Materi Pengayaan Suhu Kalor ke 1 18 Januari 2021

SUHU DAN KALOR

Assalamualaikm wr. Wb.

Pada kesempatan pagi ini kita awali dengan doa terlebih dahulu.

Setelah materi Suhu dan kalor selesai, dilanjutkan dengan tugas mengerjakan soal ji kompetensi Pilihan Ganda No.1 s.d 20 yang dikerjakan di buku catatan. Tugas di kirim di GCR Kemendikbud sesuai kelas masing-masing.

Tugas terakhir dikumpulkan tanggal 24 Januari 2021 jam 23.59 WIB. Selanjutnya untuk persiapan Ulangan hari Kamis tanggal 21 Januari 2021 silahkan pelajari materi pengayaan berikut ini.

( Dicatat ya.)

1. Sebuah kawat baja dengan panjang 1 meter dipanaskan sehingga perubahan panjangnya sama dengan perubahan panjang kawat yang diregangkan oleh gaya 1000 N. Jika Konstanta elastisitas kawat baja adalah 1,0 x 10⁶ N/m dan koefisien muai linear kawat baja adalah 1,0 x 10^-5 K^-1, maka perubahan temperatur yang terjadi pada kawat tersebut adalah ...

A. 100 K B. 96 K C. 90 K D. 87 K E. 80 K

PENYELESAIAN : Diketahui :

L0 = 1 m F = 1000 N

k = 1,0 x 10⁶ N/m α= 1,0 x 10^-5 K^-1 Ditanya :

ΔT = ... ? Dijawab :

*) Pertambahan panjang (ΔL) benda saat dipanaskan sesuai dengan persamaan ΔL = L0αΔT ... 1

*) Pertambahan panjang (ΔL) benda pada hukum Hooke sesuai dengan persamaan ΔL = F/k ... 2

Persamaan ke 1 dan ke 2 : ΔLmuai = ΔLelastisitas

L0αΔT = F/k

1 x 1,0 x 10^-5 x ΔT = ( 1000/1,0 x 10⁶) ΔT = 100 K

Jawaban : A

2. Sebuah kubus dengan koefisien muai panjang αmula-mula memiliki volume V0. Setelah dipanaskan, pertambahan luasnya adalah ΔA. Kenaikkan shu kbus adalah ...

A.₁₆¹ΔA V^{2 / 3}

− α^-1

0

B.₁₂¹ΔA V^{2 / 3}

− α^-1

0

C.81

ΔA V^{2 / 3}

− α^-1

0

D.₆¹ΔA V^{2 / 3}

− α^-1

0

E.₄¹ΔA V^{2 / 3}

− α^-1 0

PENYELESAIAN : Diketahui :

β= 2α V0 = s³ A0 = s² A0 = V^{2 / 3}

0

Ditanya : ΔT = ... ? Dijawab : ΔA = 6 A0βΔT

02αΔT ΔA = 6 V^{2 / 3}

0 αΔT

ΔA = 12 V^{2 / 3}

02α)

ΔT = ΔA/(12 V^{2 / 3} ΔT = ₁₂¹ΔA V^{2 / 3}

− α^-1 0

Jawaban : B

3. Sebuah tangki baja yang memiliki koefisien muai panjang 12 x 10^-6/⁰C dan bervolume 0,05 m³ diisi penuh dengan bensin yang memiliki koefisien muai

ruang 950 x 10^-6/⁰C pada temperatur 20⁰C. Jika koefisien tangki ini dipanaskan sampai 50⁰C, maka besar volume bensin yang tumpah ...

A. 1,371 x 10^-3 m³

B. 1,371 x 10^-4 m³

C. 1,371 x 10^-5 m³ D. 1,371 x 10^-6 m³

E. 1,371 x 10^-7 m³ PENYELESAIAN :

Diketahui :

γbensin = 950 x 10^-6/⁰C γbaja = 3α

γbaja = 3 x 12 x 10^-6/⁰C γbaja = 36 x 10^-6/⁰C ΔT = (50 – 20)⁰C Ditanya :

Vtumpah = ... ? Dijawab :

ΔVbensin = V0 x γbensin x ΔT ΔVbaja = V0 xγbaja x ΔT Vtumpah = ΔVbensin – ΔVbaja

Vtumpah = (V0 x γbensin x ΔT) - (V0 x γbaja x ΔT) Vtumpah = V0 x (γbensin - γbaja ) x ΔT

Vtumpah = 0,05 x (950 x 10^-6- 36 x 10^-6) x (50 – 20) Vtumpah = 1,371 x 10^-3 m³

Jawaban : A

4. Sebuah lubang kecil pada suatu dinding yang luasnya 0,5 cm² dan bersuhu 27⁰C.

Jikaσ= 5,67 x 10^-8, maka besarnya energi yang dipancarkan oleh lubang setiap sekon adalah ...

A. 2,296 x 10^-1 m³

B. 2,296 x 10^-2 m³

C. 2,296 x 10^-3 m³ D. 2,296 x 10^-4 m³

E. 2,296 x 10^-5 m³ PENYELESAIAN : Diketahui :

A = 0,5 cm²

A = 0,5 x 10^-4 m² T = 27⁰C

T = (27 + 273) K T = 300 K

σ= 5,67 x 10^-8J m^-2 K^-4 t = 1 sekon

e = 1 ( benda hitam sempurna) Ditanya :

Q = ... ? Dijawab : Q = e σA T⁴

Q = 1 x 5,67 x 10^-8 x 0,5 x 10^-4 x 300⁴ Q = 2,296 x 10^-2 J

Jawab : B

5. Panjang batang rel kereta api masing-masing 10 meter, dipasang pada suhu 20⁰C. Diharapkan pada suhu 30⁰C rel tersebut saling bersentuhan. Koefisien muai rel batang rel kereta api 12 x 10^-6/⁰C. Jarak antara kedua batang yang diperlukan pada suhu 20⁰C adalah ...

A. 3,6 mm B. 2,4 mm C. 1,2 mm D. 0,8 mm E. 0,6 mm

PENYELESAIAN : Diketahui :

L0 = 10 meter ΔT = (30 - 20)⁰C ΔT = 10⁰C

α= 12 x 10^-6/⁰C Ditanya :

d = ... ? Dijawab :

Dengan diasumsikan bagian rel sebelah kiri memanjang sebesar ΔL ke arah kanan sedangkan bagian rel sebelah kanan memanjang sebesar ΔL ke arah kiri, maka lebar celah yang diperlukan d adalah menjadi 2 kali dari ΔL

d = 2 ΔL d = 2 (L0αΔT)

d = 2 (10 x 12 x 10^-6 X 10) d = 2,4 x 10^-4 mm

Jawaban : B

6. Plat baja dipanaskan hingga suhunya mencapai 227⁰C hingga kalor radiasi yang

dipancarkan sebesar E Js^-1. Jika plat tersebut terus dipanaskan hingga suhunya mencapai 727⁰C, maka kalor radiasi yang dipancarkan ...

A. 4 E Js^-1 B. 8 E Js^-1 C. 16 E Js^-1 D. 24 E Js^-1 E. 32 E Js^-1

PENYELESAIAN : Diketahui :

T1 = 227⁰C T1 = 227 + 273 T1 = 300 K T2 = 727⁰C T2 = 27 + 273 T2 = 1000 K

Ditanya : T2 = ... ?

Dijawab :

Kalor yang diradiasikan oleh suatu permukaan benda berbanding lurus dengan pangkat empat suhu mutlaknya.

��2

��1= (��2

��1)

��2 4

4

��= (1000 500 )

��2

��= (2)⁴

��2

��= 16

��2 = 16 ��J s^-1 Jawaban : C

7. Untuk menambah panjang sebuah kawat logam dari 50 mm menjadi 50,1 mm, temperatur cincin harus dinaikkan sebesar 80⁰C. Perubahan temperatur yang diperlukan untuk menambah panjang sebuah kawat logam yang sama dari 100 mm menjadi 100,1 mm adalah ...

A. 20⁰C B. 40⁰C C. 80⁰C D. 120⁰C

E. 160⁰C

PENYELESAIAN : Diketahui :

L01 = 50 mm L02 = 100 mm ΔL1 = (50,1 – 50) ΔL1 = 0,1 mm ΔL2 = (100,1 – 100) ΔL2 = 0,1 mm

ΔT1 = 80⁰C Ditanya : ΔT2 = ... ? Dijawab :

∆��2=��01 �� �� ∆ 1

∆��1

��01 �� �� ∆ 2

∆��2=��01 ∆��1

∆��1

��01 ∆��2

0,1

0,1=50 �� 80

100 �� �� ∆ 2

1 =4000

100 �� �� ∆ 2

1 =40

∆��2

∆��2 = 40⁰C Jawaban : B

KALOR DAN AZAS BLACK

1. Dalam sebuah wadah logam terdapat air. Wadah logam tersebut kemudian ditarh dalam wadah kayu berisi es asin (es yang terbuat dari air asin) pada tekanan 1 atm dan suhu -32⁰C (titik lebur es asin). Hal berikut ini yang paling mungkin terjadi adalah ...

A. Air dalam wadah logam membeku seluruhnya, es asin tidak mencair B. Air dalam wadah logam membeku sebagian, es asin tidak mencair C. Air dalam wadah logam tidak membeku, es asin tidak mencair

D. Air dalam wadah logam membeku seluruhnya, es asin mencair, walaupun suhu kuran dari 0⁰C

E. Air dalam wadah logam membeku seluruhnya, es asin tidak mencair karena suhunya kurang dari 0⁰C

PENYELESAIAN : Diketahui :

Titik lebur es = 0⁰C

Titik lebur es asin = -32⁰C Ditanya :

Kemungkinan yang terjadi : ... ? Dijawab :

Pada saat air dalam wadah logam ditaruh dalam wadah kayu berisi es asin maka keduanya akan mencapai kesetimbangan termal.

Air akan melepas kalor sehingga suhunya lebih rendah dari titik lebur es dan es asin akan menyerap kalor sehingga suhunya akan lebih tinggi dari titik lebur es asin.

Jadi yang paling mungkin terjadi adalah :

*) air akan membeku

*) es asin akan mencair Jawaban : D

2. Pemanas A menaikka suhu 200 gram air sebesar 20⁰C dalam waktu 105 detik.

Pemanas B yang berdaya 200 watt digunakan untuk memanaskan 200 gram air sebesar 20⁰C dalam waktu 104 detik. Jika pemanas B memiliki efisiensi 75 % dari efisiensi pemanas A dan kalor jenis air 4,2 J.g^-1.K^-1, maka besarnya daya pemanas A adalah ...

A. 300 watt B. 280 watt C. 250 watt D. 220 watt E. 200 watt

PENYELESAIAN : Diketahui :

tA = 105 detik tB = 104 detik PB = 200 watt ηB = 75% ηA

ηB = 0,75 η^A Ditanya : PA : ... ? Dijawab :

mA c ΔTA = mB c ΔTB

ηA PA tA = ηB PB tB

ηA . PA . 105 = 0,75ηA . 200 . 140 PA . 105 = 0,75 . 200 . 140

PA . 105 = 15 . 140

PA =^{(15 .140)}

105

PA = 200 watt Jawaban : E

3. Dalam wadah A terdapat sejumlah es, sedangkan dalam wadah B terdapat sejumlah es asin (es yang terbuat dari air asin) yang massanya sama, kedua wadah terbuat dari logam. Kemudian kedua wadah diletakkan saling bersentuhan di suatu tempat pada suhu kamar. Diamati bahwa es asin dalam wadah B lebih banyak mencair dibandingkan dengan es dalam wadah A. Hal ini terjadi karena ...

A. Kalor jenis es lebih besar daripada kalor lebur es asin B. Titik lebur es asin lebih tinggi daripada titik lebur es C. Kalor jenis es asin lebih besar daripada kalor lebur es D. Titik lebur es asin lebih rendah dari pada titik lebur es E. Kalor jenis air asin lebih besar daripada kalor lebur es PENYELESAIAN :

Diketahui:

Ditanya : Dijawab :

Es asin dalam wadah B lebih banyak mencair dibandingkan dengan es dalam wadah A karena titik lebur es asin lebih rendah daripada titik lebur es.

Jawaban : D

4. Sebuah peluru perak dengan massa 20 gram dan kecepatan 200 ms^-1menumbuk es bersuhu 0⁰C. Peluru berhenti dan tertanam di dalam es. Dianggap semua perubahan energi dalam terjadi pada peluru. Jika kalor jenis perak 230 J.kg^-1.⁰C^-

1 perubahan suhu maksimum yang dimiliki peluru setelah tumbukan ...

A. Berkurang 86,9⁰C B. Berkurang 173,9⁰C

C. Tidak terjadi perubahan suhu D. Bertambah 173,9⁰C

E. Bertambah 86,9⁰C PENYELESAIAN : Diketahui :

vp = 200 m.s^-1 cp = 230 J.kg^-1.⁰C^-1, Ditanya :

ΔT = ... ? Dijawab :

Energi kinetik peluru berubah menjadi energi kalor yang besarnya sama. Ek lepas = Q

1mp v²P= mp cp ΔT 2

1v²P= cp ΔT 2

1. 200² = 230 . ΔT 2

1. 400 = 230 . ΔT 2

200 = 230 . ΔT ΔT = 86,9⁰C Jawaban : E

5. Kalor jenis es akan ditentkan dengan cara memberikan kalor 400 kJ pada 2 kg es bersuhu -10⁰C. Jika kalor lebr es 340 kJ kg^-1 dan setelah terjadi kesetimbangan termal tersisa 0,95 kg es, maka kalor jenis es pada percobaan tersebut adalah ....

A. 3850 J.kg^-1.⁰C^-1 B. 3570 J.kg^-1.⁰C^-1 C. 2542 J.kg^-1.⁰C^-1 D. 2150 J.kg^-1.⁰C^-1 E. 1855 J.kg^-1.⁰C^-1 PENYELESAIAN : Diketahui :

ΔT = 0 – (-10) ΔT = 10⁰C mes = 2 kg ml = 2 – 0,95 ml = 1,05 kg Q = 400 kJ Q = 400.000 J L = 340

L = 340.000 J.kg^-1 Ditanya :

ces = ... ? Dijawab :

Kalor jenis es pada percobaan:

Q = mes . ces . ΔT + ml . L

400000 = (2 . ces . 10) + (1,05 . 340000) 400000 = (20 . ces) + 357000

20 . ces = 400000 – 357000 20 . ces = 43000

ces = 2150 J.kg^-1.⁰C^-1 Jawaban : D

6. Sebuah pemanas dengan daya 100 watt digunakan untuk memanaskan air. Jika 90% dayanya terpakai untuk memanaslkan 300 gram air selama 1 menit dan suhu air mula-mula 25⁰C, kalor jenis air 4200 J.kg^-1.⁰C^-1, maka suhu akhir air adalah ...

A. 29,09⁰C B. 29,19⁰C C. 29,29⁰C D. 29,39⁰C E. 29,49⁰C

PENYELESAIAN : Diketahui :

P = 100 watt m = 300 gram m = 0,3 kg t = 1 menit t = 60 detik

c = 4200 J.kg^-1.⁰C^-1 η= 90%

T1 = 25⁰C Ditanya : T2 = ... ?

Dijawab : Q = η. W

m . c . ΔT = η. P.t

0,3 x 4200 x ΔT = 90% x 100 x 60 ΔT = 4,29⁰C

ΔT = T2 - T1

4,29 = T2 - 25 T2 = 4,29 + 25 T2 = 29,29⁰C Jawaban : C