Soal Suhu dan Kalor dan Pembahasannya 2

 Soal 1

Air panas 100°C ditambahkan pada 300 gram air yang bersuhu 0°C sampai campuran itu mencapai suhu 40°C. Massa minimum air panas yang di tambahkan adalah . . .

A.50 gram
B.60 gram
C.75 gram
D.120 gram
E.200 gram

Jawab:

Diketahui:

massa air panas m₁ = ? , suhu awat T₁ = 100⁰C suhu akhir T = 40⁰C, maka perubahan suhu air panas 𝜟T = 100⁰C – 40⁰C = 60⁰C

 massa air dingin m₂ = 300 g , suhu awat T₁ = 0⁰C suhu akhir T = 40⁰C, maka perubahan suhu air dingin 𝜟T = 40⁰C –0⁰C = 40⁰C

air panas melepaskan kalor sebesar Q₁ = m₁c𝜟T₁

air dingin menerima kalor sebesar Q₂ = m₂c𝜟T₂

azas Black menyatakan  Q₁ = Q₂, maka

m₁c𝜟T₁ = m₂c𝜟T₂

m₁ (60⁰C) = (300 g)(40⁰C)

m₂ = 200 g

Soal 2

Pernyataan berikut yang tidak tepat adalah ...  

A. peleburan es merupakan contoh proses penyerapan kalor tanpa perubahan suhu

B. pembekuan air merupakan contoh proses pelepasan kalor tanpa perubahan suhu

C. penguapan air merupakan contoh proses pelepasan kalor tanpa perubahan suhu

D. pengembunan uap air merupakan contoh proses pelepasan kalor tanpa perubahan suhu

E. penguapan air merupakan contoh proses penyerapan kalor tanpa perubahan suhu

Jawab: C

Penguapan air merupakan contoh proses penyerapan kalor tanpa perubahan suhu. Pada penguapan terjadi perubahan wujud cair menjadi gas.

Soal 3

Sebuah pemanas listrik memerlukan 15 menit untuk meningkatkan suhu 800 g suatu cairan tertentu dari 300 K ke titik didihnya 424 K. Dalam 3 menit kemudian, massa 155 g cairan menguap. Jika kalor jenis cairan adalah 4500 J/kg.K dan kehilangan kalor ke atmosfer dan wadah diabaikan, kalor laten uap cairan adalah ...

A. 2,14 x 10⁵ J/kg

B. 3,27 x 10⁵ J/kg

C. 4,92 x 10⁵ J/kg

D. 5,76 x 10⁵ J/kg

E. 6,33 x 10⁵ J/kg

Jawab:

KONSEP: Karena pemanasnya sama maka daya listrik yang digunakan sama besar yang kita peroleh dengan menggunakan daya = energi/waktu, energi yang dimaksud adalah energi kalor (Q) yang diubah dari energi listrik.

Energi kalor ini digunakan untuk menaikan suhu yang besarnya Q = mc𝜟T

Diketahui:

Waktu untuk menaikan suhu cairan 𝜟T = T₂ – T₁ = 424 K – 300 K = 124 K adalah t₁ = 15 menit = 15 x 60 s = 900 s, massa cairan yang dinaikan suhunya adalah m₁ = 800 g = 0,8 kg dan kalor jenis cairan c = 4500 J/kg.K, maka

Energi kalor yang digunakan adalah Q = m₁c𝜟T = (0,8 kg)(4500 J/kg.K)(124 K) = 446.400 J

Karena energi kalor ini diubah dari energi listrik, maka daya listrik yang digunakan untuk menaikan suhu cairan sebesar

P = Q/t₁ = (446.400 J)/(900 s) = 496 watt

Daya listrik yang sama digunakan untuk menguapkan m₂ = 155 g = 0,155 kg cairan, dalam waktu t₂ = 3 menit = 3 x 60 s = 180 s, maka kalor laten uap cairan (L_uap) kita peroleh dari

P = Q_L/t₂ = (m₂L_uap)/t₂

496 watt = (0,155 kg)(L_uap)/(180 s)

L_uap = (496 watt)(180 s)/(0,155 kg) = 576.000 J/K = 5,76 x 10⁵ J/K

Soal 4

Sebanyak 40 g kubus es pada 0⁰C ditambahkan ke 200 g air pada 20⁰C. Hitung suhu akhir keseimbangan, dengan menganggap tidak ada zat lain yang terlibat dalam pertukaran kalor. Kalor jenis es 2310 J/kg.⁰C dan air adalah 4.200 J/kg.⁰C, kalor laten lebur es adalah 3,36 x 10⁵ J/kg.

A. 2,1⁰C

B. 3,3⁰C

C. 4,3⁰C

D. 5,7⁰C

E. 7,0⁰C

Jawab:

Pada soal diketahui:

Massa es m_es = 40 g = 0,04 kg, kalor lebur es, L_es = 3,36 x 10⁵ J/kg

Massa air m_air = 200 g = 0,2 kg, kalor jenis air, c_air = 4.200 J/kg.K

Air panas ketika dicampur dengan es akan melepaskan kalor sebesar Q₃ = m_airc_air𝜟T₃ (dengan 𝜟T₃ = 20⁰C – t)

Dan es 0⁰C akan menerima kalor dari air panas sebesar Q₁ = m_esL_es yang digunakan untuk meleburkan es (mengubah wujud padat es menjadi air semua pada suhu 0⁰C)

Kemudian jika es seluruhnya telah berubah menjadi air, maka suhunya akan meningkat dan kalor yang digunakan untuk menaikan suhu air yang diubah dari es ini sebesar Q₂ = m_esc_air𝜟T₂ (dengan 𝜟T₂ = t – 0⁰C = 0⁰C)

Menurut azas Black berlaku:

Banyaknya kalor yang diterimah es = banyaknya kalor yang dilepas air

Dari diagram kita dapat menuliskan:

Q₁ + Q₂ = Q₃

m_esL_es + m_esc_air𝜟T₂ = m_airc_air𝜟T₃

(0,04 kg)(3,36 x 10⁵ J/kg) + (0,04 kg)(4.200 J/kg.⁰C)(t) = (0,2 kg)(4.200 J/kg.⁰C)(20⁰C – t)

13.440 J + (168 J/⁰C)(t) = 16800 J – (840 J/⁰C)(t)

3360 J = (1008 J/⁰C)t

t = 3,33⁰C