Latihan soal dan pembahasan : Suhu dan Pemuaian (materi fisika kelas 11)

Suhu dan pemuaian merupakan salah satu materi fisika yang dipelajari di kelas 11 semester 1, oleh karena itu disini saya mencoba untuk membuat latihan soal materi suhu dan pemuaian 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
Titik leleh zat adalah pada suhu 194 ⁰F. Jika dinyatakan dalam satuan K dan ⁰C. titik leleh zat tersebut berturut – turut adalah ....
A. 381,8 dan 108,8
B. 108,8 dan 381,8
C. 76,2 dan 349,2
D. 90,0 dan 363,0
E. 363,0 dan 90,0

Kunci jawaban: "E"

pembahasan soal nomor 1:

Berdasarkan soal dapat diketahui
T_F = 194 ⁰F
T_K & T_C ... ?
Konversi ke satuan ⁰C

Hanya pilihan jawaban “E” yang sesuai

Soal nomor 2
Sebuah termometer menunjukkan angka 25 ketika dicelupkan ke dalam es yang sedang melebur pada tekanan 1 atm dan menunjukkan angka 85 ketika dicelupkan ke dalam air yang sedang mendidih pada tekanan 1 atm. Ketika digunakan bersama- sama jika termometer Celcius menunjukkan angka 55 ⁰C, termometer tersebut menunjukkan angka ....
A. 48
B. 58
C. 66
D. 76
E. 80

Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 2:

Berdasarkan soal dapat diketahui
X_B = 25 (batas bawah termometer X)
X_A = 85 (batas atas termometer X)
T_C = 55 ⁰C
X ... ?
Persamaan perbandingan untuk skala suhu

Jadi termometer tersebut akan menunjukkan angka 58

Soal nomor 3
Suatu termometer X menunjukkan -40⁰X ketika es mencair dan menunjukkan angka 160⁰X ketika air mendidih. Kenaikan skala termometer ini bersifat linier terhadap kenaikan suhu. Angka yang ditunjukkan termometer X adalah 50⁰X, jika diukur dengan termometer Fahrenheit akan menunjukkan angka ....
A. 81⁰F
B. 91⁰F
C. 101⁰F
D. 103⁰F
E. 113⁰F

Kunci jawaban: "E"

pembahasan soal nomor 3:

Berdasarkan soal dapat diketahui
X_B = -40 ⁰X (batas bawah termometer X)
X_A = 160 ⁰X (batas atas termometer X)
X = 50 ⁰X
F ... ?
Persamaan perbandingan untuk skala suhu

Soal nomor 4
Dua buah termometer A dan B menunjuk angka yang sama 100⁰ ketika digunakan untuk mengukur suhu air saat mendidih. Dalam air yang agak hangat termometer A menunjukkan angka 75⁰ , sedangkan termometer B menunjukkan angka 50⁰ . Jika termometer A menunjukkan angka 25⁰ , termometer B akan menunjukkan angka ....

A. -100⁰
B. -75⁰
C. -50⁰
D. -25⁰
E. 0⁰
Kunci jawaban: "E"

pembahasan soal nomor 4:

Berdasarkan soal dapat diketahui
X_A = Y_A = 100⁰
(batas atas kedua termometer sama)
Pengukuran 1
X₁ = 75⁰
Y₁ = 50⁰
Pengukuran 2
X₂ = 25⁰
Y₂ .... ?
Untuk lebih mudah perhatikan gambar berikut

Berdasarkan gambar di atas, untuk mempermudah dalam mengerjakan soal dapat digunakan batas bawah termometer xB dan yB adalah 25 ⁰ dan y₂ dengan nilai x = 75⁰ dan y = 50⁰ sehingga dapat ditulis persamaannya

Jadi pada saat termometer x menunjukkan suhu 25⁰ maka termometer y menunjukkan suhu -50⁰

Soal nomor 5
Panjang batang rel kereta api, masing-masing 10 m dipasang pada suhu 25 ⁰C. koefisien muai rel adalah 14 x 10^-6/ ⁰C. Agar pada suhu maksimum di daerah itu (35 ⁰C) kedua rel yang berhubungan tepat saling bersentuhan tidak menimbulkan kelengkungan sehingga jarak antara dua batang rel ketika dipasang adalah ....
A. 2,8 mm
B. 2.4 mm
C. 1,8 mm
D. 1,4 mm
E. 0,8 mm
Kunci jawaban: "A"

pembahasan soal nomor 5:

Berdasarkan soal dapat diketahui
ℓ₀ = 10 m
T₁ = 25⁰C
T₂ = 35⁰C
α = 14 x 10^-6/⁰C
agar rel tidak bersentuhan, maka kita harus mengetahui pertambahan panjang kedua rel. Untuk satu rel pertambahan panjang dapat ditentukan dengan persamaan
Δℓ = ℓ⁰αΔT
Maka untuk dua rel maka
Δℓ = 2ℓ₀αΔT
Δℓ = 2 . 10 . 14 x 10^-6(35 – 25)
Δℓ = 2 . 10 . 14 x 10^-6. 10
Δℓ = 28 x 10^-4 m
Δℓ = 2,8 mm
Jadi agar kedua rel tidak bersentuhan, maka harus dipisah pada jarak 2,8 mm

Soal nomor 6
Sebuah kubus dengan volume V terbuat dari bahan yang koefisien muai panjangnya α. Jika suhu kubus dinaikkan sebesar ΔT. Luasnya akan bertambah sebesar ....
A. αVΔT
B. 6 αVΔT
C. 12 αVΔT
D. 6 αV^2/3ΔT
E. 12 αV^2/3ΔT
Kunci jawaban: "E"

pembahasan soal nomor 6:

Volume kubus
V = s³
s = 3√V
luas permukaan kubus
A = 6 s²
A = 6 (3√V)²
A = 6 V ^2/3

Setelah suhunya meningkat sebesar ΔT, maka pertambahan luasnya adalah ΔA = A₀ 2α ΔT
ΔA = 6 V ^2/3 2α ΔT
ΔA = 12 αV^2/3 ΔT

Soal nomor 7
Sebuah tong besi (koefisien muai panjang besi adalah 12 x 10^-6/⁰C) bervolume 70 L diisi minyak sampai penuh (koefisien muai volume minyak 950 x 10^-6/⁰C) dan diletakkan di halaman rumah pada saat pagi hari dengan suhu 20⁰C. pada siang hari, suhu naik menjadi 40⁰C. Akibatnya terjadi pemuaian minyak yang sebagiannya tumpah sebanyak ....
A. 0,125 L
B. 1,28 L
C. 1,3 L
D. 5 L
E. 12,5 L

Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 7:

Berdasarkan soal dapat diketahui
α_B = 12 x 10^-6/⁰C
V₀ = 70 L
γ_m = 950 x 10^-6/⁰C
ΔT = 40 – 20 = 20⁰ Volume minyak yang tumpah (V_T)?
Minyak dapat tumpah dari tong besi, karena minyak memuai lebih besar dari pada besi, sehingga volume akhir minyak lebih besar daripada volume akhir tong besi. Untuk menentukan jumlah volume minyak yang tumpah secara matematis dapat ditulis
V_T = V_m – V_B
V_T = (V₀ + V₀ γ_m ΔT) - (V₀ + V₀ γ_b ΔT)
V_T = V₀ + V₀ γ_m ΔT - V₀ - V₀ γ_b ΔT
V_T = V₀ γ_m ΔT - V₀ γ_b ΔT
V_T = V₀ ΔT (γ_m - γ_b)

Persamaan di atas, dapat langsung digunakan untuk menentukan volume zat cari yang tumpah.
V_T = 70 . 20 (950 x 10^-6 – 3 . 12 x 10^-6)
V_T = 70 . 20 (950 x 10^-6 – 36 x 10^-6)
V_T = 70 . 20 (914 x 10^-6)
V_T = 1279600 x 10^-6
V_T = 1,279600 L
V_T = 1,28 L
Jadi volume minyak yang tumpah adalah 1,28 L

Soal nomor 8
Sebuah bola berongga terbuat dari perunggu (koefisien muai linier 18 x 10^-6 m/⁰C) pada suhu 0⁰C jejarinya 1 m. jika bola tersebut dipanaskan hingga 80⁰C, pertambahan luas permukaan bola adalah ... m²
A. 0,83 x 10^-2 π
B. 1,02 x 10^-2 π
C. 1,11 x 10^-2 π
D. 1,15 x 10^-2 π
E. 1,21 x 10^-2 π
Kunci jawaban: "D"

pembahasan soal nomor 8:

Berdasarkan soal dapat diketahui
α = 18 x 10^-6/⁰C
r = 1 m
ΔT = 80 – 0 = 80⁰C
ΔA ... ?
Pertambahan luas permukaan bola dapat ditentukan dengan persamaan
ΔA = A₀ β ΔT
ΔA = 4πr² 2α ΔT
ΔA = 4π . 1². 2 . 18 x 10^-6. 80
ΔA = 1152π x 10^-5
ΔA = 1,152π x 10^-2
ΔA = 1,15π . x 10^-2 m²

Soal nomor 9
Karena suhunya ditingkatkan dari 0⁰C menjadi 100⁰C, suatu batang baja yang panjangnya 1 m bertambah panjang 1 mm. Pertambahan panjang suatu batang baja yang panjangnya 60 cm. jika dipanaskan dari 0⁰C sampai 120⁰C adalah ....
A. 0,50 mm
B. 0,60 mm
C. 0,72 mm
D. 1,20 mm
E. 2,40 mm

Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 9:

Soal merupakan tipe perbandingan dengan dua kondisi
Kondisi A
ΔT_A = 100 – 0 = 100 ⁰C
ℓ_0A = 1 m
Δℓ_0A = 1 mm = 1 . 10^-3 m

Kondisi B
ΔT_B = 120 – 0 = 120 ⁰C
ℓ_0B = 60 cm = 0,6 m
Δℓ_0B .... ?
Berdasarkan persamaan untuk pertambahan panjang
Δℓ = ℓ₀ α ΔT, kita dapat mengetahui bahwa
Δℓ sebanding dengan ℓ₀
Δℓ sebanding dengan ΔT
Maka persamaan perbandingannya adalah

Jadi pertambahan panjangnya sekarang adalah 0,72 mm

Soal nomor 10
Suatu bejana terbuka berukuran 10 L dan terbuat dari baja diisi penuh dengan aseton (koefisien muai ruang = 1,5 x 10^-3/⁰C). jika bejana dan aseton dipanaskan hingga suhunya naik dari 0⁰C menjadi 40⁰C, volume aseton yang tumpah adalah .... (koefisien muai panjang baja = 11 x 10^-6/⁰C)
A. 0,2 L
B. 0,3 L
C. 0,4 L
D. 0,5 L
E. 0,6 L
Kunci jawaban: "E"

pembahasan soal nomor 10:

Berdasarkan soal dapat diketahui
V₀ = 10 L
γA = 1,5 x 10^-3/⁰C
ΔT = 40 – 0 = 40⁰C
α_B = 11 x 10^-6/⁰C
untuk menentukan jumlah volume aseton yang tumpah dapat dilihat kembali persamaan pada nomor 7
V_T = V₀ ΔT (γ_m - 3α_B)
V_T = 10 . 40 (1,5 x 10^-3 – 3 . 11 x 10^-6)
V_T = 10 . 40 (1,5 x 10^-3 – 33 x 10^-6)
V_T = 10 . 40 (1,5 x 10^-3 – 0,033 x 10^-3)
V_T = 10 . 40 (1,467 x 10^-3)
V_T = 586,8 x 10^-3
V_T = 0,5868 L
V_T = 0,6 L
Jadi volume aseton yang tumpah adalah 0,6 L

Soal nomor 11
Sebuah cangkir silinder dari tembaga berisi penuh air pada 20,0⁰C. jika cangkir berisi air tersebut dipanaskan hingga 91,0⁰C, berapa banyak air yang tumpah? Diketahui koefisien muai linear tembaga adalah 16 x 10^-6/⁰C dan koefisien muai volume air adalah 207 x 10^-6/⁰C
A. 0,1%
B. 1,1 %
C. 0,2 %
D. 2,2 %
E. 0,3 %
Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 11:

Berdasarkan soal dapat diketahui
ΔT = 91 – 20 = 71 ⁰C
α_T = 16 x 10^-6/⁰C
γ_A = 207 x 10^-6/⁰C
Menentukan persentase air yang tumpah dapat ditentukan dengan
η = (V_T / V₀) x 100%
volume air yang tumpah dapat ditentukan dengan cara
V_T = V₀ 71 (207 x 10^-6 – 3 . 16 x 10^-6)
V_T = V₀ 71 (159 x 10^-6)
V_T = 11289 x 10^-6 V₀
V_T = 1,1289 x 10^-2 V₀
V_T = 1,1 x 10^-2 V₀
Jadi persentase air yang tumpah adalah
η = (1,1 x 10^-2 V₀/V₀) x 100%
η = 1,1%
jadi volume air yang tumpah adalah 1,1 %

Soal nomor 12
Sebuah ban mobil bervolume 5,6 x 10³ cc (1 cc = 1 cm³ ) diisi dengan gas nitrogen sampai tekanan gauge 2,07 x 10⁵ Pa pada suhu ruang 27⁰C (tekanan gauge adalah tekanan oleh gas dalam ban saja sehingga tekanan mutlak gas = tekanan gauge + tekanan atmosfer). Jika selama perjalanan suhu ban meningkat menjadi 57 ⁰C, maka tekanan gauge gas dalam ban adalah .... (1 atm = 10⁵ Pa)
A. 1,6 atm
B. 2,0 atm
C. 2,3 atm
D. 2,8 atm
E. 3,2 atm

Kunci jawaban: "C"

pembahasan soal nomor 12:

Konsep :
Untuk mengerjakan soal tentang pemuaian pada zat gas, (hukum boyle) suhu harus dinyatakan dalam satuan kelvin (K).

Berdasarkan soal dapat diketahui
V₁ = 5,6 10³ cm³
P₁ = 2,07 x 10⁵ Pa = 2,07 atm
T₁ = 27 ⁰C = 300 K
T₂ = 57 ⁰C = 330 K
P₂ =.... ?
Dengan menggunakan hukum boyle gay-lussac untuk volume tetap, secara matematis dapat ditulis

Jadi tekanan dalam ban sekarang adalah 2,3 atm

Soal nomor 13
Suatu gas yang suhunya 27 ⁰C dipanaskan pada tekanan tetap, sehingga volumenya menjadi empat kali semula. Suhu gas itu sekarang adalah ....

A. 891 ⁰C
B. 927 ⁰C
C. 1365 ⁰C
D. 1338 ⁰C
E. 81 ⁰C
Kunci jawaban: "B"

pembahasan soal nomor 13:

Berdasarkan soal dapat diketahui
T₁ = 27 ⁰C = 300 K
V₂ = 4V₁
T₂ ... ?
Untuk menyelesaikan persoalan tersebut dapat digunakan persamaan

Jadi agar volumenya menjadi empat kali semula suhunya naik menjadi 927 ⁰C

Soal nomor 14
Suatu gas ideal pada tekanan atmosfer p dan suhu 27⁰C dimampatkan sampai volumenya setengah kali semula. Jika suhunya digandakan menjadi 54⁰C, tekanannya menjadi ....

A. 0,25p
B. 0,54p
C. p
D. 2p
E. 2,18p
Kunci jawaban: "E"

pembahasan soal nomor 14:

Berdasarkan soal dapat diketahui
P₁ = p
T₁ = 27 ⁰C = 300 K
V₂ = ½ V₁
T₂ = 54 ⁰C = 327 K
P₂ ... ?
Untuk menyelesaikan persoalan di atas dapat dilakukan dengan persamaan

Jadi tekanannya menjadi 2,18p

Soal nomor 15
Volume suatu gelembung udara pada dasar sebuah danau ialah 1,5 cm³ . Kedalaman danau 90 m. volume gelembung ini ketika berada tepat di bawah permukaan air adalah .... (anggap tekanan atmosfer setara dengan tinggi 10 m air)

A. 4,5 cm³
B. 6 cm³
C. 9 cm³
D. 13,5 cm³
E. 15 cm₃

Kunci jawaban: "E"

pembahasan soal nomor 15:

Berdasarkan soal dapat diketahui
V₁ = 1,5 cm³
P₀ = Ph (tekanan hidrostatis pada kedalaman 10 m)
V₂ ...?

Tekanan gelembung di dasar
P₁ = P₀ + Ph
Karena kedalaman danau adalah 90 m (9 x 10), maka besar tekanan hidrostatisnya sebesar 9P₀, sehingga
P₁ = P₀ + 9P₀
P₁ = 10P₀

Tekanan gelembung di bawah permukaan
P₂ = P₀
Ketika di bawah permukaan, gelembung hanya mendapat tekanan dari udara luar (tekanan atmosfer)
Untuk menentukan volume gelembung di permukaan dapat menggunakan persamaan
P₁ V₁ = P₂ V₂
10P₀ . 1,5 = P₀ . V₂
15 cm³ = V₂
Jadi ketika gelembung tepat di bawah permukaan air volumenya menjadi 15 cm³

Demikian latihan soal beserta pembahasannya tentang materi fisika suhu dan 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