Pembahasan Soal Kalor

Solusi Soal Kalor

1. Soal

Lima kilogram es bersuhu -22 $^{\circ }C$ dipanaskan sampai seluruh es tersebut mencair dengan suhu 0 $^{\circ }C$ . Jika kalor laten es 333 kJ/kg dan kalor jenis es 2100 J/kg $^{\circ }C$ , maka jumlah kalor yang dibutuhkan adalah .... (SNMPTN 2011)

A. 1496 kJ
B. 1596 kJ
C. 1696 kJ
D. 1796 kJ
E. 1896 kJ
Pembahasan

Diketahui
$m_{es}= 5\, kg$
dipanaskan dari -22 $^{\circ }C$ sampai menjadi air 0 $^{\circ }C$
Kalor yang diperlukan

$Q_{total}=Q_{1}+Q_{2}$

$Q_{total}=m_{es}c_{es}\Delta T+m_{es}L_{es}$
$Q_{total}=(5\times 2100\times 22)+(5\times 333000)$
$Q_{total}=231000+1665000$
$Q_{total}=1896000\, joule=1896\, kJ$
Jawaban E
2. Soal

Gambar di atas memperlihatkan kurva pemanasan 0,5 kg es menggunakan pemanas listrik. Jika kalor lebur es $3,34\times 10^{5}J/kg$ dan kalor jenis air $4,2\times 10^{3}J/kg^{\circ }C$ , daya pemanas listrik yang digunakan selama 3770 detik adalah? (SIMAK UI 2013)

A. 60 W
B. 100 W
C. 150 W
D. 200 W
E. 220 W
Pembahasan

$Q_{total}=Q_{1}+Q_{2}$

$Q_{total}=m_{es}L_{es}+m_{es}c_{air}\Delta T$
$Q_{total}=(0,5\times 3,34\times 10^{5})+(0,5\times 4200\times 100)$
$Q_{total}=377000\, \, joule$
Daya selama 3770 detik adalah
$P=\frac{Q}{t}=\frac{377000}{3770}=100\, watt$
Jawaban B

3. Soal

Sebongkah tembaga bermassa 10 gram dan bersuhu 125 $^{\circ }C$ dimasukkan dalam kalorimeter berisi air bersuhu 20 $^{\circ }C$ . Suhu akhir campuran adalah 23 $^{\circ }C$ . Jika percobaan ini diulangi kembali dengan menggunakan kondisi awal yang sama kecuali massa tembaga yang dipakai diubah menjadi m , maka suhu akhir campuran adalah 25 $^{\circ }C$ . Jika kalorimeter dianggap tidak menyerap kalor, maka nilai m adalah... (SNMPTN 2008)

A. 13 gram

B. 15 gram

C. 17 gram

D. 19 gram

E. 21 gram

Pembahasan
$m_{logam}=10\, gram$
$T_{logam}=125\, ^{\circ }C$
berlaku
$Q_{lepas}=Q_{terima}$
$Q_{logam}=Q_{air}$
karena teradapat dua kedaan, maka perbandingan keadaan pertama dan kedua
$\frac{m_{1}c_{l}\Delta T_{1}}{m_{2}c_{l}\Delta T_{2}}=\frac{m_{air}c_{air}\Delta T_{air1}}{m_{air}c_{air}\Delta T_{air2}}$
$\frac{m_{1}\Delta T_{1}}{m_{2}\Delta T_{2}}=\frac{\Delta T_{air1}}{\Delta T_{air2}}$
$\frac{10(125-23)}{m_{2}(125-25)}=\frac{23-20}{25-20}$
$\frac{10(102)}{m_{2}(100)}=\frac{3}{5}$
$m_{2}=17\, gram$
Jawaban C

4. Soal

Es bersuhu -8 $^{\circ }C$ dan bermassa $m_{1}$ gram dicampur dengan air bersuhu 12 $^{\circ }C$ dan bermassa $m_{2}$ gram. Pada saat terjadi kesetimbangan suhu, sebagian massa es melebur. Jika diketahui kalor lebur es = 80 kalori/gram, maka massa es yang melebur adalah (SNMPTN 2012)

A. $\frac{1}{20}(3m_{1}+m_{2}) gram$
B. $\frac{1}{20}(m_{1}-3m_{2}) gram$
C. $\frac{1}{20}m_{1} \, gram$
D. $\frac{1}{20}(m_{1}+m_{2}) gram$
E. $\frac{1}{20}(3m_{2}-m_{1}) gram$
Pembahasan

Karena sebagian es melebur maka suhu akhir campuran adalah 0 $^{\circ }C$

$Q_{lepas}=Q_{terima}$

$Q_{1}+Q_{2}=Q_{3}$
$m_{es}+c_{es}\Delta T+m_{L}L_{es}=m_{air}c_{air}\Delta T$
$m_{1}(0,5)(8)+m_{L}(80)=m_{2}(1)(12)$
$m_{1}+20m_{L}=3m_{2}$
$m_{L}=\frac{1}{20}(3m_{2}-m_{1})$
Jawaban E

5. Soal

320 gram campuran es dan air pada suhu 0 $^{\circ }C$ berada dalam bejana yang kapasitas kalornya dapat diabaikan. Kemudian dimasukkan 79 gram uap air yang bersuhu 100 $^{\circ }C$ ke dalam bejana tersebut. Suhu akhir menjadi 79 $^{\circ }C$ . Jika kalor lebur es 79,0 kal/gram dan kalor penguapan air 540 gram kal/gram, maka banyaknya air mula - mula ..... gram (SPMB 2002)

A. 4
B. 10
C. 35
D. 65
E. 79
Pembahasan

Diketahui
$m_{air}+m_{es}=320\, gram$
massa air mula - mula

$Q_{terima}= Q_{lepas}$

$m_{es}L_{es}+m_{(es+air)}c_{air}\Delta T= m_{uap}c_{air}\Delta T+m_{uap}L_{uap}$

$(320-m_{air})79+(320\times 1\times 79)= (79\times 1\times 21)+(79\times 540)$
$(320-m_{air})+320= 21+540$
$m_{air}=640-561$
$m_{air}=79\, gram$
Jawaban E
6. Soal

Hasil campuran 1 gram es bersuhu 0 $^{\circ }C$ dengan 1 cc air bersuhu 0 $^{\circ }C$ dalam wadah berdinding adiabatik adalah? (SNMPTN 2012)

A. Air dan es jumlahnya tidak dapat ditentukan
B. Air sedikit lebih banyak dari pada es
C. 0,5 gram es dan 1,5 cc air
D. 1 gram es dan 1 cc air
E. 1,5 gram dan 0,5 cc air
Pembahasan

$m_{es}=1\, gram$
$T_{es}=0\, ^{\circ }C$
$m_{air}=1\, cc=1\, ml$
Karena tidak ada perbedaan suhu antara es dan air, maka tidak ada kalor untuk mengubah wujud sehingga campuran tetap 1 gram es dan 1 cc air
Jawaban D
7. Soal
100 gram es dari $-5\, ^{\circ }C$ dicampur dengan 200 gram air dari $30\, ^{\circ }C$ pada tekanan 1 atmosfer. Kalor jenis es $0,5\, kal/g\, ^{\circ }C$ dan kalor lebur es 80 kal/gram. Jika hanya terjadi pertukaran kalor antara air dan es, maka pada keadaan air"
A. suhu selurunya di atas $0 ^{\circ }C$
B. suhu seluruhnya di bawah $0 ^{\circ }C$
C. suhu seluruhnya $0 ^{\circ }C$ dan semua es melebur
D. suhu seluruhnya $0 ^{\circ }C$ dan semua air membeku
E. suhu seluruhnya $0 ^{\circ }C$ dan sebagian es melebur
Pembahasan
Diketahui campuran antara:
Es
m = 100 gram
$c_{es}=$ $0,5\, kal/g\, ^{\circ }C$
$L_{es}=$ 80 kal/gram
T = $-5\, ^{\circ }C$
Air
m = 200 gram
$c_{air}=$ $1\, kal/g\, ^{\circ }C$
T = $30\, ^{\circ }C$
Setelah dicampurkan air melepas kalor dan es menerima kalor
Air melepas kalor
$Q_{lepas}=m_{a}c_{a}\Delta T$
$Q_{lepas}=200(1)(30-0)$
$Q_{lepas}=6000\, kalori$
Es menerima kalor
$Q_{terima}=m_{es}c_{es}\Delta T+m_{es}L_{es}$
$Q_{terima}=(100)(0,5)(0-(-5))+(100)(80)$
$Q_{terima}=8250\, kalori$
Karena
$Q_{lepas}<Q_{terima}$ maka suhu akhir campuran $0 ^{\circ }C$ dan sebagian es melebur
Jawaban E
8. Soal

Ke dalam sebuah bejana yang berisi a gram air $30\, ^{\circ }C$ dimasukkan b gram es $-2\, ^{\circ }C$ . Setelah isi bejana diaduk, ternyata semua es melebur. Bila massa bejana diabaikan, kalor jenis es $0,5\, kal/g\, ^{\circ }C$ dan kalor lebur es 80 kal/g, maka besarnya perbandingan antar a dan b adalah (SIPENMARU 1985)

A. 27 : 10
B. 8 : 3
C. 10 : 27
D. 3 : 8
E. 1 : 30
Pembahasan

Diketahui campuran antara:

m = b gram
$c_{es}=$ $0,5\, kal/g\, ^{\circ }C$
$L_{es}=$ 80 kal/gram
T = $-2\, ^{\circ }C$

Air

m = a gram

$c_{air}=$ $1\, kal/g\, ^{\circ }C$

T = $30\, ^{\circ }C$
karena setelah dicampurkan semua es melebur semua maka T akhir campuran $0 ^{\circ }C$

$Q_{lepas}=Q_{terima}$
$Q_{3}=Q_{1}+Q_{2}$
$m_{air}c_{air}\Delta T=m_{es}c_{es}\Delta T+m_{es}L$
$a(1)(30-0)=b(0,5)(0-(-2))+b(80)$
$30a=81b$
$\frac{a}{b}=\frac{81}{30}$
$\frac{a}{b}=\frac{27}{10}$
Jawaban A
9. Soal

Dalam gelas berisi 200 cc air $40^{\circ }C$ kemudian dimasukkan 40 gram es $0 ^{\circ }C$ . Jika kapasitas kalor gelas $20\, kal/^{\circ }C$ dan kalor lebur es adalah 80 kal/gram suhu setimbangnya: (SIPENMARU 1987)
A. $0 ^{\circ }C$
B. $18,5^{\circ }C$
C. $12,6^{\circ }C$
D. $21,6^{\circ }C$
E. $28,0^{\circ }C$

Pembahasan

Diketahui campuran antara:

m = 40 gram
$c_{es}=$ $0,5\, kal/g\, ^{\circ }C$
$L_{es}=$ 80 kal/gram
T = $0\, ^{\circ }C$

Air

m = 200 cc= 200 gram

$c_{air}=$ $1\, kal/g\, ^{\circ }C$

T = $40\, ^{\circ }C$
Gelas
$C_{gelas}=20\, kal/^{\circ }C$
Campuran:

$Q_{lepas}=Q_{terima}$

$Q_{gelas}+Q_{3}=Q_{1}+Q_{2}$
$C_{gelas}\Delta T+m_{a}c_{a}\Delta T=m_{es}L_{es}+m_{es}c_{a}\Delta T$
$(20)(40-T)+(200)(1)(40-T)=(40)(80)+(40)(1)(T-0)$
$1(40-T)+10(1)(40-T)=2(80)+2(1)(T)$
$40-T+400-10T=160+2T$
$280=13T$
$T=21,54\, ^{\circ }C$
Jawaban D
10. Soal

150 gram air pada gelas A ingin diketahui suhunya dengan cara dicampur dengan air yang sudah diketahui suhunya. 100 gram air dari gelas A dicampur dengan 200 gram air bersuhu $48^{\circ }$ C. Sisanya 50 gram air dari gelas A dicampur dengan 150 gram bersuhu $50^{\circ }$ C. Ternyata suhu akhir kedua campuran tersebut sama. Asumsikan tidak ada kalor yang hilang ke udara maupun ke wadah air. Suhu air mula - mula pada gelas A adalah (UTUL UGM 2018)
A. $72^{\circ }$ C
B. $66^{\circ }$ C
C. $60^{\circ }$ C
D. $56^{\circ }$ C
E. $54^{\circ }$ C

Pembahasan

Campuran pertama (A)

air 100 gram bersuhu T dengan air 200 gram bersuhu $48^{\circ }$ C

Campuran kedua (B)

air 50 gram bersuhu T dengan air 150 gram bersuhu $50^{\circ }$ C

Suhu akhir campuran kedua percobaan sama (x)

maka:

$\frac{Q_{lepasA}}{Q_{lepasB}}=\frac{Q_{terimaA}}{Q_{terimaB}}$
   $\frac{(mc\Delta T)_{A}}{(mc\Delta T)_{B}}=\frac{(mc\Delta T)_{2}}{(mc\Delta T)_{3}}$
$\frac{100c(T-x)}{50c(T-x)}=\frac{200c(x-48)}{150c(x-50)}$
   $\frac{100}{50}=\frac{4(x-48)}{3(x-50)}$
$2=\frac{4(x-48)}{3(x-50)}$
$3(x-50)=2(x-48)$
   $3x-150=2x-96$
$x=150-96$
$x=54$
masukan ke persamaan campuran pertama (A)
$100c(T-x)=200c(x-48)$
$T-54=2(54-48)$
   $T=66^{o}C$
Jawaban B

11. Soal

Alkohol yang suhunya $0^{o}C$ bermassa 1 kg dipanaskan pada suatu pemanas. Grafik perubahan suhu terhadap kalor diberikan pada gambar di bawah ini.

Kalor yang dibutuhkan alkohol dari keadaan suhu $0^{o}C$ sampai mencapai suhu $78^{o}C$ dan seluruhnya telah berubah wujud adalah....

(kalor jenis alkohol = 2400 $J.kg^{-1}.C^{-1}$ : kalor uap alkohol = $2,1\times 10^{5}J.kg^{-1}$ )

A. 187,2 kJ

B. 210,2 kJ

C. 397,2 kJ

D. 450,2 kJ

E. 497,2 kJ

Pembahasan

Diketahui

Kalor

Kalor yang dibutuhkan untuk mengubah alkohol menjadi uap seluruhnya

m = 1 kg

$c_{alkohol}=2400\, J/kg^{o}C$

$L_{uap}=2,1\times 10^{5}\, J/kg$

maka kalor yang diperlukan
$Q_{total}=Q_{1}+Q_{2}$
$Q_{total}=mc\Delta T+mL_{uap}$
$Q_{total}=(1)(2400)(78)+(1)(2,1\times 10^{5})$
$Q_{total}=397200\, J$
$Q_{total}=397,2\, kJ$
Jawaban C
12. Soal

Kalor 400 kJ diserap oleh es dengan massa 2 kg dan suhu -10 $^{\circ }C$ . Jika kalor jenis es 2000 J/kg $^{\circ }C$ dan kalor es 340 kJ/kg, maka setelah terjadi keseimbangan termal pernyataan yang benar tentang peristiwa serapan kalor tersebut adalah (SBMPTN 2017)
A. keseluruhan es mencair
B. massa air yang terbentuk lebih besar daripada massa es yang tersisa
C. massa air yang terbentuk sama dengan massa es yang tersisa
D. massa air yang terbentuk lebih kecil daripada massa es yang tersisa
E. tidak ada es yang mencair

Pembahasan

Diketahui

Kalor yang diberikan ke es = 400 kJ= 400000 J

Kalor yang digunakan untuk mencairkan es