Jawaban Soal Suhu & Kalor- Bk Marthen Kanginan

Jwb Soal Suhu & Kalor – Bk Marthen Kanginan, 2007

Pembahasan dilakukan secara bertahap, silahkan selalu diikuti pembahasannya sampai tuntas.

    1.       Diket T = 68ᵒF

Dit T dalam  : a) ᵒC            dan b) K

Jwb. :

a.       Tc – 0                 68 – 32

-----------     =   -------------

100 – 0              212 – 32

Tc = (36/180) x 100 = 20ᵒC

b.      Tk = Tc + 273 = 20 + 273 = 293 K

      2.       Diket : Termometer X, dengan X₀ = 15ᵒX                                X₁ = 165ᵒX

Tx = 42ᵒX

                Dit : Tc = .....ᵒC

                Jwb :

Tc – 0                 42 – 15

-----------     =   -------------

100 – 0              165 – 15

Tc = (27/150) x 100 = 18ᵒC

     3.       Tembaga, L₀ = 2 m pada T₁ = 25ᵒC              α = 17 x 10^-6 (ᵒC)^-1

Dit : Lt pada  :     a) T = 100ᵒC dan b) 0ᵒC

Jwb. :

a)      Lt = Lo + ∆L = 2 m  +  (2 m)( 17 x 10^-6 (ᵒC)^-1)(100-25)ᵒC = 2,00255 m

b)      Lt = Lo + ∆L = 2 m  +  (2 m)( 17 x 10^-6 (ᵒC)^-1)(0-25)ᵒC = 1,99915 m

     4.       Baja , L₀ = 4 m pada ∆T = 40ᵒC     ∆L = 2 mm = 0,002 m      

Dit : ∆L jika L₀ = 2 m pada ∆T = 20ᵒC

Jwb. :

α = (0,002 m)/(4m x 40 ᵒC) = 1,25 x 10^-5(ᵒC)^-1

∆L = α. L₀. ∆T = 1,25 x 10^-5(ᵒC)^-1 x 2m x 20ᵒC = 0,0005 m = 0,5 mm

      

      5.       Bimetal, perunggu, α=19 x 10^-6 (ᵒC)^-1 dan besi,  α =11 x 10^-6 (ᵒC)^-1, panjang sama 10 cm =0,1m

Dari suhu 20ᵒC dipanasi ternyata T perunggu = 800ᵒC dan T besi = 750ᵒC

Dit : selisih panjang perunggu dan besi.

Jwb :

∆L perunggu = 0,1. 19 x 10^-6.(800-20) = 0,001482 m

∆L besi          = 0,1. 12 x 10^-6.(750-20) = 0,000876 m

Selisih L = 0,001482 m - 0,000876 m = 0,000606 m = 0,06 cm

     6.       Termometer raksa dg pipa kapiler, A = 1,0 x 10^-2mm². Vol raksa = 1,0 mm³. Jika pemuaian kaca diabaikan, hit h raksa pada T = 60ᵒC.

Jwb :

Vt = Vo + ∆V = 1,0 mm³ + 1,82 x 10^-3(ᵒC)^-1. 1,0 mm³. 60ᵒC = 1,1092 mm³

h = Vt/A = 1,1092 mm³/1,0 x 10^-2mm² = 110,92 mm

     7.       Kubus alumunium, s = 10 cm pada 10ᵒC dipanaskan sampai 30ᵒC.

Dit : a) ∆V            b) ∆ρ dalam %

Jwb.:

a) ∆V = 3α. V₀. ∆T = 3 x 24 x 10^-6(ᵒC)^-1. 1000 cm³. (30-10)ᵒC = 1,44 cm³

b) massa jenis mula-mula = m/1000, setelah dipanaskan = m/1001,44

    selisih ρ = {(m/1000   -   m/1001,44)/(m/1000)} x 100%  = 0,144%

     8.       Botol gelas V = 250 cm³ diisi penuh air pada 50ᵒC. Jika suhu dinaikkan sampai 60ᵒC.

Dit : Vol air yg tumpah jika pemuaian gelas           a) diabaikan        b) diperhitungkan.

Jwb. :

a)      V air = Vo + ϒ.Vo.∆T = 250 + 2,1.10^-4.250.(60-50) = 250,525 cm³

V air yang tumpah = 250,525 cm³ - 250 cm³ = 0,525 cm³

b)      V gelas = 250 + 3.(9.10^-6).250.(60-50) = 250,0675 cm³

V air yang tumpah = 250,525 cm³ – 250,0675 cm³ = 0,4575 cm³

     9.        Sebuah wadah, 95% terisi cairan pada suhu 0,0ᵒC. ϒ wadah = 80 x 10^-6. Cairan mulai meluber pada 100,0ᵒC. Dit : ϒ cairan.

Jwb. :

V wadah = Vo + (80 x 10^-6).Vo.(100-0) = Vo(1 + 8.10^-3)

V cairan = 0,95.Vo + ϒ.0,95.Vo.(100-0) = Vo(0,95 + 95ϒ)

Pada 100ᵒC

V wadah = V cairan

Vo(1 + 8.10^-3) = Vo(0,95 + 95ϒ)

95ϒ = 0,05 + 8.10^-3 =58. 10^-3

ϒ = (58. 10^-3)/95 = 6,1 x 10^-4

     10.       a) bola baja m = 4,0 x 10^-3 kg (c = 450  J/kg.K) menyerap kalor sehingga T naik dari 20 menjadi 70ᵒC. Hitung Q.

b) jika bola terbuat dari emas, c_emas = 129 J/kg.K, hitung ∆T.

Jwb. :

a)      Q = m.c. ∆T = (4,0 x 10^-3 kg)( 450 J/kg.K)(70-20)K = 90 J

b)      ∆T = Q/(m.c) = (90 J)/{(129 J/kg.K)(4,0 x 10^-3 kg)} = 174,4 K

      11.       Dicampur 60 kg pada 82ᵒC dengan 300 kg air pada 10ᵒC. Hitung T camp.

Jwb. :

Q diserap = Q dilepas

m₂.c.(T₂-T) = m₁.c.(T-T₁)

(60 kg).c.(82-T) = (300 kg).c.(T-10)

4920 – 60T = 300T – 3000

360T = 7920

T = 22ᵒC

    12.       Kalorimeter tembaga m=280 g diisi 500 g air pada 15ᵒC. Balok tembaga m=560 g pada 100ᵒC dijatuhkan ke dalamnya shg T kalorimeter menjadi 22,5ᵒC. Jika tidak ada kalor yg keluar, hitung kalor jenis tembangga.

Jwb. :

Q diserap = Q dilepas

m_K.c.(T-T₁) + m_air.c_air .(T-T₁)= m_T.c.(T₂-T)

(0,280 kg).c.(22,5-15) + (0,500 kg).4200J/kg.K.(22,5-15)  = (0,560 kg).c.(100-22,5)

2,1 c + 15750 = 43,4 c

31,22 c = 15750

c = 15750/41,3 = 381,4 J/kgK

    13.       Total 0,8 kg air pada 20ᵒC dimasukkan dlm ketel listrik 1 kW. Hitung waktu untuk menaikkan suhu sampai 100ᵒC.

Jwb. :

Q = P.t

m.c.∆T = P.t

(0,8 kg)(4200 J/kgK)(100-20) = (1000 Watt).t

268800 J = (1000 J/s).t

t = 268,8 s = 4,48 menit

     14.       100 g tembaga pada 100ᵒC dimasukkan bejana tembaga dg m=50,0 g yg mengandung 200 g air pada 10,0ᵒC. Jika kalor yang hilang diabaikan, hitung T kstmbngan. Kalor jenis tembaga = 400 J/kgK.

Jwb. :

Q diserap = Q dilepas

M_bj.c.(T-T₁) + m_air.c_air .(T-T₁)= m_T.c.(T₂-T)

(0,050 kg).400.(T-10) + (0,200 kg).4200J/kg.K.(T-10)  = (0,1 kg).400.(100-T)

(20T – 200) + (840T – 8400) = 4000 – 40T

900T = 12600

T = 14ᵒC 

    15.       Tabung uji mengandung 0,10 kg bubuk contoh dipanasi dengan bunsen yg memberikan kalor pd laju konstan 50 J/s diperoleh grafik waktu thdp suhu sbb :

 

a.       Nyatakan daya keluaran pembakar bunsen dalam watt.

Jwb. :  P = W/t = 50 J/s = 50 Watt

b.      Apa yang terjadi dengan zat pada selang OA & AB.

Pada selang OA, fasa zat adalah padatan yg menyerap kalor dari suhu 20ᵒC sampai 80ᵒC. Pada selang AB fasa zat berubah mejadi fasa cair. Kalor yg diserap digunakan untuk mengubah fasa padat menjadi cair.

c.       Hal penting bahwa selang AB > OA adalah bahwa pada fasa AB diperlukan kalor yang sangat besar untuk mengubah semua padatan mencadi cairan (harga kalor lebur jauh lebih besar dari pada kalor jenis zatnya).

d.      Hitung kalor jenis dan kalor lebur.

Kalor jenis dihitung dari selang OA.

(m.c.∆T)/t = W/t

(0,1 kg).c.(80-20)/150 = 50

c = (50 x 150)/6 = 12500 J/mol.K

Kalor lebur pada selang AB

m.L/t = W/t

(0,1 kg).L/(450-150) = 50 J/s

L = (50 x 300)/0,1 = 150000 J/kg

16.        a)  berapa banyak kalor diperlukan untuk mengubah 10 g es pada 0ᵒC menjadi air pada suhu 50ᵒC?

 b)  jika sebuah kulkas mendinginkan 200 g air dari 20ᵒC ke titik bekunya dalam 10 menit, berapa banyak kalor per menit harus diambil dari air.

Jwb. :

a.       Q = m.L + m.c_air.∆T₂

Q = (0,010 kg)(330000 J/kg) + (0,010 kg)(4200 J/kg.K)(50-0)K

Q = 3300 J  + 2100 J = 54000 J

b.      Q = m.c_air.∆T₂ + m.L 

Q =(0,2 kg)(4200 J/kg.K)(20-0)K  + (0,2 kg)(330000 J/kg)

Q = 16800 J  + 66000 J = 82800 J

Kalor yg dapat diambil tiap menit adalah = 82800 J/ (10 menit) = 8280 J/menit.

17.       Sebuah ketel listrik 2 kW dibiarkan selama 3 menit mulai mendidih. Berapa banyak air diuapkan dalam selang waktu ini.

Jwb. :

Q = P.t = (2000 watt)(180 s) = 360000 J

Q = m.U

m = Q/U = 360000 J/(2260000 J/kg) = 0,159 kg

18.       a.  Berapa banyak kalor diperlukan untuk mengubah 50 g air pada 100ᵒC menjadi uap pada 100ᵒC.

b.  Berapa kalor dilepaskan ketika 20 g uap mengembun menjadi air pada suhu 50ᵒC.

jwb. :

a.       Q = m.U = (0,050 kg)(2260000 J/kg) = 113000 J

b.      Q = m.U + m.c.∆T = (0,020 kg)(2260000) + (0,020 kg)(4200 J/kgK)(100-50)K

Q = 45200 J +  4200 J = 49200 J

19.       Berapa kalor yang diperlukan agar 5 kg es pada -20ᵒC menjadi uap air seluruhnya pada 120ᵒC.

Jwb. :

Q = m.c_es.∆T₁ + m.L + m.c_air.∆T₂ + m.U + m.c_uap.∆T₃

Q = (5)(2100)(20) + (5)(330000) + (5)(4200)(100) + (5)(2260000) + (5)(2010)(120-100)

Q = 210000 +  1650000  + 2100000 + 11300000 + 201000

Q = 15461000 J = 15461 kJ

20.       Sebatang tembaga panas pada 200ᵒC dan masanya 0,5 kg diletakkan di atas balok es besar. Berapa massa balok es yang melebur.

Jwb.:

Q dilepas = Q disrap

m_T.c_T.∆T = m_es.L

(0,5 kg)(390 J/kgK)(200-0)K = m.(330000 J/kg)

39000 J = m.330000 J/kg

m = (39000 J)/(330000 J/kg) = 0,118 kg

21.       Dalam sebuah bejana, dimasukkan 100 g air pada 45ᵒC dicampur dengan 100 g es pad -4ᵒC, saat tercapai kesetimbangan termal 50% es melebur. Jk kalor jenis air 1 kal/gᵒC dan kalor jenis es 0,5 kal/gᵒC, hitung :

a.       Kalor yang diperlukan untuk melebur 50% es.

b.      Kalor lebur es (kal/g)

Jwb. :

a.       Q diserap = Q dilepas

m.c_es.∆T₁ + Q₂  = m.c_air.∆T₂

(100 g)(0,5 kal/gᵒC)(0-(-4))ᵒC  + Q₂ = (100 g)(1 kal/gᵒC)(45-0)ᵒC

200 kal  + Q₂ = 4500 kal

Q₂ = 4500 kal – 200 kal = 4300 kal

b.      Q₂ = m.L = 4300 kal

(50%.100 g). L = 4300 kal

L = (4300 kal)/(50 g) = 86 kal/g

22.       Jika 100 g es pada -5ᵒC dicampur dengan 200 g air pada 30ᵒC pada tekanan 1 atm. Kalor jenis es 0,5 kal/gᵒC dan kalor lebur es 80 kal/g. Jika hanya terjadi pertukaran kalor antara air dan es tentukan :

a.       Suhu akhir campuran.

b.      Massa es yang melebur.

Jwb. :

a.       Q diserap = Q dilepas

m.c_es.∆T₁ + m.L  + m.c_air.∆T₂ = m.c_air.∆T₃

250 + 8000 + 100T = 6000 – 200T

300 T = -2250 ====> T = -2250/300 , bernilai negatif berarti tidak semua es melebur, titik kesetimbangan termal adalah 0ᵒC.

b.      m.c_es.∆T₁ + m.L  = m.c_air.∆T₃

(100 g)(0,5 kal/gᵒC)(0-(-5))ᵒC  + m.(80 kal/g)  = (200 g)(1 kal/gᵒC)(30-0)ᵒC

250 + 80m = 6000

80 m = 5750

m = 5750/80 = 71,875 g

23.       Pada tekanan 76 cmHg, kalor jenis air 4200 J/kgK, kalor didih air 2260000 J/kg. Jika 100 g air pada 20ᵒC diberi kalor sebanyak 250000 J. hitung :

a.       Suhu akhir campuran

b.      Massa air yang menguap

Jwb. :

a.       Q diserap = Q dilepas

m.c_air.∆T₁ + m.U  + m.c_uap.∆T₂ = 250000

(0,1)(4200/kgK)(100-(20)K  + (0,1).(2260000 J/kg) +  (0,1)(2010 J/kgK)(T-100)K = 250000

33600 +  226000 + 201T -20100 = 250000

201 T = 10500

T = 10500/201 = 52,23ᵒC (di bawah 100ᵒC), berarti tidak semua air menguap, maka titik kesetimbangan termalnya adalah 100ᵒC.

b.      m.c_air.∆T₁ + m.U  = 250000

(0,1)(4200/kgK)(100-(20)K  + m.(2260000 J/kg) = 250000

33600 +  226000.m  = 250000

m = (250000-33600)/2260000 = 0,09575 kg = 95,75 g

BERSAMBUNG

Artikel Terkait: