Contoh Soal Dan Pembahasan Asas Black
Pada kesempatan kali ini kita akan pelajari mengenai termodinamika, yaitu bagaimana cara menentukan suhu akhir, kalor jenis dari dua zat yang berbeda serta memiiki suhu yang berbeda dicampurkan dan bagaimana cara menghitung jumlah kalor yang dibutuhkan untuk merubah wujud zat (es) dari wujud pada menjadi uap air pada suhu tertentu.
Rumus Asas Black dan Kalor
Berikut adalah Rumus-Rumus yang di perlukan dalam menyelesaikan soal dibawah ini.
Contoh 1 - Soal Dan Pembahasan Asas Black
Satu kilogram air mendidih dituangkan ke dalam bejana logam yang terbuat dari aluminium dan diketahui massa bejana tersebut adalah 2 Kg. Jika suhu setelah terjadi kesetimbangan adalah 75 °C maka tentukan suhu bejana mula-mula? (Kalor jenis aluminium adalah 900 J/Kg K dan kalor jenis air adalah 4180 J/kg K)
Jawab :
Langkah 1 : Gambarkan kurva ilustrasi untuk menggambarkan proses apa saja yang terjadi.
Perhatikan suhu awal air mendidih adalah 100 °C, setelah dimasukkan ke dalam bejana suhu kesetimbangan terjadi pada suhu 75 °C. Terlihat bahwa suhu air menurun setelah dimasukkan ke dalam bejana, artinya air melepaskan sejumlah kalor untuk menurunkan suhu. Sehingga yang menerima kalor adalah bejana.
Langka 2 : Tuliskan apa saja yang diketahui dan yang ditanyakan
Diketahui:
Misalkan kita simbolkan b = bejana dan a = air maka
ca = 4180 J/kg K
cb = 900 J/Kg K
Ma = 1 Kg
Mb = 2 Kg
Ta = 100 °C
Tc = 75 °C
Ditanya : Tentukan suhu bejana mula-mula?
Langkah 3 : Gunakan Konsep dan Rumus yang sesuai
Gunakan Rumus Asas Black
Langkah Terakhir : substitusikan nilai-nilai yang diketahui
Jadi, suhu bejana mula-mula adalah 16,94 °C
Contoh 2 - Soal Dan Pembahasan Asas Black
Sebuah alat kalorimeter yang bagian dalamnya terbuat dari aluminium digunakan untuk percobaan. Misalkan pada suatu percobaan kalorimeter di isi air sebanyak 0,2 Kg. Termometer menunjukkan angka 20 °C. Kemudian 0,5 Kg timah hitam bersuhu 100 °C dimasukkan pada kalorimeter tersebut, setelah kesetimbangan termal tercapai termometer tersebut menunjukkan suhu 24 °C. Jika kalor jenis aluminium adalah 900 J/Kg K dan kalor jenis air adalah 4180 J/kg K, tentukan kalor jenis timah hitam tersebut! Diketahui massa kalorimeter adalah 0,4 Kg.
Jawab:
Langkah 1 : Gambarkan kurva ilustrasi untuk menggambarkan proses apa saja yang terjadi.
Kurva di atas mengilustrasikan bahwa suhu awal aluminium dan air sama yaitu 20 °C hal ini di karena ketika air dimasukkan ke dalam kalorimeter maka akan terjadi kesetimbangan termal sehingga suhunya akan sama. Kemudian pada kurva tersebut juga menunjukkan bahwa kalor yang dilepaskan oleh timah akan diserap oleh logam aluminium dan air. Hal ini dapat dilihat dari penurunan pada suhu timah dari 100 °C menjadi 24 °C, sedangkan terjadi peningkatan pada suhu aluminium dan air yaitu dari 20 °C menjadi 24 °C pada saat terjadi kesetimbangan termal. Jadi, yang melepaskan kalor adalah timah dan yang menyerap kalor adalah aluminium dan air.
Langkah 2 : Tuliskan apa saja yang diketahui dan yang ditanyakan
Diketahui:
Misalkan kita simbolkan t = timah, al = aluminium dan a = air, maka
Mt = 0,5 Kg
Ma = 0,2 Kg
Mal = 0,4 Kg
Tt = 100 °C
Ta = Tal = 20 °C
ca = 4180 J/Kg K
c(al) = 900 J/Kg K
Ditanya : Tentukan kalor jenis timah hitam tersebut?
Langkah 3 : Gunakan Konsep dan Rumus yang sesuai
Gunakan Rumus Asas Black
Langkah Terakhir : substitusikan nilai-nilai yang diketahui
Jadi, kalor jenis timah hitam tersebut adalah 125,9 J/kg K
Contoh 3 - Soal Dan Pembahasan Asas Black
Sebuah kalori meter yang kapasitas kalornya adalah 209 J/°C berisi 200 gram air yang suhunya 20 °C. Kemudian ke dalam kalorimeter tersebut dituangkan 150 gram air 100 °C. Hitunglah suhu akhir campuran tersebut? (Kalor jenis air adalah 4180 J/Kg K)
Jawab:
Langkah 1 : Gambarkan kurva ilustrasi untuk menggambarkan proses apa saja yang terjadi.
Kurva di atas mengilustrasikan bahwa suhu awal kalorimeter dan air bermassa 200 gram sama yaitu 20 °C hal ini di karena ketika air dimasukkan ke dalam kalorimeter maka akan terjadi kesetimbangan termal sehingga suhunya akan sama. Kemudian pada kurva tersebut juga menunjukkan bahwa kalor yang dilepaskan oleh air bermassa 150 gram yang bersuhu 100 °C akan diserap oleh kalorimeter dan air bermassa 200 gram yang memiliki suhu 20 °C.
Langkah 2 : Tuliskan apa saja yang diketahui dan yang ditanyakan
Diketahui:
Misalkan kita simbolkan k = kalorimeter, a1 = air bermassa 200 gram dan a2 = air bermassa 150 gram, maka
Ma1 = 200 gram = 0,2 Kg
Ma2 = 150 gram = 0,15 Kg
Ta1 = Tk = 20 °C
Ta2 = 100 °C
c(air) = 4180 J/Kg K (Kalor Jenis Air)
Ck = 209 J/°C (Kapasitas Kalorimeter)
Ditanya : Hitunglah suhu akhir campuran tersebut?
Langkah 3 : Gunakan Konsep dan Rumus yang sesuai
Gunakan Rumus Asas Black
Langkah Terakhir : substitusikan nilai-nilai yang diketahui
Jadi, suhu akhir campuran tersebut adalah 50 °C
Contoh 4 - Soal Dan Pembahasan Asas Black
Sebuah bejana yang terbuat dari gelas massanya adalah 500 gram berisi 100 gram minyak bersuhu 75 °C (kalor jenis minyak adalah 1547 J/Kg K). Kemudian ke dalam bejana tersebut dimasukkan 100 gram es 0 °C. Hitunglah suhu akhir campuran sistem?
Gunakan data berikut:
Kalor lebur es = 334400 J/Kg
Kalor jenis es = 878 J/Kg K
Kalor jenis air = 4180 J/kg K
Kalor jenis gelas = 836 J/Kg K
Jawab:
Langkah 1 : Gambarkan kurva ilustrasi untuk menggambarkan proses apa saja yang terjadi.
Ketika bejana telah terisi oleh minyak maka akan terjadi kesetimbangan termal antara bejana dan minyak sehingga suhu bejana dan minyak akan sama, yaitu 75 °C. Kemudian, ketika es bersuhu 0 °C maka es akan mencair (terjadi proses peleburan es menjadi air hal ini karena es menyerap panas dari minyak dan bejana) selanjutnya air naik hingga terjadi kesetimbangan termal. Perhatikan kurva di atas, saat terjadi proses peleburan (QL) yang terjadi hanya perubahan wujud padat (es) menjadi cair (air) akan tetapi suhu es dan air masih sama yaitu 0 °C. Jadi, bejana dan minyak akan melepaskan kalor karena memiliki suhu yang lebih tinggi dan yang menerima kalor tersebut adalah es.
Langkah 2 : Tuliskan apa saja yang diketahui dan yang ditanyakan
Diketahui:
Misalkan kita simbolkan b = Bejana, s = Es, a = Air dan m = Minyak, maka
Ma = Ms = 100 gram = 0,1 Kg
Mb = 500 gram = 0,5 Kg
Mm = 100 gram = 0,1 Kg
Tb = Tm = 75 °C
Tes = 0 °C
Ta = 0 °C (suhu awal air)
c(minyak) = 1547 J/Kg K (Kalor jenis Minyak)
c(es) = 878 J/Kg K (Kalor jenis Es)
c(air) = 4180 J/Kg K (Kalor Jenis Air)
c(bejana) = 836 J/Kg K (bejana ter buat dari Gelas)
L(es) = 334400 J/Kg (Kalor Lebur Es)
Ditanya : Hitunglah suhu akhir campuran tersebut?
Langkah 3 : Gunakan Konsep dan Rumus yang sesuai
Gunakan Rumus Asas Black
Perhatikan gambar kurva di atas.
- QL adalah kalor lebur yang besarnya Ms x Ls
- Q(air) adalah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu sebesar ∆T, yaitu dari 0 °C sampai Tc. Dengan Suhu Tc > Ta
- Q(minyak) adalah kalor yang diperlukan untuk menurunkan suhu sebesar ∆T, yaitu dari 75 °C sampai Tc. Dengan Suhu Tm > Tc
- Q(bejana) adalah kalor yang diperlukan untuk menurunkan suhu sebesar ∆T, yaitu dari 75 °C sampai Tc. Dengan Suhu Tb > Tc, maka diperoleh
Langkah Terakhir : substitusikan nilai-nilai yang diketahui
Jadi, suhu akhir campuran tersebut adalah 9,6 °C
Contoh 5 - Soal Dan Pembahasan Asas Black
Berapakah kalor yang dibutuhkan untuk mengubah 100 gram Es dari -10 °C menjadi uap air pada 120 °C?
Gunakan Data Berikut :
Kalor lebur Es adalah 33,44 . 10^4 J/Kg
Kalor Uap Air adalah 22,56 . 10^5 J/Kg
Kalor Jenis Es adalah 2090 J/Kg K
Kalor Jenis Air adalah 4180 J/Kg K
Kalor Jenis Uap adalah 2010 J/Kg K
Jawab:
Langkah 1 : Gambarkan kurva ilustrasi untuk menggambarkan proses apa saja yang terjadi.
Langkah 2 : Tuliskan apa saja yang diketahui dan yang ditanyakan
Diketahui:
Ms = 100 gram = 0,1 Kg
Ts = -75 °C
Tuap = 120 °C
c(es) = 2090 J/Kg K (Kalor jenis Es)
c(air) = 4180 J/Kg K (Kalor Jenis Air)
c(uap) = 2010 J/Kg K (kalor Jenis Uap)
L(es) = 33,44 .10^4 J/Kg (Kalor Lebur Es)
L(uap) = 22,56 . 10^5 J/Kg (Kalor Lebur Uap)
Ditanya : Berapakah kalor yang dibutuhkan?
Proses pertama
Proses yang pertama adalah es membutuhkan kalor untuk menaikkan suhu es dari -10 °C menjadi 0 °C.
Proses Kedua
Setelah suhu Es menjadi 0 °C, kemudian Es masuk ke dalam fase titik lebur dimana akan terjadi perubahan wujud padat (es) menjadi cair (air). Jumah kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan es adalah
Proses Ketiga
Setelah es berubah menjadi air suhu mula-mula air adalah 0 °C. Kemudian untuk menaikkan suhu 0 °C menjadi suhu 100 °C pada titik didih maka kalor yang dibutuhkan adalah
Proses Keempat
Setelah air mendidih proses berikutnya adalah proses perubahan wujud air menjadi uap. Kalor yang dibutuhkan untuk mengubah wujud air menjadi uap adalah
Proses Kelima
Proses terakhir kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu air dari 100 °C menjadi 120 °C
Jadi, Kalor yang dibutuhkan untuk mengubah 100 gram air bersuhu 0 °C menjadi uap air bersuhu 120 °C adalah jumlah dari kelima proses tersebut
Itulah artikel tentang contoh soal dan pembahasan asas black lengkap dengan konsep. Jika ada pertanyaan silahkan tulis di kolom komenter dan jangan lupa juga klik like, share dan follow blog ini jika anda menyukainya. Follo agar tidak ketinggalan updatean artikel terbaru. Terimakasih telah berkunjung.
Advertisement