Bank Soal Suhu dan Kalor beserta Jawabannya

Berikut ini , Soal Essay LKS Fisika tentang (Suhu dan Kalor) Kurikulum2013, beserta kunci Jawabannya, untuk siswa SMA/SMK/MA/Sederajat.

Soal Essay 1-10

1. 500 gram es bersuhu −12oC dipanaskan hingga suhu −2oC. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/goC, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan, nyatakan dalam satuan joule!

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

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

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

2. 500 gram es bersuhu 0oC hendak dicairkan hingga menjadi air yang bersuhu 5oC. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/goC, kalor lebur es adalah 80 kal/gr, dan kalor jenis air 1 kal/goC, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan!

Pembahasan
Data yang diperlukan:
m = 500 gram
cair = 1 kalori/groC
Les = 80 kalori/gr
Suhu akhir → 5oC
Q = …..?

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

→ Proses menaikkan suhu air 0oC hingga menjadi air 5oC, kalor yang diperlukan namakan Q2
Q2 = mcairΔTair = (500) (1)(5) = 2500 kalori

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

3. 200 gram air bersuhu 80oC dicampurkan dengan 300 gram air bersuhu 20oC. Tentukan suhu campurannya!

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

Qlepas = Qterima
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 = 44oC

4. 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.

Data :
-Air panas
m1 = 800 g
c1 = 1 kal/g°C

-Air dingin
m2 = 100 g
c2 = 1 kal/g°C

-Wadah
m3 = 200 g
c3 = 0,20 kal/g°C

Qlepas = Qterima
m1c1ΔT1 = m2c2ΔT2 + m3c3ΔT3

5. Logam P yang ujungnya bersuhu 10°C disambung dengan logam Q yang suhu ujungnya 115°C seperti gambar berikut! 

Konduktivitas thermal logam P adalah 2,5 kali dari konduktivitas thermal logam Q. Jika luas penampang kedua batang sama, maka suhu sambungan antara logam P dan Q adalah…..
A. 20°C
B. 30°C
C. 40°C
D. 50°C
E. 60°C

Pembahasan
Data:
Kp : Kq = 2,5 : 1
Luas dan panjangnya sama.

suhu sambungan = x =….?

Dari perpindahan kalor secara konduksi:

Misal suhu sambungan adalah x, dengan luas (A) dan panjang (L) yang sama dan
ΔTp = x − 10
ΔTq = 115 − x

diperoleh suhu sambungan:

 

6. Sebuah tangki baja yang memiliki koefisien muai panjang 12 x 10-6/°C, dan bervolume 0,05 m3 diisi 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!

Pembahasan

7. Panjang batang rel kereta api masing-masing 10 meter, dipasang pada suhu 20°C. Diharapkan pada suhu 30°C rel tersebut saling bersentuhan. Koefisien muai rel batang rel kereta api 12×10–6 /°C. Jarak antara kedua batang yang diperlukan pada suhu 20°C adalah
A. 3,6 mm
B. 2,4 mm
C. 1,2 mm
D. 0,8 mm
E. 0,6 mm

Pembahasan
Dengan asumsi rel sebelah kiri memanjang ke kanan sebesar Δl dan rel sebelah kanan memanjang ke kiri sebesar Δl, maka lebar celah yang diperlukan d adalah sama dengan dua kali Δl

sehingga

 

 

 

 

8. Sebuah wadah terbuat dari logam yang memiliki kalor jenis 350 J/kg °C. Jika massa wadah adalah 500 gram, tentukan kapasitas kalor dari wadah! 

Pembahasan
Hubungan massa (m), kalor jenis (c) dan kapasitas kalor (C) sebagai berikut:

C = mc

Data:
c = 350 J/kg °C
m = 500 gram = 0,5 kg
C =…….

C = mc
C = 0,5(350)
C = 175 J/°C

9. Pemanas air dari 210 watt, digunakan untuk memanaskan 2 liter air. Jika massa jenis air 1000 kg/m3 dan kalor jenis air 4200 J/kg°C, perkirakan lama waktu yang diperlukan untuk kenaikan suhu air sebesar 36°C!

Pembahasan
Hubungan materi suhu dan kalor dengan energi dan daya listrik:

Massa air yang dipanaskan
m = ρ V
m = 1000 kg/m3 x (2 x 10−3 m3 )= 2 kg

Waktu yang diperlukan, energi dari pemanas W = Pt diubah menjadi panas atau kalor Q = mcΔT untuk menaikkan suhu benda.
W = Q
Pt = mcΔT
(210)t = 2(4200)(36)
t = 1440 sekon = 1440 / 60 = 24 menit

10. Panas sebesar 12 kj diberikan pada pada sepotong logam bermassa 2500 gram yang memiliki suhu 30oC. Jika kalor jenis logam adalah 0,2 kalori/groC, tentukan suhu akhir logam!

Pembahasan

Data :

Q = 12 kilojoule = 12000 joule
m = 2500 gram = 2,5 kg
T1 = 30oC
c = 0,2 kal/groC = 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