Materi dan contoh soal suhu dan kalor

http://ilmusains.web.id/wp-content/uploads/2012/06/suhu-dan-kalor.jpg

Hai sobat Fisika, pada postingan kali ini saya akan mengajak sobat semua belajar tentang suhu dan kalor. Kita akan belajar pengertain suhu, satuan suhu, konversi suhu, kalor, menghitung kalor dan sebagainya. Langsung saja berikut materi suhu dan kalor :

Pengertian Suhu dan Kalor
Suhu dan kalor merupakan salah satu cabang dari ilmu fisika yang mempelajari segala sesuatu yang berkaitan dengan suhu, seperti pemuaian, konversi suhu, perubahan wujud, bagaimana cara kalor berpindah, dan masih banyak lagi.

Skala Suhu
Sobat suhu itu bukan hanya panas, anget, dan dingin, tapi juga skala khususnya sebagai berikut:

1. Skala Celcius
Andreas Celcius, seorang sarjana kebangsaan swedia yang menemukan sistem skala suhu celcius. Skala celcius ia buat berdasarkan pada titik beku air pada 0 ^o C dan titik didih air pada 100 ^o C.

2. Skala Kelvin
Skala kelvin di temukan oleh Lord Kelvin, Ia menetapkan apa yang disebut o^o mutlak (0^o Kelvin). Nol mutlak ini adalah suhu ketika partikel berhenti bergerak, sehingga tidak ada panas yang terdeteksi karena kalor yang ada sebanding dengan energi kinetik yang diperlukan partikel. Suhu mutlak (0o K) kalau di koversi ke celcius menjadi -273,15 ^o C

3. Skala Reamur
Nama reamur diambil dari nama René Antoine Ferchault de Réaumur. Reamur mengusulkan suhu titik beku air pada suhu 0 ^o C dan titik didihnya 80 ^o C

4. Skala Fahrenheit
Skala Fahrenheit banyak digunakan di amerika serikat. Skala ini ditemukan oleh ilmuan Jerman Bernama Gabriel Fahrenheit. Skala fahrenheit menggunakan campuran antara es dan garam dengan titik beku air bernilai 32 ^o F dan titik didihnya 212 ^o F

masing-masing skala bisa dikonversikan ke skala yang lain.

Kalor
Kalor adalah salah satu bentuk energi sama halnya dengan energi kimia, potensial, maupun kinetik. Kalor didefinisikan sebagai energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. Umumnya untuk mendeteksi keberadaan kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu dengan mengukur suhu benda tersebut. Jika suhunya tinggi maka kalor yang dikandung oleh benda sangat besar, begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang dikandung sedikit. Satuan kalor adalah kalor atau joule dengan koversi 1 kalori = 4,2 joule.

Rumus Kalor

Besar kecilnya kalor yang bekerja pada suatu zat sangat dipengaruhi oleh tiga hal berikut
massa zat
jenis zat (kalor jenis)
perubahan suhu

Sehingga secara matematis didapatkan rumus kalor :

Q = m.c.(T2 – T1) atau sobat mungkin lebih akrab dengan

Q = m.c.ΔT

dibaca Q masih cinti Titu atau boleh Q masih cakit Ati

Kalor Campuran 2 Zat sejenis dan non sejenis
Sobat mungkin pernah menjumpai soal tentang suhu dan kalori dari dua zat cair sejenis maupun nonsejenis yang dicampur sehingga menghasilkan suhu tertentu. Cara mengerjakannya dengan menggunakan asas black.

“Kalor yang dilepas sama dengan kalor yang di terima”

misal X adalah suhu akhir campuran dan M T2 masing-masing adalah masa dan suhu zat cair yang lebih tinggi maka untuk cairan atau zat sejenis rumusnya :

Qlepas = Qterima
M.c.(T2-x) = m.c (X-T1) (coret C –> kalor jenis)
M (T2-x) = m (x-T1)
MT2 – Mx = mx – mT1
MT2 + mT1 = Mx + mx
MT2 + MT1 = (M+m) x
x = (MT2+mT1) / (M+m)

M = masa zat yang suhunya lebih tinggi
T2 = suhu zat yang lebih tinggi
m = masa zat yang suhunya lebih rendah
T1 = suhu zat yang lebih rendah
x = suhu campuran

untuk cairan atau yang zat tak sejenis sobat bisa menggunakan persamaan awal dari asas black

Qlepas = Qterima
M.c2.(T2-x) = m.c1. (X-T1)

Soal dan Pembahasan:

Soal No. 1
Panas sebesar 12 kj diberikan pada pada sepotong logam bermassa 2500 gram yang memiliki suhu 30^oC. Jika kalor jenis logam adalah 0,2 kalori/gr^oC, tentukan suhu akhir logam!
Pembahasan
Data :
Q = 12 kilojoule = 12000 joule
m = 2500 gram = 2,5 kg
T₁ = 30^oC
c = 0,2 kal/gr^oC = 0,2 x 4200 joule/kg ^oC = 840 joule/kg ^oC
T₂ =...?

Q = mcΔT
12000 = (2,5)(840)ΔT
ΔT = ¹²⁰⁰⁰/₂₁₀₀ = 5,71 ^oC

T₂ = T₁ + ΔT = 30 + 5,71 = 35,71 ^oC

Soal No. 2
500 gram es bersuhu −12^oC dipanaskan hingga suhu −2^oC. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/g^oC, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan, nyatakan dalam satuan joule!

Pembahasan
Data :
m = 500 gram
T₁ = −12^oC
T₂ = −2^oC
ΔT = T₂ − T₁ = −2^o − (−12 ) = 10^oC
c = 0,5 kalori/gr^oC
Q = ....?

Q = mcΔT
Q = (500)(0,5)(10) = 2500 kalori

1 kalori = 4,2 joule
Q = 2500 x 4,2 = 10500 joule

Soal No. 3
500 gram es bersuhu 0^oC hendak dicairkan hingga keseluruhan es menjadi air yang bersuhu 0^oC. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/g^oC, dan kalor lebur es adalah 80 kal/gr, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan, nyatakan dalam kilokalori!

Pembahasan
Data yang diperlukan:
m = 500 gram
L = 80 kalori/gr
Q = ....?

Q = mL
Q = (500)(80) = 40000 kalori = 40 kkal

Soal No. 4
500 gram es bersuhu 0^oC hendak dicairkan hingga menjadi air yang bersuhu 5^oC. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/g^oC, kalor lebur es adalah 80 kal/gr, dan kalor jenis air 1 kal/g^oC, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan!

Pembahasan
Data yang diperlukan:
m = 500 gram
c_air = 1 kalori/gr^oC
L_es = 80 kalori/gr
Suhu akhir → 5^oC
Q = .....?

Untuk menjadikan es 0^oC hingga menjadi air 5^oC ada dua proses yang harus dilalui:
→ Proses meleburkan es 0^oC menjadi air suhu 0^oC, kalor yang diperlukan namakan Q₁
Q₁ = mL_es = (500)(80) = 40000 kalori

→ Proses menaikkan suhu air 0^oC hingga menjadi air 5^oC, kalor yang diperlukan namakan Q₂
Q₂ = mc_{_air}ΔT_{_air} = (500) (1)(5) = 2500 kalori

Kalor total yang diperlukan:
Q = Q₁ + Q₂ = 40000 + 2500 = 42500 kalori

Soal No. 5
500 gram es bersuhu −10^oC hendak dicairkan hingga menjadi air yang bersuhu 5^oC. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/g^oC, kalor lebur es adalah 80 kal/gr, dan kalor jenis air 1 kal/g^oC, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan!

Pembahasan
Data yang diperlukan:
m = 500 gram
c_es = 0,5 kalori/gr^oC
c_air = 1 kal/gr^oC
L_es = 80 kal/gr
Suhu akhir → 5^oC
Q = .....?

Untuk menjadikan es − 10^oC hingga menjadi air 5^oC ada tiga proses yang harus dilalui:
→ Proses untuk menaikkan suhu es dari −10^oC menjadi es bersuhu 0^oC, kalor yang diperlukan namakan Q₁
Q₁ = mc_{_es}ΔT_{_es} = (500)(0,5)(10) = 2500 kalori

→ Proses meleburkan es 0^oC menjadi air suhu 0^oC, kalor yang diperlukan namakan Q₂
Q₂ = mL_es = (500)(80) = 40000 kalori

→ Proses menaikkan suhu air 0^oC hingga menjadi air 5^oC, kalor yang diperlukan namakan Q₃
Q₃ = mc_{_air}ΔT_{_air} = (500)(1)(5) = 2500 kalori

Kalor total yang diperlukan:
Q = Q₁ +Q₂ + Q₃ = 2500 + 40000 + 2500 = 45000 kalori

Soal No. 6
200 gram air bersuhu 80^oC dicampurkan dengan 300 gram air bersuhu 20^oC. Tentukan suhu campurannya!

Pembahasan
Data yang diperlukan:
m₁ = 200 gram
m₂ = 300 gram
ΔT₁ = 80 − t
ΔT₂ = t − 20
Suhu akhir = t = ......?

Q_lepas = Q_terima
m₁c₁ΔT₁ = m₂c₂ΔT₂
(200)(1) (80 − t) = (300)(1)(t − 20)
(2)(1)(80 − t) = (3)(1)(t − 20)
160 − 2t = 3t − 60
5t = 220
t = 44^oC

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 Q₁adalah 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:

Soal No. 8
Sebuah tangki baja yang memiliki koefisien muai panjang 12 x 10^-6/°C, dan bervolume 0,05 m³diisi penuh dengan bensin yang memiliki koefisien muai ruang 950 x 10^-6/°C pada temperatur 20°C. Jika kemudian tangki ini dipanaskan sampai 50°C, tentukan besar volume bensin yang tumpah! (Sumber : Soal SPMB)

Pembahasan

Soal No. 9
Plat baja dipanaskan hingga suhunya mencapai 227°C hingga kalor radiasi yang dipancarkan sebesar E J/s. Jika plat terus dipanasi hingga suhunya mencapai 727° tentukan kalor radiasi yang dipancarkan!

Pembahasan
Data :
T₁ = 227°C = 227 + 273 = 500 K
T₂ = 727°C = 727 + 273 = 1000 K

Kalor yang diradiasikan oleh suatu permukaan benda berbanding lurus dengan pangkat empat suhu mutlaknya, sehingga:

Title : Materi dan contoh soal suhu dan kalor
Description : Hai sobat Fisika, pada postingan kali ini saya akan mengajak sobat semua belajar tentang suhu dan kalor . Kita akan belajar pengertain s...