Contoh Soal Dan Pembahasan Asas Black – Pada kesempatan kali ini saya akan berbagi pengetahuan tentang Termodinamika dan Hukum Asas Black. Bagi anak SMA ataupun SMP Asas Black sudah bukan hal yang baru dalam mata pelajaran Fisika. Hukum ini berbicara tentang pencampuran dua buah zat yang memiliki perbedaan suhu, dimana zat yang memiliki suhu yang lebih tinggi akan melepaskan kalor sedangkan zat yang memiliki suhu yang lebih renda akan menerima kalor, hal ini merupakan hukum kekekalan energi.
Rumus yang akan Anda gunakan dalam menyelesaikan Soal di bawah ini.
Baik Untuk materi dan contoh soal lainya Anda bida baca pada artikel saya sebelumnya yaitu
Contoh Soal Dan Pembahasan Asas Black Disertai Perubahan Wujud Zat
Contoh 1 - Soal Dan Pembahasan Asas Black
Sebuah balok es bermassa 100 gram dan memiliki suhu -5 °C dicampurkan ke dalam wadah yang berisi 200 gram air bersuhu 90 °C. Diketahui kalor jenis es adalah 0,5 kal/gr °C. kalor jenis air adalah 1 kal/gr °C dan kalor lebur es adalah 80 kal/g. Jika wadah tersebut tidak menyerap ataupun melepaskan kalor, maka tentukan suhu akhir campuran tersebut?
Jawab:
Langkah 1 : Gambarkan ilustrasi proses pencampuran es dan air panas
Q1, Q2 dan Q3 merupakan proses yang dialami oleh Es bermassa 100 gram. Suhu awal es tersebut adalah -5 °C, kemudian suhu ini dinaikkan dari -5 °C hingga 0 °C proses untuk menaikkan suhu ini membutuhkan sejumlah kalor sebesar Q1. Setelah suhu Es dinaikkan menjadi 0 °C, pada suhu ini es akan mengalami proses perubahan wujud dari padat (balok es) menjadi cair (air). Prosesi meleburnya Es membutuhkan kalor sebesar Q2, perlu diingat proses ini hanya mengubah wujud zat dari padat menjadi cair akan tetapi suhunya masih sama, yaitu 0 °C. Setelah es mencair menjadi air proses selanjutnya adalah air akan mengalami kenaikan suhu hingga terjadi kesetimbangan termal pada suhu (Tc), proses ini membutuhkan kalor sebesar Q3 pada diagram di atas.
Proses Q1, Q2 dan Q3 adalah proses yang dialami es hingga terjadi kesetimbangan termal, sehingga massa yang digunakan pada ketiga proses ini adalah massa es, yaitu 100 gram. Semua proses ini membutuhkan kalor untuk menaikkan suhu dan meleburkan es. Dalam asas Black proses ini dinamakan Q(terima).
Q4 adalah proses yang dialami oleh air bermassa 200 gram dan memiliki suhu 90 °C. Proses ini hanya menurunkan suhu air hingga terjadi kesetimbangan termal, yaitu pada suhu Tc. Pada proses penurunan suhu maka air akan melepaskan sejumlah suhu. Dalam asas Black proses ini dinamakan Q(lepas)
Langkah 2 : Tuliskan apa saja yang diketahui dan yang ditanyakan
Diketahui:
Ms = 100 gram
Ma = 200 gram
Ts = -5 °C
Ta = 90 °C
cs=0,5 kal/gr °C
ca=1 kal/gr °C
Ls=80 kal/g
Ditanya : tentukan suhu akhir campuran tersebut?
Langkah 3 : Gunakan Konsep dan Rumus yang Sesuai
Gunakan Rumus Asas Black
Karena pada proses Q1 es masih berwujud pada maka kalor jenis yang digunakan adalah kalor jenis es. Sedangkan pada Q3 es telah berubah wujud menjadi air sehingga kalor jenis yang digunakan adalah kalor jenis air. Dan suhu awal Q3 adalah 0 °C
Penjelasan mengenai ∆T.
Perhatikan pada proses Q1 adalah menaikkan suhu dari -5 °C menjadi 0 °C. Suhu yang lebih tinggi adalah 0 °C dan yang lebih rendah adalah -5 °C, maka ∆T1 = 0 – Tes = 0 °C – (-5 °C)
Perhatikan pada proses Q3 adalah menaikkan suhu dari 0 °C menjadi Tc. Suhu yang lebih tinggi adalah Tc dan yang lebih rendah adalah 0 °C, maka ∆T3 = Tc – T3 = Tc – 0 °C
Perhatikan pada proses Q4 adalah menurunkan suhu dari 90 °C menjadi Tc °C. Suhu yang lebih tinggi adalah 90 °C dan yang lebih rendah adalah Tc, maka ∆T4 = T4 – Tc = 90 °C – Tc.
Langkah Terakhir : Substitusikan nilai yang diketahui, maka diperoleh
Jadi, suhu akhir campuran tersebut adalah 32,5 °C
Contoh 2 - Soal Dan Pembahasan Asas Black Disertai Perubahan Wujud Zat
Sebatang Es bermassa 100 gram saat berada pada titik lebur es dimasukkan ke dalam wadah berisikan 200 gram air bersuhu 80 °C ( kalor jenis air = 1 kal/gr °C dan kalor lebur es = 80 kal/gr °C). Jika dianggap tidak ada kalor yang diserap dan di keluarkan oleh wadah, maka tentukan suhu saat terjadi kesetimbangan termal?
Jawab:
Langkah 1 : Gambarkan diagram untuk memvisualisasikan proses apa saja yang terjadi pada saat pencampuran.
Ingat Titik lebur es adalah pada suhu 0 °C di sini es akan menerima sejumlah kalor untuk melebur, maka suhu balok es bermassa 100 gram mula-mula adalah 0 °C. Proses QL hanya mengubah es berwujud pada menjadi cair (air), namun suhunya tetap 0 °C. Sehingga suhu awal Q1 adalah 0 °C yang akan menjadi suhu awal air setelah melebur.
Langkah 2 : Tuliskan apa saja yang diketahui dan yang ditanyakan
Diketahui:
M(es) = 100 gram (Massa Es)
M(air) = 200 gram
T(es) = 0 °C (Suhu Es)
T1(air) = 0 °C (Suhu awal air setelah melebur)
T2(air) = 80 °C (Suhu air yang akan di campur)
c(air) = 1 kal/gr °C
L(es) = 80 kal/g
Ditanya : tentukan suhu akhir campuran tersebut?
Langkah 3 : Gunakan Konsep atau Rumus yang sesuai
Gunakan Rumus Asas Black
Langkah Terakhir : Substitusikan nilai yang diketahui, maka diperoleh
Jadi, suhu akhir campuran tersebut adalah 26,67 °C
Contoh 3 - Soal Dan Pembahasan Asas Black
Segelas air yang memiliki massa 100 gram dan bersuhu 90 °C (kalor jenis air = 1 kal.gram^(-1)°C^(-1)) kemudian air tersebut dicampurkan ke dalam wadah yang berisi 50 gram air bersuhu 25 °C. Jika wadah tersebut tidak menerap dan melepaskan kalor, maka tentukan suhu akhir campuran pada saat terjadi kesetimbangan termal?
Jawab :
Langkah 1 : Gambarkan diagram blog proses pencampuran dua zat
Pernahkah Anda mencampurkan air yang panas dengan air dingin? Apa yang terjadi ? maka Anda akan memperoleh air hangat. begitu juga ketika Anda mencampurkan Air bersuhu 25 °C dengan air yang suhunya lebih tinggi maka akan terjadi peningkatan suhu. Maka air bersuhu 25 °C akan menerima sejumlah kalor untuk meningkatkan suhu, proses ini dinamakan Q1 pada blog diagram. Kemudian ketika air bersuhu 90 °C dicampurkan dengan air yang suhunya lebih rendah maka akan terjadi penurunan suhu. sehingga air bersuhu 90 °C akan melepaskan kalor untuk menurunkan suhu proses ini dinamakan Q2 pada blog diagram.
Langkah 2 : Tuliskan apa saja yang diketahui dan yang ditanyakan
Diketahui:
M1 = 50 gram
M2 = 100 gram
T1 = 25 °C
T2 = 90 °C
c1 = c2 = c = 1 kal.gram^(-1)°C^(-1) (dua zat yang sama, yaitu air)
Ditanya : Tentukan suhu akhir campuran pada saat terjadi kesetimbangan termal?
Langkah 3 : Gunakan konsep atau rumus yang sesuai dengan kasus di atas
Gunakan Rumus Asas Black
Karena yang melepaskan kalor adalah suhu air bersuhu tinggi dan yang menerima kalor adalah air bersuhu rendah. Dan pada proses ini tidak ada proses perubahan wujud zat, maka diperoleh
Jadi, suhu akhir campuran pada saat terjadi kesetimbangan termal adalah 68,33 °C
Contoh 4 - Soal Dan Pembahasan Asas Black Disertai Perubahan Wujud Zat
Jika diketahui kalor jenis es adalah 0,5 kal/gram °C, kalor lebur es adalah 80 kal/gram dan kalor jenis air adalah 1 kal/g °C. Tentukan kalor yang dibutuhkan untuk mengubah balok es bermassa 200 gram dari suhu -10 °C menjadi 50 °C?
Jawab :
Langkah 1 : Gambarkan ilustrasi proses perubahan es bersuhu -10 °C menjadi 50 °C
Proses apa saja yang terjadi ketika kita ingin menaikkan suhu balok es bermassa 200 gram dari suhu -10 °C menjadi 50 °C. Ingat es hanya akan melebur ketika es menerima sejumlah kalor pada suhu titik lebur yaitu, 0 °C. Karena suhu awal es adalah -10 °C, maka es memerlukan sejumlah kalor untuk menaikkan suhu es dari -10 °C menjadi 0 °C proses ini dinamakan Q1 pada blog diagram di atas. Setelah es menerima kalor sebesar Q1, maka suhu es menjadi 0 °C akan tetapi es masih berwujud pada. Proses selanjutnya adalah es membutuhkan kalor sebesar Q2 untuk melebur, pada proses ini es akan berubah wujud menjadi air dan suhunya masih sama yaitu 0 °C. Setelah menjadi air, proses terakhir adalah menaikkan suhu air dari 0 °C menjadi 50 °C, proses ini membutuhkan kalor sebesar Q3 pada blog diagram di atas.
Langkah 2 : Tuliskan apa saja yang diketahui dan yang ditanyakan
Diketahui:
Ms = 200 gram
Ts = -10 °C
cs=0,5 kal/gr °C
ca=1 kal/gr °C
Ls=80 kal/g
Ditanya : tentukan suhu akhir campuran tersebut?
Langkah 3 : Gunakan Konsep dan Rumus yang Sesuai
Pertama : Kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu es dari -10 °C menjadi 0 °C
Kedua : Kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan es menjadi cair (air), suhu air masih sama yaitu 0 °C.
Ketiga : Kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu es yang telah mencair pada suhu 0 °C menjadi suhu 50 °C. Karena es telah menjadi air maka kalor jenis yang digunakan adalak kalor jenis air
Terakhir : Kalor yang dibutuhkan untuk mengubah balok es bermassa 200 gram dari suhu -10 °C menjadi 50 °C adalah jumlah dari kalor yang dibutuhkan untuk semua proses di atas
Ingat : 1 kalori = 4,2 joule; maka kita dapat mengungkapkan kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu es dari -10 °C menjadi 50 °C dalam satuan joule
Jadi, Kalor yang dibutuhkan untuk mengubah balok es bermassa 200 gram dari suhu -10 °C menjadi 50 °C adalah 27000 Kal atau 113400 Joule
Contoh 5 - Soal Dan Pembahasan Asas Black Disertai Perubahan Wujud Zat
Perhatikan grafik pemanasan 500 gram es bersuhu -10 °C berikut! Jika kalor jenis es adalah 2100 J/kg °C, kalor jenis air adalah 4200 J/kg °C dan kalor lebur es adalah 336000 J/Kg. Berapakah kalor yang dibutuhkan dalam proses dari B-C-D?
Jawab :
Langkah 1 : Tuliskan apa saja yang diketahui dan yang ditanyakan
Diketahui :
cs = 2100 J/kg °C
ca = 4200 J/kg °C
Ls = 336000 J/Kg
Perhatikan satuan kalor jenis dan kalor lebur adalah Kg maka kita harus mengubah satuan massa ke Kg atau mengubah satuan kalor jenis dan kalor lebur ke gram. Di sini saya memilih untuk mengonversi satuan massa ke Kg.
Ms = 500 gram = 0,5 Kg
Ditanya : Berapakah kalor yang dibutuhkan dalam proses dari B-C-D?
Langkah 2 : Gunakan Konsep atau Rumus yang sesuai
Perhatikan Proses B ke C
Ini merupakan proses perubahan wujud pada (es) menjadi cair (air) atau proses peleburan. Kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan es adalah
Perhatikan Proses C ke D
Proses ini merupakan proses menaikkan suhu air dari 0 °C menjadi 30 °C. Karena wujud zat adalah cair (air) maka kalor jenis yang digunakan adalah kalor jenis air dan massa air sama dengan massa es. Proses menaikkan suhu sebesar ∆T akan membutuhkan kalor sebesar.
Maka kalor yang dibutuhkan dalam proses B-C-D adalah
Jadi , kalor yang dibutuhkan dalam proses dari B-C-D adalah 231000 Joule
Untuk soal selanjutnya Klik Next
Trima Kasih telah berkunjung dan selamat belajar.
Advertisement