Contoh soal dan pembahasan jawaban kalor, materi fisika SMP Kelas 7 (VII), tercakup rumus-rumus kalor jenis zat, dan asas black atau pertukaran kalor hubungannya dengan massa dan kenaikan suhu benda serta membedakan perpindahan kalor secara konveksi, konduksi dan radiasi. Soal No. 1
T2 = 80°C Kalor yang diperlukan: Q = m x c x Δ T Q = 100 x 1 x (80−20) Q = 100 x 60 Q = 6000 kalori Soal No. 2 Pembahasan m = 100 gram = 0,1 kg c = 4200 J/kg °C T1 = 20°C T2 = 100°C Kalor yang diperlukan: Q = m x c x Δ T Q = 0,1 x 4200 x (100−20) Q = 420 x 80 Q = 33600 joule Soal No. 3 Pembahasan m = 200 gram c = 0,5 kal/gr°C T1 = −5°C T2 = −1°C Kalor yang diperlukan: Q = m x c x Δ T Q = 200 x 0,5 x [−1−(−5)] Q = 100 x 4 Q = 400 kalori Soal No. 4 Pembahasan Data soal: m = 150 gram L = 80 kal/gr Kalor untuk melebur seluruh es: Q = m x L Q = 150 x 80 Q = 12000 kalori Soal No. 5 Pembahasan Data soal: m = 250 gram ces = 0,5 kal/gr°C Les = 80 kal/gram Proses 1, menaikkan suhu es, kalor yang diperlukan: Q1 = m x c x ΔT Q1 = 250 x 0,5 x 5 Q1 = 625 kalori kalori Proses 2, meleburkan seluruh es, kalor yang diperlukan: Jumlah kalor seluruhnya yaitu Q1 + Q2 Q = 625 + 20000 Q = 20625 kalori Soal No. 6 Pembahasan Data soal: mes = mair = 200 gram ces = 0,5 kal/gr°C cair = 1 kal/gr°C Les = 80 kal/gram Proses 1, menaikkan suhu es, kalor yang diperlukan: Q1 = m x c x ΔT Q1 = 200 x 0,5 x 5 Q1 = 500 kalori Proses 2, meleburkan seluruh es, kalor yang diperlukan: Proses 3, menaikkan suhu air dari 0 hingga 100 Q3 = m x c x ΔT Q3 = 200 x 1 x 100 Q3 = 30000 Keseluruhan jumlah kalor yang diperlukan adalah jumlah dari Q1, Q2 dan Q3: Q = 500 + 16000 + 30000 Q = 46500 kalori Soal No. 7 Pembahasan Data soal: m1 = 200 gram m2 = 300 gram c1 = c2 = 1 kal/gr°C ΔT1 = t − 20 ΔT2 = 90 − t Asas pertukaan kalor/asas black Qlepas = Qterima m2 x c2 x ΔT2 = m1 x c1 x ΔT1 300 x 1 x (90 − t) = 200 x 1 x (t − 20) 27000 − 300t = 200t − 4000 27000 + 4000 = 300t + 200t 31000 = 500t t = 31000 / 500 t = 62°C Soal No. 8 Pembahasan Data soal: m1 = 100 gram m2 = 200 gram c1 = 0,2 kal/gr° c2 = 1 kal/gr°C ΔT1 = t − 30 ΔT2 = 90 − t Asas pertukaan kalor/asas black Qlepas = Qterima m2 x c2 x ΔT2 = m1 x c1 x ΔT1 200 x 1 x (90 − t) = 100 x 0,2 x (t − 30) 18000 − 200t = 20 t − 600 18000 + 600 = 200t + 20t 18600 = 220t t = 18600 / 220 t = 84,5 °C Soal No. 9 Peristiwa-peristiwa berikut berkaitan dengan proses perpindahan kalor: 1) besi yang dibakar salah satu ujungnya, beberapa saat kemudian ujung yang lain terasa panas. 2) terjadinya angin darat dan angin laut 3) sinar matahari sampai ke bumi 4) api unggun pada jarak 3 meter terasa panas 5) asap sisa pembakaran bergerak melalui cerobong dapur 6) air yang direbus, bagian bawah mengalir ke atas. 7) gelas kaca diisi air panas, bagin luar gelas ikut terasa panas. 8) pakaian yang lembab disetrika menjadi kering Pilahkan peristiwa-peristiwa di atas berdasarkan kaitannya dengan perpindahan kalor secara konduksi, konveksi dan radiasi! Pembahasan 1) besi yang dibakar salah satu ujungnya, beberapa saat kemudian ujung yang lain terasa panas → konduksi 2) terjadinya angin darat dan angin laut→ konveksi 3) sinar matahari sampai ke bumi → radiasi 4) api unggun pada jarak 3 meter terasa panas → radiasi 5) asap sisa pembakaran bergerak melalui cerobong dapur → konveksi 6) air yang direbus, bagian bawah mengalir ke atas → konveksi 7) gelas kaca diisi air panas, bagin luar gelas ikut terasa panas→ konduksi 8) pakaian yang lembab disetrika menjadi kering→ konduksi Soal No. 10 Air bermassa 500 gram mengalami penurunan suhu dari D menjadi C. Jika kalor jenis air 4200 J/kg°C, tentukan jumlah kalor yang dilepaskan oleh air, nyatakan dalam satuan kilojoule! Pembahasan Q = m x c x Δ T Q = 0,5 x 4200 x 50 Q = 105000 joule Q = 105 kJ 1. Untuk menaikkan suhu air laut 1°C diperlukan kalor 3900 Joule. Jika kalor jenis air laut 3,9 × 103 J/Kg°C, maka massa air laut adalah … A. 100 kg B. 10 kg C. 1 kg D. 0,1 kg Pembahasan Diketahui : Perubahan suhu (ΔT) = 1oC Kalor (Q) = 3900 Joule Kalor jenis air laut (c) = 3,9 x 103 J/Kg°C = 3900 J/Kg°C Ditanya : Massa air laut (m) Jawab : Rumus kalor : Q = m c ΔT Keterangan : Q = kalor, m = massa, c = kalor jenis, ΔT = perubahan suhu m = Q / c ΔT = 3900 / (3900)(1) = 3900 / 3900 = 1 Jadi massa air laut (m) = 1 kilogram Jawaban yang benar adalah C. 2. Tembaga bermassa 2 kg dengan suhu 30°C. Menerima kalor sebesar 39.000 J. Jika kalor jenis tembaga 390 J/kg °C, maka suhu akhir dari tembaga adalah … A. 80°C B. 50°C C. 30°C D. 20°C Pembahasan Diketahui : Massa (m) = 2 kg Suhu awal (T1) = 30oC Kalor yang diserap (Q) = 39.000 Joule Kalor jenis (c) tembaga = 390 J/kg oC Ditanya : Suhu akhir tembaga (T2) Jawab : Rumus kalor : Q = m c ΔT Keterangan : Q = kalor, m = massa, c = kalor jenis, ΔT = perubahan suhu Q = m c ΔT = m c (T2 – T1) 39.000 = (2)(390)(T2 – 30) 100 = (2)(1)(T2 – 30) 100 = (2)(T2 – 30) 50 = T2 – 30 T2 = 50 + 30 T2 = 80oC Jawaban yang benar adalah A. 3. Untuk menaikkan suhu 5 kg air dari 15°C menjadi 40°C diperlukan kalor sebanyak…. (kalor jenis air 4,2 × 103 J/Kg° C) A. 525.000 J B. 420.000 J C. 150.000 J D. 21.000 J Pembahasan Diketahui : Massa (m) = 5 kg Suhu awal (T1) = 15°C Suhu akhir (T2) = 40°C Kalor jenis air (c) = 4,2 × 103 J/kg° C Ditanya : Kalor (Q) Jawab : Rumus Kalor : Q = m c ΔT Q = (5 kg)(4,2 × 103 J/kg°C)(40°C – 15°C) Q = (5)(4,2 × 103 J)(25) Q = 525 x 103 J Q = 525.000 Joule Jawaban yang benar adalah A. 4. 2 kg air dari suhu 24°C dipanaskan menjadi 90°C. Jika kalor jenis 4.200 Joule/kg°C, maka kalor yang diterima air adalah … A. 336.000 Joule B. 259.200 Joule C. 554.400 Joule D. 543.600 Joule Pembahasan Diketahui : Massa air (m) = 2 kg Suhu awal (T1) = 24°C Suhu akhir (T2) = 90°C Kalor jenis air (c) = 4.200 Joule/kg°C Ditanya : Kalor (Q) yang diterima air adalah…. Jawab : Kalor : Q = m c ΔT Q = (2 kg)(4.200 Joule/kg°C)(90°C – 24°C) Q = (2 kg)(4.200 Joule/kg°C)(66°C) Q = (132)(4.200 Joule) Q = 554.400 Joule Jawaban yang benar adalah C. 5. Air massanya 5 gr dipanaskan dari 10°C sampai 40°C. Jika kalor jenis air 1 kal/ gr°C, banyaknya kalor yang diperlukan untuk suhu air adalah … A. 100 kalori B. 150 kalori C. 200 kalori D. 400 kalori Pembahasan Diketahui : Massa (m) = 5 gram Suhu awal (T1) = 10oC Suhu akhir (T2) = 40oC Kalor jenis air (c) = 1 kal/ gr°C Ditanya : Kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu air Jawab : Rumus kalor : Q = m c ΔT Q = (5 gram)(1 kal/ gr°C)(40oC – 10oC) Q = (5)(1 kal)(30) Q = 150 kalori Jawaban yang benar adalah B. 6. Bahan penghantar kalor yang paling baik adalah … A. alumunium B. raksa C. besi D. kaca Pembahasan Suatu bahan dapat menghantar kalor dengan baik atau tidak bergantung pada jenis bahan tersebut. Besaran fisika yang menyatakan kemampuan suatu bahan dalam menghantar kalor disebut konduktivitas termal. Semakin besar nilai konduktivitas termal, semaki baik kemampuan bahan tersebut dalam menghantar kalor. Di bawah ini adalah nilai konduktivitas termal beberapa bahan : Aluminium = 200 J/m s Co Besi = 40 J/m s Co Raksa = 8,30 J/m s Co Kaca = 0,84 J/m s Co Berdasarkan data di atas, nilai konduktivitas termal terbesar adalah aluminium. Jawaban yang benar adalah A. 7. Air sebanyak 0,2 kg bersuhu 25oC dipanaskan dengan kalor sebesar 42.000 Joule. Bila kalor jenis air = 4200 J/kg oC, maka besar suhu akhir air adalah….. A. 100oC B. 80oC C. 75oC D. 50oC Pembahasan Semua satuan dinyatakan dalam satuan Internasional kecuali satuan suhu tetap menggunakan Celcius karena kalor menggunakan satuan J/kg oC. Diketahui : Massa air (m) = 0,2 kg Kalor (Q) = 42.000 Joule Kalor jenis air (c) = 4200 J/kg oC Suhu awal (T1) = 25oC Ditanya : Suhu akhir (T2) Jawab : Rumus kalor : Q = m c ΔT = m c (T2 – T1) Keterangan rumus : Q = kalor, m = massa, c = kalor jenis, ΔT = perubahan suhu, T1 = suhu awal, T2 = suhu akhir Suhu akhir air adalah : Q = m c (T2 – T1) 42.000 = (0,2)(4200)(T2 – 25) 42.000 = 840 (T2 – 25) 42.000 = 840 T2 – 21.000 42.000 + 21.000 = 840 T2 63.000 = 840 T2 T2 = 63.000 / 840 T2 = 75oC Jawaban yang benar adalah C. Perubahan Suhu dan Perubahan Wujud8. Berdasarkan grafik, banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh 5 kg air dalam proses dari C ke D (kalor jenis air = 4.200 J/kg oC) adalah… A. 210.000 J B. 420.000 J C. 21.000.000 J D. 42.000.000 J Pembahasan Diketahui : Massa air (m) = 5 kg Kalor jenis air (c) = 4200 J/kg oC Suhu awal (T1) = 0 oC Suhu akhir (T2) = 10 oC Perubahan suhu (ΔT) = 10 oC – 0 oC = 10 oC Ditanya : Kalor yang diserap (Q) Jawab : Rumus kalor : Q = m c ΔT = (5 kg)(4200 J/kg oC)(10 oC) = (5)(4200 J)(10) = (50)(4200 J) = 210.000 Joule Jawaban yang benar adalah A. 9. Perhatikan grafik di samping! Besar kalor yang diperlukan untuk mengubah 200 gram es pada proses A ke C, jika kalor jenis es 2100 J/kg oC dan kalor lebur es 336.000 J/kg adalah….. A. 4.200 Joule B. 67.200 Joule C. 71.400 Joule D. 75.600 Joule Pembahasan Diketahui : Semua satuan harus dinyatakan dalam satuan Sistem Internasional Massa es (m) = 200 gram = 200/1000 kilogram = 0,2 kilogram Kalor jenis (c) = 2100 J/kg oC Kalor lebur es (LF) = 336.000 J/kg Ditanya : Besar kalor yang diperlukan pada proses A ke C Jawab : Pada proses A ke B, kalor diserap es untuk menaikkan suhunya dari -10oC menjadi 0oC. Banyaknya kalor yang diserap pada proses A ke B dihitung menggunakan rumus kalor : Q = m c ΔT Keterangan rumus : Q = kalor yang diserap, m = massa es, c = kalor jenis es, ΔT = perubahan suhu Jadi banyaknya kalor yang diserap adalah : Q1 = m c ΔT = (0,2)(2100)(0-(-10) = (0,2)(2100)(10) = (2)(2100) = 4200 Joule Pada proses B ke C, kalor diserap untuk mencairkan semua es menjadi air. Pada proses ini hanya terjadi perubahan wujud dan tidak terjadi perubahan suhu. Suhu es dan air tetap 0oC. Banyaknya kalor yang diserap pada proses B ke C dihitung menggunakan rumus kalor : Q2 = m LF = (0,2 kg)(336.000 J/kg) = 67200 Joule Banyaknya kalor yang diserap pada proses A ke C : Q = Q1 + Q2 = 4200 Joule + 67200 Joule = 71400 Joule Jawaban yang benar adalah C. 10. Perhatikan grafik hasil percobaan berikut! Bila 2 kg air dipanaskan, dan kalor uap air = 2,27 x 106 J/kg, kalor jenis air = 4.200 J/kg oC dan tekanan udara 1 atmosfir, maka jumlah kalor yang diperlukan untuk proses dari B ke C adalah sebesar… A. 3.360 kiloJoule B. 4.540 kiloJoule C. 4.876 kiloJoule D. 5.212 kiloJoule Pembahasan Diketahui : Massa air (m) = 2 kg Kalor uap air (LV) = 2,27 x 106 J/kg Kalor jenis air (c) = 4.200 J/kg oC Ditanya : Jumlah kalor yang diserap untuk proses dari B ke C. Jawab : Pada proses A ke B, kalor yang diserap air digunakan untuk menaikan suhu air dari 60oC sampai 100oC. Pada tekanan udara 1 atmosfir, suhu air mendidih adalah 100oC dan setelah mencapai suhu 100oC air tidak mengalami perubahan suhu lagi tetapi mengalami perubahan wujud cair menjadi gas. Pada proses B ke C, kalor yang diserap digunakan untuk menguapkan semua air menjadi gas. Banyaknya kalor yang diserap dihitung menggunakan rumus : Q = m LV = (2 kg)(2,27 x 106 J/kg) = 4,54 x 106 Joule = 4540 x 103 Joule = 4540 kilo Joule Jawaban yang benar adalah B. 11. Perhatikan grafik berikutlEs yang massanya 50 gram dipanaskan dari -5oC menjadi air bersuhu 60oC air. Jika kalor lebur es = 80 kal/gram, kalor jenis es = 0,5 kal/gram oC, kalor jenis air = 1 kal/gram oC, maka banyaknnya kalor yang diperlukan pada saat proses dari C ke D adalah…. A. 125 kaloriB. 3.000 kaloriC. 4.000 kalori D. 7.125 kalori Pembahasan Diketahui :Massa es (m es) = 50 gram Suhu es (T es) = -5 oC Kalor jenis es (c es) = 0,5 kal/gram oCKalor lebur es (L es) = 80 kal/gram Suhu air (T air) = 60 oC Kalor jenis air (c air) = 1 kal/gram oCDitanya : Banyaknya kalor pada proses C ke D Jawab : Pada proses A ke B, suhu es berubah dari -5 oC menjadi 0 oCPada proses B ke C, semua es berubah menjadi air (wujud padat berubah menjadi wujud cair). Pada proses ini, suhu tidak berubah. Pada proses C ke D, suhu air berubah dari 0 oC menjadi 60 oC Kalor yang diperlukan pada proses A ke B :Q = m c ΔT Q = (mes)(ces)(0 – Tes) Q = (50)(0,5)(0-(-5)) = (50)(0,5)(5) = 125 kaloriKalor yang diperlukan pada proses B ke C :Q = m LQ = mes Les Q = (50)(80) = 4000 kaloriKalor yang diperlukan pada proses C ke D :Q = m c ΔTQ = (mair)(cair)(Tair – 0) Q = (50)(1)(60-0) = (50)(1)(60) = 3000 kalori Kalor yang diperlukan pada proses A ke D :Q = 125 + 4000 + 3000 Q = 7125 kalori Penulis menghitung jumlah kalor pada semua proses agar anda dapat memahami cara menyelesaikan soal sejenis ini. Yang ditanyakan adalah kalor yang diperlukan pada proses C ke D. Jawaban yang benar adalah B. 12. Berdasarkan grafik di samping banyaknya kalor yang dibutuhkan 3 kg es dalam proses dari A-B-C adalah… (kalor jenis es = 2.100 J/kgoC, kalor lebur es = 336.000 J/kg)A. 630 kJB. 819 kJC. 1071 kJ D. 3276 kJ Pembahasan Grafik di atas menggambarkan proses perubahan wujud es menjadi air. Q = m LF Q = (3)(336.000) = 1.008.000 JouleBanyaknya kalor yang dibutuhkan es pada proses A-B-C adalah :63 kJ + 1.008 kJ = 1071 kJJawaban yang benar adalah C. 13. Perhatikan grafik pemanasan 500 gram es suhu -10oC berikut! Jika kalor jenis es 2100 J/kgoC, kalor jenis air 4.200 J/kgoC, dan kalor lebur es 336.000 J/kg. Berapakah kalor yang dibutuhkan untuk proses dari B-C-D ?A. 31.500 JB. 63.000 JC. 168.000 J D. 231.000 J PembahasanMassa es dinyatakan dalam satuan gram karenanya ubah menjadi satuan kilogram (satuan internasional). 500 gram = 0,5 kg.Pada proses B-C, kalor digunakan untuk mencairkan semua es menjadi air Q = m LF Q = (0,5)(336.000) = 168.000 JoulePada proses C-D, kalor digunakan untuk menaikkan suhu air dari 0oC sampai 30oC Q = m c (delta T)Q = (0,5)(4200)(30-0) = (0,5)(4200)(30) = 63.000 JouleBanyaknya kalor yang dibutuhkan es pada proses B-C-D :168.000 Joule + 63.000 Joule = 231.000 JouleJawaban yang benar adalah D. 14. Pada proses P-Q, kalor digunakan untuk menaikkan suhu es dari -5oC sampai 0oC Q = m c (delta T)Q = (1)(2100)(0-(-5)) = (1)(2100)(5) = 10.500 JoulePada proses Q-R, kalor digunakan untuk mencairkan semua es menjadi airQ = m LF Q = (1)(336.000) = 336.000 JouleBanyaknya kalor yang dibutuhkan es pada proses P-Q-R adalah :10.500 Joule + 336.000 Joule = 346.500 JouleJawaban yang benar adalah D. 15. Perhatikan grafik pemanasan 1 kg es berikut ini! Jika kalor jenis es 2.100 J/kgoC, kalor lebur es 336.000 J/kg dan kalor jenis air adalah 4.200 J/kgoC, maka kalor yang dibutuhkan dalam proses dari P-Q-R adalah… A. 10.500 J B. 21.000 J C. 336.000 J D. 346.500 J Pembahasan Diketahui : Massa es = 1 kg Kalor lebur es (LF) = 336.000 J/kg Kalor jenis es (c es) = 2.100 J/kgoC Kalor jenis air (c air) = 4.200 J/kgoC Ditanya : Kalor yang diperlukan pada proses P-Q-R Jawab : Pada proses P ke Q, kalor digunakan untuk menaikkan suhu es dari -5oC menjadi 0oC. Kalor dihitung menggunakan rumus : Q = m c ΔT, di mana Q = kalor, m = massa es, c = kalor jenis es, ΔT = perubahan suhu dari -5oC sampai 0oC. Kalor yang diperlukan pada proses P ke Q : Q = m c ΔT = (1)(2100)(0-(-5)) = (2100)(5) = 10500 Joule Pada proses Q ke R, kalor digunakan untuk mencairkan semua es menjadi air. Pada proses ini, suhu tidak berubah. Kalor dihitung menggunakan rumus : Q = m LF, di mana Q = kalor, m = massa es, LF = kalor lebur es. Kalor yang diperlukan pada proses Q ke R : Q = m LF = (1)(336.000) = 336.000 Joule Kalor total : 10500 + 336.000 = 346.500 Joule Jawaban yang benar adalah D. Sumber soal: Soal UN IPA SMP/MTs |