Primjeri pitanja o temperaturi i toplini

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. godine ^oC

Rasprava

Poznato je da:

Titik beku air pada termometer X = -30^o

Titik didih air pada termometer X = 90^o

Pitao/la sam: 60^oX = ….. ^oC

Odgovor:

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, a vrelište vode je 100^oC. Postoji razlika od 100°C između točke smrzavanja i točke vrelišta vode.^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 :

Točan odgovor je D.

Proširenje

2. Sebatang logam dipanaskan sehingga suhunya 80^oDuljina C postaje 115 cm. Ako je koeficijent linearnog širenja metala 3.10^{-3 o}C^-1 a početna temperatura metala je 30^oC, tada je početna duljina metala….

A. 100 cm

B. 101,5 cm

Oko 102 cm

D. 102,5 cm

E. 103 cm

Rasprava

Poznato je da:

Početna temperatura (T₁) = 30^oC

Konačna temperatura (T₂) = 80^oC

Promjena temperature (ΔT) = 80^oC - 30^oC = 50^oC

Koeficijent linearnog širenja metala (α) = 3.10^{-3 o}C^-1

Konačna duljina metala (L) = 115 cm

Pitao/la sam: Početna duljina metala (L_o)

Odgovor:

Formula za proširenje duljine:

Točan odgovor je A.

3. Mesingana šipka je u početku duga 40 cm. Kada se zagrije na temperaturu od 80^oDuljina C postaje 40,04 cm. Ako je koeficijent linearnog širenja mesinga 2,0 x 10^{-5 o}C^-1 Dakle, početna temperatura mjedene šipke je….

A. 20 ^oC

B. 22 ^oC

C. 25 ^oC

D. 30 ^oC

E. 50. godine ^oC

Rasprava

Poznato je da:

Konačna temperatura (T₂) = 80^oC

Početna duljina (L_o) = 40 cm

Konačna duljina (D) = 40,04 cm

Povećanje duljine (ΔL) = 40,04 cm – 40 cm = 0,04 cm

Koeficijent linearnog širenja mesinga (α) = 2,0 x 10^{-5 o}C^-1

Pitao/la sam: Početna temperatura (T₁)

Odgovor:

Formula za širenje metala:

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

Točan odgovor je 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. 25. godine⁰ C

Rasprava

Poznato je da:

Ukuran batang sama

Toplinska vodljivost metala I = 4k

Toplinska vodljivost metala II = k

Suhu ujung logam I = 50⁰ C

Suhu ujung logam II = 0⁰ C

Pitao/la sam: Temperatura na spoju dvaju metala

Odgovor:

Formula za brzinu prijenosa topline kondukcijom:

Opis: Q/t = brzina prijenosa topline, k = toplinska vodljivost, A = površina, T₁-T₂ = promjena temperature, l = duljina štapa

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.

Točan odgovor je B.

5. Obratite pozornost na sljedeću izjavu!

(1) Provodljivost metala

(2) Temperaturna razlika između metalnih krajeva

(3) Duljina metala

(4) Masa metala

Čimbenici koji određuju brzinu širenja topline u metalu su...

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

B. (1) i (4)

C. (2) i (4)

D. (3) i (4)

Samo E. (4)

Rasprava

Na temelju formule za brzinu prijenosa topline kondukcijom, faktori koji određuju brzinu prijenosa topline su vodljivost metala (k), temperaturna razlika između krajeva metala (T) i duljina metala (l). Masa metala nema utjecaja.

Točan odgovor je 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

I. 90°C

Rasprava

Poznato je da:

Batang PQ mempunyai ukuran yang sama.

Koefisien konduksi termal logam P (k_P) = 2k

Koefisien konduksi termal logam Q (k_Q) = k

Pitao/la sam: Suhu pada bidang batas P dan Q

Odgovor:

Formula za brzinu prijenosa topline kondukcijom:

Opis: Q/t = brzina prijenosa topline, k = toplinska vodljivost, A = površina, T₁-T₂ = promjena temperature, l = duljina štapa

Suhu pada bidang batas P dan Q :

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

Nema točnog odgovora.

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

Rasprava

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

Na temperaturi od 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.

Točan odgovor je E.

Crni princip

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 i specifična toplina 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

Rasprava

Poznato je da:

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.

Pitao/la sam: Kalor jenis besi (c besi)

Odgovor:

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

2500°C – 1000°C = 215

1500c = 215

c = 215/1500

c = 0,143 kal/g ^oC

Točan odgovor je 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

Rasprava

Poznato je da:

Masa vode (m_zrak) = 200 grama

Temperatura vode (T_zrak) = 20^oC

Specifična toplina vode (c_zrak) = 1 kal/gr°C

Massa es (m_es) = 50 grama

Temperatura leda (T_es) = -2^oC

Kalor jenis es (c_es) = 0,5 kal/gr°C

Kalor lebur air (L) = 80 kal/gr

Odgovor:

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

Q = mc ΔT

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

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

Q = 50 kalorija

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 do 0^oVS:

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.

Točan odgovor je 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. godine^oC

Rasprava

Poznato je :

Massa aluminium = 200 gram

Suhu aluminium = 20^oC

Massa air = 100 gram

Temperatura vode = 80^oC

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

Kalor jenis air = 1 kal/g ^oC

Pitao : 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_zrak c (ΔT) = m_aluminijum 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

Točan odgovor je 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

Cca. 1,50 kal.g ^-1 .°C^-1

D. 4,8   kal.g ^-1 .°C^-1

E. 7,2   kal.g ^-1 .°C^-1

Rasprava

Poznato je :

Massa logam (m_logam) = 50 grama

Suhu logam = 85^oC

Masa vode (m_zrak) = 50 grama

Temperatura vode = 29,8^oC

Specifična toplina vode (c_zrak) = 1 kal.g ^-1 .°C^-1

Suhu akhir campuran = 37^oC

Pitao : 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_logam c (ΔT) = m_zrak 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

Točan odgovor je 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

I. 17°C

Rasprava

Poznato je :

Massa es (m_es) = 50 grama

Suhu es = 0°C

Masa vode (m_zrak) = 200 grama

Temperatura vode = 30^oC

Specifična toplina vode (c_zrak) = 1 kal.g^{- 1} ° C ^-1

Toplina topljenja leda (L_es) = 80 kal.g ^-1

Pitao : konačna temperatura smjese

Jawab :

Terlebih dahulu perkirakan keadaan akhir :

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

Q_lepas = m_zrak c_zrak (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.

Crni princip :

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

(m_zrak)(c_zrak)(ΔT) = (m_es)(L_es) + (m_es)(c_zrak)(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

Točan odgovor je 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
Rasprava: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).
Poznato je :
Kalor yang diserap atau dilepas : Q = 140 kalori – 60 kalori = 80 kalori
Massa zat padat : m = 1 gram
Pitao :
Toplina pare (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
Točan odgovor je 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 Džul
B. 5,20 × 10³ Džul
C. 2,00 × 10⁶ Džul
D. 2,26 × 10⁶ Džul
E. 4,40 × 10⁶ Džul

Rasprava:
Poznato je :
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
Pitao :
Kalor yang dilepas (Q) ?
Jawab :
Q = m L_v
Q = (1 kg)(2.256 x 10³ J/kg)
Q = 2256 x 10³ Džul
Q = 2,256 x 10⁶ Džul
Točan odgovor je D.

15. Banyaknya kalor yang diserap untuk menaikan suhu air bermassa 2 kg dari -2 ^oC do 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) = 336 000 J/kg
A. 760.400 J
B. 750.000 J
Oko 668.000 J
D. 600.000 J
E. 540.000 J
Rasprava:
Poznato je :
Massa (m) air = 2 kg
Suhu (T) awal = -2 ^oC
Konačna temperatura (T) = 10 ^oC
Specifična toplina leda (c es) = 2100 J/kg C^o
Specifična toplina vode (c vode) = 4200 J/kg C^o
Toplina taljenja vode (L)_F) = 336 000 J/kg
Pitao :
Kalor yang diserap (Q) ?
Jawab :
Perubahan suhu dari -2 ^oC do 10 ^oC dilalui melalui beberapa tahap.
Tahap 1, suhu es meningkat dari -2 ^oC do 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 do 10 ^oC)
Jadi dari suhu -2 ^oC do 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 do 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 džula
Točan odgovor je A.

Izvor pitanja:

Pitanja iz fizike za nacionalni ispit za višu srednju školu/srednju strukovnu školu