Soal dan Pembahasan UNBK Fisika 2017 (no 21 - no 25)

SOAL 21
Grafik di bawah ini, merupakan data yang diperoleh dari pemanasan bubuk sampel zat tertentu bermassa 0,10 kg.

Kalor jenis sampel zat adalah . . . .
A. 240 J.kg.K^-1
B. 420 J.kg.K^-1
C. 840 J.kg.K^-1
D. 400 J.kg.K^-1
E. 1.200 J.kg.K^-1

Jawab:
Dengan menggunakan persamaan
Q = mc∆T, atau
c = Q/m∆T = 420 J/(0,10 kg x 10K) = 420 J.kg^-1.K^-1

SOAL 22
Dua benda dari logam sejenis A dan B yang massanya sama tetapi ukurannya berbeda, masing-masing bersuhu T_A dan T_B (T_A > T_B), diletakkan di dalam ruang tertutup yang bersuhu T dimana T_B < T < T_A seperti pada gambar.

Hubungan antara kenaikan suhu logam A dan B terhadap waktu dinyatakan dengan grafik . . . .

Jawab: E
Suhu T_A > T_B, suhu ruangan T dengan T_B < T < T_A, oleh karena itu suhu A akan mengalami penurunan san suhu B akan mengalami peningkatan maka grafik yang tepat adalah E.

SOAL 23
Sebanyak 75 gram air yang suhunya 20⁰C dicampurkan dengan 50 gram air yang suhunya tak diketahui. Jika suhu akhir campuran 40⁰C, maka suhu air 50 gram mula-mula adalah . . . .
A. 70 ⁰C
B. 50 ⁰C
C. 40 ⁰C
D. 30 ⁰C
E. 20 ⁰C

Jawab: A
Karena suhu akhir campuran lebih tinggi dari suhu air bermassa 70 g, berarti air bermassa 50 g memiliki suhu awal lebih tinggi yang ditunjukkan oleh gambar di atas. Dengan konsep asas Black kita peroleh
Q₁ = Q₂
m₁c∆T₁ = m₂c∆T₂
75(40 – 20) = 50(T – 40)
T = 70⁰C

SOAL 24
Tiga batang konduktor P, Q, dan R dari jenis berbeda memiliki panjang dan luas penampang sama disambungkan seperti gambar.

Suhu T₁ = 20⁰C dan T₄ = 90⁰C, koefisien konduksi k_p = 2k_Q = 4k_R, maka suhu T₂ dan T₃ adalah . . . .
A. T₂ = 40⁰C, T₃ = 75⁰C
B. T₂ = 40⁰C, T₃ = 60⁰C
C. T₂ = 35⁰C, T₃ = 65⁰C
D. T₂ = 30⁰C, T₃ = 50⁰C
E. T₂ = 30⁰C, T₃ = 40⁰C

Jawab: D
Kita gunakan konsep laju konduksi (kalor yang mengalir tiap detik pada konduktor panas)
Q/t = k.A.ΔT/L
Dengan panjang, luas penampang untuk ketiga jenis logam sama besar, maka

Untuk logam P dan R
(T₂ – 20)(4k_R) = (90 – T₃)k_R
4T₂ – 80 = 90 – T₃
T₃ = 170 – 4T₂

Logam P dan Q
(T₂ – 20)(2k_Q) = (T₃ – T₂)k_Q
2T₂ – 40 = (170 – 4T₂ – T₂)
2T₂ – 40 = 170 – 5T₂
7T₂ = 210
T₂ = 30 ^oC

Maka,
T₃ = 170 – 4 x 30 = 50 ⁰C

SOAL 25
Volume gas ideal dalam ruang tertutup diperkecil ½ kali semula dalam proses isotermis, maka tekanannya menjadi . . . .
A. ¼ kali semula
B. ½ kali semula
C. 1 kali semula
D. 2 kali semula
E. 4 kali semula

Jawab: D
Proses isotermal (proses suhu tetap), dengan persamaan gas idela
PV = NkT (tekanan P berbanding terbalik dengan volume V)
Jadi, jika volume diperkecil ½ kali semula maka tekanan akan menjadi 2 kali semula.