Loading...

10 Contoh Soal Asas Black dan Jawabannya Lengkap

Advertisement
Asas Black adalah suatu prinsip dalam termodinamika yang dikemukakan oleh Joseph Black. Bunyi Asas Black adalah sebagai berikut.
“Pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat yang suhunya lebih tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima zat yang suhunya lebih rendah”.
Tentunya kalian tahu bahwa kalor adalah energi yang dipindahkan dari benda yang memiliki temperatur tinggi ke benda yang memiliki temperatur lebih rendah sehingga pengukuran kalor selalu berhubungan dengan perpindahan energi.

Energi adalah kekal sehingga benda yang memiliki temperatur lebih tinggi akan melepaskan energi sebesar QL dan benda yang memiliki temperatur lebih rendah akan menerima energi sebesar QT dengan besar yang sama.
Secara matematis, pernyataan tersebut dapat ditulis sebagai berikut.
QLepas = QTerima ………. Pers. (1)
Keterangan:
QLepas = jumlah kalor yang dilepaskan oleh zat (Joule)
QTerima = jumlah kalor yang diterima oleh zat (Joule)

Besarnya kalor dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Q = mcT. Ketika menggunakan persamaan ini, perlu diingat bahwa temperatur naik berarti zat menerima kalor, dan temperatur turun berarti zat melepaskan kalor.

Dengan menggunakan persamaan (2), maka persamaan (1) dapat dijabarkan secara lebih spesifik sebagai berikut.
QLepas = QTerima
m1c1T1 = m2c2T2 ..… Pers. (3)
dengan T1 = T  Takhir dan T2 = Takhir  T maka kita mendapatkan persamaan berikut.
m1c1(T1  Tc) = m2c2(Tc  T2) ….. Pers. (4)
Keterangan:
m1 = massa benda 1 yang suhunya tinggi (kg)
m2 = massa benda 2 yang suhunya rendah (kg)
c1 = kalor jenis benda 1 (J/kgoC)
c2 = kalor jenis benda 2 (J/kgoC)
T1 = suhu mula-mula benda 1 (oC atau K)
T2 = suhu mula-mula benda 2 (oC atau K)
Tc = suhu akhir atau suhu campuran (oC atau K)

Contoh Soal Asas Black dan Jawabannya
1. Sebanyak 300 gram air dipanaskan dari 30oC menjadi 50oC. Jika massa jenis air adalah 1 kal/goC atau 4.200 J/kgK, tentukan:
a. banyaknya kalor yang diterima air tersebut (dalam kalori)
b. banyaknya kalor yang diterima air tersebut (dalam joule)
Penyelesaian:
Diketahui:
m = 300 g
c = 1 kal/goC
T = 50o 30oC = 20oC
Ditanyakan: Q dalam kalori dan joule
Jawab:
a. Banyaknya kalor yang diterima air dihitung dengan menggunakan rumus atau persamaan berikut ini.
Q = mcT
Q = (300 g)(1 kal/goC)(20oC)
Q = 6.000 kal
Jadi, banyaknya kalor yang diterima air tersebut adalah 6.000 kalor.

b. Dari kesetaraan kalori dan joule diketahui bahwa:
1 kalori = 4,2 joule sehingga:
Q = 6.000 × 4,2 joule = 25.200 joule.

2. Air sebanyak 0,5 kg yang bersuhu 100oC dituangkan ke dalam bejana dari aluminium yang memiliki massa 0,5 kg. Jika suhu awal bejana sebesar 25oC, kalor jenis aluminium 900 J/kgoC, dan kalor jenis air 4.200 J/kgoC, maka tentukan suhu kesetimbangan yang tercapai! (anggap tidak ada kalor yang mengalir ke lingkungan)
Penyelesaian:
Diketahui:
mbjn = 0,5 kg
mair = 0,5 kg
Tair = 100oC
Tbjn = 25oC
cair = 4.200 J/kgoC
cbjn = 900 J/kgoC
Ditanyakan: Takhir/Ttermal = … ?
Jawab:
QLepas = QTerima
mair × cair × Tair = mbjn × cbjn × Tbjn
mair × cair × (Tair  Ttermal) = mbjn × cbjn × (Ttermal  Tbjn)
0,5 × 4.200 × (100  Ttermal) = 0,5 × 900 × (Ttermal  25)
2.100 × (100  Ttermal) = 450 × (Ttermal  25)
210.000  2.100Ttermal = 450Ttermal  11.250
450Ttermal + 2.100Ttermal = 210.000 + 11.250
2.550Ttermal = 221.250
Ttermal = 221.250/2.550
Ttermal = 86,76oC
Jadi, suhu kesetimbangannya adalah 86,76oC.

3. Jika teh 200 cm3 pada suhu 95oC dituangkan ke dalam cangkir gelas 150 g pada suhu 25oC, berapa suhu akhir (T) dari campuran ketika dicapai kesetimbangan, dengan menganggap tidak ada kalor yang mengalir ke sekitarnya? (kalor jenis cangkir gelas adalah 840 J/kgoC)
Penyelesaian:
Diketahui:
teh sebagian besar berupa air, maka kalor jenisnya adalah kalor jenis air.
cteh = cair = 4.200 J/kgoC
Vteh = 200 cm3 = 200 × 10-6 m3
mteh = ρteh × Vteh
mteh = ρair × Vteh
mteh = (1,0 × 103 kg/m3)(200 × 10-6 m3)
mteh = 200 × 10-3 kg = 0,2 kg
mgls = 150 g = 0,15 kg
cgls = 840 J/kgoC
Tteh = 95oC
Tgls = 25oC
Ditanyakan: T akhir (Tc) = …?
Jawab:
Dengan menerapkan Hukum Kekekalan Energi Kalor, maka:
Kalor yang hilang dari teh = kalor yang diterima canggir gelas
QLepas = QTerima
mteh × cteh × Tteh = mgls × cgls × Tgls
mteh × cteh × (Tteh  Tc) = mgls × cgls × (Tc  Tgls)
0,2 × 4.200 × (95  Tc) = 0,15 × 840 × (Tc  25)
840 × (95  Tc) = 126 × (Tc  25)
79.800  840Tc = 126Tc  3.150
126Tc + 840Tc = 79.800 + 3.150
966Tc = 82.950
Tc = 82.950/966
Tc = 85,87oC
Jadi, suhu kesetimbangan atau suhu akhir the dengan cangkir adalah 85,86oC.

4. Dalam gelas berisi 200 cc air 40oC kemudian dimasukkan 40 gram es 0oC. Jika kapasitas kalor gelas 20 kal/oC dan kalor lebur es adalah 80 kal/g, maka berapakah suhu seimbangnya?
contoh soal penerapan asas black
Penyelesaian:
Diketahui:
Tair = 40oC
Vair = 200 cc = 200 cm3
mair = ρair × Vair
mair = (1 g/cm3)(200 cm3)
mair = 200 g
Cgelas = 20 kal/oC
Tgelas = Tair
Tes = 0oC
mes= 40 g
Les = 80 kal/g
cair = 1 kal/goC
Ditanyakan: suhu akhir (TA)= …?
Jawab:
Dari massa dan suhu air dibandingkan dengan massa dan suhu es dapat diprediksi bahwa suhu akhir campuran akan melebihi 0oC, sehingga dapat digambarkan grafik Q-T seperti pada gambar di bawah ini.
grafik hubungan suhu dan kalor (Q-T)
Pada proses tersebut, berlaku azas Black sebagai berikut.
Q1 + Q2 = Q3 + Q4
 (mes × Les) + (mes × cair × Tes) = (Cgelas × Tair) + (mair × cair × Tair)
(mes × Les) + [mes × cair × (TA  Tes)] = [Cgelas × (Tair  TA)] + [mair × cair × (Tair  TA)]
 (40 × 80) + [40 × 1 × (TA  0)] = [20 × (40  TA)] + [200 × 1× (40  TA)]
 3200 + 40TA = 20(40  TA) + 200(40  TA)
 320 + 4TA = 2(40  TA) + 20(40  TA)
 320 + 4TA = 80  2TA + 800  20TA
 4TA + 2TA + 20TA = 80 + 800  320
 26TA = 560
 TA = 560/26
 TA = 21,54
Jadi, suhu seimbangnya adalah 21,54oC.

5. Botol termos berisi 230 gram kopi pada suhu 80oC. Kemudian ditambahkan susu sebanyak 20 gram bersuhu 5oC. Jika tidak ada kalor pencampuran maupun kalor yang terserap botol termos dan kalor jenis kopi = susu = air = 1,00 kal/goC, maka berapakah suhu keseimbangan campuran?
Penyelesaian:
Diketahui:
TK = 80oC
mK = 250 g
TS = 5oC
mS = 20 g
c = 1 kal/goC
Ditanyakan: suhu akhir (TA)= …?
Jawab:
Untuk mempermudah perhitungan dapat digambar grafik hubungan Q-T seperti yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini.
grafik hubungan suhu dan kalor (Q-T)
Dari grafik terlihat bahwa kopi akan melepas kalor (QLepas) dan susu akan menyerap kalor (QTerima). Besarnya memenuhi Asas Black sebagai berikut.
QTerima = QLepas
QS = QK
 mS × cS × TS = mK × cK × TK
 mS × cS × (TA  TS) = mK × cK × (TK  TA)
 20 × 1 × (TA  5) = 230 × 1 × (80  TA)
 20(TA  5) = 230(80  TA)
 2(TA  5) = 23(80  TA)
 2TA  10 = 1840  23TA
 2TA + 23TA = 1840 + 10
 25TA = 1850
 TA = 1850/25
 TA = 74
Jadi, suhu keseimbangan atau suhu akhir campuran antara kopi dan susu tersebut adalah 74oC.


6. Sebuah kompor listrik yang dayanya 500 watt dan daya gunanya 40% digunakan untuk memanaskan 1 liter air yang suhu awalnya 20oC. Jika kalor jenis air adalah 4 J/goC, maka berapakah suhu air setelah ¼ jam?
contoh soal hubungan asas black dengan hukum kekekalan energi
Penyelesaian:
Diketahui:
P = 500 watt
Daya guna = 40%
mair = 1 liter = 1000 cm3 = 1000 g
cair = 4 J/goC
T0 = 20oC
t = ¼ jam = ¼ × 3600 s = 900 s
Ditanyakan: suhu akhir (TA) = …?
Jawab:
Pada pemanasan air dengan kompor listrik ini terjadi perubahan energi listrik menjadi kalor. Karena daya gunanya 40% maka dapat berlaku:
Kalor = energi
Q = 40%W
 mair × cair × T = 0,4 × P × t
 mair × cair × (TA  T0) = 0,4 × P × t
 1000 × 4 × (TA  20) = 0,4 × 500 × 900
 4000(TA  20) = 180000
 4(TA  20) = 180
 4TA  80 = 180
 4TA = 180 + 80
 4TA = 260
 TA = 260/4
 TA = 64
Jadi, suhu akhir air setelah ¼ jam atau 900 detik adalah 65oC.

7. Sepotong aluminium bermassa 200 g dan bersuhu 20oC dimasukkan ke dalam 100 g air yang bersuhu 80oC. Dengan mengabaikan pertukaran kalor dengan lingkungan, hitung suhu akhir campuran jika kalor jenis aluminium 900 J/kgK dan kalor jenis air 4.200 J/kgK.
Penyelesaian:
Diketahui:
mAir = 100 g
TAir = 80oC
cAir = 4.200 J/kgK
mAl = 200 g
TAl = 20oC
cAl = 900 J/kgK
Ditanyakan: suhu akhir (TA) campuran = …?
Jawab:
QLepas = QTerima
 mAir × cAir × TAir = mAl × cAl × TAl
 mAir × cAir × (TAir  TA) = mAl × cAl × (TA  TAl)
 100 × 4.200 × (80  TA) = 200 × 900 × (TA  20)
 420.000(80  TA) = 180.000(TA  20)
 42(80  TA) = 18(TA  20)
 3.360  42TA = 18TA  360
 18TA + 42TA = 3.360 + 360
 60TA = 3.720
 TA = 3.720/60
 TA = 62
Jadi, suhu akhir setelah terjadi kesetimbangan termal adalah 62oC.

8. Anis menyiapkan minuman es teh untuk pekerja di rumahnya dalam suatu wadah. Ia mencampur 0,5 kg es yang bersuhu 5oC dengan 1 kg air teh yang suhunya 20oC. Apabila pertukaran kalor hanya terjadi pada kedua benda, ces = 2.100 J/kgoC, dan cair = 4.200 J/kgoC, berapa suhu akhir minuman tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui:
mes = 0,5 kg
Tes = -5oC
ces = 2.100 J/kgoC
mair = 1 kg
Tair = 20oC
cair = 4.200 J/kgoC
Ditanyakan: suhu akhir campuran (Tc) = …?
Jawab:
Untuk mencari suhu campuran, gunakan persamaan berikut.
Qair = Qes
 mair × cair × Tair = mes × ces× Tes
 mair × cair × (Tair  Tc) = mes × ces× (Tc  Tes)
 1 × 4.200 × (20  Tc) = 0,5 × 2.100 × (Tc  (-5))
 4.200(20  Tc) = 1.050(Tc + 5)
 420(20  Tc) = 105(Tc + 5)
 8.400  420Tc = 105Tc + 525
 105Tc + 420Tc = 8.400  525
 525Tc = 7.875
 Tc = 7.875/525
 Tc = 15
Jadi, suhu akhir minuman tersebut adalah 15oC.

9. Sebuah logam bermassa 0,2 kg dipanaskan sampai 200oC. Kemudian, logam itu dimasukkan pada 450 g air dengan suhu 25oC yang ditempatkan pada bejana kalorimetere aluminium 200 g. Ditemukan suhu akhir campuran adalah 40oC. Jika kalor jenis air 4.200 J/kgoC dan kalor jenis bahan kalorimeter 900 J/kgoC, hitunglah kalor jenis logam tersebut.
Penyelesaian:
Diketahui:
mlog = 0,2 kg
Tlog = 200oC
Tair = Tkal = 25oC
mair = 450 g = 0,45 kg
cair = 4.200 J/kgoC
mkal = 200 g = 0,2 kg
ckal = 900 J/kgoC
Tc = 40oC
Ditanyakan: kalor jenis logam (clog) = …?
Jawab:
Untuk mencari kalor jenis logam, kita gunakan persamaan berikut.
 clog
=
(maircair + mkalckal)(Tc  Tair)
mlog(Tlog  Tc)
 clog
=
(0,45 × 4.200 + 0,2 × 900)(40  25)
0,2(200  40)
 clog
=
(1.890 + 180)(15)
0,2(160)
 clog
=
(2070)(15)
32
 clog
=
31.050
32
 clog
=
970,3125
Dengan demikian, kalor jenis logam tersebut adalah 970,31 J/kgoC.

10. Sebuah kalorimeter yang kapasitas kalornya 40 kal/oC berisi 200 gram air suhunya 20oC akan dipakai untuk menentukan kalor jenis kuningan. Ke dalam kalorimeter dimasukkan 100 gram kuningan yang bersuhu 80oC. Jika suhu akhir air 22oC dan kalor jenis air 1 kal/goC, berapakah kalor jenis kuningan?
Penyelesaian:
Diketahui:
Ckal = 40 kal/oC
ma = 200 gram
Ta = 20oC
mk = 100 gram
Tk = 80oC
Takhir = 22oC
ca = 1 kal/goC
Ta = Takhir  Ta = (22  20) = 2oC
Tk = Tk Takhir = (80  22) = 58oC
Tka = Ta = 2oC
Ditanyakan: kalor jenis kuningan (ck) = …?
Jawab:
Kalor yang dilepas oleh kuningan = kalor yang diterima oleh kalorimeter dan air.
Q1 = Q2
 m× c× Tk = m× c× Ta + Ckal × Tka
 100 × c× 58 = (200 × 1 × 2) + (40 × 2)
 5.800ck = 400 + 40
 5.800ck = 440
 580ck = 44
 ck = 44/580
 ck = 0,076
Jadi, kalor jenis kuningan tersebut adalah 0,076 kal/goC.

Post a Comment

Mohon berkomentar secara bijak dengan bahasa yang sopan dan tidak keluar dari topik permasalahan dalam artikel ini. Dan jangan ikut sertakan link promosi dalam bentuk apapun.
Terimakasih.

emo-but-icon

Home item

Materi Terbaru