Soal Pembahasan Kalor

Jika 40 g es dari suhu -10 ^oC ingin diubah menjadi uap dengan suhu 110^oC, dibutuhkan energi .... (gunakan kalor jenis es 0,5 kal/g.^oC, kalor lebur es 80 kal/g, kalor jenis air 1 kal/g ^oC, kalor penguapan air 542 kal/g dan kalor jenis uap air 0,48 kal/g.^oC)

Penyelesaian :

m_es = m_air = m_uap = 40 g      t_awal = -10 ^oC        t_akhir = 110 ^oC      c_es = 0,5 kal/g.^oC  

L_es = 80 kal/g     c_air =  1 kal/g ^oC      U_uap =  542 kal/g      c_uap = 0,48 kal/g.^oC

ditanya : kalor total ?

Perhatikan grafik perubahan wujud es  -10 ^oC menjadi uap 110 ^oC

Dari grafik ada 5 tahapan untuk menjadikan es ke uap, dengan demikian dihitung terlebih dahulu tia tahapan.

A - B (kalor untuk menaikkan suhu es}

    Q_AB = m_es c_es ΔT = m_es c_es (T_B - T_A) = 40 . 0,5 (0 -(-10)) = 200 kalori

B - C (kalor untuk merubah wujud es menjadi air)

    Q_BC = m_es L_es = 40 . 80 = 3200 kalori    

C - D (kalor untuk menaikkan suhu air)

    Q_CD = m_air c_air ΔT =  m_air c_air (T_D - T_C)  = 40 . 1 . (100 - 0) = 4000 kalori

D - E (kalor untuk merubah wujud air menjadi uap)

    Q_DE = m_uap U_uap = 40 . 542 = 21580 kalori

E - F (kalor untuk menaikkan suhu uap)

    Q_EF =  m_uap c_uap ΔT = m_uap c_uap (T_F - T_E) = 40 . 0,48 . 10 = 192 kalori

Jadi kalor total untuk merubah es menjadi uap adalah :

    QT = Q_AB + Q_BC + Q_CD + Q_DE + Q_EF = 200 + 3200 + 4000 + 21580 + 192 = 29172 kalori                                                               

Sebanyak 5 kg air bersuhu 100 ^oC mengalami penguapan sampai habis. Berapakah massa aluminium cair yang akan menguap bila dipanaskan dengan kalor yang sama dengan kalor penguapan air? (kalor penguapan air 2260 J/kg, kalor penguapan aluminium cair 11400 J/kg)

Penyelesaian :

m_air  = 5 kg   T = 100 ^oC    U_air =  2260 J/kg    U_{aluminium cair}  =  11400 J/kg 

ditanya :  m_{aluminium cair} = ... ?

Kalor untuk menguapkan air :

    Q_air = m_air  U_air  = 5 . 2260 = 11300 J

Besar kalor tersebut digunakan untuk menguapkan aluminium cair juga, sehingga Q_{aluminium air} sama dengan kalor tersebut.

    Q_{aluminium air} = m_{aluminium cair} U_{aluminium cair}  

    

Dalam botol termos terdapat 230 gram kopi pada suhu 90^oC. Ditambahkan susu sebanyah 20 gram bersuhu 5^oC. Berapakah suhu campuran? (Misalkan tidak ada kalor pencampuran maupun kalor yang terserap botol termos c_air = c_kopi = c_susu = 1,00 kal/g^oC)

A. 5^oC                                            C. 47^oC                                            E. 90^oC

B. 20^oC                                          D. 83^oC

Penyelesaian :

m_kopi = 230 g, m_susu = 20 g, T_kopi = 90^oC, T_susu = 5^oC, c_air = c_kopi = c_susu = 1,00 kal/g.^oC

ditanya : T_campuran = ... ?

Perhatikan grafik di bawah ini!

Kalor yang dilepas kopi (suhu tinggi) = kalor yang diterima susu (suhu rendah)

                                                  Q_kopi = Q_susu

                           m_kopi . c_kopi . ΔT_kopi = m_susu . c_susu . ΔT_susu

        m_kopi . c_kopi . (T_kopi - T_campuran) = m_susu . c_susu . (T_campuran - T_susu) 

              230 . 1,00 . (90 - T_campuran) = 20 . 1,00 . (T_campuran - 5) 

                      20700 -  230T_campuran = 20T_campuran - 100                                                                                                                               20800 = 250T_campuran          

                                           T_campuran  = 83^oC

Jawaban : D                              

320 gram campuran es dan air pada suhu 0^oC berada dalam bejana yang kapasitas kalornya dapat diabaikan. Kemudian dimasukkan 79 gram uap air yang bersuhu 100^oC ke dalam bejana tersebut. Suhu akhir menjadi 79^oC. Jika kalor lebur es 79,0 kal/gram dana kalor penguapan air 540 kal/gram, maka banyaknya air mula-mula adalah ... gram.

A. 4                                                C. 35                                                E. 79

B. 10                                              D. 65

Penyelesaian :

m_es+air = 320 g,  m_uap = 79 g,  T_uap = 100^oC, T_akhir = 79^oC, L_es = 79 kal/g, U_uap = 540 kal/g, c_air = 1 kal/g.^oC (walaupun tidak diketahui, c_air diambil nilai tsb)

ditanya : m_{air awal} = ... ?

Perhatikan diagram di bawah ini

Kalor yang dilepas uap air (100^oC)

    Q_lepas = m_uap . U_uap + m_uap/air . c_air . ΔT

                =  m_uap . U_uap + m_uap/air . c_air . (Tuap/air - Takhir)

                = 79 (540) + 79 . 1 . (100 - 79)

                = 79 (540) + 79 (21)

                = 79 (561) kalori

Kalor yang diterima campuran es dan air (0^oC)

mohon diperhatikan :

    m_es = m_es+air - m_{air awal}  = (320 - m_{air awal})

    m_es+air  = m_{air total} = massa es yang mencair ditambah massa air awal (mula-mula)                                      Q_terima = m_es . L_es + m_{air total} . c_air . ΔT  

                  = m_es . L_es + m_{air total} . c_air . (T_akhir  - T_air) 

                  = (320 - m_{air awal}) 79 + 320 . 1 . (79 - 0)

                  = 320 . 79 - m_{air awal} . 79 + 320 . 79

                  = 640 . 79 - m_{air awal} . 79

                  = (640 - m_{air awal}) . 79  kalori

Menurut Asas Black 

         Q_lepas = Q_terima

       79 (561) = (640 - m_{air awal}) . 79

              561 = 640 - m_{air awal} 

       m_{air awal} = 640 - 561 = 79 gram

Jawaban  : E

 

Share: