Imibuzo eyisibonelo ye-Black Principle

15 Contoh Soal Asas Black

1. Es bermassa 0,2 kg dicampur dengan teh hangat bermassa 0,2 kg. Suhu es = – 10^oC, suhu teh hangat = 40^oC. Kalor jenis es = 2100 J/kg C^o, kalor jenis air = 4200 J/kg C^o, kalor lebur air = 334.000 J/kg. Jika es dan teh hangat dicampur dalam sistem tertutup terisolasi, tentukan suhu akhir campuran.

Ingxoxo
I-Diketahui :
Massa es (m es) = 0,2 kg
Massa air teh hangat (m teh) = 0,2 kg
Kalor jenis air (c air) = 4180 J/kg C^o
Kalor jenis es (c es) = 2100 J/kg C^o
Kalor lebur air (L_f air) = 334.000 J/kg
Suhu es (T es) = -10^oC
Suhu air teh hangat (T teh) = 40^oC
Kubuziwe : suhu akhir campuran (T campuran) ?
Jawab :
Langkah pertama, perkirakan keadaan akhir.
Kalor yang harus dilepaskan oleh air untuk menurunkan suhu 0,2 kg teh hangat dari 40^oC sampai 0^oC:
Kalor yang diserap oleh 0,2 kg es untuk menaikkan suhunya dari -10^oC sampai 0^oC:
Kalor yang diserap untuk mencairkan 0,2 kg es (kalor yang diperlukan untuk mengubah semua es menjadi air) :
Berdasarkan perhitungan di atas, diperoleh hasil sebagai berikut :
Q lepas = 33,444 kJ
Q terima = 4,2 kJ
Q lebur = 66,8 kJ

Ketika teh hangat melepaskan kalor sebanyak 33,44 kJ, suhu teh hangat berubah dari 40oC menjadi 0oC. Sebagian kalor yang dilepaskan (sekitar 4,2 kJ) digunakan untuk menaikkan suhu es dari -10 ^oC sampai 0^oC. 33,44 kJ – 4,2 kJ = 29,24 kJ. Untuk meleburkan semua es menjadi air diperlukan kalor sebesar 66,8 kJ.  Kalor yang tersisa adalah 29,24 kJ.

Dapat disimpulkan bahwa kalor yang dilepaskan oleh teh hangat digunakan hanya untuk menaikkan suhu es dari -10 ^oC sampai 0^oC dan meleburkan sebagian es. Sebagian es telah berubah menjadi air, sebagiannya belum. Selama proses perubahan wujud padat menjadi cair, suhu tidak berubah. Karenanya suhu akhir campuran adalah 0^oC.

2. Massa teh panas = 0,4 kg, massa es = 0,2 kg, suhu es batu = -10^oC, suhu teh panas = 90^oC. Jika keduanya dicampur, berapakah suhu akhir campuran ?
Ingxoxo
Langkah pertama : perkirakan keadaan akhir
Kalor yang harus dilepaskan oleh air untuk menurunkan suhu 0,4  kg air teh panas dari 90^oC sampai 0^oC:
Kalor yang diterima oleh 0,2 kg es untuk menaikkan suhunya dari -10^oC sampai 0^oC:
Kalor yang diperlukan untuk meleburkan 0,2 kg es (kalor yang diperlukan untuk mengubah semua es menjadi air) :
Berdasarkan perhitungan di atas, diperoleh hasil sebagai berikut :
Q lepas = 150,48 kJ
Q terima = 4,2 kJ
Q lebur = 66,8 kJ
Ketika teh panas melepaskan kalor sebanyak 150,48 kJ, suhu teh panas berubah dari 90oC menjadi 0oC. Sebagian kalor yang dilepaskan (4,2 J) digunakan untuk menaikkan suhu es dari -10 oC sampai 0oC. 150,48 kJ – 4,8 kJ = 146,28 kJ. Kalor yang tersisa = 146,28 kJ.
Kalor yang diperlukan untuk meleburkan semua es menjadi air hanya sebesar 66,8 kJ. 146,28 kJ – 66,8 kJ = 79,48 kJ. Teh panas tidak perlu melepaskan semua kalor hingga suhunya berkurang menjadi 0^oC. Kesimpulannya suhu akhir campuran pasti lebih besar daripada 0^oC.

Langkah kedua : menentukan suhu akhir (T)
Kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu es dari -10^oC sampai 0^oC adalah4200 J.
Kalor yang diperlukan untuk meleburkan semua es menjadi air (kalor laten) = 66.800 J
Kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu air (air hasil peleburan semua es) dari 0^oC sampai T^oC = (massa es)(kalor jenis air)(T – 0) = (0,2)(4180)(T) = 836 T
Kalor yang dilepaskan oleh teh hangat untuk menurunkan suhunya dari 90oCsampai T = (massa jenis air)(90-T) = (0,4)(4180)(90 – T) = 1672 (90-T) = 150.480 – 1672 T

 

3. Air sebanyak 60 gram bersuhu 90^oC (kalor jenis air = 1 kal.g^-1.^oC^-1) dicampur 40 gram air sejenis bersuhu 25^oC. Jika tidak ada faktor lain yang mempengaruhi proses ini, maka suhu akhir campuran adalah…

A. 15,4 ^oC
B. 23,0 ^oC
C. 46,0 ^oC
D. 64,0 ^oC
E. 77,0 ^oC

Ingxoxo
I-Diketahui :
Massa air 1 (m₁) = amagremu ayi-60
Suhu air 1 (T₁= = 90^oC
Massa air 2 (m₂) = amagremu ayi-40
Suhu air 2 (T₂= = 25^oC
Ukushisa okukhethekile air (c) = 1 kal.g^-1.^oC^-1
Kubuziwe : shu akhir campuran
Jawab :
Kalor yang dilepas air bersuhu tinggi (Q lepas) = kalor yang diserap air bersuhu rendah (Q serap)
m₁ c (ΔT) = m₂ c (ΔT)
(60)(1)(90 – T) = (40)(1)(T – 25)
(60)(90 – T) = (40)(T – 25)
5400 – 60T = 40T – 1000
5400 + 1000 = 40T + 60T
6400 = 100T
T = 6400/100
T = 64^oC
Impendulo efanele ngu-D.

4. Sepotong aluminium bermassa 500 gram dan memiliki suhu 30 ^oC dimasukkan ke dalam bejana berisi air bermassa 200 gram dan memiliki suhu 90 ^oC. Jika diketahui kalor jenis alumunium 0,22 kal/g C^o dan kalor jenis air 1 kal/g C^o, maka suhu akhir air dan aluminium adalah…
A. 20,3 ^oC
B. 42,2 ^oC
C. 68,7 ^oC
D. 80,5 ^oC
E. 100 ^oC
Ingxoxo:
Satuan massa, gram (g) tidak perlu diubah ke kilogram (kg) karena kalor jenis aluminium dan kalor jenis air dinyatakan dalam kal/g C^o.
I-Diketahui :
m aluminium = 500 gram
c aluminium = 0,22 kal/gC^o
T aluminium = 30 ^oC
m air = 200 gram
c air = 1 kal/gC^o
T air = 90 ^oC
Kubuziwe :
Suhu (T) akhir air dan aluminium ?
Jawab :

Ifomula yokushisa : Q = (m)(c)(delta T)

Q air = = (200 gram)(1 kal/gC^o)(90 ^oC – T)
Q aluminium = (500 gram)(0,22 kal/gC^o)(T– 30 ^oC)

Rumus asas Black : Q _icishiwe =Q _serap

Air mempunyai suhu awal lebih tinggi (90 ^oC) sehingga air melepaskan kalor, aluminium mempunyai suhu awal lebih rendah (30 ^oC) sehingga aluminium menyerap kalor. Suhu akhir campuran air dan aluminium pasti lebih rendah dari suhu awal air dan lebih tinggi dari suhu awal aluminium.
(200 gram)(1 kal/gC^o)(90 ^oC – T) = (500 gram)(0,22 kal/g C^o)(T– 30 ^oC)
(200)(1)(90-T) = (500)(0,22)(T-30)
(200)(90-T) = (110)(T-30)
18000 – 200 T = 110 T – 3300
18000 + 3300 = 110 T + 200 T
21300 = 310 T
T = 68,7 ^oC
Suhu akhir gabungan air dan aluminium adalah 68,7 ^oC.
Impendulo efanele ngu-C.

5. Sepotong logam bermassa 300 gram bersuhu 80 ^oC dicelupkan ke dalam 200 gram air bersuhu 40 ^oC. Kalor jenis air = 1 kal/g C^o. Jika suhu akhir campuran logam dan air adalah 50^o C dan wadahnya tidak menyerap kalor, maka kalor jenis logam adalah…
A. 0,15 kal/g C^o
B. 0,22 kal/g C^o
C. 1,50 kal/g C^o
D. 4,8 kal/g C^o
E. 7,2 kal/g C^o
Ingxoxo:
I-Diketahui :
m logam = 300 gram
T logam = 80 ^oC
m air = 200 gram
T air = 40 ^oC
c air = 1 kal/g C^o
T akhir campuran logam dan air = 50 ^oC
Kubuziwe :
c logam ?
Jawab :
Q logam = (m)(c)(delta T) = (300 gram)(c logam)(80^oC - 50^oC) = (300 gram)(c logam)(30 C^o)
Q air = (m)(c)(delta T) = (200 gram)(1 kal/g C^o)(60^oC - 50^oC) = (200 gram)(1 kal/g C^o)(10 C^o)

Rumus asas Black : Q _icishiwe =Q _serap

Logam mempunyai suhu awal lebih tinggi (80 ^oC) sehingga logam melepaskan kalor, air mempunyai suhu awal lebih rendah (40 ^oC) sehingga air menyerap kalor.
(300 gram)(c logam)(30 C^o) = (200 gram)(1 kal/g C^o)(10 C^o)
(300)(c)(30) = (200)(1)(10)
9000 c = 2000
c = 2000 / 9000
c = 0,22 kal/g C^o
Kalor jenis logam adalah 0,22 kal/g C^o.
Impendulo efanele ingu-B.

6. Dua buah bola sejenis bersuhu sama 40 ^oC, kedua bola massanya masing-masing 10 gram dan 40 gram. Kedua bola dimasukan ke dalam suatu fluida, sehingga suhu kedua bola naik menjadi 60^oC. Apabila kalor jenis bola 2 kal/gr C^o dan 1 kalori = 4,2 Joule maka selisih kalor yang diserap oleh masing-masing bola adalah…
A. 5,04 x 10³ Joule
B. 7,50 x 10³ Joule
C. 10,6 x 10³ Joule
D. 40 x 10³ Joule
E. 42 x 10³ Joule
Ingxoxo:
I-Diketahui :
m₁ = 10 amagremu
m₂ = 40 amagremu
T₁ =T₂ = 40 ^oC
T _ukuphela = 60 ^oC
c bola = 2 kal/gr C^o
Kubuziwe :
Selisih kalor yang diserap oleh masing-masing bola ?
Jawab :
Suhu kedua bola meningkat karenanya kedua bola pasti menyerap kalor.
Q₁ = (10 gr)(2 kal/gr C^o)(60^oC–40^oC) = (10 gr)(2 kal/gr C^o)(20 C^o) = 400 kal = (400)(4,2 J) = 1680 Joule
Q₂ = (40 gr)(2 kal/gr C^o)(60^oC–40^oC) = (40 gr)(2 kal/gr C^o)(20 C^o) = 1600 kal = (1600)(4,2 J) = 6720 Joule
Selisih kalor yang diserap oleh masing-masing bola :
6720 J – 1680 J = 5040 J = 5,04 x 10³ J
Impendulo efanele ngu-A.

7. Air bermassa 200 gram bersuhu 30°C dicampur air mendidih bermassa 100 gram dan bersuhu 90°C. (Kalor jenis air = 1 kal.gram^-1° C^-1). Suhu air campuran pada saat keseimbangan termal adalah….

A. 10°C

B. 30°C

C. 50°C

D. 75°C

E. 150°C

Ingxoxo

I-Diketahui :

Massa air 1 (m₁) = amagremu ayi-200

Suhu air 1 (T₁= = 30^oC

Massa air 2 (m₂) = amagremu ayi-100

Suhu air 2 (T₂= = 90^oC

Kalor jenis air (c) = 1 kal.gram^-1° C^-1

Kubuziwe : suhu akhir campuran

Jawab :

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

Impendulo efanele ngu-C.

I-8. Air sebanyak 60 gram bersuhu 90^oC (kalor jenis air = 1 kal.g^-1.^oC^-1) dicampur 40 gram air sejenis bersuhu 25^oC. Jika tidak ada faktor lain yang mempengaruhi proses ini, maka suhu akhir campuran adalah…

A. 15,4 ^oC

B. 23,0 ^oC

C. 46,0 ^oC

D. 64,0 ^oC

E. 77,0 ^oC

Ingxoxo

I-Diketahui :

Massa air 1 (m₁) = amagremu ayi-60

Suhu air 1 (T₁= = 90^oC

Massa air 2 (m₂) = amagremu ayi-40

Suhu air 2 (T₂= = 25^oC

Kalor jenis air (c) = 1 kal.g^-1.^oC^-1

Kubuziwe : suhu akhir campuran

Jawab :

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

Impendulo efanele ngu-D.

9. Es bermassa M gram bersuhu 0^oC, dimasukkan ke dalam air bermassa 340 gram suhu 20^oC yang ditempatkan pada bejana khusus. Anggap bejana tidak menyerap/melepaskan kalor. Jika L_es = 80 kal g^-1, c_air = 1 kal g^{-1 o}C^-1, semua es mencair dan kesetimbangan termal dicapai pada suhu 5^oC, maka massa es (M) adalah…

A. 60 gram

B. 68 gram

C. 75 gram

D. 80 gram

E. 170 gram

Ingxoxo

I-Diketahui :

Massa air (m) = 340 gram

Suhu es (T_es= = 0^oC

Suhu air (T_air= = 20^oC

Suhu kesetimbangan termal (T) = 5^oC

Kalor lebur es (L_es) = 80 kal g^-1

Kalor jenis air (c_air) = 1 kal g^{-1 o}C^-1

Kubuziwe : Massa es (M)

Jawab :

Umgomo Omnyama menyatakan bahwa dalam sistem tertutup terisolasi, kalor yang dilepaskan oleh benda bersuhu tinggi sama dengan kalor yang diserap oleh benda bersuhu rendah.

Kalor yang dilepas air (Q lepas) = kalor yang diserap es (Q serap)

Impendulo efanele ngu-A.

Catatan:

Jika dinyatakan es bersuhu 0^o maka air masih berwujud padat. Jika dinyatakan air bersuhu 0^oC maka air berwujud cair. Bedakan penggunaan kata es dan air. Karena air masih berwujud padat atau es, maka kalor yang diserap terlebih dahulu digunakan untuk mencairkan semua es menjadi air, karenanya pada ruas kanan persamaan di atas ditambahkan rumus untuk menghitung banyaknya kalor untuk mencairkan es (m_es L_es). Setelah semua es mencair menjadi air, kalor tambahan digunakan untuk menaikan suhu es dari 0^oU-C uba ngu-5^oC.

10. Logam tembaga bersuhu 100^oC dimasukkan ke dalam air yang bermassa 128 gram dan bersuhu 30 ^oC. Kalor jenis air 1 kal.g^-1oC^-1 dan kalor jenis tembaga 0,1 kal.g^-1oC^-1. Jika kesetimbangan termal terjadi pada suhu 36 ^oC, maka massa logam tersebut adalah….

A. 140 gram

B. 120 gram

C. 100 gram

D. 80 gram

E. 75 gram

Ingxoxo

Kuyaziwa ukuthi:

Suhu tembaga (T₁= = 100 ^oC

Kalor jenis tembaga (c₁) = 0,1 kal.g^-1oC^-1

Massa air (m₂) = amagremu ayi-128

Suhu air (T₂= = 30 ^oC

Kalor jenis air (c₂) = 1 kal.g^-1oC^-1

Suhu kesetimbangan termal (T) = 36 ^oC

Kubuziwe: Massa tembaga (m₁)

Impendulo:

Asas Black menyatakan bahwa kalor yang dilepaskan benda bersuhu tinggi = kalor yang diterima benda bersuhu rendah.

Impendulo efanele ingu-B.

11. Tiga kilogram batang timah hitam dengan kalor jenis 1400 J.kg^-1C^-1 bersuhu 80^oC dicelupkan ke dalam 10 kg air dengan kalor jenis 4200 J.kg^-1C^-1. Setelah terjadi kesetimbangan termal, suhu akhir campuran 20^oC. Suhu air mula-mula adalah….

A. 20 ^oC

B. 18 ^oC

C. 14 ^oC

D. 12 ^oC

E. 10 ^oC

Ingxoxo

Kuyaziwa ukuthi:

Massa timah (m₁) = 3 kg

Kalor jenis timah (c₁) = 1400 J.kg^-1C^-1

Suhu timah (T₁= = 80 ^oC

Massa air (m₂) = 10 kg

Kalor jenis air (c₂) = 4200 J.kg^-1C^-1

Suhu kesetimbangan termal (T) = 20 ^oC

Kubuziwe: Suhu air mula-mula (T₂)

Impendulo:

Impendulo efanele ngu-C.

12. Sekeping uang logam bermassa 50 gram dipanaskan sampai suhu 85^oC, kemudian dicelupkan ke dalam bejana berisi 50 gram air bersuhu 29,8^oC (kalor jenis air = 1 kal.g^-1.^oC^-1). Jika suhu akhir sistem 37^oC dan anggap tidak ada perubahan kalor melalui bejana, maka kalor jenis logam adalah…

A. 0,12 kal.g^-1.^oC^-1

B. 0,30 kal.g^-1.^oC^-1

C. 1,50 kal.g^-1.^oC^-1

D. 4,8 kal.g^-1.^oC^-1

E. 7,2 kal.g^-1.^oC^-1

Ingxoxo

Kuyaziwa ukuthi:

Massa uang logam (m) = 50 gram

Suhu awal uang logam (T₁= = 85^oC

Massa air (m) = 50 gram

Izinga lokushisa lamanzi lokuqala (T)₂= = 29,8^oC

Kalor jenis air = 1 kal.g^-1.^oC^-1

Suhu akhir sistem (T) = 37^oC

Kubuziwe: Kalor jenis logam (c)

Impendulo:

Asas Black menyatakan bahwa kalor yang dilepas = kalor yang diserap. Kalor dilepaskan oleh uang logam dan kalor diserap oleh air, hingga setimbang termal.

Semua satuan dinyatakan dalam gram sehingga tidak perlu melakukan konversi satuan.

Q _icishiwe =Q _serap

m_i-logam c ΔT = m_air c ΔT

(50)(c)(85-37) = (50)(1)(37-29,8)

(50)(c)(48) = (50)(7,2)

(50)(c)(48) = (50)(7,2)

(c)(48) = 7,2

c = 7,2 / 48

c = 0,15 kal.g^-1.^oC^-1

13. Logam tembaga bersuhu 100^oC dimasukkan ke dalam air yang bermassa 128 gram dan bersuhu 30 ^oC. Kalor jenis air 1 kal.g^-1 oC^-1 dan kalor jenis tembaga 0,1 kal.g^{-1 o}C^-1. Jika kesetimbangan termal terjadi pada suhu 36 ^oC, maka massa logam tersebut adalah….

A. 140 gram
B. 120 gram
C. 100 gram
D. 80 gram
E. 75 gram

Ingxoxo
Kuyaziwa ukuthi:
Suhu tembaga (T₁= = 100 ^oC
Kalor jenis tembaga (c₁) = 0,1 kal.g^{-1 o}C^-1

Massa air (m₂) = amagremu ayi-128
Suhu air (T₂= = 30 ^oC
Kalor jenis air (c₂) = 1 kal.g^{-1 o}C^-1

Suhu kesetimbangan termal (T) = 36 ^oC
Ditanya : Massa tembaga (m₁)
Impendulo:

Asas Black menyatakan bahwa kalor yang dilepaskan benda bersuhu tinggi = kalor yang diterima benda bersuhu rendah.
Q tembaga = Q air
m₁ c₁ ΔT = m₂ c₂ ΔT
(m₁)(0,1)(100-36) = (128)(1)(36-30)
(m₁)(0,1)(64) = (128)(1)(6)
(m₁)(6,4) = 768
m₁ = 768/6,4
m₁ = 120
Massa tembaga adalah 120 gram.
Impendulo efanele ingu-B.

14. Tiga kilogram batang timah hitam dengan kalor jenis 1400 J.kg^-1 C^-1 bersuhu 80^oC dicelupkan ke dalam 10 kg air dengan kalor jenis 4200 J.kg^-1 C^-1. Setelah terjadi kesetimbangan termal, suhu akhir campuran 20^oC. Suhu air mula-mula adalah….

A. 20 ^oC
B. 18 ^oC
C. 14 ^oC
D. 12 ^oC
E. 10 ^oC

Ingxoxo
Kuyaziwa ukuthi:
Massa timah (m₁) = 3 kg
Kalor jenis timah (c₁) = 1400 J.kg^-1 C^-1
Suhu timah (T₁= = 80 ^oC

Massa air (m₂) = 10 kg
Kalor jenis air (c₂) = 4200 J.kg^-1 C^-1

Suhu kesetimbangan termal (T) = 20 ^oC
Ditanya : Suhu air mula-mula (T₂)
Impendulo:
Q lepas = Q terima
Q timah = Q air
m₁ c₁ ΔT = m₂ c₂ ΔT
(3)(1.400)(80-20) = (10)(4.200)(20-T)
(4.200)(60) = (42.000)(20-T)
252.000 = 840.000 – 42.000 T
42.000 T = 840.000 – 252.000
42.000 T = 588.000
T = 588.000 / 42.000
T = 14
Suhu air mula-mula adalah 14^oC.
Impendulo efanele ngu-C.

15. Es bermassa M gram bersuhu 0^oC, dimasukkan ke dalam air bermassa 340 gram suhu 20^oC yang ditempatkan pada bejana khusus. Anggap bejana tidak menyerap/melepaskan kalor. Jika L_es = 80 kal g^-1, c_air = 1 kal g^{-1 o}C^-1, semua es mencair dan ukulingana kokushisa dicapai pada suhu 5^oC, maka massa es (M) adalah…

A. 60 gram
B. 68 gram
C. 75 gram
D. 80 gram
E. 170 gram

Ingxoxo
I-Diketahui :
Massa air (m) = 340 gram
Suhu es (T_es= = 0^oC
Suhu air (T_air= = 20^oC
Suhu kesetimbangan termal (T) = 5^oC
Kalor lebur es (L_es) = 80 kal g^-1
Kalor jenis air (c_air) = 1 kal g^{-1 o}C^-1
Kubuziwe : Massa es (M)
Jawab :

Umgomo Omnyama menyatakan bahwa dalam sistem tertutup terisolasi, kalor yang dilepaskan oleh benda bersuhu tinggi sama dengan kalor yang diserap oleh benda bersuhu rendah.
Kalor yang dilepas air (Q lepas) = kalor yang diserap es (Q serap)
m_air c_air ( T) = m_es L_es +m_es c_air ( T)
(340)(1)(20-5) = M (80) + M (1)(5-0)
(340)(15) = 80M + 5M
5100 = 85M
M = 5100/85
M = amagremu angu-60
Impendulo efanele ngu-A.

Catatan:
Jika dinyatakan es bersuhu 0^o maka air masih berwujud padat. Jika dinyatakan air bersuhu 0^oC maka air berwujud cair. Bedakan penggunaan kata es dan air. Karena air masih berwujud padat atau es, maka kalor yang diserap terlebih dahulu digunakan untuk mencairkan semua es menjadi air, karenanya pada ruas kanan persamaan di atas ditambahkan rumus untuk menghitung banyaknya kalor untuk mencairkan es (m_es L_es). Setelah semua es mencair menjadi air, kalor tambahan digunakan untuk menaikan suhu es dari 0^oU-C uba ngu-5^oC.

Umthombo wombuzo:

Imibuzo Yefiziksi Yezivivinyo Zikazwelonke Zesikole Samabanga Aphezulu/Isikole Samabanga Aphezulu Sokufundela Umsebenzi