Soal Azas Black dan Jawabannya

Soal 1
Jika 75 gram air yang suhunya 00C dicampur dengan 50 gram air yang suhunya 1000C, berapakah suhu akhir campuran?

Jawab:
Air yang suhunya 00C akan bertambah panas dan air yang suhunya 1000C akan dingin ketika keduanya dicampur. Misalnya suhu akhir campuran adalah x0C, maka tentu saja 00C < x < 1000C. Kalor yang diterima 75 g air yang suhunya 00C adalah
Qterima = ma1caΔTa1 = (75 g)ca (x – 0)0C
Dengan ca adalah kalor jenis air.
Kalor yang dilepas 50 g air yang suhunya 1000C adalah
Qlepas = ma2caΔTa2 = (50 g)ca(100 – x)0C
Sesuai hukum kekekalan energi untuk kalor:
Qterima = Qlepas
 (75 g)ca (x – 0)0C = (50 g)ca(100 – x)0C
75x = 50(100 – x)
5x = 200
x = 40
Jadi, suhu akhir campuran adalah 400C

Soal 2
Seorang siswa ingin menentukkan kalor jenis suatu paduan logam baru. 100 g logam tersebut dipanaskan sampai 1800C dan sesegera dicelupkan ke dalam 240 g air 200C yang terdapat dalam kalorimeter aluminium. Jika suhu akhir logam paduan adalah 360C, hitunglah kalor jenisnya (kalor jenis air = 4200 J/kgK)

Jawab:
Karena tidak ada data tentang massa atau kapasitas kalor kalorimeter aluminium, maka dalam soal ini kalorimeter dianggap tidak menyerap kalor. Jadi, pertukaran kalor hanya terjadi antara logam paduan 1800C dan air 200C mencapai suhu akhir 360C.
Kalor yang diterimah oleh 240 g air, ca = 4200 J/kg0C, sehingga suhunya naik dari 00C menjadi 360C adalah
Qterima = macaΔTa = (240 g)(4200 J/kg0C)(36 – 20)0C
Kalor yang dilepas 100 g logam, kalor jenis cL, hingga suhunya turun dari 1800C menjadi 360C adalah
Qlepas = mLcLΔTL = (100 g)cL(180 – 36)0C
Sesuai hukum kekekalan energi untuk kalor;
Qterima = Qlepas
(240 g)(4200 J/kg0C)(36 – 20)0C = (100 g)cL(180 – 36)0C
14,4cL = 16128 J0C
cL = 1120 J/kg0C

Soal 3
Sebuah balok es 30 g pada 00C dicelupkan  ke dalam bejana  berisi 200 g air pada 300C. Jika bejana dianggap tidak menyerap kalor, berapakah suhu akhir campuran? (kalor lebur es = 336000 J/kg, kalor jenis air = 4200 J/kgK).

Jawab:
Misalkan suhu akhir campuran adalah T0C dengan 00 < T < 300, maka diagram suhu kalor ditunjukkan pada gambar di bawah.

Kalor yang diterima es adalah
Q1 = mesLf dan Q2 = mescesΔTes
Dengan ΔTes = (T – 0)0C
Kalpor yang dilepas air adalah
Q3 = macaΔTa
Dengan ΔTa = (30 – T)0C
Massa es mes = 30 g = 0,03 kg, massa air ma = 200 g = 0,2 kg, Lf = 336000 J/kg dan ca = 4200 J/kgK.
Konsep azas black memberikan
Qterima = Qlepas
Q1 + Q2 = Q3
mesLf + mescesΔTes = macaΔTa
(0,03 kg)(336000 J/kg) + (0,03 kg)(4200 J/kgK)(T) = (0,2 kg)(4200 J/kgK)(30 – T)
10080 + 126T = 25200 – 840T
966T = 15120
T = 15,60C

Soal 4
Dua kalorimeter A dan B yang sama berisi air dengan volume yang sama pada 300C. Lima gram logam campuran dicelupkan ke B. Temperatur setimbang dalam A adalah 320C sedangkan dalam B adalah 31,50C. Temperatur awal kedua logam adalah sama yaitu 500C. Jika panas jenis Al sekitar 0,89 J/gK maka tentukan panas jenis logam campuran itu dalam satuan J/gK.

Jawab:
Sketsa masalah ditunjukkan gambar berikut,


Kalor jenis cAl = 0,89 J/gK
Azas Black pada kalormeter A memberikan
(m c ΔT)air = (m c ΔT)Al
m ca (32 – 30) = 5(0,89)(50 – 32)
m ca 2 = 5 x 0,89 x 18                       (1)
Azas Black pada kalorimeter B memberikan
(m c ΔT)air = (m c ΔT)logam
m ca (31,5 – 30) = 5 cL (50 – 31,5)
m ca 1,5 = 5 x cL x 18                         (2)
Bagian (2) dan (1), maka kalor jenis logam campuran cl adalah
(m ca 2)/(m ca 1,5) = (5 x 0,89 x 18)/(5 x cL x 18)
4/3 = (cL x 18,5)/(0,89 x 18)
cL = (3 x 0,89 x 18)/(4 x 18,5) = 0,65 J/Gk

Soal 5
Seratus gram es dari –50C dicampur dengan 200 gram air dari 300C pada tekanan 1 atm. Kalor jenis es 0,5 kal/g0C dan kalor lebur es 80 kal/g. Jika hanya terjadi pertukaran kalor antara air dan es, berapakah suhu setimbangnya?

Jawab:
Misalkan suhu akhir campuran adalah t0C dengan 00 < t < 300, maka diagram suhu kalor ditunjukkan pada gambar di bawah.

ΔT1 = 00C – (–50C) = 50C, ΔT2 = (t – 0)0C = t0C, ΔT3 = (30 – t)0C, mes = 100 g, ma = 200 g, ces = 0,5 kal/g0C, ca = 1 kal/g0C, dan Lf = 80 kal/g.
Qterima = Qlepas
Q1 + Q2 + Q3 = Q4
mescesΔT1 + mesLf + mescaΔT2 = macaΔT3
mes (cesΔT1 + Lf + caΔT2) = macaΔT3
100 (0,5 x 5 x 80 +1 t) = 200 x 1 x (30 – t)
82,5 + t = 2(30 – t)
3t = –22,5
t = –22,5
karena t bernilai negatif, maka suhu setimbang adalah 00C. Ini berarti tidak seluruh massa es melebur. Berapakah massa es yang melebur? Misalkan massa es yang melebur adalah m gram. Diagram suhu-kalor ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
ΔT1 = 00C – (–50C) = 50C, ΔT2 = (30 – 0)0C = 300C, maka
Qterima = Qlepas
Q1 + Q2 = Q3
mescesΔT1 + mesLf = macaΔT2
(100)(0,5)(5) + m (80) = 200 (1)(30)
250 + 80m = 6000
m = 72 gram
Jadi hanya 72 gram es yang melebur jadi air.

0 Response to "Soal Azas Black dan Jawabannya"

Post a Comment

Sobat ASF! Berikan Komentar di kolom komentar dengan bahasa yang sopan dan sesuai isi konten...Terimasih untuk kunjunganmu di blog ini, semoga bermanfaat!

Note: Only a member of this blog may post a comment.

Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel