Contoh Soal Dan Pembahasan Asas Black Disertai Perubahan Wujud Zat

Contoh Soal Dan Pembahasan Asas Black Disertai Perubahan Wujud Zat – Asas Black merupakan suatu prinsip dalam dunia termodinamika yang dikemukakan oleh Joseph Black.

Asas Black ini menjabarkan:

Jika dua buah benda dengan suhu yang berbeda di campurkan, maka benda yang memiliki suhu yang lebih tinggi akan memberikan kalor atau melepaskan kalor kepada benda yang suhunya lebih rendah hingga terjadi kesetimbangan termal antara kedua benda atau suhu akhir pencampuran kedua benda sama.
Jumlah kalor yang diserap oleh benda yang memiliki suhu lebih rendah sama dengan jumlah kalor yang dilepaskan oleh benda yang memiliki suhu lebih tinggi

Bunyi Asas Black adalah sebagai berikut:

ketika zat bersuhu tinggi dan zat bersuhu rendah di campurkan maka banyaknya kalor yang dilepas oleh suatu zat yang memiliki suhu lebih tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima oleh suatu zat yang lebih rendah.

Baca Juga : Kumpulan Soal dan Pembahasan Soal Ujian Nasional (UN) Fisika SMA Part 1 - Gas Ideal (Hukum Pertama Termodinamika)

Kalor Jenis dan Mekanisme Perpindahan Energi (Konduksi, Konveksi dan Radiasi)

Kalor Jenis.

Ketika sejumlah energi di tambahkan kedalah suatu sistem dan dimana sistem tidak mengalami perubahan energi kinetik maupun energi potensial biasanya suahu suatu sitem akan meningkat, terkecuali jika sistem mengalami perubahan fase atau perubahan wujud zat. Jika suatu sistem tersusun dari suatu zat maka untuk menaikan suhu sistem tersebut bergantung pada jenis zat yang terkandung dalam sistem. Jadi besarnya energi yang dibutuhkan untuk menaikan suhu suatu zat akan berbeda beda pula jika zatnya bebeda beda.

Sebagai contoh : Untuk menaikan suhu 1 Kg air sebesar 1 derajat Celsius dibutuhkan energi sebesar 4.186 Kj sedangkan Untuk menaikan suhu 1 Kg tembaga sebesar 1 drajat Celcisus dibutuhkan energi sebesar 387 J.

Kapasitas Kalor (C) dari suatu zat tetentu adalah energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu zat tersebut sebesar 1 drajat Celcius.

Kalor Jenis (c) adalah Kapasitas Kalor (C) persatuan massa, yaitu energi yang dibutuhkan untuk menaikan suhu 1 Kg zat sebesar 1 drajat Celsius.

pada dasarnya kalor jenis adalah merupakan ukuran seberapa sesar sensitifitas suatu zat secara termal terhadap penambahan energi. Semakin besar kalor jenis suatu zat maka energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu suatu zat tersebut akan besar pula, jadi energi yang dibutuhkan untk menaikan suhu zat berbanding lurus dengan kalor jenis zat.

Kapasitas Kalor (C) :

Kalor Jenis (c) :

Jadi besarnya perpindahan Enrgi (Kalor) atau besarnya energi yang dibutuhkan untuk menaikan dan menurunkan suhu adalah :

Q = m c ∆T

Rumus Asas Black

Ingat∶
∆T adalah suhu tinggi - suhu rendah.

Kalor Laten :

Kalor Laten Peleburan

Kalor Laten Penguapan

Catatan : tanda posisf atau negatif bergantung pada proses perubahan fase. Tanda Positif ketika energi masuk ke sistem (Menyerap Kalor), seperti proses peleburan dan penguapan. Tanda negatif berati energi meninggalakan (atau keluar) dari sistem (Melepas Kalor), seperti proses membeku ataupun mengembun.

Kumpulan Contoh Soal Dan Pembahasan Asas Black Disertai Perubahan Wujud Zat

Contoh 1 - Soal Dan Pembahasan Asas Black Disertai Perubahan Wujud Zat

Sebuah balok es bermassa 50 gram dan memiliki suhu 0 °C. Kemudian es tersebut dicelupkan ke dalam sebuah wadah khusus yang telah berisi air 200 gram bersuhu 30 °C. Anggap wadah tersebut tidak menyerap ataupun melepaskan kalor. Jika kalor jenis air adalah 1 kal/gr °C dan kalor lebur es adalah 80 kal/g, maka tentukan suhu akhir campuran tersebut?

Jawab:

Langkah 1 : Gambarkan diagram untuk memvisualisasikan proses apa saja yang terjadi pada saat pencampuran

Penjelasan Penting.

Karena es masih berwujud pada (beku) maka proses yang pertama terjadi adalah proses melebur. Proses meleburnya es hanya mengubah wujud pada menjadi cair akan tetapi suhunya masih sama yaitu 0 °C. Proses ini membutuhkan sejumlah kalor untuk meleburkan es dan dilambangkan QL pada diagram. Besarnya kalor lebur es adalah

Proses kedua adalah proses naiknya suhu es yang telah melebur dan memiliki suhu 0 °C menjadi Tc, proses ini juga membutuhkan kalor dan dilambangkan dengan Q1 pada diagram. Proses ketiga yaitu proses menurunnya suhu air dari 30 °C menjadi suhu setimbang Tc, proses ini dilambangkan dengan Q2 pada diagram. Besarnya kalor untuk menaikkan dan menurunkan suhu air adalah

Sehingga, proses QL dan Q1 merupakan proses yang membutuhkan kalor sehingga akan menyerap kalor. Sedangkan Q2 adalah proses melepaskan kalor untuk menurunkan suhu.

Baca Juga : Contoh Soal Dan Pembahasan Hukum 2 Newton Pada Bidang Miring Licin

Langkah 2 : Tuliskan apa saja yang diketahui dan yang ditanyakan

Diketahui:

M(es) = 50 gram (Massa Es)

M(air) = 200 gram

T(es) = 0 °C (Suhu Es)

T1(air) = 0 °C (Suhu awal air setelah melebur)

T2(air) = 30 °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

Perhatikan pada Q1 di sini kita menggunakan massa es dan kalor jenis air. Hal ini karena pada proses Q1 merupakan proses menaikkan suhu es yang telah melebur jadi air ke suhu setimbang atau ke suhu campuran (Tc). Sehingga massanya kita menggunakan massa es dan kalor jenisnya adalah air.

Langkah Terakhir : Substitusikan nilai yang diketahui, maka diperoleh

Jadi, suhu akhir campuran tersebut adalah 8 °C

Contoh 2 - Soal Dan Pembahasan Asas Black Disertai Perubahan Wujud Zat

Sebuah balok es bermassa 75 gram saat berada pada titik lebur es dimasukkan ke dalam 150 gram air bersuhu 100 °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 Es titik lebur es adalah pada suhu 0 °C, maka suhu balok es bermassa 75 gram mula-mula adalah 0 °C.

Langkah 2 : Tuliskan apa saja yang diketahui dan yang ditanyakan

Diketahui:

M(es) = 75 gram (Massa Es)

M(air) = 150 gram

T(es) = 0 °C (Suhu Es)

T1(air) = 0 °C (Suhu awal air setelah melebur)

T2(air) = 100 °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 40 °C

Contoh 3 - Soal Dan Pembahasan Asas Black Disertai Perubahan Wujud Zat

Sepotong es yang memiliki suhu 0 °C dimasukkan ke dalam 600 gram air bersuhu 40 °C. Setelah terjadi kesetimbangan termal, diperoleh suhu akhir campuran adalah 0 °C. Apabila kalor jenis air = 1 kal/gr °C dan kalor lebur es = 80 kal/gr °C, maka tentukan massa es yang melebur seluruhnya adalah?

Jawab:

Langkah 1 : Gambarkan diagram untuk memvisualisasikan proses apa saja yang terjadi pada saat pencampuran.

Langkah 2 : Tuliskan apa saja yang diketahui dan yang ditanyakan

Diketahui:

M(air) = 600 gram (Massa Air)

T(es) = 0 °C (Suhu Es)

T1(air) = 0 °C (Suhu awal air setelah melebur)

T2(air) = 40 °C (Suhu air yang akan di campur)

Tc = 0 °C ( Suhu Campuran)

c(air) = 1 kal/gr °C

L(es) = 80 kal/g

Ditanya : tentukan massa es yang melebur seluruhnya adalah?

Langkah 3 : Gunakan Konsep atau Rumus yang sesuai

Gunakan Rumus Asas Black

Langkah Terakhir : Substitusikan nilai yang diketahui, maka diperoleh

Jadi, massa es yang melebur seluruhnya adalah 300 gram

Contoh 4 - Soal Dan Pembahasan Asas Black Disertai Perubahan Wujud Zat

Sebuah es bermassa 125 gram bersuhu 0 °C kemudian dimasukkan ke dalam wadah berisi 500 gram air bersuhu 20 °C. Ternyata es tersebut melebur seluruhnya ( 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.

Langkah 2 : Tuliskan apa saja yang diketahui dan yang ditanyakan

Diketahui:

M(es) = 125 gram (Massa Es)

M(air) = 500 gram

T(es) = 0 °C (Suhu Es)

T1(air) = 0 °C (Suhu awal air setelah melebur)

T2(air) = 20 °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 0 °C

Contoh 5 - Soal Dan Pembahasan Asas Black Disertai Perubahan Wujud Zat

Es bersuhu 0 °C dimasukkan ke dalam 143,5 gram air yang memiliki suhu 22 °C. Kemudian es dan air tersebut dimasukkan ke dalam sebuah bejana. Asumsikan bahwa bejana tidak menyerap dan melepaskan kalor. Diketahui kalor jenis air = 1 kal/gr °C dan kalor lebur es = 80 kal/gr °C. Jika suhu kesetimbangan termal terjadi pada suhu 2 °C. Maka tentukan massa es yang dimasukkan ke dalam bejana tersebut?

Jawab:

Langkah 1 : Gambarkan diagram untuk memvisualisasikan proses apa saja yang terjadi pada saat pencampuran.