Contoh soal Perpindahan Kalor

5 Contoh soal Perpindahan Kalor

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

A. 600 ^oC

B. 200 ^oC

C. 100 ^oC

D. 90 ^oC

E. 60 ^oC

Pembahasan

Diketahui :

Dua batang P dan Q mempunyai ukuran yang sama

Koefisien konduksi termal P adalah dua kali koefisien konduksi termal Q

Suhu ujung batang P adalah 90^o, suhu ujung batang Q adalah 0^o dan suhu di antara batang P dan Q adalah T.

Ditanya : Suhu pada bidang batas P dan Q

Jawab :

Rumus laju perpindahan kalor secara konduksi :

Keterangan : Q/t = laju perpindahan kalor, k = konduktivitas termal, A = luas penampang, T₁ = suhu tinggi, T₂ = suhu rendah, l = panjang benda.

Dua batang P dan Q mempunyai ukuran sama sehingga luas permukaan (A) dan panjang (l) dilenyapkan dari persamaan. Persamaan di atas berubah menjadi :

Koefisien konduksi termal P adalah dua kali koefisien konduksi termal Q. Persamaan di atas berubah menjadi :

Suhu ujung batang P adalah 90^o, suhu ujung batang Q adalah 0^o dan suhu di antara batang P dan Q adalah T. Persamaan di atas berubah menjadi :

Suhu pada bidang batas P dan Q adalah 60 ^oC.

Jawaban yang benar adalah E.

2. Batang A dan B mempunyai luas penampang dan panjang sama. Bila koefisien konduksi batang A = 1/4 kali koefisien konduksi batang B, kemudian keduanya dipanaskan pada salah satu ujungnya dan ternyata keduanya mengalami perubahan suhu yang sama. Maka perbandingan kelajuan hantaran kalor batang A dan batang B adalah…..

A. 1 : 4

B. 1 : 2

C. 1 : 1

D. 2 : 1

E. 4 : 1

Pembahasan

Diketahui :

Luas penampang batang A (A) = luas penampang batang B (A)

Panjang batang A (l) = panjang batang B (l)

Koefisien konduksi batang A (k) = 1/4 kali koefisien konduksi batang B (1/4 k)

Perubahan suhu batang A (ΔT) = perubahan suhu batang B (ΔT)

Ditanya : Perbandingan kelajuan hantaran kalor batang A dan batang B

Jawab :

Rumus laju perpindahan kalor secara konduksi :

Keterangan : Q/t = laju perpindahan kalor, k = konduktivitas termal, A = luas penampang, T₂ = suhu tinggi, T₁ = suhu rendah, l = panjang benda.

Luas penampang sama, panjang batang sama, perubahan suhu sama.

Jawaban yang benar adalah E.

3. Dua batang logam A dan B berukuran sama masing-masing mempunyai koefisien konduksi 2k dan k.

Keduanya dihubungkan menjadi satu dan pada ujung-ujung yang bebas dikenakan suhu seperti pada gambar.

Suhu (T) pada sambungan logam A dan B adalah…

A. 80 ^oC

B. 100 ^oC

C. 120 ^oC

D. 150 ^oC

E. 160 ^oC

Pembahasan

Diketahui :

Dua batang logam A dan B berukuran sama

Koefisien konduksi logam A = 2k

Koefisien konduksi logam B = k

Suhu ujung logam A = 210^oC

Suhu ujung logam B = 30^oC

Ditanya : Suhu (T) pada sambungan logam A dan B

Jawab :

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

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

Jawaban yang benar adalah D.

4. Dua batang penghantar mempunyai panjang dan luas penampang yang sama disambung menjadi satu seperti pada gambar di bawah ini. Koefisien konduksi termal batang penghantar kedua = 2 kali koefisien konduksi termal batang pertama. Jika batang pertama dipanaskan sehingga T₁ = 100 ^oC dan T₂ = 25 ^oC , maka suhu pada sambungan (T) adalah …

A. 30 ^oC

B. 35 ^oC

C. 40 ^oC

D. 45 ^oC

E. 50 ^oC

Pembahasan

Diketahui :

Dua batang logam A dan B berukuran sama

Koefisien konduksi batang I = k

Koefisien konduksi batang II = 2k

Suhu ujung batang I = 100^oC

Suhu ujung batang II = 25^oC

Ditanya : Suhu pada sambungan batang I dan II

Jawab :

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.

Jawaban yang benar adalah C.

5. Tiga batang logam yang berbeda A, B dan C namun memiliki panjang dan luas penampang yang sama, disambungkan satu sama lain seperti pada gambar di bawah ini.

Besar konduktivitas 4 k_A = 2 k_B = k_C dan T₁ = 100^oC dan T₄ = 20^oC maka suhu T₂ dan T₃ adalah…

A. T₂ = 54,26 ^oC, T₃ = 31,4 ^oC

B. T₂ = 31,4 ^oC, T₃ = 54,26 ^oC

C. T₂ = 32,4 ^oC, T₃ = 54,26 ^oC

D. T₂ = 56,26 ^oC, T₃ = 31,4 ^oC

E. T₂ = 54,26 ^oC, T₃ = 30,4 ^oC

Pembahasan

Diketahui :

T₁ = 100^oC

T₄ = 20^oC

4 k_A = 2 k_B = k_C

Jika k_C = 4, k_B = 2, k_A = 1

Ditanya : T₂ dan T₃

Jawab :

Rumus perpindahan kalor secara konduksi :

Keterangan :

Q/t = laju perpindahan kalor, k = konduktivitas termal, A = luas penampang, T₁ = suhu awal, T₂ = suhu akhir, l = panjang batang.

Panjang (l) dan luas penampang (A) sama sehingga dilenyapkan dari persamaan.

Gunakan persamaan ini untuk menghitung suhu.

Tinjau batang logam A dan B.

Tinjau batang logam B dan C.

Eliminasikan persamaan 1 dan persamaan 2 :

Hitung T₂ menggunakan persamaan 1 :

Jawaban yang benar adalah A.

Sumber soal:

Soal UN Fisika SMA/MA