Anita Rahman - 1810129320001 - Tugas Kalor Dan Suhu (BLM) [PDF]

Citation preview

Nama



: Anita Rahman



NIM



: 1810129320001



Mata Kuliah : Termodinamika



Suhu dan Kalor Selesaikan permasalahan di bawah ini! 1. Tentukan perubahan panjang pada: a. Sebuah penggaris alumunium panjang awal adalah 1 m didinginkan dari suhu 450C hingga 100C dengan koefisien muai panjang 2,5 x 10-5/0C. b. Sebuah jembatan beton pada malam hari di musim dingin suhu -10 0C dan panjangnya 80 m sedangkan pada musim panas di siang hari suhu mencapai 300C dengan koefisien muai panjang beton 1,2 x 10-5/0C. c. Bagaimana perbedaan perubahan panjang antara soal a dan b? 2. Tentukan suhu akhir pada kedua benda berikut: a. Sebuah koin perak (c = 230 J kg -1 K-1) yang memiliki suhu 1000C dan massa 40 gram dibiarkan di udara melepas kalor sebesar 736 J. b. Air bermassa 176 gram yang suhu awalnya 300C jika menyerap kalor sebesar 736 J. (cair = 4180 J kg-1 K-1) c. Bagaimana perbedaan suhu akhir pada soal soal a dan b? 3. Pada malam hari Syahdi merasa besi lebih dingin daripada kayu ketika dia memegangnya namun pada siang hari setelah kedua benda tersebut terkena sinar matahari Syahdi malah merasa besi lebih panas daripada kayu. Syahdi ingin mengetahui penyebab dari kesimpulan tersebut, kemudian dia menganalisis perbedaan keadaan besi dan kayu, didapatkan hasil sebagai berikut 1. Kalor jenis besi lebih kecil daripada kayu 2. Konduktivitas besi lebih besar 3. Koefisien muai kayu lebih kecil 4. Besi adalah salah satu jenis konduktor



Dari kelima analisa tersebut manakah yang menyebabkan besi lebih dingin pada malam hari dan lebih panas pada siang hari dan beri penjelasan. 4. Pada siang hari Azmi mandi di sungai, ia merasakan bahwa air sungai lebih dingin daripada udara disekitar sungai. Azmi ingin mengetahui penyebab dari kesimpulan tersebut, kemudian dia menganalisis perbedaan keadaan air dan udara sekitar, didapatkan hasil sebagai berikut. 1. Air sungai terus bergerak 2. Kalor jenis air lebih besar daripada udara 3. Air penyerap kalor 4. Koefisien muai air lebih kecil Dari keempat analisa tersebut manakah yang menyebabkan air sungai lebih dingin daripada udara sekitar dan beri penjelasan. 5. Seorang ibu kesulitan membuka tutup botol yang terbuat dari alumunium yang melekat pada sebuah botol kaca. Ibu itu akhirnya merendam botol tersebut ke dalam air panas beberapa menit. Setelah itu ia mencoba membuka botol kembali dan mendapatkan bahwa botol tersebut dapat dibuka. Dari kejadiaan tersebut kesimpulan apa yang dapat kamu temukan serta berikan penjelasan. 6. Seorang peneliti ingin mengambil sebuah batang yang merupakan sambungan dua batang yang berbeda jenisnya (seperti gambar).



A



B



Dua batang A dan B mempunyai ukuran yang sama, ujung kiri batang A bersuhu 00C dan ujung kanan batang B bersuhu 100 0C. Koefisien konduksi kalor batang B adalah setengah kali koefisien konduksi kalor batang A. Jika peneliti tersebut akan mengambil batang pada bagian tengahnya (bidang batas batang A dan batang B) tanpa menggunakan sarung tangan setujukah kalian dengan keinginan peneliti tersebut? Jelaskan mengapa demikian. 7. Suatu ketika Nada ingin meminum segelas teh hangat dengan suhu 800C. Jika ternyata Nada hanya memiliki sebongkah es bermassa 500 gram dengan suhu -150C. Jika diketahui kalor jenis es 2100 J/kg K, kalor jenis air 4200 J/kg K



dan kalor lebur es 336000 J/kg. Berapakah kalor yang diperlukan Nada untuk mengubah es tersebut menjadi air teh bersuhu 800C (sertakan diagram kalor). 8. Emel memasukkan a gram air 420C dengan b gram es -40C kedalam sebuah bejana yang massanya diabaikan. Setelah diaduk, ternyata 50% es melebur. Jika kalor jenis air = 1 kal/g 0C, titik lebur es = 00C, kalor jenis es= 0,5 kal/g 0



C, kalor lebur es = 80 kal/g 0C, hitung berapa perbandingan massa a dan b



yang dimasukkan Emel ke dalam bejana. 9. Luka bakar yang diakibatkan oleh tersiram 200 gram air bersuhu 100 0C akan lebih parah dibandingkan tersentuh 200 gram besi bersuhu 1000C. Hal ini dipengaruhi oleh kalor yang tersimpan dalam 200 gram air bersuhu 1000C lebih banyak dibandingkan dengan yang tersimpan dalam 200 gram besi bersuhu 1000C. Benarkah kedua pernyataan tersebut dan apakah kedua pernyataan tersebut berhubungan? 10. Sesudah pulang sekolah An ggun dan Winda makan siang bersama. Winda memesan sup yang berbahan dasar air sedangkan Anggun memesan bubur ayam. Setelah beberapa menit Winda mengajak Anggun untuk pulang karena makanannya telah habis tetapi Anggun belum bisa pulang karena makanannya masih tersisa. Winda menanyakan mengapa Anggun makan lebih lama daripada dirinya? Anggun beralasan kalau bubur ayam yang dia pesan mengandung kalor jenis yang lebih besar daripada sup yang berbahan dasar air yang dipesan Winda. Jika jumlah kalor yang dilepaskan sup dan bubur ayam sama maka bahan yang memiliki kalor jenis yang lebih besar memerlukan waktu yang lebih lama untuk melepaskan kalor. Berdasarkan kejadian tersebut setujukah Kamu dengan pernyataan Anggun? 11. Morganissa berniat menambahkan 150 gram air dengan suhu 00C. Niat Morganissa tersebut tiba-tiba dihalangi oleh Nani, ia mengatakan lebih baik Morganissa menggunakan 150 gram es yang bersuhu 00C. Morganissa bingung kenapa Nani menyarankan demikian, Nani kemudian mengatakan karena es memerlukan kalor untuk melebur menjadi air sehingga lebih banyak kalor yang diserap oleh es dibandingkan air. Dari kejadian tersebut



setujukah kamu dengan pendapat Nani? Apakah pernyataan Nani tersebut merupakan hubungan sebab akibat? Jawaban: 1. a. Diketahui: lo



= 1 meter



T1



= 45o C



T2



= 10o C



ΔT =T 2−T 1=10 ℃−45 ℃=−35 ℃ α =2,5 x 10−5 /℃ Ditanya: Δl ? Jawab: ∆ l=l o × α × ∆ T ∆ l=1× 2,5. 10−5 ×−35 ℃ ∆ l=−87,5 .10−5 m=−0,000875 m b. Diketahui: lo



= 80 meter



T1



= -10o C



T2



= 30o C



ΔT =T 2−T 1=30 ℃−(−10 ℃ )=40 ℃ α =1,2 x 10−5 /℃ Ditanya: Δl ? Jawab: ∆ l=l o × α × ∆ T ∆ l=80 ×1,2 .10−5 × 40 ℃ ∆ l=38,4 .10−3 m=0,0384 m c. Berdasarkan hasil perhitungan, perubahan panjang (∆ l ¿ yang dihasilkan pada soal b lebih besar yaitu 0,0384 m dari pada soal a yaitu 0,000875 m.



2. a.



Diketahui: ckoin = 230 J Kg-1 K-1 T1



= 100oC



m



= 40 gr = 4 . 10-2 kg



Q



= 736 J



Ditanya: T2 ? Jawab: Q=m× c × ∆ T 736=4 . 10−2 ×230 × ∆ T ∆T=



736 736 = =80 ℃ −2 −1 4 .10 × 230 92 . 10



∆ T =T 2−T 1 80 ℃=T 2−100 ℃ T 2=180 ℃ b.



Diketahui cair



= 4180 J Kg-1 K-1



T1



= 30oC



m



= 176 gr = 176 . 10-3 kg



Q



= 736 J



Ditanya: T2 ? Jawab: Q=m× c × ∆ T 736=176 .10−3 × 4180 × ∆T ∆T=



736 736 = =1,0004 ℃ −3 176 .10 × 4180 735,68



∆ T =T 2−T 1 1,0004 ℃=T 2−30 ℃ T 2=31,0004 ℃



c.



Berdasarkan hasil perhitungan, perbedaan suhu akhir (T 2) menunjukkan bahwa soal a lebih besar yaitu 180 ℃ daripada soal b yaitu 31,0004 ℃ .



3. Dari kelima analisa tersebut yang menyebabkan besi lebih dingin pada malam hari dan lebih panas pada siang hari yaitu Besi adalah salah satu jenis konduktor (bahan yang bisa menghantarkan panas) yang paling baik, sedangkan



kayu



bukan



sebuah



konduktor



tetapi



isolator



(sukar



menghantarkan panas). 4. Dari keempat analisa manakah yang menyebabkan air sungai lebih dingin daripada udara sekitar adalah Kalor jenis air lebih besar daripada udara. Sebagaimana yang kita ketahui kalor jenis air yaitu 4200 J Kg-1 K-1 sedangkan kalor jenis udara 1000 J Kg-1 K-1. Terlihat kalor jenis air lebih besar sehingga mampu untuk mempertahankan suhu air tetap dingin walaupun ketika siang hari, pada rumus kalor terlihat bahwa kalor jenis berbanding terbalik dengan perubahan suhu. 5. Menurut saya ketika ibu merendam botol ke dalam air panas, tutup botol yang terbuat dari aluminium yang melekat pada sebuah botol kaca, akan mengalami pemuaian, namun pemuaian yang terjadi pada tutup botol lebih besar daripada pemuaian leher botol yang terbuat dari kaca. Hal tersebutlah yang menyebabkan tutup botol mudah dibuka. 6. Diketahui: TA = 0oC TB = 100oC KB = ½ KA Ditanya: Tc ? Jawab: Qlepas=Q terima K B=



T B−T C T C −T A =K A = l l



1 K ( 100−Tc )=K A (Tc−0) 2 A



100−Tc = Tc 2 2 Tc=100−Tc 3 Tc=100 Tc=



100 =33,3 ℃ 3



Dari perhitungan diatas didapatkan hasil perhitungan suhu campuran sebesar 33,3 ℃ . Berdasarkan kasus disoal, saya setuju jika peneliti tersebut akan mengambil batang pada bagian tengahnya (bidang batas batang A dan batang B) tanpa menggunakan sarung tangan, karena suhu campurannya33,3 ℃ dimana suhu tersebut masih tergolong aman untuk manusia jika disentuh langsung dengan tangan. 7. Diketahui: mes



= 500 gr = 5 . 10-1



ces



= 2100 J Kg-1 K-1



cair



= 4200 J Kg-1 K-1



clebur es = 336.000 J Kg-1 K-1 Ditanya: Qtotal untuk mengubah es tersebut menjadi air teh bersuhu 800C ? Jawab: Q 1=m ×c es × ∆ T Q1=5 . 10−1 ×2100 × ( 0−(−15 ) )Q 1=5 ×210 × 15=15.750 J =15 , 75 kJ Q 2=m× L Q 2=5 . 10−1 ×336.000Q2=168.000=168 kJ Q 1=m ×c air ×∆ T Q1=5 . 10−1 ×4200 × ( 80−0 )Q 1=5 × 420 ×80=168.000=168 kJ Jadi Qtotal = 15,75 kJ + 168 kJ + 168 kJ = 351,75 kJ



T (oC) Uap / gas Menguap



100 Q3



80



Air (cair) Mencair



0



Q (J)



Q1



-15



Q2



es



8. Diketahui: Ta



= 42oC



Tb



= -4oC



cair



= 1 kal/groC



ces



= 0,5 kal/groC



clebur es = 80 kal/g 0C Titik lebur es = 0oC 50 % es melebur => massa es = ½ Ditanya: Perbandingan massa a dan massa b ? Jawab: Qlepas=Qterima Qa=Qe+Ql m× c air × ∆ T =m× c es × ∆T +m× L 1 1 a ×1 × ( 42−0 )= b ×0,5 ×(0−(−4 ) )+ b × 80 2 2 1 1 a × 42= b × 0,5× 4 + b ×80 2 2 42 a=b+ 40 b 42 a=41 b a 41 = b 42



Jadi perbandingan massa a dan b adalah



a 41 = b 42



9. Kalor untuk Air Q air =m ×c × ∆T Qair =2 . 10−1 × 4200 ×100 Q air =2 × 420× 100=84 kJ Kalor untuk Besi Qbesi =2 . 10−1 × 460 ×100 Q besi =2 × 46 ×100=9200 J Kedua pernyataan benar, berdasarkan hasil perhitungan diatas didapatkan bahwa kalor air lebih besar dari pada kalor besi dan keduanya tidak saling berhubungan karena berbeda jenis. 10. Menurut saya pendapat anggun salah, karena jika jumlah kalor yang dilepaskan bubur dan sup sama maka bubur dan sup akan dingin dengan waktu yang bersamaan. Jadi kalor jenis tidak mempengaruhi sama sekali jika dikatakan kalor yang dilepas sama. Namun, bila alasannya adalah kalor jenis bubur lebih besar dari sup sehingga perlu energi yang lebih banyak untuk mendinginkan bubur, alasan tersebut benar. 11. Dari kejadian tersebut saya setuju dengan pendapat Neni dan hal tersebut merupakan hubungan sebab akibat. Ketika menggunakan 150 gram es bersuhu 0oC maka kalor yang diperlukan untuk meleburkan es menjadi air akan semakin banyak, hal ini terjadi karena kalor lebur es lebih besar dari pada kalor jenis air yaitu 336.000 J Kg-1 K-1 sehingga lebih banyak kalor yang diserap oleh es dibandingkan air.