Soal Suhu dan Kalor dan Pembahasannya 4

Soal 1

Jika 40 g es dari suhu -10 ⁰C ingin diubah menjadi uap dengan suhu 110 ⁰C, dibutuhkan energi . . . .(gunakan kalor jenis es 0,5 kal/g.⁰C, kalor lebur es 80 kal/g, kalor jenis air 1 kal/g.⁰C, kalor penguapan air 542 kal/g, dan kalor jenis uap air 0,48 kal/g⁰C)

A. 13,3 kkal

B. 24,5 kkal

C. 29,3 kkal

D. 36,7 kkal

E. 39,5 kkal

Jawab:

Diketahui:

Massa es m_es = 40 g

Kalor jenis es = 0,5 kal/g.⁰C

Kalor jenis air c_air = 1 kal/g.⁰C

Kalor lebur es c_es = 80 kal/g

Kalor jenis uap air c_uap = 0,48 kal/g.⁰C

Kalor laten uap L_uap = 542 kal/g

Kalor total yang
digunakan untuk mengubah es -10⁰C menjadi uap air 115⁰C adalah

Q_Total = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅

= m_esc_es𝜟T_es + m_esL_es + m_esc_air𝜟T_air + m_esL_uap + m_esc_uap𝜟T_uap

= (40 g)(0,5 kal/g.⁰C)(0 – (–10⁰C)) + (40 g)(80 kal/g) + (40 g)(1 kal/g.⁰C)(100⁰C – 0) + (40 g)(542 kal/g) + (40 g)(0,48 kal/g.⁰C)(110⁰C – 10⁰C)

= 200 kal + 3200 kal + 4000 kal + 21680 kal + 192 kal

Q_total = 29.272 kal = 29,273 x 10³ kal ≈ 29,3 kkal

Soal 2

Dua kalorimeter A dan B yang sama berisi air dengan volume yang sama pada suhu 30°C. Sebanyak 5 g Al dicelupkan ke A dan 5 g logam campuran di celupkan ke B. Suhu seimbang dalam A adalah 32°C, sedangkan dalam B adalah 31,5°C. Suhu awal kedua logam adalah sama yaitu 50°C. Jika kalor jenis Al sekitar 0,89 J/g.K, kalor jenis logam campuran itu dalam satuan J/g.K sekitar. . .

A. 0,97 J/g.K

B. 0,89 J/g.K

C. 0,60 J/g.K

D. 0,65 J/g.K

E. 0,48 J/g.K

Jawab:

KONSEP: pertama kita mencari massa air yang digunakan dalam kalorimeter A dan B, dengan m_{air, A} = m_{air, B} = m

Diketahui:

Massa aluminium m_al = 5 g  

Massa logam campuran m_lc = 5 g  

Kalor jenis aluminium, c_al = 0,89 J/g.⁰C

Kalor jenis air, c_a = 4,2 J/g.⁰C

Kondisi 1: dengan menggunakan konsep azas Black kita tuliskan

Kalor yang dilepas aluminium = kalor yang diterima air

m_alc_al𝜟T_al = m_airc_air𝜟T_air

(5 g)(0,89 J/g.⁰C)(50⁰C – 32⁰C) = m_a(4,2 J/g.⁰C)(32⁰C – 30⁰C)

80,1 J = m_a(8,4 J/g)

m_a = 9,54 g

Kondisi 2:

Kalor yang dilepas logam campuran = kalor yang diterima air       

m_lcc_lc𝜟T_lc = m_airc_air𝜟T_air

(5 g)(c_lc)(50⁰C – 31,5⁰C) = (9,54 g)(4,2 J/g.⁰C)(31,5⁰C – 30⁰C)

(92,5 g.⁰C)c_lc = m_a(60,102 J)

c_lc = 0,65 J/g.⁰C

Soal 3

Sepotong tembaga dijatuhkan dari ketinggian 560 m diatas lantai. Kalor yang terjadi pada proses tumbukan dengan lantai 75%-nya diserap oleh tembaga untuk kenaikan suhunya. Jika kalor jenis tembaga adalah 420 J/kg.⁰C, percepatan gravitasi bumi 10 m/s², kenaikan suhu tembaga dalam celsius adalah...

A. 4⁰C

B. 7⁰C

C. 10⁰C

D. 13⁰C

E. 15⁰C

Jawab: C

Konsep: tembaga pada ketinggian tertentu memiliki energi potensial, ketika tembaga dijatuhkan dan menumbuk lantai, sebagian energi potensial dibuang dalam bentuk energi kalor.

Dalam soal ini energi yang dibuang dalam bentuk kalor (Q) ketika tembaga menumbuk lantai adalah 75% dari energi potensial (EP), maka

Q = 75%EP

mc𝜟T = 75%mgh

𝜟T = 0,75gh/c

Karena h = 560 m, c = 420 J/kg.⁰C dan g = 10 m/s², maka kenaikan suhu tembaga adalah

𝜟T = 0,75(10 m/s²)(560 m)/(420 J/kg.⁰C)

𝜟T = 10⁰C