Latihan Soal dan Pembahasan : Kalor (Materi fisika kelas 11)

Kalor merupakan salah satu materi fisika yang dipelajari di kelas 11 semester 1, oleh karena itu disini saya mencoba untuk membuat latihan soal materi kalor lengkap dengan pembahasannya secara terperinci, bisa dijadikan latihan untuk para siswa agar lebih memahami materi medan magnet atau referensi oleh guru dalam membuat soal ulangan. Soal yang disajikan memiliki banyak tipe soal yang diambil dari soal-soal ujian masuk atau UN sehingga cocok untuk dibuat belajar menjelang ulangan harian atau akan mengikuti tes. Selamat menikmati

Soal nomor 1
Jika 40 g es dari suhu -10 ⁰C ingin diubah menjadi uap dengan suhu 110 ⁰C, dibutuhkan energi ,,,, (gunakan kalor jenis es 0,5 kal/g ⁰C, kalor lebur es 80 kal/g, kalor jenis air 1 kal/g ⁰C, kalor penguapan air 542 kal/g dan kalor jenis uap air 0,48 kal/g ⁰C)

A. 13,3 kkal
B. 24,5 kkal
C. 29,3 kkal
D. 36,7 kkal
E. 39,5 kkal
Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 1:

terjadi lima proses yakni,
1) perubahan suhu es dari -10 ⁰C menjadi 0 ⁰C (Q₁ = m c_es ΔT₁)
2) perubahan wujud dari es menjadi air 0 ⁰C (Q₂ = m L_es)
3) perubahan suhu air dari 0 ⁰C menjadi 100 ⁰C (Q₃ = m c_air ΔT₃)
4) perubahan wujud dari air menjadi uap air (Q₄ = m U_air )
5) perubahan suhu uap air dari 100 ⁰C menjadi 110 ⁰C (Q₅ = m c_uap ΔT₅)
seperti terlihat pada gambar grafik berikut

Sehingga kalor total yang dibutuhkan dapat ditentukan sebagai berikut
Q_tot = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅
Q_tot = m c_es ΔT₁ + m L_es + m c_es ΔT₃ + m U_air + m c_uap ΔT₅
Q_tot = (40) (0,5) (10) + (40) (80) + (40) (1) (100) + (40) (542) + (40) (0,48) (10)
Q_tot = 200 + 3200 + 4000 + 21680+ 192
Q_tot = 29272 kal
Q_tot = 29,272 kkal
Q_tot = 29,3 kkal

Soal nomor 2
Berikut data kalor jenis dari 4 zat :

Jika terdapat empat zat pada seperti pada daftar di atas masing-masing bermassa sama dan diberi kalor dalam jumlah yang sama, urutan zat yang mengalami kenaikan suhu dari tertinggi ke terendah adalah ....
A. aluminium – tembaga – perak – timbal
B. timbal – aluminium – tembaga – perak
C. timbal – perak – tembaga – aluminium
D. perak – aluminium – timbal – tembaga
E. perak – tembaga – timbal – aluminium

Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 2:

Persamaan matematis yang digunakan
Q = m . c . ΔT
Kalor jenis berbanding terbalik dengan perubahan suhu. Semakin besar kalor jenis benda, maka perubahan suhu benda tersebut akan semakin kecil (benda semakin susah dipanasi). Sehingga
c_Al > c_Te > c_Pe > c_Ti , maka
ΔT_Al < ΔT_Te < ΔT_Pe < c_Ti

Soal nomor 3
Grafik di bawah ini merupakan data yang diperoleh dari pemanasan bubuk sampel zat tertentu bermassa 0,10 kg. Kalor jenis sampel zat adalah ....

A. 240 J.kg^-1.K^-1
B. 420 J.kg^-1.K^-1
C, 840 J.kg^-1.K^-1
D. 2.400 J.kg^-1.K^-1
E. 4.200 J.kg^-1.K^-1
Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 3:

Tips :
Ambil satu data dari grafik (misal data pertama)
Q = m c ΔT
420 = 0,1 c 10
420 J.kg^-1.K^-1 = c

Soal nomor 4
Alkohol yang suhunya 0 ⁰C bermassa 1 kg dipanaskan pada suatu pemanasan. Grafik perubahan suhu terhadap kalor diberikan pada gambar di bawah ini,

Kalor yang dibutuhkan alkohol dari keadaan suhu 00C sampai mencapai suhu 78 ⁰C dan seluruhnya telah berubah wujud adalah ....
(kalor jenis alkohol = 2.400 J.kg^-1.⁰C^-1;kalor uap alkohol = 2,1 x 10⁵J.kg^-1)
A. 187,2 kJ
B. 210,2 kJ
C. 397,2 kJ
D. 450,2 kJ
E. 497,2 kJ
Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 4:

Ada dua proses yang terjadi yakni
Q₁ = Kalor untuk menaikkan suhu alkohol dari 0 ⁰C – 78 ⁰C
Q₂ = kalor untuk mengubah wujud alkohol seluruhnya
Sehingga jumlah kalor total yang diperlukan adalah
Q_tot = Q₁ + Q₂
Q_tot = m . c . ΔT + m . U
Q_tot = 1 . 2400 . 78 + 1 . 210000
Q_tot = 187200 + 210000
Q_tot = 397200 J
Q_tot = 397,2 KJ

Soal nomor 5
Sebanyak 75 gram air yang suhunya 20 ⁰C dicampurkan dengan 50 gram air yang suhunya tak diketahui. Jika suhu akhir campuran 40 ₀C, maka suhu air 50 gram mula-mula adalah ....
A. 70 ⁰C
B. 50 ⁰C
C. 40 ⁰C
D. 30 ⁰C
E. 20 ⁰C
Kunci jawaban: "A"

pembahasan soal nomor 5:

Berdasarkan konsep asas black
Q_lepas = Q_terima
m₁ . c . ΔT₁ = m₂ . c . ΔT₂
50 (T – 40) = 75 (40 – 20)
2 (T – 40) = 3 . 20
T – 40 = 30
T = 70 ⁰C
Tips :
Benda bersuhu tinggi melepaskan kalor dan benda yang bersuhu rendah menerima kalor

Soal nomor 6
Di sebuah laboratorium, sekelompok siswa melaksanakan percobaan tentang suhu dan kalor. Percobaan dilakukan dengan memasukkan es yang bersuhu -10 ⁰C ke dalam segelas air hangat yang bersuhu 50 ⁰C. Massa es dan air hangat masing-masing 100 gram dan 190,48 gram. Setelah es dimasukkan ke dalam air hangat, campuran diaduk secara perlahan sampai mencapai keseimbangan termal, dimana termometer menunjukkan suhu 0 ⁰C, pernyataan yang benar tentang kondisi es sekarang adalah ....
(kalor jenis es = 2.100 J.kg^-1.⁰C^-1; kalor jenis air = 4.200 J.kg^-1.⁰C^-1; kalor lebur es = 336.000 J.kg^-1)
A. Es masih tersisa 50 gram
B. Tidak ada es yang mencair
C. Seluruh es telah mencair
D. Setengah bagian es mencair
E. Es masih tersisa 10 gram
Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 6:

Untuk mengetahui kondisi akhir dari campuran, maka perlu diketahui jumlah kalor yang dilepaskan oleh air untuk mencapai kesetimbangan termal dan jumlah kalor yang diperlukan apabila seluruh es mencair.

• Kalor yang dilepaskan oleh air
Q₁ = m_air . c_air. ΔT_air
Q₁ = 0,19048 . 4200 . 50
Q₁ = 40000,8 J

• Kalor yang dibutuhkan es
Q₂ = m_es . c_es. ΔT_es (mengubah suhu es dari -10 ⁰C menjadi 0 ⁰C)
Q₂ = 0,1 . 2100 . 10
Q₂ = 2100 J
Q₃ = m_es L_es (mengubah wujud es menjadi air)
Q₃ = 0,1 . 336000
Q₃ = 33600 J (untuk semua es yang mencair)
Sehingga kalor total yang diperlukan es adalah

Q_es = Q₂ + Q₃
Q_es = 2100 + 33600
Q_es = 25700 J
Karena Q₁ > Q_es maka semua es dapat mencair

Soal nomor 7
Es bermassa M gram bersuhu 0 ⁰C, dimasukkan ke dalam bejana berisi air bermassa 340 gram yang suhunya 20 ⁰C. Anggap bejana tidak menyerap/melepaskan kalor dan besar kalor lebur es L_es = 80 kal.g^-1 , kalor jenis air C_air = 1 kal.g^-1 . ⁰C^-1 . Semua es mencair dan kesetimbangan termal tercapai pada suhu 5 ⁰C, maka massa es (M) adalah ....
A. 60 gram
B. 68 gram
C. 75 gram
D. 80 gram
E. 170 gram
Kunci jawaban: "A"

pembahasan soal nomor 7:

Berdasarkan soal di atas, maka es akan menyerap kalor (suhu rendah) yang diberikan oleh air (suhu tinggi). Berlaku asas black. Kalor yang diberikan air akan digunakan untuk mengubah wujud es dan menaikkan suhunya hingga mencapai kesetimbangan termal.
Q_lepas = Q_terima
Q₁ + Q₂ = Q_terima
m_es . L_es + m_es . c_air . ΔT_es = m_air . c_air . ΔT_air
M . 80 + M . 1 . (5 – 0) = 340 . 1 . (20 – 5)
80M + 5M = 340 . 15 → (semua suku dibagi 5)
17M = 340 . 3
M = 20 . 3
M = 60 gram

Soal nomor 8
Sebuah balok es dengan massa 50 kg, pada 0 ⁰C di dorong di atas papan horizontal yang juga memunyai suhu 0 ⁰C sejauh 21 m, ternyata 25 g es mencair karena gesekan. Jika kalor lebur es 80 kal/g, koefisien gesekan adalah ....
A. 0,5
B. 0,6
C. 0,7
D. 0,8
E. 0,9
Kunci jawaban: "D"

pembahasan soal nomor 8:

Kondisi awal sebelum balok es di dorong
m₁ = 50 kg
T₁ = 0 ⁰C

Kondisi akhir setelah balok es di dorong
m₂ = 25 g
s = 21m
L_es = 80 kal/g

Balok es berkurang 25 gram karena mendapat panas yang dihasilkan dari gesekan antara balok es dengan permukaan papan, sehingga pada kondisi ini usaha yang dilakukan oleh gaya gesek sama besar dengan energi kalor yang dihasilkan untuk mencairkan balok es, secara matematis dapat ditulis
W = Q
f_gesek . s = m . L_es
μ_k m_total g . s = m_es . L_es (m_es = massa es yang melebur)
μ_k m_total g . s = m_es L_es
μ_k 50 .10 . 21 = 25 . 80 . (4,2)
μ_k 42 = 8 . 4,2
μk = 0,8
Konsep:
Pada ruas kanan dikalikan dengan 4,2 untuk mengubah satuannya dari “kal” menjadi “Joule”, karena satuan usaha pada ruas kiri dalam “joule” sedangkan satuan kalor pada ruas kanan dalam “kal”

Soal nomor 9
Seorang ibu memasak 500 g air dalam bejana pada suhu awal 25 ⁰C dengan kompor listrik 500 W. Anggap tidak ada kalor yang hilang selama pemanasan dan untuk memanaskan bejana tidak dibutuhkan kalor. Kalor didih air = 2 x 10⁶ J/kg ⁰C dan kalor jenis air 4200 J/kg K. Setelah 30 menit ibu ini melihat airnya dan mendapatkan ....
A. 500 g air dengan suhu 85 ⁰C
B. 500 g air dengan suhu 100 ⁰C
C. 371 g air dengan suhu 100 ⁰C
D. 129 g air dengan suhu 100 ⁰C
E. bejana kosong
Kunci jawaban: "D"

pembahasan soal nomor 9:

Berdasarkan soal dapat diketahui
m = 500 g = 0,5 kg
T₁ = 25 ⁰C
U = 2 x 10⁶J/kg ⁰C
c_air = 4200 J/kg ⁰C
t = 30 menit

Pada proses pemanasan air terjadi perubahan energi dari energi listrik menjadi energi panas (kalor).
Energi listrik
W = P . t
W = 500 . 30 . 60 (waktu di ubah menjadi detik)
W = 900000 J

Kalor untuk mengubah suhu air menjadi 100 ⁰C
Q = m . c . ΔT
Q = 0,5 . 4200 . (100 – 25)
Q = 2100 . 75
Q = 157500 J

Karena jumlah energi listrik lebih besar dari pada jumlah kalor yang dibutuhkan untuk mengubah suhu air menjadi 100 ⁰C, maka ada “kelebihan” energi sebesar Q₂ = 900000 – 157500 = 742500 J.
Kelebihan kalor ini yang digunakan untuk mengubah sejumlah air menjadi uap air, secara matematis dapat ditentukan jumlah air yang menguap dengan cara
Q₂ = m . U
742500 = m . 2000000
0,371 kg = m
371 g = m
Jadi massa air yang tidak menguap adalah 500 – 371 = 129 gram dan tetap dalam suhu 100 ⁰C.

Soal nomor 10
Dalam sebuah bejana yang massanya diabaikan terdapat a gram air 42 ⁰C dicampur dengan b gram es -4 ⁰C. setelah di aduk ternyata sebanyak 50% es melebur. Jika titik lebur es 0 ⁰C, kalor jenis es 0,5 kal/g ⁰C, kalor lebur es 80 kal/g perbandingan a dan b adalah ....
A. 1 : 4
B. 1 : 2
C. 1 : 1
D. 2 : 1
E. 4 : 1
Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 10:

Berdasarkan soal, kita dapat mengetahui bahwa terjadi perpindahan kalor dari air (suhu tinggi) ke es (suhu rendah) sehingga menyebabkan 50% es melebur (pada suhu 0 ⁰C). jumlah kalor yang dilepaskan oleh air sama dengan jumlah kalor yang diterima oleh es hal ini disebut dengan asas black, secara matematis dapat ditulis
Q_lepas = Q_terima
Q_air = Q₁ + Q₂
(Q₁ = kalor yang dibutuhkan untuk mengubah suhu es menjadi 0 ⁰C)
(Q₂ = kalor yang dibutuhkan untuk mengubah 50% menjadi air atau melebur)
m_air . c_air . ΔT_air = m_es . c_es . ΔT_es + 50% m_es . L_es
a . 1 (42 – 0) = b . 0,5 (0 – (-4)) + 0,5 . b . 80
42a = 2b + 40b
42a = 42b
a = b
a : b = 1 : 1
jadi perbandingan massa air dan es adalah 1 : 1

Soal nomor 11
Sebuah bejana mempunyai kapasitas kalor 125 kal/K. Bejana ini berisi 70 g air yang suhunya 50 ⁰C. ke dalam bejana itu dimasukkan 200 g zat padat yang suhunya 20 ⁰C. jika suhu campuran itu akhirnya menjadi 42 ⁰C, kalor jenis zat padat adalah ....
A. 0,36 kal/g⁰C
B. 0,24 kal/g⁰C
C. 0,12 kal/g⁰C
D. 0,6 kal/g⁰C
E. 0,9 kal/g⁰C
Kunci jawaban: "A"

pembahasan soal nomor 11:

Kalor yang dilepaskan benda bersuhu tinggi (bejana dan air) akan diserap benda bersuhu rendah (zat padat), dengan jumlah kalor yang dilepas sama dengan jumlah kalor yang di serap (asas black). Sehingga secara matematis dapat ditulis
Q_lepas = Q_terima
Q_bejana + Q_air = Q_{zat padat}
C_bejana . ΔT_bejana + m_air c_air ΔT_aitlr = m_{zat padat} c_{zat padat} ΔT_{zat padat}
125 . (50 – 42) + 70 . 1 . (50 – 42) = 200 c_{zat padat} (42 – 20)
125 . 8 + 70 . 8 = 200 c_{zat padat} 22
1000 + 560 = 4400 c_{zat padat}
1560 = 4400 c_{zat padat}
0,36 kal/g⁰C = c_{zat padat}
Jadi kalor jenis zat padat tersebut adalah 0,36 kal/g⁰C

Soal nomor 12
Suhu tiga jenis cairan A, B, dan C yang bermassa sama berturut-turut adalah 10 ⁰C, 20 ⁰C, dan 30 ⁰C. suhu campuran A dan B adalah 16 ⁰C, sedangkan suhu campuran B dan C adalah 24 ⁰C. suhu campuran A dan C adalah ....
A. 14 ⁰C
B. 17 ⁰C
C. 20 ⁰C
D. 23 ⁰C
E. 26 ⁰C
Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 12:

Massa ketiga cairan sama
m_A = m_B = m_C = m

Campuran A dan B
Terjadi perpindahan kalor dari B (suhu tinggi) ke A (suhu rendah), sehingga persamaan asas blacknya dapat ditulis
Q_lepas = Q_terima
m_B c_B ΔT_B = m_A c_A ΔT_A
m c_B (20 – 16) = m c_A (16 – 10)
4c_B = 6c_A ... (1)

Campuran B dan C
terjadi perpindahan kalor dari C (suhu tinggi) ke B (suhu rendah), sehingga persamaan asas blacknya dapat ditulis
Q_lepas = Q_terima
m_C c_C ΔT_C = m_B c_B ΔT_B
m c_C (30 – 24) = m c_B (24 – 20)
6c_C = 4c_B ... (2)
Perhatikan persamaan (1) dan (2), maka kita dapat menulis
4c_B = 6c_A ... (1)
6c_C = 4c_B ... (2)
6c_C = 6c_A
c_C = c_A = c

Campuran A dan C
terjadi perpindahan kalor dari C (suhu tinggi) ke A (suhu rendah), sehingga persamaan asas blacknya dapat ditulis
Q_lepas = Q_terima
m_C c_C ΔT_C = m_A c_A ΔT_A
m c (30 – T) = m c (T – 10)
30 – T = T – 10
40 = 2T
20 ⁰C = T

Soal nomor 13
Perhatikan pernyataan berikut ini!
(1) Panjang konduktor
(2) Suhu konduktor
(3) Luas penampang konduktor
(4) Volume konduktor
Faktor-faktor yang mempengaruhi laju perpindahan kalor secara konduksi pada suatu benda ditunjukkan oleh nomor ....
A. (1) dan (2)
B. (1) dan (3)
C. (2) dan (3)
D. (2) dan (4)
E. (3) dan (4)
Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 13:

Untuk menentukan faktor-faktor konduksi, dapat dilihat dari besaran-besaran pada persamaan matematisnya yaitu

Keterangan :
k : koefisien konduktivitas bahan
A : luas penampang
ΔT : perubahan suhu
L : panjang

Soal nomor 14
Amir akan memasangkan kaca pada mobilnya. Dia akan memilih kaca yang tepat agar panas pada siang hari tidak mudah merambat melalui kaca dari luar ke bagian dalam mobil. Suhu luar saat panas terik sebesar 38 ⁰C dan suhu bagian dalam mobil 20 ⁰C. Manakah jenis kaca yang tepat dipilih Amir?

Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 14:

Untuk perpindahan kalor secara konduksi berlaku persamaan

Untuk memilih kaca yang tepat, maka perambatan kalor (H) yang terjadi harus kecil. Hal ini dapat dilihat dari perbandingan nilai K/L juga harus kecil.

Soal nomor 15
Sebuah logam A disambung dengan batang logam B dari bahan yang sama dengan luas penampang 3 kali lebih besar. Jika pada tekanan udara 1 atm ujung bebas batang A dimasukkan ke es yang sedang mencair dan ujung bebas batang B dimasukkan ke air yang sedang mendidih, suhu di titik sambung batang A dan B adalah ....
A. 75 ⁰C
B. 60 ⁰C
C. 50 ⁰C
D. 45 ⁰C
E. 40 ⁰C

Kunci jawaban: "A"

pembahasan soal nomor 15:

Berdasarkan soal dapat diketahui
k_A = k_B (bahan sama)
A_A = 3A_B
L_A = L_B
T_A = 0 ⁰C
T_B = 100 ⁰C
Laju perambatan kalor terjadi dari ujung B ke titik persambungan dan dari titik persambungan ke ujung A, sehingga persamaan matematisnya dapat ditulis

Jadi suhu pada persambungannya adalah 75 ⁰C

Soal nomor 16
Tiga batang konduktor P, Q, dan R dari jenis berbeda memiliki panjang dan luas penampang sama digabungkan seperti gambar.

Suhu T₁ = 20 ⁰C dan suhu T₄ = 90 ⁰C, koefisien konduksi k_P = 2k_Q = 4k_S, maka suhu T₂ dan T₃ adalah ....
A. T₂ = 40 ⁰C, T₃ = 75 ⁰C
B. T₂ = 40 ⁰C, T₃ = 60 ⁰C
C. T₂ = 35 ⁰C, T₃ = 65 ⁰C
D. T₂ = 30 ⁰C, T₃ = 50 ⁰C
E. T₂ = 30 ⁰C, T₃ = 40 ⁰C
Kunci jawaban: "D"

pembahasan soal nomor 16:

pada proses konduksi berlaku persamaan

Koefisien konduksi berbanding terbalik dengan perubahan suhunya, sehingga kita hanya membandingkan antara keduanya saja. Bentuk persamaan perbandingannya adalah
K₁ . ΔT₁ = K₂ ΔT₂

Sambungan logam PQ
K_P . ΔT_P = K_Q . ΔT_Q
2K_Q . (T₂ – T₁) = K_Q (T₃ – T₂)
2 (T₂ – 20) = (T₃ – T₂)
2T₂ – 40 = T₃ – T₂
3T₂ – 40 = T₃ ... (1)

Sambungan logam QR
K_Q . ΔT_Q = K_R . ΔT_R
2K_R . (T₃ – T₂) = K_R (T₄ – T₃)
2 (T₃ – T₂) = (90 – T₃)
2T₃ – 2T₂ = 90 – T₃
3T₃ = 90 + 2T₂
T₃ = 30 + 2/3 T₂ ... (2)
Substitusikan pers (1) ke pers (2)
3T₂ – 40 = 30 + 2/3 T₂
3T₂ – 2/3 T₂ = 70
7/3 T₂ = 70
T₂ = 30 ⁰C
T₃ = 50 ⁰C

Jurus jitu:
Perbandingan koefisien konduksi logam P, Q, dan R adalah
K_P = 2K_Q = 4K_R
K_P : K_Q : K_R = 4 : 2 : 1
Karena koefisien konduksi berbanding terbalik dengan perubahan suhu, maka perbandingan perubahan suhu pada logam P, Q, dan R adalah
ΔT_P : ΔT_Q : ΔT_R = 1 : 2 : 4
Dari pilihan jawaban yang tersedia hanya pilihan jawaban “D” yang paling sesuai
(30 – 20) : (50 – 30) : (90 – 50) = 1 : 2 : 4
10 : 20 : 40 = 1 : 2 : 4

Soal nomor 17
Tiga batang logam yang berbeda jenisnya dilas menjadi bentuk seperti gambar. Ujung bebas batang pertama bersuhu 100 ⁰C. sedangkan dua ujung lainnya bersuhu 0 ⁰C. ketiga batang memiliki panjang dan luas sama sedangkan konduktivitas termal batang pertama, kedua, dan ketiga berturut-turut k₁, k₂, dan k₃. Jika hubungan antara ketiganya adalah k₁ = 2 k₂ = 3k₃, suhu sambungan ketiga batang tersebut mendekati ....     

A. 10 ⁰C
B. 20 ⁰C
C. 40 ⁰C
D. 60 ⁰C
E. 80 ⁰C
Kunci jawaban: "D"

pembahasan soal nomor 17:

Diketahui :
k₁ = 2 k₂ = 3k₃
k₁ = 2 k₂
½ k₁ = k₂
k₂ = 1,5 k₃
k₁ = 2 . 1,5 k₃
k₁ = 3 k₃
1/3 k₁ = k₃
A₁ = A₂ = A₃
L₁ = L₂ = L₃
Berdasarkan gambar di atas, terlihat bahwa perpindahan kalor secara konduksi yang masuk ke titik sambungan (S) berasal dari batang 1 kemudian keluar menuju batang 2 dan batang 3, sehingga secara matematis pada titik sambungan berlaku

Jadi suhu pada sambungan mendekati 60 ⁰C

Soal nomor 18
Sebuah batang logam panjangnya 1 m. salah satu ujungnya dipanaskan pada suhu tetap 150 ⁰C, sementara ujung yang lain dipertahankan pada suhu ruang, yaitu 30 ⁰C. suhu bagian batang yang berjarak 30 cm dari ujung yang dipanaskan adalah ....
A. 36 ⁰C
B. 56 ⁰C
C. 85 ⁰C
D. 114 ⁰C
E. 125 ⁰C

Kunci jawaban: "D"

pembahasan soal nomor 18:

Berdasarkan soal dapat diketahui
L_tot = 1 m
T₁ = 150 ⁰C
L₁ = 30 cm
T₂ = 30 ⁰C
L₂ = 70 cm
A₁ = A₂
K₁ = K₂
T₃ = ... ? (suhu pada jarak 30 cm dari ujung yang panas) Dengan menggunakan prinsip konduksi maka dapat ditulis persamaan matematisnya

Jadi suhu pada titik yang berjarak 30 cm dari ujung yang dipanaskan adalah 114 ⁰C.

Soal nomor 19
Permukaan dalam suatu dinding rumah dijaga bersuhu 20 ⁰C pada saat suhu udara luar 15 ⁰C. ukuran dinding adalah 10 m x 4 m. banyak kalor yang hilang karena konveksi alami melalui dinding selama 1 jam adalah .... (anggap koefisien konveksi rata-rata 3,5 J/s m²K)
A. 1,0 x 10⁵J
B. 1,5 x 10⁵J
C. 2,0 x 10⁵J
D. 2,5 x 10⁶J
E. 3,0 x 10⁶J
Kunci jawaban: "D"

pembahasan soal nomor 19:

Berdasarkan soal dapat diketahui
T₁ = 20 ⁰C
T₂ = 15 ⁰C
A = 10 x 4 = 40 m²
h = 3,5 J/s m²K
t = 1 jam = 3600 s
laju perpindahan kalor secara konveksi dapat ditulis
Q/t = h A ΔT
Q = h A ΔT t
Q = 3,5 . 40 . 5 . 3600
Q = 2520000 J
Q = 2,5 x 10⁶J

Soal nomor 20
Suatu benda hitam pada 27 ⁰C memancarkan energi R J/s. jika dipanaskan sampai 327 ⁰C energi radiasinya menjadi ....
A. 16R J/s
B. 12R J/s
C. 10R J/s
D. 6R J/s
E. 4R J/s

Kunci jawaban: "A"

pembahasan soal nomor :

Berdasarkan soal dapat diketahui
T₁ = 27 ⁰C = 300 K
Q₁/t₁ = R J/s
T₁ = 327 ⁰C = 600 K
Q₂/t₂ ... ?
Laju perpindahan panas secara radiasi dapat ditulis
Q/t = σAT⁴
Persamaan di atas menunjukkan bahwa
Q/t sebanding dengan T⁴
Sehingga kita dapat menuliskan persamaan perbandingannya sebagai berikut

Jadi ketika suhunya 327 ⁰C energi yang dipancarkan sebesar 16R

Soal nomor 21
Dua buah bola sejenis tapi berbeda ukuran memancarkan energi radiasi yang sama besar ke sekitarnya. Jika bola A berjari – jari r bersuhu T, bola B yang berjari – jari 2r akan bersuhu ....
A. 0,3 T
B. 0,5 T
C. 0,7 T
D. 0,9 T
E. 1,1 T
Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 21:

Berdasarkan soal dapat diketahui
(Q/t)_A = (Q/t)_B
r_A = r
T_A = T
r_B = 2r
T_B = ... ?
Laju perpindahan panas secara radiasi dapat ditulis
Q/t = σAT⁴
(A = luas permukaan bola)
Q/t = σ4πr²T₄
Berdasarkan persamaan di atas kita dapat mengetahui bahwa r² berbanding terbalik dengan T⁴
sehingga kita dapat menuliskan persamaan perbandingannya sebagai berikut

Jadi suhu bola B adalah 0,7 T

Soal nomor 22
Air terjun yang tingginya 12 m menerjunkan air 1000 m³/s dan dimanfaatkan oleh Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA). Bila percepatan gravitasi 9,8 m/s² dan seluruh daya listrik terpakai untuk memanaskan 100 m³ air, maka kenaikan suhu air per sekon adalah ... ⁰C.
A. 0,1 x 10^-2
B. 2,8 x 10^-2
C. 4,2 x 10^-2
D. 28,0 x 10^-2
E. 42,0 x 10^-2
Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 22:

Berdasarkan soal dapat diketahui h = 12 m Q/t (debit) = 1000 m³/s
g = 9,8 m/s²
V = 100 m³
t = 1 s
ΔT = ... ?
Fenomena di atas menunjukkan terjadinya rangkaian perubahan energi potensial menjadi energi listrik (oleh PLTA) kemudian menjadi energi kalor. Karena tidak ada energi yang hilang selama proses perubahan energi kita dapat tulis persamaan matematisnya antara energi potensial menjadi energi kalor. EP = Q
mgh = mcΔT
gh = cΔT
9,8 . 12 = 4200 . ΔT
117,6 = 4200 . ΔT
2,8 x 10^{-2 0}C= ΔT

Soal nomor 23
Sebuah tembaga bermassa 10 gram dan bersuhu 125 ⁰C, dimasukkan dalam kalorimeter berisi air bersuhu 20 ⁰C. Suhu akhir campuran adalah 23 ⁰C. jika percobaan ini diulangi kembali dengan menggunakan kondisi awal yang sama kecuali massa tembaga yang dipakai di ubah menjadi m, maka suhu akhir campuran adalah 25 ⁰C. jika kalorimeter tidak menyerap kalor maka nilai m adalah ....
A. 13 gram
B. 15 gram
C. 17 gram
D. 19 gram
E. 21 gram
Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 23:

Berdasarkan soal dapat diketahui
Kondisi pertama
m_T = 10 gram
T₁ = 125 ⁰C
T₂ = 20 ⁰C
T₃ = 23 ⁰C
m_A = massa air

Kondisi kedua
m_T = m gram
T₁ = 125 ⁰C
T₂ = 20 ⁰C
T₃ = 25 ⁰C
m_A = massa air

pada kedua kondisi berlaku konsep asas black dimana tembaga akan melepaskan kalor dan air akan menyerap kalor dengan jumlah kalor yang dilepaskan oleh tembaga sama dengan jumlah kalor yang diterima oleh tembaga. Maka dapat kita analisis asas black untuk kedua kondisi di atas agar dapat menemukan nilai m asas black untuk kondisi pertama
Q_lepas = Q_terima
m_T c_T ΔT₁ = m_A c_A ΔT₂
10 . c_T . (125 – 23) = m_A . c_A . (23 – 20)
10 . c_T . 102 = m_A . c_A . 3
c_T 340 = m_A . c_A
340 = m_A . c_A /c_T ... (1)

asas black untk kondisi kedua
Q_lepas = Q_terima
m_T c_T ΔT₁ = m_A c_A ΔT₂
m . c_T . (125 – 25) = m_A . c_A . (25 – 20)
m . c_T . 100 = m_A . c_A . 5
m 20 = m_A . c_A / c_T ⇒ substisusikan pers. (1)
m 20 = 340
m = 17 gram
jadi massa tembaga yang dipakai untuk kondisi yang kedua adalah 17 gram

Soal nomor 24
Es bersuhu -8 ⁰C dan bermassa m₁ gram dicampur dengan air bersuhu 12 ⁰C dan bermassa m₂ gram. Pada saat terjadi kesetimbangan suhu sebagian massa es melebur. Jika diketahui kalor lebur es = 80 kal/g, maka massa es yang melebur adalah ....
A. 1/20 (3m₁ + m₂) gram
B. 1/20 (m₁ - 3m₂) gram
C. 1/20 m₁ gram
D. 1/20 (m₁ + m₂) gram
E. 1/20 (3m₁ - m₂) gram
Kunci jawaban: "E"

pembahasan soal nomor 24:

Berdasarkan soal dapat diketahui
m_es = m₁
T₁ = -8 ⁰C
m_air = m₂
T₂ = 12 ⁰C
L_es = 80 kal/g
c_es = 0,5 kal/g ⁰C
c_air = 1 kal/g ⁰C
m_x = massa sebagian es yang mencair

kalor akan dilepaskan oleh air (suhu tinggi) dan diterima oleh es (suhu rendah). Kalor yang diterima es digunakan untuk mengubah suhunya dari suhu -8 ⁰C sampai 0 ⁰C dan digunakan untuk mengubah sebagian wujud es menjadi air (suhu saat mencapai kesetimbangan adalah 0 ⁰C), jadi persamaan matematis asas blacknya dapat ditulis
Q_lepas = Q_terima
m_air c_air ΔT₁ = m_es c_es ΔT₂ + m_es L_es
m₁ . 1 . (12 – 0)= m₂ . 0,5 . (0 – (-8)) + m_x . 80
12m₁ = 4m₂ + 80m_x
3m₁ = m₂ + 20m_x
3m₁ - m₂ = 20m_x
1/20(3m₁ - m₂) = m_x

Soal nomor 25
Sebuah alat pemanas listrik, hambatannya 11 ohm dan khusus digunakan pada beda potensial 220 volt. Bila alat tersebut digunakan untuk memanaskan 40 kg air sehingga suhunya naik dari 20 ⁰C menjadi 80 ⁰C, maka dengan mengambil 1 kalori = 4,2 joule waktu yang diperlukan adalah ....
A. 15,24 menit
B. 38,18 menit
C. 59,31 menit
D. 76,45 menit
E. 92,53 menit
Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 25:

Berdasarkan soal dapat diketahui
R = 11 ohm
V = 220 volt
m = 40 kg
ΔT = 80 – 20 = 60 ⁰C
t ... ?
fenomena di atas menunjukkan terjadi perubahan energi dari energi listrik menjadi energi kalor, sehingga dapat ditulis persamaannya sebagai berikut
W_lis = Q
(V²/R) . t = m . c . ΔT
(220 . 220/11) . t = 40 . 4200 . 60
20 . 220 . t = 40 . 4200 . 60
4400t = 10080000
t = 2290,9 s
t = 38,18 menit
jadi lama waktu yang diperlukan untuk memanaskan air adalah 38,18 menit

Demikian latihan soal beserta pembahasannya tentang materi fisika kalor untuk kelas 11, sedikit yang bisa saya tuliskan ini semoga bisa memberikan manfaat bagi para pembaca sekalian. Jika berkenan bisa subscribed blog ini, atau memberikan kritik, saran dan pendapat di kolom komentar di bawah. Terima kasih

baca juga : 

Soal latihan dan pembahasan materi : fluida statis
Soal latihan dan pembahasan materi : dinamika rotasi

Praktikum virtual : gerak parabola

Praktikum virtual : hukum Coulomb