Soal dan Materi Fisika SMA – Kalor dan Perpindahannya

Download di Aplikasi Lebih Mudah

Rapi dan Siap Cetak, Klik Disini untuk Download Aplikasi

Modul untuk Bimbel / Materi Belajar Sekolah TK SD SMP SMA lebih lengkap dan lebih mudah di Aplikasi Produk Aqila Klik Disini untuk Download

Link-link Terkait dengan Soal-soal Fisika SMA

KALOR DAN
PERPINDAHANNYA

——————————————————————–

A. Kalor

1. Pemahaman
Tentang Kalor

Istilah
kalor berasal dari Caloric, pertama kali diperkenalkan oleh A.L. Lavoiser
seorang ahli kimia dari Perancis. Oleh para ahli kimia dan fisika kalor
dianggap sejenis zat alir yang tidak terlihat oleh manusia, berdasarkan itulah
satuan kalor ditetapkan dengan nama kalori disingkat kal.

Kalori didefinisikan :

Satu kalori
(kal) adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk
memanaskan 1 gr air sehingga suhunya naik 1ºC.

Sedang pengertian
suhu adalah ukuran
derajat panas dinginnya suatu benda. Suhu
umumnya diukur dengan alat ukur suhu berupa termometer.

1 joule = 0,24 kalori

1 kalori = 4,18 joule

2. Kapasitas
Kalor (C) dan Kalor Jenis (c)

Kapasitas
kalor adalah jumlah kalor yang diperlukan suatu
zat untuk menaikkan suhu zat sebesar 1°C. jika sejumlah kalor Q menghasilkan perubahan suhu
sebesar ∆t, maka kapasitas kalor dapat dirumuskan :

Dengan keterangan,

C : kapasitas
kalor (Joule / K atau kal / K)

Q : kalor pada
perubahan suhu tersebut (J atau kal)

∆t : perubahan
suhu (K atau °C)

Kalor jenis adalah
banyaknya kalor yang diperlukan zat sebesar 1 kg untuk mengalami perubahan suhu
sebesar 1 K atau 1°C. Kalor jenis merupakan karakteristik termal suatu benda, karena tergantung
dari jenis benda yang dipanaskan atau didinginkan, serta dapat dinyatakan dalam
persamaan :

atau

Dengan keterangan,

c : kalor jenis
(J/kg.K atau J/kg.°C)

C : kapasitas
kalor (Joule/K atau kal/K)

Q : kalor pada
perubahan suhu tersebut (J atau kal)

∆t : perubahan
suhu (K atau °C)

m : massa benda
(kg)

Tabel kalor jenis beberapa zat

Bahan	C (J/kgK)
Tembaga	385
Besi/ Baja	450
Air	4200
Es	2100

Contoh:

1. Ubahlah satuan berikut ini :

a.
5 J = ……. kal

b. 2 kal = ……. J

Jawab :

a.
5 joule = 5 : 4,184 kal = 1,192 kal

b.
2 kal = 2 x 4,184 J
= 8,368 J

2. Tentukan kapasitas
kalor suatu zat, jika untuk menaikkan suhu 4 °C dari zat itu
diperlukan kalor 10 joule !

Jawab :

Q = C.Dt

atau C = 2,5 J/K

3. Jika kalor sebanyak 12 joule digunakan untuk
menaikkan suhu 10 °C
zat sebanyak 0,5 kg , maka tentukan kalor jenis dari zat tersebut !

Jawab
:

Q = m.c.Dt

Latihan Soal 1

—————————————————————————

1. Kapasitas kalor air bermassa 200 gram (kalor
jenis air 4200 J/kg.K) adalah….

2. Kapasitas kalor air bermassa 400 gram (kalor
jenis air 4200 J/kg.K) adalah….

3. Kalor yang diperlukan untuk meleburkan 100
gram es dari suhu -5⁰C
menjadi air bersuhu 20⁰C adalah ….

(kalor jenis es = 2100 J/kg.K, kalor
jenis air = 4200 J/kg.K, kalor lebur es = 336 kJ/kg)

4. Kalor yang diperlukan untuk meleburkan 100
gram es dari suhu -20⁰C
menjadi air bersuhu 30⁰C adalah ….

(kalor jenis es = 2100 J/kg.K, kalor
jenis air = 4200 J/kg.K, kalor lebur es = 336 kJ/kg)

5. Untuk
menaikkan suhu 100 gram tembaga yang kalor jenisnya 0,09 kal/g^oC
dari 60 ^oC sampai 150^oC diperlukan kalor sebanyak …

6. Energi kalor
yang dibutuhkan untuk memanaskan air dari 30 ^oC sampai dengan 80 ^oC
dengan massa air 500 gram

(c_air
= 4200 J/kg K) adalah. ….

7. Banyaknya
kalor yang diperlukan untuk melebur 100 gram es pada suhu –10^oC
menjadi air pada suhu 10^oC. (kalor jenis air = 4200 J/kg K; kalor
jenis es = 2100 J/kg K; kalor lebur es = 336 KJ/kg.

3. Pengaruh kalor
terhadap suhu dan wujud zat

Apabila suatu benda diberikan kalor, maka pada zat
tersebut dapat terjadi perubahan seperti :

a. terjadi
pemuaian

b. terjadi perubahan wujud

c. terjadi
kenaikan suhu

a. Pemuaian

Anomali Air

        Air saat
dipanaskan dari suhu 0 °C menjadi 4 °C justru volumenya mengecil, dan baru setelah suhunya
lebih besar dari 4 °C volumenya membesar.                             Hal
tersebut diatas tidak berlaku sepenuhnya pada air, pada air terjadi
perkecualian. Misalnya volume air akan berkurang bila suhunya dinaikkan dari 0 °C, peristiwa ini disebut dengan anomali air.

Pada umumnya zat
akan memuai menurut aturan sebagai berikut.

1) Pemuaian Panjang (Linier)

Suatu batang panjang mula-mula l_o dipanaskan
hingga bertambah panjang Δl, bila perubahan
suhunya Δt maka,

ΔL = L_o .
α. Δt ΔL = L₁ –
L_o

α = koefisien muai
panjang suatu zat ( per °C )

Tabel
Beberapa koefisien Muai Panjang Benda

Benda	a (K^–¹)
Besi	1,2×10^–⁵
Tembaga	1,7×10^–⁵
Kaca	8,5×10^–⁶
Kuningan	1,8×10^–⁵

Contoh Soal:

1.
Suatu batang logam yang terbuat dari
aluminium panjangnya 2 m pada suhu 30
°C. Bila koefisien muai panjang         aluminium
25 x 10^–6 /°C.Berapakah pertambahan panjang batang aluminium
tersebut bila suhunya        dinaikkan menjadi 50 °C.

Jawab :

Δl = l_o . α . Δt

= 2 . ( 25 x 10 ^-6 ) . (50 – 30 )

= 10 ^-3
m

Δl = 0,1 cm

2.
Jika besi
sepanjang 20 m dengan koefisien muai panjang 1,2. 10^-5 /K
dipanaskan dari suhu 0⁰C
hingga 100⁰C, maka tentukan pertambahan panjangnya !

Jawab :

∆l = l_o.a. ∆t

∆l = 20 . 1,2.10^-5.
(100– 0)

∆l =2,4.10^-3m

Catatan
:

Perubahan suhu dalam satuan derajat
Celcius senilai dengan perubahan suhu pada Kelvin. Namun perlu diingat bahwa
suhu derajat Celcius tidak senilai dengan Kelvin.

2) Pemuaian Bidang ( Luas )

Suatu bidang luasnya mula-mula A_o, terjadi
kenaikkan suhu sebesar Δt sehingga bidang
bertambah luas sebesar ΔA, maka dapat
dituliskan :

ΔA = A_o β Δt

β = Koefisien muai luas suatu zat ( per °C )
dimana β = 2 α

Contoh Soal:

1. Plat besi luasnya 4 m²
pada 20 °C. Bila suhunya dinaikkan menjadi 100 °C maka berapa luasnya sekarang
?

Jawab: α = 11 x 10^-6/ °C

β = 22 x10^-6/ °C

ΔA =
A_o β Δt

= 4 . 22 x10^-6. (100 – 20)

= 88 x 10^-6 . 80

= 704 x 10^-6

= 0,000704 m²

ΔA = A_t – A₀

A_t = ΔA + A₀

= 4 + 0,000704

= 4,000704 m²

2.
Kaca seluas 2 m² , dengan koefisien muai panjang 8,5.10^-6
K, mengalami pemanasan dari suhu 20 °C
hingga 120 °C.
Tentukan luas akhir dari kaca !

Jawab :

Cobalah
!

3) Pemuaian Ruang ( volume
)

Volume mula-mula suatu benda V_o, kemudian dipanaskan sehingga suhunya naik sebesar Δt, dan volumenya bertambah sebesar ΔV ini dapat ditunjukkan dalam rumus :

ΔV = γ . V_o . Δt

γ = koefisien muai ruang suatu zat ( per °C )

γ = 3 α

Contoh:

1. Sebuah balok kuningan
mempunyai panjang 5 m, tinggi 2 m, dan lebar 1 m pada
suhu 20 °C.
Jika kalor jenis kuningan 1,8 . 10^-5 /K, tentukan volume kuningan
pada suhu 120 °C
!

Jawab
:

Cobalah !

a) Pemuaian
Volume zat Cair

Zat cair yang hanya mempunyai koefisien
muai volume ( γ ). Bila volume mula-mula suatu
zat cair V₀ kemudian zat cair itu dipanaskan sehingga suhunya naik
sebesar Δt dan volumenya bertambah besar ΔV, maka dapat ditulis sebagai berikut

ΔV = V_o .

. Δt

Hal ini tidak berlaku bagi air dibawah 4
°C, ingat anomali air.

b) Pemuaian
Volume Gas

Khusus untuk gas,
pemuaian volume dapat menggunakan persamaan seperti pemuaian zat cair,

ΔV = V_o .

. Δt dengan nilai g =

·
Pada saat tekanan konstan, berlaku hukum Gay
Lussac :

·
Pada saat temperatur konstan, berlaku
hukum Boyle :

P₁.V₁
= P₂.V₂

·
Pada saat volume konstan,
berlaku hukum Charles :

·
Pada saat kondisi ideal dengan mol konstan,
berlaku hukum Boyle-Gay Lussac :

dengan keterangan,

V = volume (liter atau m³)

T = temperature (K)

P = tekanan (N/m² atau atm atau
Pa)

Contoh:

1.
Suatu gas mula-mula volumenya V, berapa besarkah suhu harus
dinaikkan supaya volumenya menjadi 2 kali volume mula-mula, dengan tekanan
tetap.

Penyelesaian:

Diketahui :

V_o
= V dan V_t = 2V

Ditanya : Dt ….?

Jawab :

V_t
= V_o ( 1 + 1/ 273 Δt )

2V =
V ( 1+ 1/ 273 Δt )

2 = ( 1 + 1/ 273 Δt )

1 =
1/ 273 Δt

Δt= 273 °C

Jadi suhu
gas tersebut harus dinaikkan sebesar 273 °C b. Perubahan Wujud

Latihan Soal 2

—————————————————————————

1. Penggaris
sepanjang 2 m terbuat dari besi dengan koefisien muai panjang 1,5 x 10^-5
/K, dipanaskan dari suhu 20⁰C menjadi suhu 80⁰C, maka
panjang penggaris adalah ….

2. Penggaris
sepanjang 2 m terbuat dari besi dengan koefisien muai panjang 0,5 x 10^-4
/K, dipanaskan dari suhu 30⁰C menjadi suhu 50⁰C, maka
panjang penggaris adalah ….

3. Sebuah plat
kuningan memiliki luas penampang 50 cm², dipanaskan dari suhu 20 ⁰C menjadi 120 ⁰C.
jika koefisien muai panjang kuningan 2 x 10^-5 /K, maka prtambahan
luasnya adalah ….

4. Sebuah plat kuningan
memiliki luas penampang 40 cm², dipanaskan dari suhu 40 ⁰C menjadi 90 ⁰C.
jika koefisien muai panjang kuningan 1 x 10^-5 /K, maka prtambahan
luasnya adalah ….

5. Sebuah balok
dengan sisi 20 cm dipanaskan dari suhu 10 ⁰C menjadi 160 ⁰C.
Jika balok terbuat dari besi dengan koefisien muai panjang 1,2 x 10^-5
/K, maka volume akhir dari balok adalah ….

6. Sebuah tabung aluminium memiliki volume 500
ml pada suhu 20⁰C , dan berisi penuh gliserin. Jika suhu tabung
dijadikan 70⁰C dan jika koefisien muai panjang aluminium 4 x 10^-5/⁰C
dan koefisien muai volume gliserin 0,3 x 10^-4/⁰C, maka
volume gliserin yang tumpah adalah ….

6. Sebuah tabung aluminium memiliki volume 1000
ml pada suhu 20⁰C , dan berisi penuh gliserin. Jika suhu tabung
dijadikan 120⁰C dan jika koefisien muai panjang aluminium 4 x 10^-5/⁰C
dan koefisien muai volume gliserin 4 x 10^-4/⁰C, maka
volume gliserin yang tumpah adalah ….

7. Pada suhu 10^oC
sebuah gelas kaca yang volumenya 500 ml penuh berisi alcohol. Apabila
gelas tersebut alcohol menjadi 60^oC, berapa banyak alcohol
yang tumpah/. Diketahui α kaca 3 x 10^-6/^oC dan γ alcohol 11 x 10^-4 /^oC

8. Panjang batang
kuningan pada suhu 15^oC adalah 100 cm (α = 1,9 x 10^{-5 o}C^-1). Bila kuningan itu dipanaskan sampai suhunya
mencapai 150^oC, panjang kuningan setelah dipanaskan adalah. …. cm.

9. Suatu bahan
tipis mempunyai luas 2,0 m² pada suhu 20 ^oC. Pertambahan luas bahan jika dipanaskan sampai
suhu 110 ^oC adalah. (α = 9 x 10^-6 ^oC). ….. …. m².

Kalor Laten

Besar kalor
laten yang digunakan untuk mengubah wujud suatu
zat dirumuskan :

Q = m.L

Dengan keterangan,

Q : kalor yang
diterima atau dilepas (Joule atau kal)

m : massa benda
(kg atau gram)

L : kalor laten
(J/kg atau kal/gr)

(kalor
uap atau kalor lebur)

Tabel kalor lebur
dan kalor didih beberapa zat

Nama Zat	Titik lebur (°C)	Kalor lebur (J/kg)	Titik didih	Kalor didih (J/kg)
Air (es)	0	3,34.10⁵	100	2,26.10⁵
Raksa	-39	1,18.10⁴	356,6	2,94.10⁵
Alkohol	-115	1,04.10⁴	78,3	8,57.10⁶
Hidrogen	-2599	5,58.10⁴	-252	3,8.10⁵

Contoh:

1.
Tentukan kalor yang diperlukan untuk meleburkan 10 kg es pada suhu
0 °C.
jika kalor lebur es 3,35. 10⁵ J/kg !

Jawab :

Q = m . L

Q = 10 kg . 3,35. 10 ⁵ J/kg

Q = 3,35. 10⁶ J

2.
Berapakah banyaknya kalor yang diperlukan untuk mengubah 2 gram es
pada suhu 0 °C
menjadi uap air pada suhu 100 °C
? (c _air = 4.200 J/kg K, L es = 336 J/ g, L uap = 2.260 J/g)

Penyelesaian :

Diketahui : m _es = 0 °C

t _air = 0 °C

t_didih = 100 °C

c _air = 4.200 J/kg K

L es = 336 J/ Gajahmungkur

L uap = 2.260 J/g

Ditanya : Q _{total……..?}

Jawab :

Q₁ = m _es x L _es

= (2) x (336)

= 672 Joule

Q₂ = m _es x c _air x ∆t

= (2 x 10^-3)(4.200)(100)

=
840 Joule

Q₃
= m_es x L _uap

=
(2) (2.260)

= 4.520 Joule

Jadi

Q _total = Q₁ + Q₂ + Q₃

= 672 + 840 + 4.520

= 6.032 Joule

Latihan Soal 3

—————————————————————————

1.
Sebatang besi massanya 50 gr bersuhu 20 °C kemudian
dipanaskan hingga mencapai suhu 90 °C,
jika kalor jenis besi 0,7 kalori/gr°C, hitunglah jumlah kalor yang diserap besi
!

2.
Sebatang besi massanya 50 gram bersuhu 30 °C kemudian
dipanaskan hingga mencapai suhu 80 °C.Jika kalor
jenis besi 0,7 kalori/gram °C.Hitunglah
jumlah kalor yang diserap!

3.
Sebuah benda mempunyai masa 0,5 kg diberipanas jika suhu mula-mula
benda 30°C menjadi 80°C. hitung kalor jenis benda jika basarnya kalor yang
diberikan 250 joule?

4.
Sebatang besi massanya 50 gr bersuhu 20°C kemudian dipanaskan
hingga mencapai suhu 90°C, jika kalor jenis besi 0,7 kalori/gr°C, hitunglah
jumlah kalor yang diserap besi !

Thermometer

Perubahan 2 termometer mengikuti aturan perbandingan
sebagai berikut :

X = suhu
thermometer X

X₁
= titik tetap bawah thermometer X

X₂ = titik tetap atas thermometer X

Y = suhu thermometer Y

Y₁ = titik tetap bawah thermometer Y

Y₂ = titik tetap atas thermometer Y

Contoh:

1.
Air mendidih bersuhu 30 °C
termometer X mempunyai Titik tetap atas 150 °X
dan titik tetap bawah –50
°X
termometer Y mempunyai titik tetap atas 130 °Y
dan titik tetap bawah 30 °Y.
Tentukan berapa suhu air mendidih menurut termometer X dan Y.

Penyelesaian:

Diket :

Air mendidih suhu = 30 °C

X₂   =
130 °X,       X₁
   = –50 °X

Y₂   =
130 °Y,        Y₁
   = 30 °Y

Ditanya :

Suhu termometer X dan Y …… ?

Jawab :

Termometer X

30°
=

X + 50° = 60°

X = 10 °X

Termometer Y

Y – 30° = 30

Y = 60 °Y

Latihan Soal 4

—————————————————————————

Kerjakan soal-soal berikut di buku latihanmu!

1.
Termometer X pada es yang sedang melebur menunjukan -30°X dan pada air
yang mendidih menunjukan 150°X.
Apabila sebuah benda suhunya 40°C
skala yang menunjukan oleh thermometer X?

2.
Pengukuran suhu ruangan 301°K.
Tentukan suhu ruangan tersebut jika diukur menggunakan thermometer Celcius?

3.
Pada thermometer skala Y titik bekunya 20°Y dan titik
didihnya 160°Y,
maka benda suhu suatu benda bila diukur menggunakan thermometer skala Y apabila
suhu suatu benda 30°C

4.
Pada termometer skala Y titik bekunya 20°Y dan titik
didihnya 160°Y,
maka benda suhu suatu benda bila diukur menggunakan thermometer skala Y apabila
suhu suatu benda 30°C

Perpindahan Kalor

Konduksi

Konduksi
adalah hantaran kalor yang tidak disertai dengan perpindahan partikel
perantaranya. Energi kalor yang dipindahkan secara
konduksi sebesar,

Q = k A Dt

H = laju aliran kalor (J/s atau watt)

Q = kalor yang dipindahkan (joule)

t = waktu (s)

k = konduktivitas termal zat (W/mK)

A = luas penampang melintang (m²)

∆t = perubahan suhu (°C atau K)

l = tebal penghantar (m)

Contoh soal:

1.
Besi
panjangnya 2 meter disambung dengan kuningan yang panjangnya 1 meter, keduanya
mempunyai luas penampang yang sama. Apabila suhu pada ujung besi adalah 500ºC
dan suhu pada ujung kuningan 350ºC. Bila koefisien konduksi termal kuningan
tiga kali koefisien termal besi,hitunglah suhu pada titik sambungan antara besi
dan kuningan!

Jawab:

Misalkan suhu pada titik sambungan = T. maka

[k
. A . ∆T/L)] _besi= [k . A . ∆T/L)] _kuningan

k . A (500 – T) / 2 = 3 k A (T – 350)/ l

T= 2600/7= 371,4ºC

Konveksi

Konveksi
adalah hantaran kalor yang disertai dengan perpindahan partikel perantaranya.
Contoh dari peristiwa konveksi adalah seperti perpindahan kalor pada zat cair
yang dipanaskan, ventilasi kamar, cerobong asap, pengaturan katub udara pada
kompor, dan kipas angin. Umumnya konveksi terjadi pada gas dan zat cair.

Energi kalor yang dipindahkan secara konveksi sebesar,

Q = k A DT . t

Kecepatan perpindahan kalor di sekitar suatu benda
dirumuskan :

H = laju aliran kalor (J/s atau watt)

Q = kalor yang dipindahkan (joule)

t = waktu (s)

h = koefisien
konveksi (W/m²K)

A = luas
penampang melintang (m²)

∆t = perubahan
suhu (°C)

Radiasi

Radiasi
adalah hantaran kalor yang tidak memerlukan medium perantara, seperti kalor
dari matahari yang sampai ke bumi, kalor api unggun yang sampai pada orang yang
ada di sekitarnya, pendingin (pemanas) rumah, pengeringan kopi, pembakaran
dengan oven dan efek rumah kaca.

Energi kalor yang dipindahkan secara radiasi sebesar,

Q = e s A T⁴ t

Laju aliran kalor tiap satuan waktu dalam radiasi
dirumuskan :

Intensitas radiasi sebesar,

R = e s T⁴

H = laju aliran
kalor tiap satuan waktu (J/s atau watt)

R = intensitas
radiasi ( W/m²)

Q = kalor yang
dialirkan (J)

t = waktu (s)

A = luas (m²), luas permukaan
lingkaran = 4.p.r²

T = suhu (K)

e = emisivitas benda (tanpa satuan)

(e bernilai 1 untuk benda hitam sempurna, dan bernilai 0
untuk benda tidak hitam sama sekali. Pengertian benda hitam sempurna disini
adalah benda yang memiliki kemampuan menyerap semua kalor yang tiba padanya,
atau mampu memancarkan seluruh energi yang dimilikinya).

Contoh:

1.
Benda hitam sempurna luas permukaannya 0,5 m² dan
suhunya 27 ºC. Jika suhu sekelilingnya 77 ºC, hitunglah:
a. kalor yang diserap persatuan waktu persatuan luas
b. energi total yang dipancarkan selama 1 jam.

Jawab:

Benda hitam, maka
e = 1

T₁ =
300 K

T₂ =
350 K

s = 5,672.10^-8
watt/m²K⁴

a.     R = e s ( T₂⁴ – T₁⁴)

     = 1. 5,672.10^-8 (350⁴
– 300⁴)
     = 391,72 watt/m²

b. R = Q/A.t

Q = R. A. t
Q = 391,72. 0,5. 3600 = 705060 Joule

Latihan Soal 5

—————————————————————————

1. Sepotong plat besi memiliki luas 4 m²,
dan tebal 0,5 cm, serta konduktivitas termal 80 W/m.K, akan memiliki laju
aliran kalor sebesar …., jika terjadi perbedaan suhu 20⁰ pada kedua
sisi plat besi tersebut.

2. Sepotong plat besi memiliki luas 1 m²,
dan tebal 2 cm, serta konduktivitas termal 50 W/m.K, akan memiliki laju aliran
kalor sebesar …., jika terjadi perbedaan suhu 50⁰ pada kedua sisi
plat besi tersebut.

2. Sebuah benda hitam berbentuk bola yang
berjari-jari 5 cm dijaga pada suhu konstan 227⁰C, akan memiliki laju
aliran kalor sebesar ….

3. Emisivitas
benda A setengah kali emisivitas benda B dan suhu benda A dua kali benda B.
Energi kalor yang dipancarkan tiap detik persatuan luas oleh benda A sama
dengan …

4. Sebuah lempeng
batu tebal 5 cm diletakkan di atas uap yang suhunya 100 ^oC. Balok es
dengan suhu 0^oC diletakkan di atasnya. Dalam 1 jam 1 kg es meleleh.
Jika konduktivitas termal batu 0,123 J/m.s.^oC, kalor lebur es 3,344
x 10⁵ J/kg, maka luas permukaan lempeng batu …

4. Suhu filamen sebuah lampu pijar (e=0,5 dan σ = 6 x 10^-8 watt/m².K⁴ )
adalah 1000 K. Jika daya lampu itu 60
watt, maka luas permukaan filament. …. Batang aluminium (k_Al = 500 x
10^-1 kal/m det^oC) luas penampang ujungnya 1 cm²,
ujung batang bersuhu 0^oC dan 20^oC. Banyaknya kalor yang merambat tiap detik
adalah. ….

C. Asas Black

Sistem
tertutup tersebut dapat dilakukan dalam suatu kalorimeter, misalkan ada jumlah
masa m₁ zat, bersuhu t₁, kemudian dicampuri dengan
sejumlah masa m₂ zat lain bersuhu t₂ dan keduanya dapat
ditentukan dengan persamaan :

Q_serap = Q_lepas

Bunyi asas Black “ Kalor yang diserap/diterima sama
dengan kalor yang dilepas.

Persamaan di atas dikenal dengan nama asas Black atau
hukum kekekalan energi kalor.

Contoh:

1.
Jika 2 kg air bersuhu 5 ⁰C dicampur dengan 5 kg air
bersuhu 26 ⁰C, maka tentukan suhu akhir campuran kedua zat !

Jawab
:

Karena kedua zat sejenis, maka kalor jenis dari kedua zat
adalah sama, dan dapat saling meniadakan.

Q serap = Q lepas

m₁.c.∆t₁ = m₂.c. ∆t₂

2.c.(t-5) =
5.c.(26-t)

2.t – 10 =
130-5.t

t = 140 : 7

t = 20⁰C

2.
Jika 0,5 kg es bersuhu –10
⁰C dicampur dengan sejumlah air bersuhu 40 ⁰C,
sehingga suhu campurannya adalah 20 ⁰C,
maka tentukan massa dari air yang dicampurkan !

(c_es=
2100 J/kg.⁰C, c_air= 4200 J/kg.K, L_es
= 3,35.105 J/kg)

Jawab
:

Dalam
proses ini es akan mengalami tiga tahap wujud , yaitu padat (es), melebur dan
wujud cair. Sedang air bersuhu 40⁰C hanya mengalami satu tahapan,
yaitu perubahan suhu.

Q _{serap (es)} = Q _{lepas (air)}

Q₁ + Q₂ +Q₃= Q₄

m₁.c_es.∆t₁ + m₁.L
+ m₁.c_air.∆t₂ = m₂.c_air.∆t₃

0,5×2.100x(0–(–10)) + 0,5×3,35.10⁵ + 0,5×4.200x(40-20) = m₂x4.200(40–20)

10.500 + 1,675.10⁵+ 42.000 = 84.000 x m₂

m₂=2,61kg

Latihan Soal 6

—————————————————————————

1. 30 gram air bersuhu 50⁰C dicampur
dengan 60 gram air bersuhu 20⁰C, akan memiliki suhu campuran sebesar
….

2. Jika 75 gram
air yang suhunya 0^oC dicampur dengan 50 gram air yang suhunya 100 ^oC,
maka suhu akhir campuran itu adalah …

3. Sebatang linggis massa 10 kg
dimasukkan ke dalam api unggun hingga bersuhu 99°C. Jika kalor jenis linggis
280 J/kg °C, berapakah suhu akhir ketikaa linggis tersebut dicelupkan ke dalam
bak mandi berisi 50kg air bersuhu 19°C, kalor jenis air 4200 J/kg°C ?

4.    Secangkir air kopi pahit bersuhu
70 ⁰C bermassa 200 gram, kedalamnya dituangkan susu   sapi dingin dengan suhu 20 ⁰C
bermassa 60 gram.Jenis air kopi dan air susu sama    dengan kalor jenis air yaitu 1 kalori/gram⁰C.
Berapakah suhu campuran sesudah tercapai
keadaan setimbang ?

Latihan Soal 7

—————————————————————————

1.
0 ⁰C = …….⁰F

a.
-32⁰ d. 40⁰

b.
0⁰ e. 50⁰

c. 32⁰

2.
62 ⁰F = …….⁰C

a.
16.7 d. 52,2

b.
22,2 e. 54,0

c. 34,4

3.
Termometer Celcius dan
Fahrenheit memiliki suhu yang sama pada nilai….

a.
-40⁰ d. 15⁰

b.
-12,5⁰ e.
40⁰

c. 0⁰

4.
Termometer
Celcius dan Reamur memiliki nilai suhu yang sama pada nilai….

a.
-40⁰ d. 15⁰

b.
-12,5⁰ e.
40⁰

c.
0⁰

5.
Sebuah
termometer X memiliki titik atas 80⁰ dan titik bawah 20⁰.
jika termometer celcius menunjuk angka 50⁰C. maka termometer X
menunjuk angka ….

a. 30⁰ d.
60⁰

b. 40⁰ e.
75⁰

c. 50⁰

6. Penggaris
sepanjang 1 m terbuat dari besi dengan koefisien muai panjang 1,2 x 10^-5
/K, dipanaskan dari suhu 10⁰C menjadi suhu 110⁰C, maka
panjang penggaris adalah ….

a. 1,0012 m d. 1,019 m

b. 1,0019 m e. 1,12 m

c. 1,012 m

7. Sebuah plat
kuningan memiliki luas penampang 80 cm², dipanaskan dari suhu 20⁰C menjadi 170⁰C.
jika koefisien muai panjang kuningan 1,8 x 10^-5 /K, maka prtambahan
luasnya adalah ….

a. 0,234 cm² d. 0,543 cm²

b. 0,324 cm² e. 0,832 cm²

c. 0,432 cm²

8. Sebuah balok
dengan sisi 20 cm dipanaskan dari suhu 10⁰C menjadi 160⁰C.
Jika balok terbuat dari besi dengan koefisien muai panjang 1,2 x 10^-5
/K, maka volume akhir dari balok adalah ….

a. 8003,2 cm³ d. 8033,2 cm³

b. 8014,2 cm³ e. 8043,2 cm³

c. 8023,2 cm³

9. Gas pada suhu
tetap, memiliki volume 4 liter pada tekanan 1 atm. Volume gas pada tekanan 1,5
atm adalah ….

a. 1,67
liter d. 4,67 liter

b. 2,67 liter e. 5,67 liter

c. 3,67 liter

10. Pada tekanan tetap 0,8 atm, volume gas 4 liter
pada suhu 27⁰C, maka volume gas pada suhu 127⁰C adalah ….

a. 3,33 liter d. 6,33
liter

b. 4,33 liter e. 7,33 liter

c. 5,33 liter

11. Pada suhu 0⁰C, tekanan udara 1 atm,
volume suatu gas adalah 2 liter, maka volume gas pada suhu 273⁰C dan
tekanan 5 atm adalah ….

a. 0,8 liter d. 2,5 liter

b. 1,5 liter e. 4 liter

c. 2 liter

12. Jika pada suhu 20⁰C massa jenis
emas 19,30 gr/cm³, koefisien muai panjang emas 1,42 x 10^-5/⁰C,
maka massa jenis emas pada suhu 90⁰C adalah ….

a. 19,30 gr/cm³ d. 19,25 gr/cm³

b. 19,28 gr/cm³ e. 19,24 gr/cm³

c. 19,27 gr/cm³

13. Sebuah tabung aluminium memiliki volume 300 ml
pada suhu 20⁰C , dan berisi penuh gliserin. Jika suhu tabung
dijadikan 110⁰C dan jika koefisien muai panjang aluminium 2,25 x 10^-5/⁰C
dan koefisien muai volume gliserin 5,3 x 10^-4/⁰C, maka
volume gliserin yang tumpah adalah ….

a. 12,24 ml d. 9,76 ml

b. 11,87 ml E. 6,87 ml

c. 10,98 ml

14. Gas memiliki suhu 50⁰C. Jika tekanan gas dijaga konstan, dan volumenya dijadikan
2 kali lipat , maka suhunya sekarang
adalah ….

a. 173⁰ d. 456⁰

b. 234⁰ e. 468⁰

c. 373⁰

15. Besi bermassa 1 kg dipanaskan dari suhu 14⁰C
menjadi 30⁰C, dengan energi kalor sebesar 7200 J, maka kalor jenis
besi adalah ….

a. 254 J/kg.K d. 450 J/kg.K

b. 345 J/kg.K e. 543 J/kg.K

c. 425 J/kg.K

16. Kapasitas kalor air bermassa 150gram (kalor
jenis air 4200 J/kg.K) adalah….

a. 630 J/K d. 450 J/K

b. 540 J/K e. 350 J/K

c. 500 J/K

17. Kalor yang diperlukan untuk meleburkan 100
gram es dari suhu -10⁰C
menjadi air bersuhu 10⁰C adalah ….(kalor jenis es = 2100 J/kg.K,
kalor jenis air = 4200 J/kg.K, kalor lebur es = 336 kJ/kg)

a. 22.000 J d. 45.250 J

b. 33.980 J e. 45.750 J

c. 39.900 J

18. Sepotong logam 50 gram bersuhu 95⁰C
dicelupkan dalam air 250 gram bersuhu 17⁰C. Jika suhu campuran 19,4⁰C,
kalor jenis air = 4200 J/kg.K, maka kalor jenis logam itu adalah ….

a. 0,16 kal/gr⁰C d. 0,54 kal/gr⁰C

b. 0,21 kal/gr⁰C e. 0,76 kal/gr⁰/C

c. 0,34 kal/gr⁰C

19. 30 gram air bersuhu 50⁰C dicampur
dengan 60 gram air bersuhu 20⁰C, akan memiliki suhu campuran sebesar
….

a. 25⁰C d. 42,5⁰C

b. 30⁰C e. 45⁰C

c. 40⁰C

20. Sepotong plat besi memiliki luas 2 m²,
dan tebal 0,5 cm, serta konduktivitas termal 80 W/m.K, akan memiliki laju
aliran kalor sebesar …., jika terjadi perbedaan suhu 40⁰ pada kedua
sisi plat besi tersebut.

a. 1,54 x 10⁵ watt d. 1,18 x 10⁶
watt

b.
1,68 x 10⁵ watt e.
1,28 x 10⁶ watt

c.
1,82 x 10⁵ watt

21. Jika suatu zat memiliki kalor jenis tinggi,maka zat itu ….

a.
lambat mendidih

b.
cepat mendidih

c.
lambat melebur

d.
lambat naik suhunya jika dipanaskan

e. cepat naik suhunya jika dipanaskan

22. Sebuah benda hitam berbentuk bola yang
berjari-jari 5 cm dijaga pada suhu konstan 327⁰C, akan memiliki laju
aliran kalor sebesar ….

a. 231 J/s d. 176 J/s

b.
221 J/s e.
175 J/s

c.
198 J/s

23. Jika 75 gram air yang suhunya 0⁰C dicampur dengan 50
gram air yang suhunya 100⁰C. maka suhu akhir campuran itu adalah ….

a.
25⁰C d.
65⁰C

b.
40⁰C e.
75⁰C

c.
60⁰C

24. Sebuah filamen lampu pijar dengan emisivitas 0,5, = 10-8 watt/m².K⁴,
memiliki suhu 1000K. Jika daya
lampu 60 watt, maka luas permukaan filament adalah ….

a. 5 cm² d.
20 cm²

b. 10 cm² e. 25 cm²

c. 15 cm²

25. Jika suhu suatu permukaan dijadikan 2 kali
semula, energi yang dipancarkan tiap satuan waktu menjadi x kali semula, maka x
adalah….

a. 4 d.
32

b. 8 e.
64

c. 16

26. Suhu badan
manusia pada keadaan normal 37^oC,
Jika dinyatakan dalam skala suhu Fahrenheit besarnya. …. ^oF

a. 34,6

b. 94,6

c. 98,6

d. 124,2

e. 180,1

27. Suatu zat cair
suhunya diukur dengan tiga buah thermometer sekaligus, yaitu Celcius, Reamur,
dan Fahrenheit. Jumlah suhu ketiga
thermometer adalah 158. Suhu yang
ditunjuk oleh thermometer Reamur adalah. ….. ^oR

a. 15

b. 20

c. 25

d. 28

e. 32

28. Termometer X
bila di pakai untuk mengukur es yang sedang melebur dan air mulai mendidih pada
tekanan udara normal masing-masing menunjukkan skala –25^oX dan 125^oX. Benda diukur dengan termometer Celcius
menunjukkan skala 50^o C maka bila benda tersebut diukur dengan
termometer X akan menunjukkan skala. ….

a.
80^oX

b. 75^oX

c. 60^oX

d. 55^oX

e. 50^oX

29. Tabel di bawah ini adalah hasil percobaan
pengukuran suhu fluida dengan thermometer A dan B. Nilai T dalam tabel tersebut adalah….

No.	Fluida	Pembacaan Termometer
No.	Fluida	A	B
1	x	0^o	-10^o
2	y	100^o	110^o
3	z	60^o	T

a. 40^o

b. 50^o

c. 62^o

d. 72^o

e. 82^o

30. Panjang batang
kuningan pada suhu 15^oC adalah 100 cm (α = 1,9 x 10^{-5 o}C^-1). Bila kuningan itu dipanaskan sampai suhunya
mencapai 150^oC, panjang kuningan setelah dipanaskan adalah …. cm.

a. 100,2565

b.
100,3675

c.
101,4115

d.
100,5015

e.
101,2565

31. Suatu bahan
tipis mempunyai luas 2,0 m² pada suhu 20 ^oC. Pertambahan luas bahan jika dipanaskan sampai
suhu 110 ^oC adalah. (α = 9 x 10^-6 ^oC). ….. …. m².

a.
2,34 x 10^-3

b.
2,42 x 10^-3

c.
3,24 x 10^-3

d.
4,23 x 10^-3

e.
4,34 x 10^-3

32. Pada suhu 10^oC
sebuah gelas kaca yang volumenya 500 ml penuh berisi alcohol. Apabila
gelas tersebut alcohol menjadi 50^oC, berapa banyak alcohol
yang tumpah/. Diketahui α kaca 3 x 10^-6/^oC dan γ alcohol 11 x 10^-4 /^oC

a.
21,82 ml

b.
12,82 ml

c.
82,12 ml

d.
28,12 ml

e.
522 ml

33. Grafik dibawah
ini menunjukkan hubunganantara kalor (Q) dan massa zat (m).

Berdasarkan
grafik di atas, zat yang mempunyai kalor lebur paling besar adalah. ….

a. 1

b. 2

c. 3

d. 4

e. 5

34. Grafik di bawah
menggambarkan perubahan wujud suatu zat dari suhu –5^oC sampai 60^oC. Kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu
zat dari 0^oC sampai 60^oC adalah. … kalori.

a. 30

b. 50

c. 80

d. 150

e. 200

35. Untuk
membekukan 0,6 kg zat diperlukan 20 kal/gram. Kalor lebur zat tersebut adalah.
…. J/kg.

a.
1,5 x 10⁴

b.
1,4 x 10⁴

c.
1,5 x 10⁵

d.
1,4 x 10⁶

e.
1,4 x 10⁷

36. Saat ujung batang tembaga dipanaskan, maka ujung yang lain
juga akan terasa panas. Peristiwa itu
tergolong perpindahan kalor cara…..

a. Konduksi

b. Konveksi

c. Radiasi

d. konveksi
dan radiasi

e. radiasi
dan konduksi

37. Untuk menaikkan
suhu 100 gram tembaga yang kalor jenisnya 0,09 kal/g^oC dari 60 ^oC
sampai 150^oC diperlukan kalor sebanyak …

a. 405 kal

b. 810 kal

c. 1215 kal

d. 4500 kal

e. 8100 kal

38. Bila suatu
benda menerima kalor, maka …

a. suhunya
selalu naik

b. wujud
selalu berubah

c. volume
selalu bertambah besar

d. titik
didihnya selalu naik

e. massa
jenisnya mungkin bertambah

39. Gambar di bawah
ini menunjukkan grafik hubungan antara suhu dengan jumlah kalor dari zat padat
yang dipanasi menjadi uap. Jika massa benda 0,5 kg, kalor lebur zat tersebut …

a. 70 J/kg

b. 80 J/kg

c. 120 J/kg

d. 140 J/kg

e. 160 J/kg

40. Sepotong
tembaga dijatuhkan dari ketinggian 360 meter di atas lantai. Kalor yang terjadi
pada proses tumbukan dengan lantai 60% nya diserap oleh tembaga untuk menaikkan
suhunya. Jika kalor jenis tembaga 420 j/kg ^oC, percepatan gravitasi
bumi 10 ms^-2, maka kenaikan suhu tembaga adalah …

a. 3,43 ^oC

b. 5,14 ^oC

c. 8,57 ^oC

d. 10,25 ^oC

e. 12,0 ^oC

41. Jika sepotong
besi yang panas dimasukkan ke dalam air yang dingin, maka banyaknya kalor yang
diberikan oleh besi, jika dibandingkan dengan banyaknya kalor yang diterima
oleh air …

a. lebih
besar

b. lebih
kecil

c. sama
besar

d.
bergantung kalor jenis besi dan air

e.
bergantung kapasitas kalor besi dan air

42. Jika 75 gram
air yang suhunya 0^oC dicampur dengan 50 gram air yang suhunya 100 ^oC,
maka suhu akhir campuran itu adalah …

a. 25 ^oC

b. 40 ^oC

c. 60 ^oC

d. 65 ^oC

e. 75 ^oC

43. Jika 10 gram es
suhu –10^oC dimasukkan ke dalam air yang bersuhu 30 ^oC
maka semua es akan mencair dan suhu campurannya adalah 10^oC. Jika
kalor jenis es 0,5 kal/gr ^oC kalor lebur es 80 kal/gr ^oC,
kalor jenis air 1 kal/gr ^oC, berarti massa air adalah …

a. 10,5 gr

b. 11,5 gr

c. 12,5 gr

d. 13 gr

e. 13,5 gr

44. Sebuah benda
jika diberi kalor 2000 kalori suhunya naik 40 ^oC. Kalor yang
dilepaskan agar suhu benda turun dari 100 ^oC menjadi 20 ^oC
adalah … Joule.

a. 4000

b. 8000

c. 8400

d. 12.400

e. 16.800

45. Timah hitam
sebanyak 2 kg (kalor jenis 0,03 kkal/kg ^oC) dipanasi sampai 100^oC,
kemudian diletakkan pada sepotong es dari 0^oC. Kalor lebur es 80
kkal/kg. Massa es yang akan melebur …

a. 0,075

b. 0,75

c. 7,5 kg

d. 75 kg

e. 750 kg

46. Terjadinya
perpindahan kalor pada suatu zat karena getaran atom-atomya disebut …

a. radiasi

b. konveksi

c. translasi

d. konduksi

e. rotasi

47. Emisivitas
benda A setengah kali emisivitas benda B dan suhu benda A dua kali benda B.
Energi kalor yang dipancarkan tiap detik persatuan luas oleh benda A sama
dengan …

a. 32 kali
benda B

b. 16 kali
benda B

c. 8 kali
benda B

d. 4 kali
benda B

e. 1 kali
benda B

48. Sebuah lempeng
batu tebal 6 cm diletakkan di atas uap yang suhunya 100 ^oC. Balok es
dengan suhu 0^oC diletakkan di atasnya. Dalam 1 jam 1,2 kg es
meleleh. Jika konduktivitas termal batu 0,123 J/m.s.^oC, kalor lebur
es 3,344 x 10⁵ J/kg, maka luas permukaan lempeng batu …

a. 0,272 m²

b. 0,544 m²

c. 1,087 m²

d. 1,359m²

e. 1,631 m²

49. Suhu dalam skala fahrenheint menunjukkan 62^o. Suhu menurut skala celcius adalah. ….

a. 16,7^oC d. 58,7^oC

b. 38^oC e. 61,7^oC

c. 48^oC

50. Jika
thermometer celcius menunjukkan angka 20^o, maka thermometer
Fahrenheit menunjukkan angka. ….

a. 38^o d. 68^o

b. 48^oe. 78^o

c. 58^o

51. Pada suatu
thermometer X, titik beku 40^oXdan titik didih air 240^oX. Jika suatu benda diukur dengan thermometer
celcius bersuhu 50^oC, maka jika diukur dengan thermometer X suhunya
sama dengan …. ^oX.

a. 80 d. 140

b. 100 e. 160

c. 120

52. Sebatang baja
dengan koefisien muai panjang linier 10^-5/^oC dengan
panjang 100 cm pada suhu 30^oC.
Jika panjang batang baja setelah dipanaskan menjadi 100,1 cm, maka
suhuya adalah. ….

a.
100^oC d. 130^oC

b. 110^oC e. 1.030^oC

c. 120^oC

53. Sebuah batang logam terbuat dari aluminium,
panjangnya 2 meter pada suhu 30^oC.
Pertambahan panjang batang logam tersebut jika suhunya dinaikkan menjadi
50^oC adalah. ….

a. 0,096 mm d. 96 mm

b. 0,96 mm e. 960 mm

c. 9,6 mm

54. Sebuah tabung
gelas diisi penuh dengan 50 cm³ raksa pada suhu 18^oC. Bila tabung dan isinya dipanaskan menjadi 38^oC,
berapa volume raksa yang akan tumpah.
Bila α gelas = 9 x 10^-6/^oC
dan γ raksa = 180 x 10^-6/^oC

a. 0,30 cm³ d. 0,10 cm³

b. 0,15 cm³e. 0,25 cm³

c. 0,45 cm³

55. Jika 75 gram
air yang suhunya 0^oC dicampur dengan 50 gram air yang suhunya 100^oC,
maka suhu akhir campuran itu adalah. …

a.
25^oC d. 65^oC

b. 40^oC e. 75^oC

c. 60^oC

56. Banyaknya kalor yang diperlukan untuk melebur
100 gram es pada suhu –10^oC menjadi air pada suhu 10^oC.
(kalor jenis air = 4200 J/kg K; kalor jenis es = 2100 J/kg K; kalor lebur es =
336 KJ/kg.

a. 2.100 J d. 33.600 J

b. 3.990 J e. 39.900 J

c. 4.200 J

57. Energi kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan
air dari 30^oC sampai dengan 80^oC dengan massa air 500
gram (c_air = 4200 J/kg K) adalah. ….

a. 350.000 J d. 225.000 J

b. 378.000 J e. 105.000 J

c. 252.000 J

58. Suhu filamen sebuah lampu pijar (e=0,5 dan σ =
6 x 10^-8 watt/m².K⁴ ) adalah 1000 K. Jika daya
lampu itu 60 watt, maka luas permukaan filament. ….

a. 5 cm²d. 20 cm²

b. 10 cm²e. 25 cm²

c. 15 cm²

59. Batang
aluminium (k_Al = 500 x 10^-1 kal/m det^oC) luas
penampang ujungnya 1 cm², ujung batang bersuhu 0^oC dan 20^oC. Banyaknya kalor yang merambat tiap detik
adalah. ….

a. 0,1
kal/det d. 5 kal/det

b. 0,2
kal/det e. 10 kal/det

c. 0,5
kal/det

60. Berikut ini
adalah sifat fisis yang berubah dari suatu zat sewaktu temperaturnya berubah,
kecuali ….

a. volume cairan

b. panjang sebuah tongkat

c. hambatan listrik sebuah kawat

d. perubahan warna zat cair

e. tekanan gas pada volume konstan

61. Dalam skala
Fahrenheit terukur nilai 80^oF, maka dalam skala Kelvin menjadi ….

a. 290 K d. 299,88 K

b. 300 K e. 317,4 K

c. 299,66 K

62. Suatu batang
logam mula-mula panjangnya ℓ kemudian batang tersebut dipanaskan sehingga
perubahan temperaturnya 300^oC. Batang bertambah panjang 0,9 % dari
keadaan semula, maka koefisien muai panjang batang tersebut adalah ….

a. 1.10^-5 ^oC^-1 d. 4.10^-5 ^oC^-1

b. 2.10^-5 ^oC^-1 e. 5.10^-5 ^oC^-1

c. 3.10^-5 ^oC^-1

63. Suatu zat yang
massanya 2 kg dipanaskan dari 10^oC sampai 50^oC. Apabila
kalor yang diperlukan sebesar 42.000 J, maka kalor jenis zat tersebut adalah ….

a. 1.400 J/kg K d. 650 J/kg K

b. 800 J/kg K e. 525 J/kg K

c. 700 J/kg K

64. Sebuah
kalorimeter dengan kapasitas kalor tertentu, diisi 100 gram air yang suhunya 25^oC.
Ke dalam kalorimeter tersebut dimasukkan 200 gram aluminium yang suhunya 100^oC.
Apabila suhu akhir campuran 35^oC, kalor jenis air dan aluminium masing-masing
4200 J/kg K dan 900 J/kg K, maka kapasitas kalor kalorimeter adalah ….

a. 1500 J/K d. 750 J/K

b. 1000 J/K e. 650 J/K

c. 800 J/K

Download di Aplikasi Lebih Mudah

Rapi dan Siap Cetak, Klik Disini untuk Download Aplikasi

Modul untuk Bimbel / Materi Belajar Sekolah TK SD SMP SMA lebih lengkap dan lebih mudah di Aplikasi Produk Aqila Klik Disini untuk Download

Aqila Course