15 Contoh Soal Suhu, Kalor dan Perpindahan Kalor Beserta Pembahasannya

Contoh Soal Suhu, Kalor dan Perpindahan Kalor dan Pembahasan –  Suhu merupakan ukuran yang menyatakan energi panas tersimpan dalam suatu benda. Benda bersuhu tinggi berarti memiliki energi panas yang tinggi, begitu juga sebaliknya. Kalor didefinisikan perpindahan energi panas yang terjadi dari benda bersuhu yang lebih tinggi ke benda bersuhu lebih rendah.

Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu benda. Terdapat 4 skala umum yang digunakan untuk termometer

• Celcius (^oC)
• Reamur (^oR)
• Fahrenheit (^oF)
• Kelvin (K)

Ada tiga jenis perpindahan kalor yang dapat terjadi, antara lain:

• Perpindahan kalor secara konduksi
• Perpindahan kalor secara konveksi
• Perpindahan kalor secara radiasi

1 – 15 Soal Suhu, Kalor dan Perpindahan Kalor beserta Jawaban

1. Panas sebesar 12 kj diberikan pada pada sepotong logam bermassa 2500 gram yang memiliki suhu 30 °C. Jika kalor jenis logam adalah 0,2 kalori/gr °C, tentukan suhu akhir logam!

Pembahasan :

Diket :

Q = 12 kilojoule = 12000 joule

m = 2500 gram = 2,5 kg

T₁= 30 °C

c = 0,2 kal/gr °C = 0,2 x 4200 joule/kg °C = 840 joule/kg °C

T₂=…?

Jawaban :

2. 500 gram es bersuhu −12 °C dipanaskan hingga suhu −2 °C. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/g °C, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan, nyatakan dalam satuan joule!

Pembahasan :

Di ket :

m = 500 gram

T₁ = −12 °C T₂ = −2 °C

ΔT = T₂ − T₁ = −2 − (−12 ) = 10 °C

c = 0,5 kalori/gr °C

Q = ….?

Jawaban :

Q = m. c . Δ . T

Q = (500)(0,5)(10) = 2500 kalori

1 kalori = 4,2 joule

Q = 2500 x 4,2 = 10500 joule

3. 500 gram es bersuhu 0 °C hendak dicairkan hingga keseluruhan es menjadi air yang bersuhu 0 °C. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/g °C, dan kalor lebur es adalah 80 kal/gr, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan, nyatakan dalam kilokalori!

Pembahasan :

Di ket :

m = 500 gram

L = 80 kalori/gr

Q = ….?

Jawaban :

Q = mL

Q = (500)(80) = 40000 kalori = 40 kkal

4. 500 gram es bersuhu 0 °C hendak dicairkan hingga menjadi air yang bersuhu 5 °C. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/g °C, kalor lebur es adalah 80 kal/gr, dan kalor jenis air 1 kal/g °C, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan!

Pembahasan :

Di ket :

m = 500 gram

c_cair = 1 kalori/gr °C

L_es = 80 kalori/gr

Suhu akhir → 5 °C

Q = …..?

Jawaban :

Untuk menjadikan es °0 C hingga menjadi air 5 °C ada dua proses yang harus dilalui:

→ Proses meleburkan es 0 °C menjadi air suhu 0 C, kalor yang diperlukan namakan Q₁

Q₁ = mL_es = (500)(80) = 40000 kalori

→ Proses menaikkan suhu air 0 °C hingga menjadi air 5 °C, kalor yang diperlukan namakan Q₂

Q₂ = mc_air ΔT_air< = (500) (1)(5) = 2500 kalori

Kalor total yang diperlukan:

Q = Q₁ + Q₂ = 40000 + 2500 = 42500 kalori

5. 500 gram es bersuhu −10 °C hendak dicairkan hingga menjadi air yang bersuhu 5 °C. Jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/g °C, kalor lebur es oadalah 80 kal/gr, dan kalor jenis air 1 kal/g °C, tentukan banyak kalor yang dibutuhkan!

Pembahasan :

Di ket :

m = 500 gram

c_es = 0,5 kalori/gr °C

c_air = 1 kal/gr °C

L_es = 80 kal/gr

Suhu akhir → 5 °C

Q = …..?

Jawaban :

Untuk menjadikan es − 10 °C hingga menjadi air 5 °C ada tiga proses yang harus dilalui:

→ Proses untuk menaikkan suhu es dari −10 °C menjadi es  bersuhu 0 °C, kalor yang diperlukan namakan Q₁

Q₁ = mc_es ΔT_es = (500)(0,5)(10) = 2500 kalori

→ Proses meleburkan es 0 °C menjadi air suhu 0 °C, kalor yang diperlukan namakan Q₂

Q₂ = mL_es = (500)(80) = 40000 kalori

→ Proses menaikkan suhu air 0 °C hingga menjadi air 5 °C, kalor yang diperlukan namakan Q₃

Q₃ = mc_air ΔT_air = (500)(1)(5) = 2500 kalori

Kalor total yang diperlukan:

Q = Q₁ +Q₂ + Q₃ = 2500 + 40000 + 2500 = 45000 kalori

Simak Juga : Soal Momentum dan Impuls beserta Jawaban

6. Satu kilogram es suhunya – 2 °C, bila titik lebur es = 0 °C, kalor jenis es = 0,5 kal / g °C, kalor jenis air = 1 kal / g °C, kalor lebur es = 80 kal / g °C dan 1 kalori = 4,2 joule, maka kalor yang di perlukan untuk meleburkan semua itu adalah ….

Pembahasan :

Q = Q₁ + Q₂

= m.Δt.c + m.k

= 1000 (0 – (-2)) . 0,5 + 1000 . 80

= 1000 + 80.000

= 81.000 kalori

= 3,402 x 10⁵ Joule

7. Air bermassa 100 gram berada pada suhu 20° C dipanasi hingga suhu 80° C. Jika kalor jenis air adalah 1 kal/gr ° C tentukan jumlah kalor yang diperlukan, nyatakan dalam satuan kalori!

Pembahasan :

Data soal:

m = 100 gram

c = 1 kal/gr°C

T₁= 20°C

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

8. Air bermassa 100 gram berada pada suhu 20° C dipanasi hingga mendidih. Jika kalor jenis air adalah 4200 J/kg ° C tentukan jumlah kalor yang diperlukan, nyatakan dalam satuan joule!

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

9. Es massa 200 gram bersuhu − 5°C dipanasi hingga suhunya menjadi − 1° C, jika kalor jenis es adalah 0,5 kal/gr ° C. Tentukan berapa kalori kalor yang diperlukan dalam proses tersebut!

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

10. Es bermassa 150 gram berada pada suhu 0°C dipanasi hingga seluruhnya melebur menjadi air yang bersuhu 0 °C. Tentukan jumlah kalor yang diperlukan untuk proses tersebut!

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

Lihat Juga : Contoh Soal Mekanika Fluida dan Jawaban

11. Es bermassa 250 gram bersuhu − 5° C dipanasi hingga melebur menjadi air bersuhu 0°C. Jika kalor jenis es 0,5 kal/gr°C, dan kalor lebur es adalah 80 kal/gr, tentukan kalor yang diperlukan untuk proses tersebut!

Pembahasan :

Data soal:

m = 250 gram

c_es = 0,5 kal/gr°C

L_es = 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:
Q₂ = m x L = 250 x 80 = 20000 kalori

Jumlah kalor seluruhnya yaitu Q₁ + Q₂

Q = 625 + 20000

Q = 20625 kalori

12. Es bermassa 200 gram bersuhu − 5° C dipanasi hingga melebur menjadi air bersuhu 100°C. Jika kalor jenis es 0,5 kal/gr°C, kalor jenis air adalah 1 kal/gr°C dan kalor lebur es adalah 80 kal/gr, tentukan jumlah kalor yang diperlukan untuk proses tersebut!

Pembahasan :

Data soal:

m_es = m_air = 200 gram

c_es = 0,5 kal/gr°C

c_air = 1 kal/gr°C

L_es = 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:

Q₂ = m x L = 200 x 80 = 16000 kalori

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

13. Air bersuhu 20°C dengan massa 200 gram dicampur dengan air bersuhu 90°C bermassa 300 gram. Tentukan suhu akhir campuran!

Pembahasan :

Data soal:

m₁ = 200 gram

m₂ = 300 gram

c₁ = c₂ = 1 kal/gr°C

ΔT₁ = t − 20

ΔT₂ = 90 − t

Jawaban :

Asas pertukaan kalor/asas black

Q_lepas = Q_terima

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

14. Sepotong logam dengan kalor jenis 0,2 kal/gr°C bermassa 100 gram bersuhu 30°C dimasukkan pada bejana berisi air yang bersuhu 90°C bermassa 200 gram. Jika kalor jenis air adalah 1 kal/gr°C dan pengaruh bejana diabaikan tentukan suhu akhir logam!

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

Jawaban :

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

15. 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