soal-soal tentang termodinamika-suhu dan panas

SUHU DAN PANAS

Latihan soal

1.       masukkan sepotong kecil es yang meleleh ke dalam mulut Anda. Akhirnya, seluruh air berubah dari es pada T₁ = 32,00°F ke suhu tubuh, T₂ = 98,60°F. Nyatakan suhu-suhu itu dalam °C dan K, dan cari ∆T= T₂-T₁ dalam kedua skala.!

2.        bila kalor jenis es = 0,5 kal/g°C, maka untuk menaikkan suhu 800 gram es dari -12°C menjadi 0°C dibutuhkan kalor sebanyak...

3.       Karena suhunya dinaikkan dari 0°C menjadi 100°C suatu baja yang panjangnya 1 m bertambah panjang 1 mm. Berapa pertambahan panjang batang baja yang mula-mula panjangnya 60 cm, bila dipanaskan dari 0°C menjadi 120°C?

4.       Sebuah ruang dengan pendingin (AC) memiliki kaca jendela yang luasnya 2,0 m x 1,75 m dan tebalnya 3,2 mm. Jika suhu pada permukaan dalam kaca 25°C dan suhu pada permukaan luar kaca 31°C, maka laju konduksi kalor yang masuk ke ruang itu adalah....(k= 0,8 W/mK)

5.       Kawat lampu pijar yang luasnya 50 mm² meradiasikan energi dengan laju 2,835 W. Jika kawat pijar dapat dianggap sebagai benda hitam sempurna, maka suhu permukaannya adalah.....

Jawaban

1. Diket   : T₁ = 32,00°F

               T₂ = 98,60°F

Ditanya: T dalam °C dan K, ∆T=.....?

Jawab  : T₁ = 32,00°F = 0°C

              T₁  = 273,15 K

               T₂ = 98,60°F

                 = 5/9 (98,6°F- 32°)

                 = 37°C

              T₂ = 37°C + 273,15°

                 = 310,15 K

             ∆T= T₂-T₁

                            = (37°C - 0°C)

                  = 37°C

2. Diket : c_es = 0,5 kal/g°C

                         m_es = 800 g         

                          T₁ = -12°C

                 T₂ = 0°C

    Ditanya : Q =.....?

    Jawab : Q = m_es c _es ∆T

                     = 800 g. 0,5 kal/g°C.( 0°C-(-12°C))

                     = 4,8 x 10³ kal

3. Diket: ∆T₀ = 100°C

              L₀= 1 m = 1000 mm

                      ∆L ₀= 1 mm

   Ditanya : ∆L₁ jika L₁= 600 mm dan ∆T₁ = 120°C.....?

   Jawab : ∆L₀ = αL_o∆T₀

                α = ∆L₀ / L_o∆T₀

                   = 1 mm/ (1000 mm x 100 °C)

                   = 10 ^-5/°C

               ∆L₁ = αL₁∆T₁

                    = 10 ^-5/°C. 600 mm. 120°C

                    = 0,72 mm

4. Diket : A = 2,0 m x 1,75 m = 3,5 ㎡

               L =3,2 mm = 3,2 x 10^-3 m

               k = 0,8 W/mK

               ∆T = 6 K

    Ditanya : Q/t =....?

    Jawab : Q/t =kA((T_H-T_C)/L)

                       = 0,8 W/mK.3,5 m².(6 K/3,2 x 10^-3 m)

                       = 5,25 W

5. Diket : A = 50 mm² = 5 x 10^-5 m²

                        Q/t= 2,835 W

                        e = 1 (dianggap sebagai benda hitam sempurna)

                σ = 5,67 x 10^-8 W/m²K⁴

       Ditanya : T =......?

     Jawab : H = AeσT⁴

         2,835 W= 5 x 10^-5 m^{2 .}1.5,67 x 10^-8 W/m²K⁴.T⁴

                              T⁴ = 2,835 W/2,835 x 10^-12WK⁴

                              T⁴ = 10¹² K⁴

                              T = 10³ K

Soal

1. Konversikan suhu celcius berikut ini ke fahrenheit: a)-62,8°C, b) 56,7°C, c)31,1°C

2. Konversikan suhu berikut ke dalam skala kelvin :

    a) -70°F, b)127°F, c) -90°F

3. Jembatan Humber di Inggris memiliki rentangan tunggal terpanjang di dunia, yaitu 1410 m. Hitung perubahan panjang dari bahan baja tersebut, saat suhu naik dari -5°C ke 18°C.

4. Sebuah ketel teh aluminium dengan massa 1,5 kg berisi air 1,8 kg dan diletakkan di atas tungku. Jika tidak ada yang hilang ke lingkungan, berapa banyak panas harus ditambahkan untuk menaikkan suhu dari 20°C ke 85°C?

5. Berapa banyak panas dibutuhkan untuk mengubah 12 gram es pada -10°C menjadi uap pada 100°C? Nyatakan jawaban Anda  dalam joule, kalori, dan Btu!

Jawaban

1. Diket : a) -62,8°C

                   b) 56,7°C

                   c) 31,1°C

        Ditanya : F :....?

        Jawab : a) F = 9/5. (-62,8°) + 32°

                            = -81,04°F

                     b) F = 9/5. (56,7°) + 32°

                            = 134,06°F

                     c) F = 9/5. (31,1°) + 32°

                            = 87,98°F

2. Diket : a) -70,0°F

               b) 127,0°F

               c) -90,0°F

   Ditanya : K=....?

   Jawab : a) K= 5/9 (-70°-32°)+ 273,15° = 216,5 K

                b) K= 5/9 (127°-32°)+ 273,15° = 325,9 K

                c) K= 5/9 (-90°-32°)+ 273,15° = 205,37 K

3. Diket : L₀ =1410 m

                        T₁ = -5°C

                        T₂ = 18°C

               ∆T = T₂- T₁= 23 K

                α = 1,2 x 10^-5 /K

    Ditanya : ∆L =...?

    Jawab : ∆L = αL₀ ∆T

                      = 1,2 x 10^-5 /K.1410 m.23 K

                      = 0.389 m

4. Diket : m_Al = 1,5 kg

                        m_air = 1,8 kg

                         ∆T = 65 K

              c_Al = 910 J/kg K

               c_air = 4190 J/kg K   

     Diket : Q =......?

    Jawab : Q = m_airc_air∆T + m_Alc_Al∆T

          = 1,8 kg.4190 J/kg K.65 K +1,5 kg.910 J/kg K.65 K

          = 88725 J + 490230 J

          = 578955 J

          = 5,79 x 10⁵ J

5. Diket : m_es = 12 g      c_es = 2100 J/kg K

                        T_awal= -10°C      c_air = 4190 J/kg K

               T_akhir= 100°C

               L = 334 x 10³ J/kg

               U = 2256 x 10³ J/kg

      Ditanya : Q dlm joule, kalori, Btu=....?

      Jawab : Q=m_esL+m_esc_es∆T+m_airc_air∆T+m_airU

 Q=1,2 x 10^-2kg.334 x 10³ J/kg+1,2 x 10^-2kg.2100 J/kg.K.(10K)+1,2 x 10^-2kg.4190 J/kg K.(100K)+1,2 x 10^-2kg.2256 x 10³ J/kg

 Q=3,64 x 10⁴ J

 Q=(3,64 x 10⁴ /4,186) kal= 8,69 x 10³ kal

  Q=(3,64 x 10⁴/1055) Btu = 34,5 Btu