Dalam bab 5 yang berjudul Suhu, Kalor, dan Perpindahan Kalor, kita akan mempelajari tentang suhu, kalor dan perpindahannya, serta fenomen-fenomena yang disebabkan oleh perubahan suhu dan perpindahan kalor. Berikut adalah jawaban soal UK Bab 5 Fisika Kelas XI tentang Suhu, Kalor, dan Perpindahan Kalor. Jika ada kesalahan kata ataupun jawaban mohon dimaafkan.
1). Ketika es sedang mencair, besaran yang tidak berubah diantaranya:
(1) massa totalnya
(2) volume totalnya
(3) suhunya
(4) massa jenisnya
Pernyataan yang benar adalah...
a. (1), (2), dan (3)
b. (1) dan (3)
c. (2) dan (4)
d. (4) saja
e. (1), (2), (3), dan (4)
Jawab:
*Jika es pada suhu 0°C diberikan kalor, ternyata suhu es tidak mengalami perubahan, tetapi es berubah wujud menjadi air.
*Ketika es mencair, wujud zat berubah menjadi sebuah cairan, dan karena hal itu massa jenis menjadi berkurang.
*Pada saat es mencair, dia mengalami pengurangan volume. Karena disebabkan oleh perubahan struktur dari padat ke cair yang menyebabkan "ruang" menjadi lebih renggang.
*Walaupun es dicairkan, massa totalnya tidak akan berubah sedikitpun alias tetap.
(Jawabannya: B)
2). 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...
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
Diketahui:
m air = 200 gr
T air = 20°C
m es = 50 gr
T es = -2°C
kalor jenis (c) air = 1 kal/g°C
kalor jenis (c) es = 0,5 kal/g°C
kalor lebur (L) es = 80 kal/g
Ditanya: Jika terjadi kesetimbangan (yaitu suhu es dan air menjadi seimbang) akan diperoleh...?
Jawab:
Kalor yang diperlukan es untuk mencair pada suhu 0°C
Q es = m es . c es . ΔT es + m es . L es
Q es = 50 . 0,5 . (0 - (-2)) + 50 . 80
Q es = 50 + 4000
Q es = 4050 kal
Kalor yang dilepas air jika mendingin hingga suhunya 0°C
Q air = m air . c air . ΔT air
Q air = 200 . 1 . (20-0)
Q air = 4000 kal
Dikarenakan Q es lebih besar daripada Q air, berarti masih ada es yang belum mencair, walaupun suhu campuran es dan air sudah seimbang menjadi 0°C.
(Jawaban: C)
3). Zat cair yang massanya 10 kg dipanaskan dari suhu 25°C menjadi 75°C, memerlukan panas sebesar 4 x 105 joule. Kalor jenis zat cair tersebut adalah...
a. 200 J kg-1 K-1
b. 400 J kg-1 K-1
c. 600 J kg-1 K-1
d. 800 J kg-1 K-1
e. 1000 J kg-1 K-1
Diketahui:
m = 10 kg
ΔT = 75°C - 25°C = 50°C
Q = 4 x 105 J
Ditanya: c (kalor jenis) zat cair tersebut?
Jawab:
c = Q / m . ΔT
c = 4 x 105 / 10 . 50
c = 400000 / 500
c = 800 J kg-1 K-1
(Jawaban: D)
4). Lima puluh gram es pada suhu 0°C di masukkan ke dalam 200 gram air yang bersuhu 20°C. Jika kalor lebur es = 80 kal/g dan kalor jenis air = 1 kal/g°C, suhu akhir campuran adalah...
a. 0°C
b. 1,8°C
c. 2°C
d. 3,3°C
e. 5°C
Diketahui:
m es = 50 gr
T es = 0°C
m air = 200 gr
T air = 20°C
kalor lebur (L) es = 80 kal/g
kalor jenis (c) air = 1 kal/g°C
kalor jenis (c) es = 0,5 kal/g°C
Ditanya: t (suhu akhir campuran)?
Jawab:
Q lepas = Q terima
m air . c air . ΔT air = m es . c es . ΔT es + m es . L es
200 . 1 . (20 - t) = 50 . 0,5 . (t - 0) + 50 . 80
4000 - 200t = 25t + 4000
-25 t - 200 t = 4000 - 4000
-225 t = 0
t = 0°C
Berarti, suhu akhir campurannya adalah 0°C (Jawaban: A)
5). Hubungan antara P dan T dari fase-fase yang diiliki oleh air dapat digambarkan sebagai berikut. Yang disebut sebagai titik tripel dan titik kritis adalah...
a. Titik O dan A
b. Titik A dan B
c. Titik C dan O
d. Titik A dan C
e. Titik O dan C
Jawab:
(Sesuai gambar) titik tripel adalah titik A dan titik kritis adalah C. (Jawaban: D)
6). Di dalam bejana, terdapat air teh sebanyak 50 mL dengan suhu 70°C. Kemudian, ke dalam gelas tersebut ditambahkan air sebanyak 30 mL bersuhu 5°C. Jika diketahui kalor jenis air teh sama dengan kalor jenis air dingin, suhu campuran air tersebut adalah...
a. 4,5625°C
b. 45,625°C
c. 456,25°C
d. 4562,5°C
e. 45625°C
Diketahui:
v teh = 50 mL
T teh = 70°C
v air = 30 mL
T air = 5°C
Ditanya: Jika kalor jenis air teh sama dengan kalor jenis air dingin, berapakah suhu campuran air tersebut (t) ?
Jawab:
Memakai rumus persamaan Azas Black.
t = (Vteh . Tteh + Vair . Tair) / (Vteh + Vair)
t = (50 . 70 + 30 . 5) / (50 + 30)
t = (3500 + 150) / 80
t = 3650 / 80
t = 45,625°C (Jawaban: B)
7). Sepotong alumunium massanya 0,5 kg dan suhunya 100°C dimasukkan ke dalam air yang massanya 0,5 kg dan suhu air 25°C. Setelah terjadi kesetimbangan suhunya menjadi 36°C. Dari hasil percobaan ini, kalor jenis alumunium adalah...J/kg°C
a. 459
b. 594
c. 918
d. 721
e. 1377
Diketahui:
m alumunium = 0,5 kg (disingkat menjadi mAl supaya mudah)
T alumunium = 100°C (disingkat menjadi TAl supaya mudah)
m air = 0,5 kg
T air = 25°C
t = 36°C
c air = 4.200 J/kg°C
Ditanya: c alumunium (kalor jenis alumunium)?
Jawab:
Memakai rumus persamaan Azas Black.
Q lepas = Q terima
mAl . cAl . ΔTAl = m air . c air . ΔT air
0,5 . cAl . (100-36) = 0,5 . 4.200 . (36-25)
0,5 . cAl . 64 = 2100 . 11
32 . cAl = 23.100
cAl = 23.100 / 32
cAl = 721.875 J/kg°C (Jawaban yang mendekati adalah: D)
8). Besarnya pertambahan panjang suatu zat jika zat tersebut dipanaskan bergantung pada:
1). Jenis zatnya
2). Kenaikan suhu zat
3). Panjangnya mula-mula; dan
4). Massa zatnya
Pernyataan yang benar adalah...
a. (1), (2), dan (3)
b. (1) dan (3)
c. (1), (2), (3), dan (4)
d. (4) saja
e. (2) dan (4)
Jawab:
Rumus pertambahan panjang adalah:
ΔL = α.L0.ΔT
LT - L0 = α.L0.ΔT
LT = L0 + α.L0.ΔT
LT = L0(1 + α.ΔT)
Dengan keterangan:
α = Koefisien muai panjang
LT = Panjang akhir
L0 = Panjang mula-mula
ΔT = Perubahan suhu
Berarti besarnya pertambahan panjang suatu zat jika dipanaskan bergantung pada (1) Jenis zatnya, (2) kenaikan suhu zat, dan (3) panjang mula-mula (Jawaban: A)
9). Batang logam bertambah panjang menjadi 0,4% jika mengalami suhu 20°C. Agar pertambahan panjangnya menjadi 1%, suhunya harus dinaikkan menjadi...
a. 10°C
b. 30°C
c. 40°C
d. 50°C
e. 60°C
Diketahui:
ΔL1 = 0,4%
T1 = 20°C
ΔL2 = 1%
Ditanya: T2 (suhu yang harus dinaikkan)?
Jawab:
Karena hanya logam, berarti koefisien (α) muainya sama, dan juga panjang mula-mula batang tersebut (L0) sama maka bisa dihilangkan)
α1 = α2
ΔL1 / L0.T1 = ΔL2 / L0.T2
ΔL1 / T1 = ΔL2 / T2
0,4 / 20 = 1 / T2
T2 = 1 x 20 / 0,4
T2 = 50°C
10). Sejumlah air didinginkan dari suhu 277 K menjadi 273 K pada tekanan tetap maka volumenya akan...
a. Berkurang
b. Bertambah
c. Tetap
d. Bergantung pada tekanan uapnya
e. Semua Jawaban Salah
Jawab:
Jika air didinginkan dari suhu 277 K (atau 4°C) menjadi 273 K (atau 0°C) maka volumenya akan bertambah/mengembang (memuai) karena sifat anomali air. (Jawaban: B)
11). Batang alumunium bersuhu 10°C panjangnya 2 meter. Jika koefisien muai panjang alumunium 2,5 x 10-5/°C, panjangnya akan bertambah sebesar 0,2% pada suhu...
a. 60°C
b. 70°C
c. 80°C
d. 90°C
e. 120°C
Diketahui:
T0 = 10°C
L0 = 2 m
α = 2,5 x 10-5/°C
ΔL = 0,2% x 2 m = 0,004 m
Ditanya: Tt (suhu yang membuat panjang bertambah sebesar 0,2%)?
Jawab:
Tt - T0 = ΔL / (L0 x α)
Tt - 10 = 0,004 / (2 x 2,5 x 10-5)
Tt - 10 = 0,004 / (5 x 10-5)
Tt - 10 = 0,004 / 0,00005
Tt - 10 = 80
Tt = 80 + 10
Tt = 90°C (Jawaban: D)
12). Es (kalor jenis 0,5 kal/g°C) sebanyak 10 gram pada suhu 0°C diberi kalor sebanyak 1000 kalori. Jika kalor lebur es sama dengan 80 kal/g, maka air yang terjadi mempunyai suhu...
a. 0°C
b. 10°C
c. 20°C
d. 40°C
e. 100°C
Diketahui:
c es = 0,5 kal/g°C
c air = 1 kal/g°C
m = 10 gram
T awal (T0) = 0°C
Q = 1000 kal
L es = 80 kal/g
Ditanya: Tt (suhu akhir air)?
Jawab:
Kalor yang diperlukan untuk perubahan wujud dari es menjadi air:
Q = m.L
Q = 10 . 80
Q = 800 kal
Berarti kalori yang tersisa adalah 1000 - 800 = 200 kal.
Q = m . c air . ΔT (memakai kalor jenis air karena es sudah menjadi air)
200 = 10 . 1 (Tt - T0)
200 = 10 (Tt - 0)
200 = 10 Tt
Tt = 200 / 10
Tt = 20°C (Jawaban: C)
13). Pada malam hari yang dingin, sebuah rel kereta api panjangnya 20 m. Pada siang hari yang panas, rel tersebut akan bertambah panjang sebesar 4 mm maka jika pada malam hari panjangnya 18 m, pertambahan panjang rel pada siang hari adalah...
a. 2,6 mm
b. 2,8 mm
c. 3,0 mm
d. 3,2 mm
e. 3,6 mm
Diketahui:
L1 = 20 m
ΔL1 = 4 mm => 0,004 m
L2 = 18 m
Ditanya: ΔL2 (Pertambahan panjang rel pada siang hari jika pada malam hari panjangnya 18 m)?
Jawab:
Koefisien muainya sama, berarti:
α1 = α2
ΔL1 / (L1.ΔT) = ΔL2 / (L2.ΔT)
Karena tidak diketahui suhunya, maka bisa kita asumsikan suhunya sama. Berarti ΔT dicoret masing-masing persamaan.
ΔL1 / L1 = ΔL2 / L2
0,004 / 20 = ΔL2 / 18
ΔL2 = 18 x 0,004 / 20
ΔL2 = 0,0036 m
ΔL2 = 3,6 mm (Jawaban: E)
14). Sebuah bola baja dengan diameter 20 cm akan dimasukkan ke dalam sebuah ring yang juga terbuat dari baja dengan diameter 19,975 cm. Agar bola masuk, ring besi harus dipanaskan. Perubahan suhu yang diperlukan untuk maksud tersebut adalah...
a. 101°C
b. 102°C
c. 103°C
d. 104°C
e. 105°C
Sementara Belum Diisi
15). Sebatang logam dipanaskan sehingga suhunya 80°C panjangnya menjadi 115 cm. Jika koefisien muai panjang logam 3 x 10-3/°C dan suhu mula-mula 30°C, maka panjang mula-mula logam adalah...
a. 100 cm
b. 101,5 cm
c. 102 cm
d. 102,5 cm
e. 103 cm
Diketahui:
ΔT = Tt - T0 = 80°C - 30°C = 50°C
α = 3 x 10-3/°C = 0,003/°C
Lt = 115 cm = 1,15 m
Ditanya: L0 (Panjang mula-mula logam)?
Jawab:
Lt = L0 (1 + α.ΔT)
1,15 = L0 (1 + 0,003.50)
1,15 = L0 (1 + 0,15)
1,15 = L0 (1,15)
1,15 = 1,15L0
L0 = 1,15/1,15
L0 = 1 m
L0 = 100 cm (Jawaban: A)
16). Pada tekanan 1 atmosfer, gas dipanaskan pada volume tetap sehingga tekanannya menjadi 2 atmosfer. Kenaikan suhu gas tersebut adalah sebesar...
a. 27°C
b. 45,5°C
c. 91°C
d. 136,5°C
e. 273°C
Diketahui:
P0 = 1 atm
Pt = 2 atm
Ditanya: Kenaikan suhu gas tersebut sebesar?
Jawab:
Menggunakan persamaan.
Pt = P0 (1 + (1/273).ΔT)
2 = 1 (1 + (1/273).ΔT)
2 = 1 + (1/273).ΔT
2 -1 = (1/273).ΔT
1 = (1/273).ΔT
ΔT = 1 / (1/273)
ΔT = 273°C (Jawaban: E)
17). Dua logam X dan Y terbuat dari bahan yang sama. Perbandingan luas penampang kedua logam 4:3, dan perbandingan panjangnya 1:2. Jika beda suhu antara kedua ujungnya sama, perbandingan laju rambatan kalor pada X dan Y adalah...
a. 1:1
b. 4:6
c. 6:4
d. 3:8
e. 8:3
Diketahui:
Bahannya sama berarti koefisien konduksi termalnya sama.
A1:A2 = 4:3
L1:L2 = 1:2
Ditanya: Perbandingan laju rambatan kalor X dan Y?
Jawab:
-Memakai rumus:
Q/t = k.A (ΔT/L)
-dengan keterangan:
Q/t = laju rambatan kalor
k = koefisien konduksi termal
A = luas penampang
ΔT = perbedaan suhu
L = panjang benda
(Q/t)1 = (Q/t)2
k1.A1 (ΔT/L1) = k2.A2 (ΔT/L2) ---->karena beda suhu dan koefisien konduksi termal sama maka dicoret.
A1. 1/L1 = A2. 1/L2
4 . 1/1 = 3. 1/2
4 = 3/2 ----> 2 dipindah keruas kanan
4.2 = 3
8 = 3
Berarti perbandingan laju rambatan kalor pada X dan Y adalah 8:3 (Jawaban: E)
18). Logam tembaga bersuhu 100°C dimasukkan ke dalam air yang bermassa 128 gram dan bersuhu 30°C. Kalor jenis air 1 kal/g°C dan kalor jenis tembaga 0,1 kal/g°C. Jika kesetimbangan termal terjadi pada suhu 36°C, maka massa logam tersebut adalah...
a. 140 gram
b. 120 gram
c. 100 gram
d. 80 gram
e. 75 gram
Diketahui:
T1 = 100°C
m2 = 128 gr
T2 = 30°C
c2 = 1 kal/g°C
c1 = 0,1 kal/g°C
TC = 36°C
Ditanya: m1 (massa logam)?
Jawab:
Menggunakan persamaan Azas Black.
Q lepas = Q terima
m1 . c1 . ΔT1 = m2 . c2 . ΔT2
m1 . c1 . (T1-TC) = m2 . c2 . (TC-T2)
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 gram (Jawaban: B)
19). Dua batang logam P dan Q memiliki luas penampang dan panjang sama, disambung dengan cara dilas. Koefisien konduksi termal logam P adalah 3 kali koefisien konduksi termal logam Q. Jika ujung bebas logam P bersuhu 180°C dan ujung bebas logam Q bersuhu 60°C, suhu sambungan kedua logam tersebut adalah...
a. 80°C
b. 90°C
c. 100°C
d. 120°C
e. 150°C
Diketahui:
TP = 180°C
TQ = 60°C
kP = 3 kQ
AP = AQ
LP = LQ
Ditanya: Suhu sambungan kedua logam (T) ?
Jawab:
Perlu diketahui pada perpindahan kalor secara konduksi, laju kalor yang dilepas logam panas akan sama dengan laju kalor yang diterima logam suhu rendah.
berarti HP = HQ
HP = HQ
kP.AP .[ΔT/LP] = kQ.AQ .[ΔT/LQ] ----> karena luas dan panjang sama, maka A dan L dihapus.
kP.ΔT = kQ.ΔT
3kQ.(180-T) = kQ.(T-60) -----> coret kQ
540 - 3T = T - 60
540 + 60 = 3T + T
600 = 4T
T = 600/4
T = 150°C (Jawaban: E)
20). Diketahui perbandingan jumlah energi radiasi kalor setiap satuan luas permukaan dan satuan waktu antara dua benda hitam adalah 1:16. Jika salah satunya bersuhu 47°C, suhu benda hitam yang lain adalah...
a. 63°C
b. 94°C
c. 180°C
d. 367°C
e. 752°C
Diketahui:
karena keduanya adalah hitam sempurna maka e1 = e2
P1:P2 = 1:16
T1 = 47°C
Ditanya: T2 (suhu benda yang lain)?
Jawab:
(T2/T1)4 = P2/P1
T2/47 = 4√16/1
T2/47 = 2
T2 = 2 x 47
T2 = 94°C (Jawaban:B)