contoh soal suhu dan kalor beserta pembahasannya

Contoh soal suhu dan kalor beserta pembahasannya
Soal tingkat 1
 Konversi suhu
1. Konversikanlah suhu berikut kedalam °C, °F, °R atau K
 a. 60 °C
 b. 95 °F

Penyetaraan thermometer
 2. Sebuah thermometer X yang tidak diketahui skalanya apabila dimasukkan ke air mendidih akan menunjukkan suhu 100 °X sementara apabila dimasukkan ke dalam es mencair akan menunjukkan suhu 0 °X.
Berapakah angka yang ditunjukkan oleh thermometer X jika diletakkan pada suhu kamar 32 °C?
Muai panjang, luas, dan ruang

3. Sebuah tembaga dengan panjang mula-mula 10 m pada suhu 20°C dan koefisien muai panjang α = 2 x 10-4 °C-1. Berapakah panjang tembaga yang dipanaskan sampai suhu 60°C?

4. Sama seperti soal diatas, apabila lebarnya 5 m. berapakah luasnya jika dipanaskan pada suhu 60°C?

5. Sebuah kubus mempunyai sisi 0,2 m. Apabila koefisien muai panjang kubus tersebut adalah α = 3 x 10-4 °C-1 tentukanlah volume kubus tersebut pada kenaikan suhu 30°C.
Kalor, kapasitas kalor dan kalor jenis

6. Air bermassa 0.25 kg didinginkan dari suhu 45°C menjadi 15°C apabila kalor jenis air adalah 4200 J/kg°C berapakah kalor yang dibutuhkan?

7. Kalor jenis air adalah 4200 J/kg°C berapakah kapasitas kalor air yang bermassa 2 kg?

8. Berapakah kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan 0.8 kg es yang bersuhu -6°C jika kalor jenis es = 2100 J/kg°C dan kalor lebur es adalah 333 x 105 J/kg°C ? Air yang tumpah pada bejana

9. Sebuah bejana 95% ruangnya diisi oleh air . Bejana tersebut memiliki volume 12 L. jika koefisien muai ruang air adalah 2.1 x 10-4 °C-1 dan koefisien muai panjang bejana adalah 12 x 10-6°C-1. Berapakah volume air yang tumpah?

 Jawaban:
1. 60 °C
100 °C : 80 °R = 5 : 4 = TC : TR
masukkan angkanya 5 : 4 =60 : TR
Maka TR = 48 °R

100 °C : 180 °F = Tc : (TF – 32)
5 : 9 = 60 : (TF – 32)
(TF – 32) = 60 x 9/5 TF
= 108 + 32 TF = 140 °F

TK = 273 + Tc
= 273 + 60
= 333 K

 b. 95 °F
5 : 9 = Tc : (TF – 32)
5 : 9 = Tc : (95 – 32)
5 : 9 (63) = Tc
Tc = 35 °C
 Untuk mengkonversikan farenheit ke reamur akan lebih mudah jika kita mengkonversikan ke celcius terlebih dahulu sehingga tidak perlu menghapal terlalu banyak rumus.
 Jadi, 5 : 4 = TC : TR
5 : 4 = 35 : TR
TR = 28 °R
Begitu juga dengan konversi dari farenheit ke Kelvin, lebih mudah jika dikonversikan ke celcius terlebih dahulu. Jadi, TK = 273 + Tc TK = 273 + 28 = 301 K

 2. Buat skalanya Perbandingan skala thermometer X dan celcius adalah
 Tx : T°C = 80 :100
Tx : T°C = 4 : 5
 Tx = (5/4) Tc
Tx = (5/4) 32
 = 40 °C
 3. Rumus muai panjang
Diketahui:
 L0= 10 m
α = 2 x 10-4 °C-1
 LT =L0 + ∆L
 LT =L0 + L0 α (T2 – T1 ) dimana ∆L= L0 α ∆T

L_T = 10 m + (10 m)( 2 x 10^-4 °C^-1)( 60°C - 20°C)

     = 10 m + (800 x 10^-4 m)

     = 10,08 m

14.      Diketahui:

L₀ = 10 m

W₀=  5 m

α = 2 x 10^-4 °C^-1

T_awal = 20°C

T_akhir = 60°C

Ditanya:

A_T=?

Jawab

Rumus pertambahan luas

A_T  = A₀ + A₀ 2α (T₂ – T₁ )     dimana ∆A= A₀ α ∆T

A_T = (10m)(5m) + (50m²)2(2 x 10^-4 °C^-1)( 60°C – 20°C)

A_T = 50m² + 8 x 10^-1 m²

25.      Diketahui:

S = 0.2 m

α= 3 x 10^-4 °C^-1

∆T = 30°C

Ditanya:

Volume setelah pemanasan (V_t)

Jawab:

V_T  = V₀ + V₀ 3α (T₂ – T₁ )

      = (0.2 m)³ + (0.2 m)³3(3 x 10^-4 °C^-1)(30 °C)

      = 0.8 m³ + 216 x 10^-4 m³

         = 0.8216 m³

36.      Diketahui:

m = 0.25 kg

c = 4200 J/kg°C

T_awal = 45°C

T_akhir = 15°C

Ditanya:

Q

Q = mc∆T

Q =  (0.25 kg)( 4200 J/kg°C ) (15°C – 45°C)

Q = -31500 J

Tanda negative berarti melepaskan kalor.

47.      Diketahui:

c=4200 J/kg°C

m= 2 kg

ditanya:

C=mc

C=(2 kg)( 4200 J/kg°C)

C = 8400 J/°C

58.      M_es = 0.8 kg

T_awal  = -6°C

c_es = 2100 J/kg°C

L_f =333 x 10⁵ J/kg°C

Ditanya:

Q keseluruhan

Pertama tinjau dari Q_es dari -6 °C sampai 0 °C

Q_es = m_esc_es∆T

       = (0.8 kg)( 2100 J/kg°C)(0 °C –(- 6 °C)

       = 10080 J

Lalu tinjau dari kalor lebur es

Q_lebur = m L_f

              = (0.8 kg)( 333 x 10⁵ J/kg°C)

           = 266.4 x 10⁵ J

Maka Q keseluruhan adalah Q_es + Q_lebur

 = 10080 J + 266.4 x 10⁵ J

 = 267.4 x 10⁵ J

69.      Diketahui:

V_bejana = 12 L

V_cairan = 11.4 L

Γ_air = 2.1 x 10^-4 °C^-1

α=12 x 10^-6°C^-1.

T_awal = 20°C

T_akhir = 100°C

Dit

volume cairan yang tumpah?

Jawab:

Ketika air dipanaskan, bejana akan ikut memuai. Jadi kita harus menghitung pertambahan volume bejana maupun air.

∆V_air = V₀ Γ_cairan ∆T

         = (11.4 L)( 2.1 x 10^-4 °C^-1)(100°C – 20 °C)

          = 1915.2 x 10^-4L

∆V_bejana = V₀3 α ∆T

                = (12 L)3(12 x 10^-6°C^-1)(80 °C)

               = 34560 x 10^-6 L

                = 345.6 x 10^-4 L

Maka volume air yang tumpah adalah

=∆V_air - ∆V_bejana

= 1915.2 x 10^-4L - 345.6 x 10^-4 L

= 1569.6 L