Soal No.7
Sepotong es bermassa 100 gram bersuhu 0°C dimasukkan kedalam secangkir air bermassa 200 gram bersuhu 50°C.
Jika kalor jenis air adalah 1 kal/gr°C, kalor jenis es 0,5 kal/gr°C, kalor lebur es 80 kal/gr dan cangkir dianggap tidak menyerap kalor, berapa suhu akhir campuran antara es dan air tersebut?
Pembahasan
Soal di atas tentang pertukaran kalor / Asas Black. Kalor yang dilepaskan air digunakan oleh es untuk mengubah wujudnya menjadi air dan sisanya digunakan untuk menaikkan suhu es yang sudah mencair tadi.
dengan Q1 adalah kalor yang dilepaskan air, Q2 adalah kalor yang digunakan es untuk melebur/mencair dan Q3 adalah kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu es yang telah mencair.
Berikutnya adalah contoh soal tentang pencampuran air panas dan air dingin dengan memperhitungkan kalor yang diserap oleh bejana atau wadahnya:
WADAH DIPERHITUNGKAN :
Soal No. 8 Air bermassa 100 g bersuhu 20°C berada dalam wadah terbuat dari bahan yang memiliki kalor jenis 0,20 kal/g°C dan bermassa 200 g. Ke dalam wadah kemudian dituangkan air panas bersuhu 90°C sebanyak 800 g. Jika kalor jenis air adalah 1 kal/g°C, tentukan suhu akhir air campuran!
Pembahasan Kalor yang berasal dari air panas 90°C saat pencampuran, sebagian diserap oleh air yang bersuhu 20° dan sebagian lagi diserap oleh wadah. Tidak ada keterangan terkait dengan suhu awal wadah, jadi anggap saja suhunya sama dengan suhu air di dalam wadah, yaitu 20°C.
Kalor merupakan salah satu bentuk energi yang dapat berpindah dari satu benda ke benda lainnya. Satuan kalor adalah joule atau kalori. Hubungan antara joule dan kalori:
1 kalori = 4,2 joule
1 joule = 0,24 kalori
Pengaruh kalor terhadap suatu benda :
Kalor dapat mengubah suhu benda, dinyatakan dengan persamaan berikut :
Q=m.c.∆T
Dengan :
m = massa benda (kg)
c = kalor jenis benda (J/kgoC)
ΔT = perubahan suhu (oC)
Q = kalor yang diterima/dilepas oleh benda (joule atau kalori)
Kalor dapat mengubah wujud benda.
Pada saat terjadi perubahan wujud zat, suhu benda selalu tetap. Besar kalor yang diperlukan, yaitu :
Q=m.L
L = kalor laten (J/kg atau kal/g)
Wujud zat ada 3 yaitu padat, cair dan gas seperti diilustrasikan pada bagan di bawah ini.
Melebur adalah perubahan wujud zat dari padat menjadi cair.
Membeku adalah perubahan wujud zat dari cair menjadi padat.
Mengembun adalah perubahan wujud zat dari gas menjadi cair.
Menguap adalah perubahan wujud zat dari cair menjadi gas.
Menghablur adalah perubahan wujud zat dari gas menjadi padat
Menyublim adalah perubahan wujud zat dari padat menjadi gas.
Peristiwa perubahan zat yang melepaskan kalor yaitu melebur, menguap, dan menyublim (padat –> gas)
Peristiwa perubahan zat yang membutuhkan/menyerap kalor yaitu membeku, mengembun, dan menghablur (gas –> padat)
Contoh Soal 1 :
Zat cair yang massanya 5 kg dipanaskan dari suhu 20oC hingga 70oC. Panas yang dibutuhkan pada pemanasan tersebut adalah 2 x 105 J. Kalor jenis zat tersebut adalah ….
A. 1000 J.kg-1.oC-1
B. 800 J.kg-1.oC-1
C. 600 J.kg-1.oC-1
D. 400 J.kg-1.oC-1
E. 200 J.kg-1.oC-1
Contoh Soal 2 :
Suatu zat yang mempunyai kalor jenis tinggi akan ….
A. lambat mendidih
B. cepat mendidih
C. lambat melebur
D. lambat naik suhunya jika dipanaskan
E. cepat naik suhunya jika dipanaskan
Pembahasan :
Menurut persamaan : Q = m.c.ΔT, maka kalor jenis berbanding terbalik dengan perubahan suhunya. Semakin besar kalor jenisnya, maka zat tersebut akan lambat naik suhunya jika dipanaskan.
Jawaban : C
Contoh Soal 3 :
Grafik di bawah menunjukkan hubungan antara kenaikan suhu (t) dengan kalor (Q) yang diserap oleh suatu zat padat yang mempunyai kalor lebur 80 kal/g.
Massa zat padat tersebut adalah ….
A. 80 g
B. 75 g
C. 60 g
D. 58 g
E. 45 g
Pembahasan :
Banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk melebur : Q = 6.375 – 375 = 6.000 kal
Massa zat padat :
Q6000m=m⋅L=m⋅80=600080=75g
Jawaban : B
Contoh Soal 4 :
Setengan kilogram es yang suhunya -40oC dipanaskan sampai tepat seluruhnya melebur. Berapakah kalor yang diperlukan oleh es bila ces = 0,5 kal/goC dan kalor lebur es = 80 kal/g?
Panas itu dapat berpindah dan perpindahan panas ada 3 yaitu konduksi konveksi radiasi. Semua perpindahan panas itu memiliki perbedaan yang sangat mencolok.
konduksi konveksi radiasi
PENGERTIAN PERBEDAAN PANAS KONDUKSI KONVEKSI RADIASI
Konduksi adalah perpindahan kalor atau panas melalui suatu zat tanpa disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. (biasanya zat padat) Konveksi adalah perpindahan kalor atau panas melalui suatu zat disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. (biasanya zat cair atau gas) Radiasi adalah perpindahan panas tanpa melalui suatu peranta zat (secara langsung atau tanpa perantara).
Perpindahan Kalor Secara Konduksi : Materi, Contoh Soal dan Pembahasannya – Pengunjung fokusfisika.com, pada laman ini akan dijelaskan materi tentang perpindahan kalor secara konduksi beserta contoh soal dan pembahasannya. Semoga dapat memudahkan anda dalam belajar untuk menghadapi ulangan harian, ujian tengah semester, ujian akhir sekolah, ujian kenaikan kelas, ujian nasional maupun ujian masuk perguruan tinggi negeri. Selamat belajar.
Perpindahan kalor secara konduksi terjadi pada zat padat tanpa disertai perpindahan molekul. Besar kalor yang merambat tiap satuan waktu dinyatakan sebagai persamaan berikut :
Qt=kAlΔT
Dengan : Qt = kalor tiap satuan waktu (J/s)
k = koefisien konduksi (J/m.s.oC)
A = luas permukaan (m2)
l = panjang kawat (m)
ΔT = perubahan suhu (oC)
Contoh Soal 1 :
Dua batang logam A dan B dengan ukuran yang sama, tetapi jenis logam berbeda disambungkan seperti gambar berikut.
Jika koefisien konduksi termal A adalah 2 kali koefisien konduksi termal B, suhu pada sambungan A dan B adalah ….
A. 75oC
B. 60oC
C. 55oC
D. 50oC
E. 40oC
Contoh Soal 2 :
Dua batang logam sejenis A dan B. Perbandingan luas penampang A dan B = 2 : 1, sedangkan panjangnya = 4 : 3. Jika perbedaan suhu ujung-ujung kedua batang sama, rambatan kalor tiap satuan waktu pada A dan B adalah ….
A. 1 : 1
B. 2 : 3
C. 3 : 2
D. 3 : 8
E. 8 : 3
Contoh Soal 3 :
Dua batang logam yang sama ukurannya, tetapi terbuat dari bahan yang berbeda disambungkan seperti gambar berikut.
Jika konduktivitas termal logam A = 4 kali konduktivitas logam B, suhu pada sambungan kedua logam tersebut adalah ….
A. 45oC
B. 40oC
C. 35oC
D. 30oC
E. 25oC
Contoh Soal : 4
Faktor-faktor yang tidak memengaruhi laju perpindahan kalor secara konduksi pada sebuah logam adalah ….
A. panjang penghantar
B. luas penampang
C. emisivitas
D. perbedaan suhu
E. konduktivitas termal
Pembahasaan :
Emisivitas tidak mempengaruhi laju perpindahan kalor secara konduksi.
Jawaban : C
Contoh Soal : 5
Tiga batang logam yang berbeda jenisnya dilas menjadi bentuk seperti gambar di bawah ini.
Ujung bebas batang pertama bersuhu 100oC, sedangkan dua ujung lainnya bersuhu 20oC dan 0 oC. Ketiga batang memiliki panjang dan luas penampang sama sedangkan konduktivitas termal batang pertama, kedua, dan ketiga berturut-turut k1, k2, dan k3. Jika hubungan antara ketiganya adalah k1 = 2k2 = 3k3, maka suhu sambungan ketiga batang tersebut adalah ….
A. 10oC
B. 20oC
C. 40oC
D. 60oC
E. 80oC
Besarnya energi (kalor) yang dipindahkan persatuan waktu pada konveksi :
Q/t = h.A.ΔT
dengan:
Q = jumlah kalor yang dipindahkan (J)
t = waktu terjadi aliran kalor (s)
h = koefisien konveksi (W/m2K)
A = luas permukaan (m2)
ΔT = beda suhu antara benda dan fluida (K)
Contoh Soal
Suatu panci pemanas air terbuat dari bahan tertentu mempunyai luas permukaan yang bersentuhan dengan air 200 cm2. Jika suhu bahan tersebut 90°C dan suhu air 80°C dan menghasilkan jumlah kalor yang dipindahkan secara konveksi per sekonnya sebesar 0,8 J/s maka hitunglah besar nilai koefisien konveksi bahan tersebut.
Perpindahan kalor melalui radiasi terjadi secara pancaran dalam bentuk gelombang elektromagnetik tanpa perantara. Persamaan perpindahan kalor melalui radiasi adalah sebagai berikut:
Qt=eσAT4
Dengan : Qt = kalor yang dipindahkan persatuan waktu (J/s)
A = luas permukaan (m2)
e = emitivitas
σ = tetapan Stefan – Boltzmann (5,67 x 10-8 W/m2K4)
T = suhu (K)
Contoh Soal 1:
Laju radiasi oleh benda hitam pada suhu 0oC adalah E watt. Jika suhu benda hitam 273oC, laju radiasinya ….
A. 24E
B. 16E
C. 12E
D. 8E
E. 4E
Pembahasan :
Diketahui :
T = 0oC + 273 = 273 K
T’ = 273oC + 273 = 546 K Qt= E
Ditanyakan : (Qt)′= ?
Contoh Soal 2 :
Jika kita berada di dekat api unggun maka kalor akan merambat dari api unggun ke tubuh kita melalui proses ….
A. radiasi dan konveksi
B. radiasi dan konduksi
C. konduksi dan konveksi
D. radiasi
E. konveksi
Pembahasan :
Api unggun di dekat kita merambat melalui radiasi dan konveksi. Radiasi yang merambat berlangsung cepat sehingga langsung terasa hangat mengenai tubuh kita, sementara aliran kalor secara konveksi melalui perpindahan molukel udara berlangsung lama.
Jawaban : A
Contoh Soal 3 :
Jumlah kalor yang dipancarkan oleh sebuah benda yang suhunya lebih besar dari 0oK berbanding lurus dengan :
A. suhunya
B. pangkat dua dari suhunya
C. suhu keliling
D. massa benda itu
E. luas permukaan benda
Pembahasan :
Persamaan perpindahan kalor secara radiasi adalah sebagai berikut : Qt=eσAT4
Dari persamaan di atas, maka jumlah kalor yang dipancarkan berbanding lurus terhadap luas permukaan benda (A)
Jawaban : E
Contoh Soal 4 :
Suatu benda hitam pada suhu 27oC memancarkan energi R J/s. Benda hitam tersebut dipanasi hingga suhunya menjadi 327oC. Energi yang dipancarkan menjadi ….
A. 2 R
B. 4 R
C. 6 R
D. 12 R
E. 16 R
Pembahasan :
T = 27oC + 273 = 300 K Qt=R J/s
T’ = 327oC + 273 = 600 K
Contoh Soal 5 :
Benda hitam pada suhu T memancarkan radiasi dengan daya sebesar 300 mW. Radiasi benda hitam tersebut pada suhu ½ T akan menghasilkan daya sebesar ….
A. 300 mW
B. 150 mW
C. 75 mW
D. 37,5 mW
E. 18,75 mW
Pembahasan :
T = T –> daya P = 300 mW
T’ = ½ T –> daya P’ = ? Qt=P maka ;
Suhu adalah derajat panas atau dinginnya suatu benda. Suhu dapat diukur
dengan menggunakan alat yang disebut termometer. Sifat yang diukur untuk
menyatakan suhu disebut sifat termometrik. Satuan suhu adalah derajat. Zat cair
yang biasa digunakan untuk mengisi termometer adalah air raksa karena raksa
memiliki beberapa kebaikan seperti:
segera dapat mengambil panas benda yang akan diukur sehingga suhu air raksa segera dapat sama dengan suhu benda yang diukur
dapat dipakai untuk mengukur suhu yang rendah sampai yang tinggi sebab air raksa memiliki titik beku pada 39oC dan titik didihnya pada suhu 357oC
tidak membasahi dinding tabung sehingga pengukurannya menjadi lebih teliti
pemuaian air raksa teratur, artinya linier terhadap kenaikan suhu kecuali pada suhu yang sangat tinggi
mudah dilihat karena air raksa mengkilap
Alkohol dapat juga digunakan untuk mengisi tabung termometer karena alkohol dapat mengukur suhu yang lebih rendah lagi tetapi tidak dapat mengukur suhu yang tinggi sebab titik bekunya -144oC dan titik didihnya 78oC. Jadi termometer alkohol sangat baik untuk mengukur suhu-suhu yang rendah tetapi tidak dapat mengukur suhu-suhu yang tinggi.
Air tidak digunakan untuk mengisi termometer karena jangkauan suhu air terbatas (0oC – 100oC), tidak berwarna sehingga sulit dilihat, membasahi dinding tempatnya dan memerlukan waktu lama sehingga mengurangi ketelitian pembacaan skala.
Untuk menyatakan suhu dengan bilangan diperlukan patokan suhu yang tetap yang dapat dibuat kembali dengan mudah dan teliti. Patokan suhu yang digunakan disebut titik tetap.
Dari skala suhu yang ada sekarang telah ditetapkan:
a. Termometer skala Celsius
Memiliki titik didih air 100°C dan titik bekunya 0°C. Rentang temperaturnya berada pada temperatur 0°C – 100°C dan dibagi dalam 100 skala.
b. Temometer skala Reamur
Memiliki titik didih air 80°R dan titik bekunya 0°R. Rentang temperaturnya berada pada temperatur 0°R – 80°R dan dibagi dalam 80 skala.
c. Termometer skala Fahrenheit
Memiliki titik didih air 212°F dan titik bekunya 32°F. Rentang temperaturnya berada pada temperatur 32°F – 212°F dan dibagi dalam 180 skala.
d. Termometer skala Kelvin
Memiliki titik didih air 373,15 K dan titik bekunya 273,15 K. Rentang temperaturnya berada pada temperatur 273,15 K – 373,15 K dan dibagi dalam 100 skala.
Jadi, jika diperhatikan pembagian skala tersebut, satu skala dalam derajat Celsius sama dengan satu skala dalam derajat Kelvin, sementara satu skala Celsius kurang dari satu skalaReamur dan satu skala Celsius lebih dari satu skala Fahrenheit. Secara matematis perbandingan keempat skala tersebut,yaitu sebagai berikut.
Para ahli astronomi dan ahli ilmu alam telah melakukan berbagai usaha untuk dapat menciptakan alat yang dapat mengukur suhu, Jauh Sebelum termometer ditemukan. Mereka mengetahui bahwa temperatur dapat membuat zat memuai. Untuk itu, mereka menggunakan ukuran muai zat sebagai patokan dalam mengukur temperatur. Namun penemuan alat pengukur temperatur tidak dapat dengan mudah diciptakan. Para ahli perlu menemukan zat yang tepat, teknik yang tepat dan skala yang tepat pula untuk dapat mengukur secara cermat. Berikut para ilmuwan yang berperan dalam pengembangan termoneter:
Galileo Galile
Termoneter buatan Galileo Galile diciptakan dengan menggunakan pemuaian udara pada tahun 1593, selanjutnya alat ini denamakan termoskop. Secara kasar alat ini sudah dapat mengukur temperatur walaupun masih tergolong sangat sederhana.
Termometer Galileo Galilei
Termoskop galileo terdiri atas bola gelas sebesar telur ayam yang dihubungkan dengan pipa panjang tertutup berisi air. Di dalam cairan digantungkan sejumlah beban. Umumnya beban tersebut dilekatkan pada bola kaca tersegel yang berisi cairan berwarna untuk efek estetika. Saat suhu berubah, kerapatan cairan di dalam silinder turut berubah yang menyebabkan bola kaca bergerak timbul atau tenggelam untuk mencapai posisi di mana kerapatannya sama dengan cairan sekelilingnya atau terhenti oleh bola kaca lainnya. Bila perbedaan kerapatan bola kaca sangat kecil dan terurutkan sedemikian rupa sehingga yang kurang rapat berada di atas dan yang terapat berada di bawah, hal tersebut dapat membentuk suatu skala suhu.
Watch the glass spheres sink when the increase in temperature causes the density of the liquid in the cylinder to change. Created 400 years ago by Galileo, this beautiful glass reproduction contains seven colorful spheres, allowing students to read temperatures calibrated in two degree increments, from 68°F to 80°F. Available at https://www.teachersource.com/product...
This video demonstrates what a Galileo thermometer is and includes a time lapse video that shows the calibrated floats dropping as the density of the liquid decreases with increasing temperature.
Struktur Termometer
Termometer ini terdiri dari sebuah silinder kaca tertutup yang berisi cairan bening yang didalamnya terdapat bola kaca berwarna yang telah dikaitkan beban. Penggunaan warna pada bola hanyalah sebatas untuk estetika. Sedangkan beban yang terkait bertuliskan angka sebagai informasi penunjuk suhu lingkungan.
Untuk membacanya, kita perhatikan bebannya, apabila ada beban yang melayang sehingga terpisah dari beban yang lain, maka beban itulah yang menunjukkan suhu yang sedang diuukur. Pada gambar dibawah sebelah kiri terlihat suhu yang terukur adalah 760F.
Tetapi bila hanya terdapat beban yang mengapung dan tenggelam tidak ada beban yang melayang maka suhu yang diukur berada dalam kisaran kedua beban yang mengapung dan tenggelam kemudian di rata-ratakan. Seperti pada gambar diatas sebelah kanan maka suhu yangg terukur adalah 700F karena beban yang mengapung dan tenggelam menunjukan suhu 720F dan 680F.
Kelebihan dan Kekurangan
Kelebihan
Termometer galileo merupakan termometer pertama yang ditemukan.
Memiliki nilai estetika yang lebih dibandingkan termometer lainnya.
Kekurangan
Tidak dapat mengukur suhu yang ekstrem, seringkali digunakan untuk mengukur suhu ruangan
Perubahan suhu pada termometer berlangsung lama
Ferdinand II
Ferdinand II adalah seorang bangsawan Tuscany dari Florence, ia menciptakan termometer yang lebih baik. Udara di dalam bola gelas digantikan dengan anggur atau alkh0h0l. Kedua titik tetapnya adalah temperatur pada musim dingin yang terdingin serta temperatur pada musim panas yang terpanas. Sejak penemuan Amontons dan Ferdinand, kemudian banyak bermunculan usulan mengenai titik patokan. Ada yang mengusulkan penggunaan satu titik patokan saja, tetapi ada pula yang mengusulkan dua titik patokan.
Gabriel Daniel Fahrenheit
Gabriel Daniel Fahrenheit terdorong untuk membuat termometer guna melihat gejala alam di bidang temperatur setelah membaca sejarah ilmu yang mengisahkan penemuan Amotons tentang titik didih air yang tetap. Fahrenheit mengulang disain termometer serta menggunakan air raksa sebagai zat pengukurnya.
Akhirnya pada tahun 1714, Fahrenheit berhasil menciptakan termometer raksa. Inilah termometer yang benar-benar cermat dan teliti. Skala pada termometer ini dikenal sebagai derajat Fahrenheit.
Berikut kelebihan penggunaan raksa dalam alat ukur temperatur jika dibandingkan dengan menggunakan air:
Jangkauan suhu raksa cukup lebar. Raksa membeku pada suhu -40°C dan mendidih pada suhu 360°C.
Unsur logam transisi ini berwarna keperakan, sehingga dapat mudah dilihat karena mengkilat.
Raksa tidak membasahi diding pipa kapiler pada termometer sehingga pengukurannya menjadi teliti.
Pemuaian Raksa cukup teratur dari temperatur ke temperatur.
Rene Antoine Ferchault de Reamur
Penemuan populer yang dilakukan oleh Rene Antoine Ferchault de Reamur pada tahun 1730 adalah ia telah menyusun suatu skala temperatur baru dan dikenal dengan skala Reamur. Dalam percobaannya ia menggunakan campuran anggur dan air dalam bandingan 4 dan 1.
Anders Celcius
Seorang ahli astronomi Swedia di Universitas Upsala, Anders Celcius pada tahun 1742, membagi jarak di antar titik beku dan titik didih air ke dalam 100 bagian. Skala inipun dikenal dengan skala celcius atau skala centigrade. Pada skala celcius, 0°C adalah titik dimana air membeku dan 100°C adalah titik dimana air mendidih. Skala inilah yang paling sering digunakan di dunia.
Lord Kelvin
Pada tahun 1848, Fisikawan Skotlandia, Lord Kelvin, menyatakan pentingnya fenomena hubungan suhu-volume atau Hukum Charles dan Gay-Lussac. Sebagai contoh, bila kita mempelajari hubungan suhu - volume pada berbagai tekanan. Pada suatu nilai tekanan yang ditentukan, plot dari volume terhadap suhu menghasilkan garis lurus. Dengan memperpanjang garis ke volume nol, diperoleh perpotongan pada sumbu suhu dengan nilai -273,15°C. Pada tekanan lainnya, diperoleh garis lurus yang berbeda dari plot antara volume suhu , namun diperoleh pula perpotonga suhu pada volume nol yang sama, yaitu pada -273,15°C. (Raymond Chang, 2005: 130) .
Jika kalor jenis air adalah 1 kal/gr°C, kalor jenis es 0,5 kal/gr°C, kalor lebur es 80 kal/gr dan cangkir dianggap tidak menyerap kalor, berapa suhu akhir campuran antara es dan air tersebut?
Pembahasan
Para ahli astronomi dan ahli ilmu alam telah melakukan berbagai usaha untuk dapat menciptakan alat yang dapat mengukur suhu, Jauh Sebelum termometer ditemukan. Mereka mengetahui bahwa temperatur dapat membuat zat memuai. Untuk itu, mereka menggunakan ukuran muai zat sebagai patokan dalam mengukur temperatur. Namun penemuan alat pengukur temperatur tidak dapat dengan mudah diciptakan. Para ahli perlu menemukan zat yang tepat, teknik yang tepat dan skala yang tepat pula untuk dapat mengukur secara cermat. Berikut para ilmuwan yang berperan dalam pengembangan termoneter:
ok
ReplyDeleteThanks
ReplyDeleteMantap lengkap banget
ReplyDelete