kalor adalah energi yang berpindah akibat perbedaan suhu, berikut ini akan disajikan 15 soal dan pembahasan kalor untuk SMA. Mudah-mudahan 15 soal dan pembahasan kalor untuk SMA ini bermanfaat banyak.
Soal No. 1) Perhatikan gambar di bawah ini!
Dua buah batang PQ dengan ukuran yang sama, tetapi jenis logam berbeda dilekatkan seperti gambar di bawah ini. Jika koefisien konduksi termal P adalah dua kali koefisien konduksi termal Q, maka suhu pada bidang batas P dan Q adalah ….
A. 84°C
B. 78°C
C. 72°C
D. 63,3 °C
E. 90°C
Jawaban: D
Diketahui: Tp = 90°
TQ =10°
kQ = k
kp = 2k
Ditanyakan: Suhu pada bidang batas P dan Q (TPQ)?
Pembahasan:
Hantaran kalor pada batas medium adalah sama, jadi:
Soal No. 2) Teh panas yang massanya 20 g pada suhu t dituang ke dalam cangkir bermassa 190 g dan bersuhu 20°C. Jika suhu kesetimbangan termal 360C dan panas jenis air teh adalah 8 kali panas jenis cangkir, maka suhu air teh mula-mula adalah ….
A. 50°C
B. 55°C
C. 65°C
D. 75°C
E. 80°C
Jawaban: B
Diketahui: mt = 20 gram
Tot = t
mc = 190 gram
Toc = 20oC
T = Ta = Tc = 36oC
ct = 8 cc
Ditanyakan: Suhu air teh mula-mula (t)?
Pembahasan:
Menurut asas Black,
Soal No. 3) Dua batang penghantar mempunyai panjang dan luas penampang yang sama disambung menjadi satu seperti pada gambar di bawah ini. Koefisien konduksi termal batang penghantar kedua adalah = 2 kali koefisien konduksi termal batang pertama.
Jika batang pertama dipanaskan sehingga T1 = 100° C dan T2 = 25° C, maka suhu pada sambungan (T) adalah ….
A. 30° C
B. 35° C
C. 40° C
D. 45° C
E. 50° C
Jawaban: E
Diketahui: T1 =100°C
T2 = 25°C
k2 = 2k1
Ditanyakan: Suhu pada sambungan (T)?
Persamaan hantaran kalor pada suatu permukaan benda:
Soal No. 4) Jika 75 gr air yang suhunya 0°C dicampur dengan 50 gr air yang suhunya 100°C. Maka suhu akhir campuran itu adalah ….
A. 25°C
B. 40°C
C. 60°C
D. 65°C
E. 75°C
Jawaban: B
Diketahui: mA = 75 g
mB = 50 g
ToA = 0°C
ToB = 100°C
Ditanyakan: Suhu akhir campuran (Ts)?
Soal No. 5) Gelas berisi 200 gram air bersuhu 20°C dimasukkan 50 gram es bersuhu –2°C. Jika hanya terjadi pertukaran kalor antara air dan es saja, setelah terjadi kesetimbangan akan diperoleh …. (cair= 1 kal/g°C; ces = 0,5 kal/gr°C; L = 80 kal/g)
A. seluruh es mencair dan suhunya di atas 0°C
B. seluruh es mencair dan suhunya 0°C
C. tidak seluruh es mencair dan suhunya 0°C
D. suhu seluruh sistem di bawah 0°C
E. sebagian air membeku dan suhu sistem 0°C
Jawaban: C
Diketahui: mA = 200 g
mB = 50 g
ToA = 20°C
ToB = –2°C
Ditanyakan: Yang terjadi setelah kesetimbangan?
Pembahasan:
Soal No. 6) Air sebanyak 60 gram bersuhu 90°C (kalor jenis air = 1 kal/g.°C) dicampur 40 gram air sejenis bersuhu 25°C. Jika tidak ada faktor lain yang mempengaruhi proses ini, maka suhu akhir campuran adalah ….
A. 15,4°C
B. 23,0°C
C. 46,0°C
D. 64,0°C
E. 77,0°C
Jawaban: D
Diketahui: T1 = 90°C
m1 = 60 g
T2 = 25°C
m2 = 40 g
c1 = c2 = 1 kal/g.°C
Ditanyakan: Suhu campuran (Tc)?
Soal No. 7) Air bermassa 200 gram dan bersuhu 30°C dicampur air mendidih bermassa 100 gram dan bersuhu 90°C. (Kalor jenis air = 1 kal/gram.oC). Suhu air campuran pada saat kesetimbangan termal adalah ….
A. 10°C
B. 30°C
C. 50°C
D. 75°C
E. 150°C
Jawaban: C
Diketahui: m1 = 200 g
m2 = 100 g
T1 = 30°C
T2 = 90°C
cair = 1 kal/g °C
Ditanyakan: Suhu campuran (Tc)?
Pembahasan:
Menurut asas Black:
Soal No. 8) Sebuah jendela kaca suatu ruangan panjangnya 2 m, lebarnya 1 m dan tebalnya 10 mm. Suhu di permukaan dalam dan permukaan luar kaca masing-masing 23°C dan 33°C. Jika konduktivitas termal = 8 × 10-1 ω/m.K, maka jumlah kalor yang mengalir ke dalam ruangan melalui jendela itu setiap sekon adalah ….
A. 160 J
B. 1600 J
C. 800 J
D. 16000 J
E . 80 J
Jawaban: B
Diketahui: panjang = 2 m
lebar = 1 m
tebal = 10 mm = 0,01 m
ΔT = 33°C – 23°C = 10 oC
k = 8 × 10-1 W/m.K
Ditanyakan: Jumlah kalor yang mengalir ke dalam ruangan melalui jendela itu setiap sekon (ΔQ)?
Soal No. 9) Jika titik lebur es 0°C, kalor jenis es 0,5 kal/g°C, kalor jenis air 1 kal/gr °C, kalor lebur es 80 kal/g, maka kalor yang diperlukan untuk melebur 1 kg es pada suhu –2°C adalah ….
A. 4,1 × 103 kal
B. 6,2 × 103 kal
C. 8,1 × 103 kal
D. 8,1 × 104 kal
E. 9,0 × 104 kal
Jawaban: D
Diketahui: ces = 0,5 kal/g°C
cair = 1 kal/g°C
L = 80 kal/g
mes = 1 kg = 1000 gram,
t = –2°C
Ditanyakan: Kalor yang diperlukan untuk melebur 1 kg es pada suhu –2°C (Q)?
Pembahasan:
- Tahap pertama menurunkan suhu es dari –2°C menjadi 0°C:
Q1 = m.ces. Δt = 1000.0,5.(0 – (–2)) = 1000 kalori
- Tahap kedua meleburkan es pada suhu 0°C:
Q2 = m.L = 1000.80 = 80000 kalori
Jadi total kalori yang dibutuhkan adalah:
QT = Q1 + Q2 = 1000 + 80000 = 81000 = 8,1 × 104 kalori.
Soal No. 10) Kalor yang mengalir persatuan waktu melalui suatu konduktor :
(1) sebanding dengan selisih suhu antara kedua ujungnya.
(2) berbanding terbalik dengan panjang konduktor.
(3) sebanding dengan luas penampang konduktor.
(4) tergantung pada jenis konduktor.
Pernyataan di atas yang benar adalah ….
A. (1), (2), (3)
B. (1) dan (3)
C. (2) dan (4)
D. (4) saja
E. (1), (2), (3), (4)
Jawaban: E
Kalor yang mengalir persatuan waktu melalui suatu konduktor dapat dihitung dengan rumus:
Dari rumus di atas dapat disimpulkan bahwa kalor yang mengalir persatuan waktu melalui suatu konduktor:
- Sebanding dengan selisih suhu antara kedua ujungnya.
- Berbanding terbalik dengan panjang konduktor.
- Sebanding dengan luas penampang konduktor.
- Tergantung pada jenis konduktor.
Soal No. 11) Dua buah batang PQ dengan ukuran yang sama, tetapi jenis logam berbeda dilekatkan seperti gambar di berikut ini.
Jika koefisien konduksi termal P adalah dua kali koefisien konduksi termal Q, maka suhu pada bidang batas P dan Q adalah ….
A. 84°C
B. 78°C
C. 72°C
D. 66°C
E. 60°C
Jawaban: E
Diketahui: Tp = 90°
TQ = 0o
kQ = k
kp = 2k
Ditanyakan: Suhu pada bidang batas P dan Q (TPQ)?
Pembahasan:
Soal No. 12) Perpindahan kalor konveksi terjadi pada ….
A. hanya dalam zat cair
B. hanya dalam zat padat
C. hanya dalam gas
D. hanya dalam zat cair dan gas
E. hanya dalam zat padat, cair dan gas
Jawaban: D
Konveksi adalah salah satu bentuk perpindahan kalor Perpindahan kalor secara konveksi berupa sebuah aliran zat, sehingga hanya terjadi pada zat cair dan gas.
Soal No. 13) Laju kalor pada sebatang logam yang panjangnya x, luas penampangnya A, dan perbedaan suhunya ΔT adalah ….
A. berbanding lurus dengan luas penampang
B. berbanding terbalik dengan perbedaan suhu
C. berbanding lurus dengan panjang logam
D. berbanding terbalik dengan luas penampang
E. berbanding lurus dengan waktu
Jawaban: A
Kalor yang mengalir persatuan waktu melalui logam tersebut dapat dihitung dengan rumus:
Dari rumus tersebut, dapat disimpulkan bahwa laju laju kalor konduksi berbanding lurus dengan luas penampangnya.
Istilah:
Soal No. 14) Perhatikan pernyataan berikut:
(1) konduktivitas logam
(2) perbedaan suhu ujung-ujung logam
(3) panjang logam
(4) massa logam
Faktor-faktor yang menentukan laju perambatan kalor pada logam adalah ….
A. (1), (2), dan (3)
B. (1) dan (4)
C. (2) dan (4)
D. (3) dan (4)
E. (4) saja
Jawaban: A
Untuk mengukur laju kalor digunakan persamaan:
Dimana:
H = perambatan kalor tiap satuan waktu (J/s)
K = koefisien konduksi termal (W/m.K)
ΔT = perbedaan suhu (K)
A = luas penampang (m2)
L = panjang (m)
Jadi, faktor-faktor yang menentukan laju perambatan kalor pada logam adalah konduktivitas logam, perbedaan suhu di ujung-ujung logam, dan panjangnya.
Soal No. 15) Bila kalor jenis es = 0,5 kal/g°C, maka untuk menaikkan suhu 800 gram es dari suhu –12°C menjadi 0°C dibutuhkan kalor sebanyak ….
A. 2,08 × 10-4 kal
B. 1,50 × 10-2 kal
C. 3,33 × 102 kal
D. 4,80 × 103 kal
E. 1,92 × 10 4 kal
Jawaban: D
Diketahui:
ces = 0,5 kal/g.°C
mes = 800 g
to = –12°C
t1 = 0°C
Ditanyakan: Banyak kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 800 gram es dari suhu –12°C menjadi 0°C (Q)?
Pembahasan:
Q = m.c. t
= 800.0,5. (0 – (–12))
= 400.12
= 4800 kalori = 4,8 × 103 kalori
Jadi kalor yang dibutuhkan sebanyak 4,8 × 103 kalori.