15 Contoh soal Suhu dan Kalor
Kalibrasi Termometer
1. Termometer X yang telah ditera menunjukkan angka -30o pada titik beku air dan 90o pada titik didih air. Suhu 60oX sama dengan …
A. 20 oC
B. 45 oC
C. 50 oC
D. 75 oC
E. 80 oC
Diskussioun
Et ass bekannt, datt:
Titik beku air pada termometer X = -30o
Titik didih air pada termometer X = 90o
Gefrot: 60oX = … oC
Äntwert:
Pada skala Fahrenheit, titik beku air adalah 32oF dan titik didih air adalah 212oF. Antara titik beku dan titik didih air terdapat selisih 212o - 32o = 180o.
Pada skala Celcius titik beku air adalah 0oC dan titik didih air adalah 100oC. Antara titik beku dan titik didih air terdapat selisih 100o - 0o = 100o.
Pada skala X, titik beku air adalah -30oX dan titik didih air adalah 90oX. Antara titik beku dan titik didih air terdapat selisih 90o – (-30o) = 90o + 30o = 120o.
Ubah skala X ke skala Celcius :
Déi richteg Äntwert ass D.
Expansioun
2. Sebatang logam dipanaskan sehingga suhunya 80oD'Längt C gëtt 115 cm. Wann de Koeffizient vun der linearer Ausdehnung vum Metall 3.10 ass-3 oC-1 an d'Ufankstemperatur vum Metall ass 30oC, dann ass déi initial Längt vum Metall….
A. 100 cm
B. 101,5 cm
C. 102 cm
D. 102,5 cm
E. 103 cm
Diskussioun
Et ass bekannt, datt:
Ufankstemperatur (T1) = 30oC
Endtemperatur (T2) = 80oC
Temperaturännerung (ΔT) = 80oC - 30oC = 50oC
De Koeffizient vun der linearer Ausdehnung vum Metall (α) = 3.10-3 oC-1
Endlech Längt vum Metall (L) = 115 cm
Gefrot: Panjang logam mula-mula (Lo)
Äntwert:
Formel fir d'Längtenausdehnung:
Déi richteg Äntwert ass A.
3. Eng Messingstang ass ufanks 40 cm laang. Wann se op eng Temperatur vun 80 erhëtzt gëttoD'Längt C gëtt 40,04 cm. Wann de Koeffizient vun der linearer Ausdehnung vu Messing 2,0 x 10 ass-5 oC-1 Also ass d'Ufankstemperatur vun der Messingstang….
A. 20 oC
B. 22 oC
C. 25 oC
D. 30 oC
E. 50 oC
Diskussioun
Et ass bekannt, datt:
Endtemperatur (T2) = 80oC
Ufankslängt (Lo) = 40 cm
Endlängt (L) = 40,04 cm
Längtzounahm (ΔL) = 40,04 cm – 40 cm = 0,04 cm
De Koeffizient vun der linearer Ausdehnung vu Messing (α) = 2,0 x 10-5 oC-1
Gefrot: Ufankstemperatur (T1)
Äntwert:
Formel fir d'Expansioun vum Metall:
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 = 30oC
Déi richteg Äntwert ass 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
Diskussioun
Et ass bekannt, datt:
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
Gefrot: Suhu pada sambungan kedua logam
Äntwert:
Rumus laju perpindahan kalor secara konduksi :
Keterangan : Q/t = laju perpindahan kalor, k = konduktivitas termal, A = luas permukaan, T1-T2 = perubahan suhu, l = panjang batang
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.
Déi richteg Äntwert ass B.
5. Perhatikan pernyataan berikut!
(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) an (3)
B. (1) an (4)
C. (2) an (4)
D. (3) an (4)
Nëmmen E. (4)
Diskussioun
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.
Déi richteg Äntwert ass 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
O. 90°C
Diskussioun
Et ass bekannt, datt:
Batang PQ mempunyai ukuran yang sama.
Koefisien konduksi termal logam P (kP) = 2k
Koefisien konduksi termal logam Q (kQ) = k
Gefrot: Suhu pada bidang batas P dan Q
Äntwert:
Rumus laju perpindahan kalor secara konduksi :
Keterangan : Q/t = laju perpindahan kalor, k = konduktivitas termal, A = luas permukaan, T1-T2 = perubahan suhu, l = panjang batang
Suhu pada bidang batas P dan Q :
Batang PQ mempunyai ukuran yang sama sehingga A dan l dilenyapkan dari persamaan.
Et gëtt keng richteg Äntwert.
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
Diskussioun
Kata es menunjukkan air berwujud padat, sedangkan kata air menunjukkan air berwujud cair.
Bei enger Temperatur vun 0oC 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 0oC sehingga tidak ada kalor yang dapat diserap es. Dengan demikian, jumlah massa es dalam air tetap.
Déi richteg Äntwert ass E.
Schwaarzt Prinzip
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 5oC an kalor jenis 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
Diskussioun
Et ass bekannt, datt:
Massa bejana besi (m) = 200 gr
Suhu awal bejana besi (T1) = 20oC
Minyak berada di dalam bejana besi sehingga suhu minyak = suhu bejana besi.
Suhu akhir bejana besi (T2) = 20oC+5oC = 25oC
Massa minyak (m) = 100 gram
Kalor jenis minyak (c minyak) = 0,43 kal/g oC
Suhu awal minyak (T1) = 20oC
Minyak berada di dalam bejana sehingga minyak setimbang termal dengan bejana besi. Jadi apabila suhu akhir bejana besi adalah 25oC maka suhu akhir minyak adalah 25oC.
Suhu akhir minyak (T2) = 20oC+5oC = 25oC
Massa besi (m) = 50 gram
Suhu awal besi (T1) = 75oC
Besi dicelupkan ke dalam minyak yang berada di dalam bejana karenanya besi setimbang termal dengan minyak dan bejana. Jadi jika suhu akhir bejana adalah 25oC maka suhu akhir besi adalah 25oC.
Gefrot: Kalor jenis besi (c besi)
Äntwert:
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
Déi richteg Äntwert ass 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; ces = 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
Diskussioun
Et ass bekannt, datt:
Waassermass (mLoft) = 200 Gramm
Waassertemperatur (TLoft) = 20oC
Spezifesch Hëtzt vum Waasser (cLoft) = 1 kal/gr°C
Massa es (mes) = 50 Gramm
Äistemperatur (Tes) = -2oC
Kalor jenis es (ces) = 0,5 kal/gr°C
Kalor lebur air (L) = 80 kal/gr
Äntwert:
Kalor untuk menaikkan suhu es dari -2oC bis 0oC:
Q = mc ΔT
Q = (50 gram)(0,5 kal/gr°C)(0oC – (-2oC))
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 20oC bis 0oC:
Q = mc ΔT
Q = (200 gram)(1 kal/gr°C)(0oC – (20oC))
Q = (200)(1 kal)(-20)
Q = -4000 kalori
Tanda positif artinya kalor ditambahkan, tanda negatif artinya kalor dilepaskan.
Kalor untuk menaikkan suhu es ke 0oC 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 0oC.
Déi richteg Äntwert ass C.
10. Potongan aluminium bermassa 200 gram dengan suhu 20oC dimasukan ke dalam bejana air bermassa 100 gram dan suhu 80oC. Jika diketahui kalor jenis aluminium 0,22 kal/g oC dan kalor jenis air 1 kal/g oC, maka suhu akhir aluminium mendekati…
A. 20oC
B. 42oC
C. 62oC
D. 80oC
E. 100oC
Diskussioun
Et ass bekannt :
Massa aluminium = 200 gram
Suhu aluminium = 20oC
Massa air = 100 gram
Suhu air = 80oC
Kalor jenis aluminium = 0,22 kal/g oC
Kalor jenis air = 1 kal/g oC
Gefrot : 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)
mLoft c(ΔT) = mAluminium 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 anoC
Déi richteg Äntwert ass 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 kcal.g -1 .°C-1
B. 0,30 kcal.g -1 .°C-1
C. 1,50 kcal.g -1 .°C-1
D. 4,8 kal.g -1 .°C-1
E. 7,2 kal.g -1 .°C-1
Diskussioun
Et ass bekannt :
Mass vum Metall (mMetall) = 50 Gramm
Suhu logam = 85oC
Waassermass (mLoft) = 50 Gramm
Suhu air = 29,8oC
Spezifesch Hëtzt vum Waasser (cLoft) = 1 kcal.g -1 .°C-1
Suhu akhir campuran = 37oC
Gefrot : kalor jenis logam (c logam)
Jawab :
Kalor yang dilepas logam bersuhu lebih tinggi (Q lepas) = kalor yang diserap air bersuhu lebih rendah (Q serap)
mMetall c(ΔT) = mLoft 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 kcal.g -1 .°C-1
Déi richteg Äntwert ass 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
O. 17°C
Diskussioun
Et ass bekannt :
Massa es (mes) = 50 Gramm
Suhu es = 0°C
Waassermass (mLoft) = 200 Gramm
Suhu air = 30oC
Spezifesch Hëtzt vum Waasser (cLoft) = 1 kcal.g- 1 ° C -1
Schmelzwärme vun Äis (Les) = 80 kcal.g -1
Gefrot : Endtemperatur vun der Mëschung
Jawab :
Terlebih dahulu perkirakan keadaan akhir :
Kalor yang dilepaskan oleh air untuk menurunkan suhunya dari 30oC bis 0oC:
Qaus = m anLoft cLoft (ΔT) = (200)(1)(30-0) = (200)(30) = 6000
Kalor yang diperlukan untuk meleburkan semua es :
QAarbechter = m anes Les = (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 0oC.
Schwaarzt Prinzip :
Kalor yang dilepas oleh air = kalor untuk meleburkan semua es + kalor untuk menaikan suhu air es
(mLoft)(cLoft)(ΔT) = (mes)(Les) + (mes)(cLoft)(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 anoC
Déi richteg Äntwert ass 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
Diskussioun:
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).
Et ass bekannt :
Kalor yang diserap atau dilepas : Q = 140 kalori – 60 kalori = 80 kalori
Massa zat padat : m = 1 gram
Gefrot :
Kalor uap (Lv) zat padat ?
Jawab :
Rumus untuk menentukan kalor uap :
Q = m⁻¹⁵Lv
Keterangan : Q = kalor yang diserap atau dilepaskan, m = massa zat, Lv = kalor uap
Lv = Q / m
Lv = 80 kalori / 1 gram
Lv = 80 kalori/gram
Déi richteg Äntwert ass 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
Diskussioun:
Et ass bekannt :
Kalor uap atau kalor didih (Lv) = 2.256 x 103 J / kg
Kalor jenis air (c) = 4200 J/kg K
Massa uap (m) = 1 kg
Gefrot :
Kalor yang dilepas (Q) ?
Jawab :
Q = m⁻¹⁵Lv
Q = (1 kg)(2.256 x 103 J/kg)
Q = 2256 x 103 Joule
Q = 2,256 x 106 Joule
Déi richteg Äntwert ass D.
15. Banyaknya kalor yang diserap untuk menaikan suhu air bermassa 2 kg dari -2 oC bis 10 oC adalah… Kalor jenis air = 4.200 J/kg Co, kalor jenis es = 2.100 J/kg Co, kalor lebur air (LF) = 334.000 J/kg
A. 760.400 J
B. 750.000 J
Ongeféier 668.000 J
D. 600.000 J
O. 540.000 J
Diskussioun:
Et ass bekannt :
Massa (m) air = 2 kg
Suhu (T) awal = -2 oC
Suhu (T) akhir = 10 oC
Spezifesch Hëtzt vum Äis (c es) = 2100 J/kg Co
Spezifesch Hëtzt vum Waasser (c Waasser) = 4200 J/kg Co
Schmelzwärme vum Waasser (L)F) = 334.000 J/kg
Gefrot :
Kalor yang diserap (Q) ?
Jawab :
Perubahan suhu dari -2 oC bis 10 oC dilalui melalui beberapa tahap.
Tahap 1, suhu es meningkat dari -2 oC bis 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 bis 10 oC)
Jadi dari suhu -2 oC bis 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 bis 10 oC.
Q1 = (m)(c es)(delta T) = (2 kg)(2100 J/kg Co) (0 oC – (-2 oC)) = (2)(2100 J)(2) = 8400 J
Q2 = (m)(LF) = (2 kg)(334.000 J/kg) = 668.000 J
Q3 = (m)(c air)(delta T) = (2 kg)(4200 J/kg Co) (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
Déi richteg Äntwert ass A.
Quell vun der Fro:
Froen zur nationaler Physikprüfung fir de Lycée/Beruffslycée
