (ΔT) = 80^oC-30^oC = 50^oC

Koefisien muai panjang logam (α) = 3.10^{-3 o}C^-1

Panjang akhir logam (L) = 115 cm

Demandis: Panjang logam mula-mula (L_o)

Respondo:

Rumus pemuaian panjang :

La ĝusta respondo estas A.

3. Suatu batang kuningan mula-mula panjangnya 40 cm. Saat dipanaskan pada suhu 80^oC panjangnya menjadi 40,04 cm. Jika koefisien muai panjang kuningan 2,0 x 10^{-5 o}C^-1 maka suhu awal batang kuningan tersebut adalah….

A. 20 ^oC

B. 22 ^oC

C. 25 ^oC

D. 30 ^oC

E. 50 ^oC

Diskuto

Estas konate, ke:

Fina temperaturo (T₂) = 80^oC

Panjang awal (L_o) = 40 cm

Panjang akhir (L) = 40,04 cm

Pertambahan panjang (ΔL) = 40,04 cm – 40 cm = 0,04 cm

Koefisien muai panjang kuningan (α) = 2,0 x 10^{-5 o}C^-1

Demandis: Komenca temperaturo (T₁)

Respondo:

Rumus pemuaian logam :

0,04 = (2,0 × 10^-5)(40)(80 – T₁)

0,04 = (80 × 10^-5)(80 – T₁)

0,04 = 0,0008 (80 – T₁)

252 000 = 840 000 – 42 000 tunoj₁

0,0008 T₁ = 0,064 – 0,040

0,0008 T₁ = 0,024

T₁ = 30^oC

La ĝusta respondo estas 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

Diskuto

Estas konate, ke:

Ukuran batang sama

Konduktivitas termal logam I = 4k

Konduktivitas termal logam II = k

Suhu ujung logam I = 50⁰ C

Suhu ujung logam II = 0⁰ C

Demandis: Suhu pada sambungan kedua logam

Respondo:

La formulo por la varmotransigo per konduktado:

Priskribo: Q/t = varmotransiga indico, k = varmokondukteco, A = surfacareo, T₁-T₂ = ŝanĝo de temperaturo, l = longo de la stango

Temperaturo ĉe la limebeno P kaj Q:

Du metalaj stangoj A kaj B estas samgrandaj, do la surfaca areo (A) kaj longo (l) de la stangoj estas forigitaj el la ekvacio.

La ĝusta respondo estas B.

5. Atentu la jenan aserton!

(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) kaj (3)

B. (1) kaj (4)

C. (2) kaj (4)

D. (3) kaj (4)

E. (4) nur

Diskuto

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.

La ĝusta respondo estas 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

72°C

70°C

E. 90°C

Diskuto

Estas konate, ke:

Batang PQ mempunyai ukuran yang sama.

Koefisien konduksi termal logam P (k_P) = 2k

Koefisien konduksi termal logam Q (k_Q) = k

Demandis: Temperaturo ĉe la limebeno P kaj Q

Respondo:

La formulo por la varmotransigo per konduktado:

Priskribo: Q/t = varmotransiga indico, k = varmokondukteco, A = surfacareo, T₁-T₂ = ŝanĝo de temperaturo, l = longo de la stango

Temperaturo ĉe la limebeno P kaj Q:

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

Ne ekzistas ĝusta respondo.

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

Diskuto

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

Je temperaturo de 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.

La ĝusta respondo estas E.

Nigra Principo

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 kaj specifa varmo 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

Diskuto

Estas konate, ke:

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.

Demandis: Kalor jenis besi (c besi)

Respondo:

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

2500°C = 1000°C + 215

2500°C – 1000°C = 215

1500c = 215

c = 215/1500

c = 0,143 kal/g ^oC

La ĝusta respondo estas 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

Diskuto

Estas konate, ke:

Akvomaso (m²)_aero) = 200 gramoj

Akvotemperaturo (T_aero) = 20^oC

Specifa varmo de akvo (c_aero) = 1 kal/gr°C

Massa es (m_es) = 50 gramoj

Glacia temperaturo (T_es) = -2^oC

Kalor jenis es (c_es) = 0,5 kal/gr°C

Kalor lebur air (L) = 80 kal/gr

Respondo:

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

Q = mc² ΔT

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

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

Q = 50 kalori

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 ĝis 0^oVS:

Q = mc² 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.

La ĝusta respondo estas 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

Diskuto

Estas konate :

Massa aluminium = 200 gram

Suhu aluminium = 20^oC

Massa air = 100 gram

Suhu air = 80^oC

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

Kalor jenis air = 1 kal/g ^oC

Demandita : suhu akhir aluminium

Jawab :

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_aero c (ΔT) = m_aluminio 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

La ĝusta respondo estas 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 kalorioj.g ^-1 °C^-1

B. 0,30 kalorioj.g ^-1 °C^-1

C. 1,50 kalorioj.g ^-1 °C^-1

D. 4,8   kal.g ^-1 °C^-1

E. 7,2   kal.g ^-1 °C^-1

Diskuto

Estas konate :

Massa logam (m_logamo) = 50 gramoj

Suhu logam = 85^oC

Akvomaso (m²)_aero) = 50 gramoj

Suhu air = 29,8^oC

Specifa varmo de akvo (c_aero) = 1 kal.g ^-1 °C^-1

Suhu akhir campuran = 37^oC

Demandita : kalor jenis logam (c logam)

Jawab :

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

m_logamo c (ΔT) = m_aero 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

La ĝusta respondo estas 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

11°C

14°C

E. 17°C

Diskuto

Estas konate :

Massa es (m_es) = 50 gramoj

Suhu es = 0°C

Akvomaso (m²)_aero) = 200 gramoj

Suhu air = 30^oC

Specifa varmo de akvo (c_aero) = 1 kal.g^{- 1} ° C ^-1

Fuziovarmo de glacio (L_es) = 80 kal.g ^-1

Demandita fina temperaturo de la miksaĵo

Jawab :

Terlebih dahulu perkirakan keadaan akhir :

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

Q_malŝaltita = m_aero c_aero (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.

Nigra Principo :

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

(m_aero)(c_aero)(ΔT) = (m_es)(L_es) + (m_es)(c_aero)(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

La ĝusta respondo estas 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
Diskuto: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).
Estas konate :
Kalor yang diserap atau dilepas : Q = 140 kalori – 60 kalori = 80 kalori
Massa zat padat : m = 1 gram
Demandita :
Kalor uap (L_v) zat padat ?
Jawab :
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
La ĝusta respondo estas 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 Leulo
B. 5,20 × 10³ Leulo
Ĉ. 2,00 × 10⁶ Leulo
D. 2,26 × 10⁶ Leulo
E. 4,40 × 10⁶ Leulo

Diskuto:
Estas konate :
Kalor uap atau kalor didih (L_v) = 2.256 × 10³ J/kg
Kalor jenis air (c) = 4200 J/kg K
Massa uap (m) = 1 kg
Demandita :
Kalor yang dilepas (Q) ?
Jawab :
Q = m L_v
Q = (1 kg)(2.256 × 10³ J/kg)
Q = 2256 × 10³ Leulo
Q = 2,256 × 10⁶ Leulo
La ĝusta respondo estas D.

15. Banyaknya kalor yang diserap untuk menaikan suhu air bermassa 2 kg dari -2 ^oC ĝis 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
668.000 J
D. 600.000 J
E. 540.000 J
Diskuto:
Estas konate :
Massa (m) air = 2 kg
Suhu (T) awal = -2 ^oC
Suhu (T) akhir = 10 ^oC
Specifa varmo de glacio (c es) = 2100 J/kg C^o
Specifa varmo de akvo (c akvo) = 4200 J/kg C^o
Fuziovarmo de akvo (L)_F) = 334.000 J/kg
Demandita :
Kalor yang diserap (Q) ?
Jawab :
Perubahan suhu dari -2 ^oC ĝis 10 ^oC dilalui melalui beberapa tahap.
Tahap 1, suhu es meningkat dari -2 ^oC ĝis 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 ĝis 10 ^oC)
Jadi dari suhu -2 ^oC ĝis 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 ĝis 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 Ĵuloj
La ĝusta respondo estas A.

Fonto de demando:

Nacia Ekzameno Fizikaj Demandoj por Gimnazio/Metia Gimnazio