Pembahasan soal suhu dan kalor

Kalibrasi Termometer

1. Soal UN 1999/2000 No.10

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

Pembahasan

Diketahui :

Titik beku air pada termometer X = -30o

Titik didih air pada termometer X = 90o

Ditanya : 60oX = ….. oC

Jawab :

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 :

Pembahasan soal suhu dan kalor 1

Jawaban yang benar adalah D.

Pemuaian

2. Soal UN Fisika SMA/MA U-ZC-2013/2014 No.16

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

A. 100 cm

B. 101,5 cm

C. 102 cm

D. 102,5 cm

E. 103 cm

Pembahasan

Diketahui :

Suhu awal (T1) = 30oC

Suhu akhir (T2) = 80oC

Perubahan suhu (ΔT) = 80oC – 30oC = 50oC

Koefisien muai panjang logam (α) = 3.10-3 oC-1

Panjang akhir logam (L) = 115 cm

Ditanya : Panjang logam mula-mula (Lo)

Jawab :

Rumus pemuaian panjang :

Pembahasan soal suhu dan kalor 2

Jawaban yang benar adalah A.

3. Soal UN Fisika SMA/MA U-ZC-2013/2014 No.16

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

A. 20 oC

B. 22 oC

C. 25 oC

D. 30 oC

E. 50 oC

Pembahasan

Diketahui :

Suhu akhir (T2) = 80oC

Panjang awal (Lo) = 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 oC-1

Ditanya : Suhu awal (T1)

Jawab :

Rumus pemuaian logam :

Pembahasan soal suhu dan kalor 3

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

Jawaban yang benar adalah D.

Perpindahan Kalor Secara Konduksi

4. Soal UN 2010/2011

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 CPembahasan soal suhu dan kalor 4

B. 400 C

C. 350 C

D. 300 C

E. 250 C

Pembahasan

Diketahui :

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

Ditanya : Suhu pada sambungan kedua logam

Jawab :

Rumus laju perpindahan kalor secara konduksi :

Pembahasan soal suhu dan kalor 5

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 :

Pembahasan soal suhu dan kalor 6

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

Jawaban yang benar adalah B.

5. Soal UN 2011/2012 A81 No.10

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) dan (3)

B. (1) dan (4)

C. (2) dan (4)

D. (3) dan (4)

E. (4) saja

Pembahasan

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.

Jawaban yang benar adalah A.

6. Soal UN 2006/2007

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°CPembahasan soal suhu dan kalor 7

B. 78°C

C. 72°C

D. 70°C

E. 90°C

Pembahasan

Diketahui :

Batang PQ mempunyai ukuran yang sama.

Koefisien konduksi termal logam P (kP) = 2k

Koefisien konduksi termal logam Q (kQ) = k

Ditanya : Suhu pada bidang batas P dan Q

Jawab :

Rumus laju perpindahan kalor secara konduksi :

Pembahasan soal suhu dan kalor 8

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 :

Pembahasan soal suhu dan kalor 9

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

Pembahasan soal suhu dan kalor 10Tidak ada jawaban yang benar.

Perubahan Wujud

7. Soal UN 2002/2003

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

Pembahasan

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

Pada suhu 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.

Jawaban yang benar adalah E.

Asas Black

8. Soal EBTANAS Fisika SMA Tahun 2001 No. 4

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 dan 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

Pembahasan

Diketahui :

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.

Ditanya : Kalor jenis besi (c besi)

Jawab :

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

Jawaban yang benar adalah A.

9. Soal UN 2006/2007

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

Pembahasan

Diketahui :

Massa air (mair) = 200 gram

Suhu air (Tair) = 20oC

Kalor jenis air (cair) = 1 kal/gr°C

Massa es (mes) = 50 gram

Suhu es (Tes) = -2oC

Kalor jenis es (ces) = 0,5 kal/gr°C

Kalor lebur air (L) = 80 kal/gr

Jawab :

Kalor untuk menaikkan suhu es dari -2oC sampai 0oC :

Q = m c 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 sampai 0oC :

Q = m c 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.

Jawaban yang benar adalah C.

10. Soal UN 2007/2008 P4 No.15

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

Pembahasan

Diketahui :

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

Ditanya : 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)

mair 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 = 62oC

Jawaban yang benar adalah C.

11. Soal UN 2009/2010 P04 No.13

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

C. 1,50 kal.g -1 .°C-1

D. 4,8   kal.g -1 .°C-1

E. 7,2   kal.g -1 .°C-1

Pembahasan

Diketahui :

Massa logam (mlogam) = 50 gram

Suhu logam = 85oC

Massa air (mair) = 50 gram

Suhu air = 29,8oC

Kalor jenis air (cair) = 1 kal.g -1 .°C-1

Suhu akhir campuran = 37oC

Ditanya : kalor jenis logam (c logam)

Jawab :

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

mlogam c (ΔT) = mair 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

Jawaban yang benar adalah A.

12. Soal UN 2009/2010 P37 No.17

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

E. 17°C

Pembahasan

Diketahui :

Massa es (mes) = 50 gram

Suhu es = 0°C

Massa air (mair) = 200 gram

Suhu air = 30oC

Kalor jenis air (cair) = 1 kal.g– 1 °C –1

Kalor lebur es (Les) = 80 kal.g –1

Ditanya : suhu akhir campuran

Jawab :

Terlebih dahulu perkirakan keadaan akhir :

Kalor yang dilepaskan oleh air untuk menurunkan suhunya dari 30oC sampai 0oC :

Qlepas = mair cair (ΔT) = (200)(1)(30-0) = (200)(30) = 6000

Kalor yang diperlukan untuk meleburkan semua es :

Qlebur = mes 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.

Asas Black :

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

(mair)(cair)(ΔT) = (mes)(Les) + (mes)(cair)(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 = 8oC

Jawaban yang benar adalah B.

Anda perlu masuk untuk melihat isi sepenuhnya. Silahkan . Bukan Member? Bergabung