Topik: Suhu dan kalor

Soal-soal

1.    Suatu benda menyerap energi sebesar 10⁴ J sehingga suhu benda itu naik 25^oC. Berapakah kalor jenis benda jika massanya 5 kg?

Penyelesaian:

Diketahui:          

Q         = 10⁴ J

Δt        = 25^oC

m         = 5 kg

Dit: c = ....?

Jawab:     

Jadi, kalor jenis benda adalah 80 J/kg⁰C

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

2.     Hitunglah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 2 kg air dari 10^oC menjadi 60^oC (kalor jenis air = 4200 J/kg^oC)!

Penyelesaian:

Diketahui:

m         = 2 kg

Δt        = (60 – 10) ^oC = 50^oC

C         = 4200 J/kg^oC

Ditanyakan: Q         = ....?

Jawab:

                 Q = m . c . Δt = 2 . 4200 . 50 = 420 000 J = 420 kJ   

 Jadi, banyaknya kalor yang diperlukan adalah 420 kJ

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

3.        Hitunglah banyaknya kalor yang dilepaskan jika 5 kg air didinginkan dari suhu 10^oC menjadi 0^oC!

Penyelesaian:

Diketahui:

m         = 5 kg

Δt        = (0 – 10) ^oC = -10^oC

c          = 4200 J/kg^oC

Ditanyakan: Q = ....?

Jawab:

                 Q = m . c . Δt = 5 . 4200 . (-10) = 210 000 J = 210 kJ

 Jadi, banyaknya kalor yang dilepaskan adalah 210 kJ

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

4.   Suatu zat massanya 200 gram memiliki kapasitas panas 3 . 10⁴ J/^oC. Kemudian zat dipanaskan sehingga suhunya naik dari 50^oC menjadi 100^oC. Berapa kalor yang diserap benda dan kalor jenis benda itu?

Penyelesaian:

Diketahui:

m         = 200 g = 0,2 kg

C         = 3 . 10⁴ J/^oC

Δt        = (100 – 50) ^oC = 50^oC

 Ditanyakan: 

Q = ....?

c = ....?

Jawab:

Jadi, kalor yang diserap adalah 10⁵ dan kalor jenisnya adalah 15x10⁴ J/kg⁰C

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

5.   Dalam kalorimeter yang kapasitas kalornya 1000 J/^oC dimasukkan 100 gram air (c _air = 4200 J/kg^oC). Pada mulanya suhu air dalam kalorimeter 30^oC. Selanjutnya ke dalam kalorimeter dimasukkan 100 gram tembaga yang kalor jenisnya 390 J/kg^oC dan bersuhu 80^oC. Berapa suhu akhir campuran itu?

Penyelesaian:

Diketahui:

C_k        = 1000 J/^oC

m_a        = 100 g = 0,1 kg

c _air         = 4200 J/kg^oC

t_k          = t_a = 30^oC

m_t        = 100 g = 0,1 kg

c _t           = 390 J/kg^oC

t_t          = 80^oC

Ditanyakan: t_cp = ....?

Jawab:

Jadi suhu akhiir campurran adalah 31,34⁰C

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

6.      Sebuah botol yang kapasitas kalornya diabaikan berisi 150 gram air bersuhu 278 K. Ke dalam botol itu dimasukkan 800 gram logam yang suhunya 353 K. Setelah seimbang suhu akhir campuran itu 300 K. Berapakah kalor jenis logam itu jika kalor jenis air diketahui 4,18 . 10³ J/kgK?

Penyelesaian:

Diketahui:

m_a        = 150 g = 0,15 kg

t_a          = 278 K

m_l           = 800 g = 0,8 kg

t_l          = 353 K

t_cp         = 300 K

c _air         = 4,18 . 10³  J/kgK

Ditanyakan: c_l = ....?

Jawab:     

Jadi, kalor jenis logamnya adalah 325,33 J/kgK

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

7.     Jika kalor lebur es adalah 80 kal/g berapakah kalor yang dperlukan untuk melebur 500 gram es pada suhu 0^oC agar menjadi seluruhnya menjadi air pada suhu yang sama?

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 500 g

L_es = 80 kal/g

Ditanyakan: Q = ....?

Jawab:     

Q = m . L_es = 500 . 80 = 40.000 kal 

Jadi, kalor yang dperlukan untuk melebur adalah 40.000 kal

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

8.    Berapa jumlah kalor yang diperlukan untuk mengubah 300 gram es pada suhu -5^oC agar menjadi uap pada suhu 100^oC?

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 300 gram

c_es = 0,5 kal/g

t_es = -5^oC

L_es = 80 kal/g

c_air = 1kal/g^oC

U = 540 kal/g

t_uap = 100^oC

Ditanyakan: Q_total = ....?

Jawab:

Q_total = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄

     Q₁ = m . c_es . Δt = 300 . 0,5 . (0 – (-5)) = 150 . 5 = 750 kal

     Q₂ = m . L_es = 300 . 80 = 24.000 kal

     Q₃ = m . c_air . Δt = 300 . 1 . (100 – 0)  = 30.000 kal

     Q₄ = m . U = 300 . 540 = 162.000 kal

            Q_total = 750 + 24.000  + 30.000  + 162.000 = 216.750 kal

Jadi, jumlah kalor yang diperlukan adalah 216.750 kal 

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

9.    Batang baja pada suhu 273 K panjangnya 100 cm. Jika koefisien muai panjang baja 1,1 . 10^-5/K, berapa panjang baja pada suhu 378 K?

Penyelesaian:

Diketahui:

t₁ = 273 K

L_o = 100 cm

α = 1,1. 10^-5/K

t₂ = 378 K

Ditanyakan: L_t = ....?

Jawab:

L_t = L_o (1 + α .Δt)

L_t = 100 (1 + 1,1 . 10^-5 . 105) = 100 (1 + 1,155 . 10^-3)

           = 100 (1 + 0,001155 ) = 100,1155 cm

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

10. Pelat besi luasnya 8 m² dan suhunya 30^oC, kemudian dinaikkan suhunya menjadi 100^oC. Hitunglah luas pelat tersebut pada suhu 100^oC jika koefisien muai panjang besi 1,1 . 10^-5/K!

Penyelesaian:

Diketahui:

A_o = 8 m²

t₁ = 30^oC

t₂ = 100^oC

α = 1,1. 10^-5/K

Ditanyakan: A_t = ....?

Jawab:     

A_t = A_o (1 + β .Δt)

A_t = 8 (1 + 2 . 1,1. 10^-5 . 70) = 8 (1 + 0,00154)

            = 8 . 1,00154 = 8,01232 m²

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

11. Sebuah gelas pyrex yang mempunyai volum 300 cm³ pada suhu 20^oC berisi penuh dengan air. Koefisien muai panjang pyrex adalah 0,000003/^oC dan koefisien muai volum air 0,00021/^oC. Berapa cm³ air akan tumpah apabila seluruhnya dipanasi sampai 70^oC?

Penyelesaian:

Diketahui:

V_o gelas = V_o air = 300 cm³

t₁ = 20^oC

α = 0,000003/^oC

γ = 0,00021/^oC

t₂ = 70^oC

Ditanyakan:

Volum air yang tumpah = ...?

Jawab:

V_t air = V_o (1 + γ .Δt) = 300 (1 + 0,00021 . 50)

        = 300 + 1,0105 = 303,15 cm³

V_t gelas = V_o (1 + γ .Δt) = 300 (1 + 3 . 0,000003 . 50)

             = 300 . 1,00045 = 300,135  cm³

Volum air yang tumpah = V_t air – V_t  gelas

                                              =  303,15 – 300,135 = 3,015 cm³

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------