KALOR (Kalor Jenis, Azas Black dan Kapasitas Kalor)

Logam yang massanya 200 g memiliki kalor jenis 500 J/kgºC dan suhunya berubah dari 20 ºC menjadi 100 ºC. jumlah kalor yang diterima logam adalah?

• 6000 J

• 7000 J

• 8000 J

• 9000 J

• 9500 J

Answer explanation

Diket:   m = 200 g = 0,2 kg              c = 500 J/kgºC           ∆T = 100 ºC - 20 ºC = 80 ºCQ = mc∆T    = 0,2 × 500 × 80    = 8000

Jadi, jumlah kalor yang diterima logam adalah 8000 J.

Terdapat logam bermassa 0,1 kg yang akan dipanaskan sampai suhunya mencapai 100 ºC, selanjutnya akan di masukkan ke dalam bejana yang berisi air 200 g dan suhunya 20 ºC. Apabila temperatur akhir campuran adalah 40 ºC dan kalor jenis air 4.200 J/kg K, kalor jenis logam tersebut adalah?

• 2.387 J/kg K    

• 3,818 J/kg K        

• 4,012 J/kg K

• 4,252 J/kg K

• 4,340 J/kg K

Answer explanation

Diket:   mₐ = 100 g = 0,1 kg               cₐ = 4.200 J/kg K              T₁ = 100 ºC              T₂ = 40 ºC 

             T₃ = 20 ºC 

             mₓ = 200 g = 0,2 kg

                                    Q₁ = Q₂

                               mc∆T = mc∆T

0,1 × 4.200 × (373 - 313) = 0,2 × X × (313 - 293)

0,1 × 4.200 × 333 = 0,2 × X × 293

X = 139.860 / 58,6

    = 2.387

Jadi, kalor jenis logam tersebut adalah 2.387 J/kg K.

Tembaga mula-mula suhunya 200 ºC, kemudian di dinginkan menjadi 50 ºC. Jika jumlah energi kalor yang dilepaskan 1.050 J, berapakah kapasitas kalor tembaga tersebut?

• 7 J/ºC

• 20 J/ºC

• 15 J/ºC

• 200 J/ºC

• 105 J/ºC

Answer explanation

Diket:   Q = 1.050 J

           ∆T = 200 ºC - 50 ºC = 150 ºC

C = Q / ∆T

    = 1.050 J / 150 ºC

    = 7 J/ºC

Jadi, kapasitas kalor tembaga tersebut adalah 7 J/ºC.

Berikut data kalor jenis dari 4 zat :

Jika terdapat empat zat pada seperti pada daftar di atas masing-masing bermassa sama dan diberi kalor dalam jumlah yang sama, urutan zat yang mengalami kenaikan suhu dari tertinggi ke terendah adalah ..

• timbal – aluminium – tembaga – perak

• aluminium – tembaga – perak – timbal

• perak – aluminium – timbal – tembaga

• timbal – perak – tembaga – aluminium

• perak – tembaga – timbal – aluminium

Answer explanation

Persamaan matematis yang digunakanQ = m . c . ΔTKalor jenis berbanding terbalik dengan perubahan suhu. Semakin besar kalor jenis benda, maka perubahan suhu benda tersebut akan semakin kecil (benda semakin susah dipanasi). Sehinggac_Al > c_Te > c_Pe > c_Ti , makaΔT_Al < ΔT_Te < ΔT_Pe < c_Ti

Grafik di bawah ini merupakan data yang diperoleh dari pemanasan bubuk sampel zat tertentu bermassa 0,10 kg. Kalor jenis sampel zat adalah ....

• A. 240 J.kg^-1.K^-1

• B. 420 J.kg^-1.K^-1

• C, 840 J.kg^-1.K^-1

• D. 2.400 J.kg^-1.K^-1

• E. 4.200 J.kg^-1.K^-1

Answer explanation

Tips :

Ambil satu data dari grafik (misal data pertama)

Q = m c ΔT

420 = 0,1 c 10

420 J.kg^-1.K^-1 = c

Sebanyak 75 gram air yang suhunya 20 ⁰C dicampurkan dengan 50 gram air yang suhunya tak diketahui. Jika suhu akhir campuran 40 ₀C, maka suhu air 50 gram mula-mula adalah ....

• 20⁰C

• 40⁰C

• 30⁰C

• 70⁰C

• 50⁰C

Answer explanation

Berdasarkan konsep asas black

Q_lepas = Q_terimam₁ . c . ΔT₁ = m₂ . c . ΔT₂

50 (T – 40) = 75 (40 – 20)

2 (T – 40) = 3 . 20

T – 40 = 30

T = 70 ⁰C

Tips :Benda bersuhu tinggi melepaskan kalor dan benda yang bersuhu rendah menerima kalor

Es bermassa M gram bersuhu 0 ⁰C, dimasukkan ke dalam bejana berisi air bermassa 340 gram yang suhunya 20 ⁰C. Anggap bejana tidak menyerap/melepaskan kalor dan besar kalor lebur es L_es = 80 kal.g^-1 , kalor jenis air C_air = 1 kal.g^-1 . ⁰C^-1 . Semua es mencair dan kesetimbangan termal tercapai pada suhu 5 ⁰C, maka massa es (M) adalah ....

• 60 gram

• 68 gram

• 75 gram

• 80 gram

• 170 gram

Answer explanation

Berdasarkan soal di atas, maka es akan menyerap kalor (suhu rendah) yang diberikan oleh air (suhu tinggi). Berlaku asas black. Kalor yang diberikan air akan digunakan untuk mengubah wujud es dan menaikkan suhunya hingga mencapai kesetimbangan termal.

Q_lepas = Q_terima

Q₁ + Q₂ = Q_terimam_es . L_es + m_es . c_air . ΔT_es = m_air . c_air . ΔT_air

M . 80 + M . 1 . (5 – 0) = 340 . 1 . (20 – 5)

80M + 5M = 340 . 15 → (semua suku dibagi 5)

17M = 340 . 3

M = 20 . 3

M = 60 gram

Dalam sebuah bejana yang massanya diabaikan terdapat a gram air 42 ⁰C dicampur dengan b gram es -4 ⁰C. setelah di aduk ternyata sebanyak 50% es melebur. Jika titik lebur es 0 ⁰C, kalor jenis es 0,5 kal/g ⁰C, kalor lebur es 80 kal/g perbandingan a dan b adalah ....

• 1:1

• 1:2

• 1:3

• 1:4

• 2:1

Answer explanation

Berdasarkan soal, kita dapat mengetahui bahwa terjadi perpindahan kalor dari air (suhu tinggi) ke es (suhu rendah) sehingga menyebabkan 50% es melebur (pada suhu 0 ⁰C). jumlah kalor yang dilepaskan oleh air sama dengan jumlah kalor yang diterima oleh es hal ini disebut dengan asas black, secara matematis dapat ditulis

Q_lepas = Q_terima

Q_air = Q₁ + Q₂

(Q₁ = kalor yang dibutuhkan untuk mengubah suhu es menjadi 0 ⁰C)

(Q₂ = kalor yang dibutuhkan untuk mengubah 50% menjadi air atau melebur)

m_air . c_air . ΔT_air = m_es . c_es . ΔT_es + 50% m_es . L_es

a . 1 (42 – 0) = b . 0,5 (0 – (-4)) + 0,5 . b . 80

42a = 2b + 40b

42a = 42b

a = b

a : b = 1 : 1

jadi perbandingan massa air dan es adalah 1 : 1

Sebuah bejana mempunyai kapasitas kalor 125 kal/K. Bejana ini berisi 70 g air yang suhunya 50 ⁰C. ke dalam bejana itu dimasukkan 200 g zat padat yang suhunya 20 ⁰C. jika suhu campuran itu akhirnya menjadi 42 ⁰C, kalor jenis zat padat adalah ....

• 0,24 kal/g⁰C

• 0,36 kal/g⁰C

• 0,12 kal/g⁰C

• 0,9 kal/g⁰C

• 0,6 kal/g⁰C

Answer explanation

Kalor yang dilepaskan benda bersuhu tinggi (bejana dan air) akan diserap benda bersuhu rendah (zat padat), dengan jumlah kalor yang dilepas sama dengan jumlah kalor yang di serap (asas black). Sehingga secara matematis dapat ditulis

Q_lepas = Q_terima

Q_bejana + Q_air = Q_{zat padat}

C_bejana . ΔT_bejana + m_air c_air ΔT_aitlr = m_{zat padat} c_{zat padat} ΔT_{zat padat}

125 . (50 – 42) + 70 . 1 . (50 – 42) = 200 c_{zat padat} (42 – 20)

125 . 8 + 70 . 8 = 200 c_{zat padat} 22

1000 + 560 = 4400 c_{zat padat}

1560 = 4400 c_{zat padat}

0,36 kal/g⁰C = c_{zat padat}

Jadi kalor jenis zat padat tersebut adalah 0,36 kal/g⁰C

Di sebuah laboratorium, sekelompok siswa melaksanakan percobaan tentang suhu dan kalor. Percobaan dilakukan dengan memasukkan es yang bersuhu -10 ⁰C ke dalam segelas air hangat yang bersuhu 50 ⁰C. Massa es dan air hangat masing-masing 100 gram dan 190,48 gram. Setelah es dimasukkan ke dalam air hangat, campuran diaduk secara perlahan sampai mencapai keseimbangan termal, dimana termometer menunjukkan suhu 0 ⁰C, pernyataan yang benar tentang kondisi es sekarang adalah ....(kalor jenis es = 2.100 J.kg^-1.⁰C^-1; kalor jenis air = 4.200 J.kg^-1.⁰C^-1; kalor lebur es = 336.000 J.kg^-1)

• Es masih tersisa 50 gram

• Tidak ada es yang mencair

• Seluruh es telah mencair

• Setengah bagian es mencair

• Es masih tersisa 10 gram

Answer explanation

Untuk mengetahui kondisi akhir dari campuran, maka perlu diketahui jumlah kalor yang dilepaskan oleh air untuk mencapai kesetimbangan termal dan jumlah kalor yang diperlukan apabila seluruh es mencair.

• Kalor yang dilepaskan oleh air

Q₁ = m_air . c_air. ΔT_air

Q₁ = 0,19048 . 4200 . 50

Q₁ = 40000,8 J

• Kalor yang dibutuhkan es

Q₂ = m_es . c_es. ΔT_es (mengubah suhu es dari -10 ⁰C menjadi 0 ⁰C)

Q₂ = 0,1 . 2100 . 10

Q₂ = 2100 J

Q₃ = m_es L_es (mengubah wujud es menjadi air)

Q₃ = 0,1 . 336000

Q₃ = 33600 J (untuk semua es yang mencair)

Sehingga kalor total yang diperlukan es adalah

Q_es = Q₂ + Q₃

Q_es = 2100 + 33600

Q_es = 25700 J

Karena Q₁ > Q_es maka semua es dapat mencair