Contoh soal rumus kalor jenis air dan pembahasannya.
foto: freepik.com
BACA JUGA :
Rumus kuat arus listrik, lengkap dengan pengertian, contoh soal, dan cara pengerjaannya
1. Sebuah gelas berisi 200 g air dengan suhu 20C. Jika ditambahkan 50 g es batu dengan suhu -10C, berapakah suhu akhir campuran air tersebut? (Kalor jenis es = 2.100 J/kgC, kalor lebur es = 334.000 J/kg)
Jawaban:
Diketahui:
BACA JUGA :
Rumus Hukum Newton 1, pahami pengertian, contoh soal dan trik cepat menjawabnya
- m1 = massa air dalam gelas = 200 g = 0,2 kg
- T1 = suhu air dalam gelas = 20C
- m2 = massa es batu = 50 g = 0,05 kg
- T2 = suhu es batu = -10C
- c1 = kalor jenis air = 4.200 J/kgC
- c2 = kalor jenis es = 2.100 J/kgC
- L = kalor lebur es = 334.000 J/kg
Ditanya: T = suhu akhir campuran air dan es
Jawab:
Karena tidak ada kalor yang hilang ke lingkungan, maka jumlah kalor yang dilepaskan oleh air sama dengan jumlah kalor yang diserap oleh es. Dengan kata lain, berlaku hukum kekekalan kalor:
Q1 = Q2
m1 x c1 x (T1 - T) = m2 x c2 x (T - T2) + m2 x L
0,2 x 4.200 x (20 - T) = 0,05 x 2.100 x (T + 10) + 0,05 x 334.000
16.800 - 840 T = 105 T + 1.050 + 16.700
945 T = 32.450
T = 32.450 / 945
T = 34,3C
Jadi, suhu akhir campuran air dan es adalah 34,3C.
2. Sebuah panci berisi 1 kg air dengan suhu 80C. Jika diberikan kalor sebesar 1.260 kJ, berapakah suhu akhir air tersebut? Apakah air tersebut akan mendidih?
Jawaban:
Diketahui:
- m = massa air dalam panci = 1 kg
- T1 = suhu awal air dalam panci = 80C
- Q = jumlah kalor yang diberikan = 1.260 kJ = 1.260.000 J
- c = kalor jenis air = 4.200 J/kgC
Ditanya: T2 = suhu akhir air dalam panci
Jawab:
Karena tidak ada kalor yang hilang ke lingkungan, maka jumlah kalor yang diberikan sama dengan jumlah kalor yang diserap oleh air. Dengan kata lain, berlaku hukum kekekalan kalor:
Q = m x c x (T2 - T1)
1.260.000 = 1 x 4.200 x (T2 - 80)
T2 - 80 = 1.260.000 / 4.200
T2 - 80 = 300
T2 = 300 + 80
T2 = 380C
Jadi, suhu akhir air dalam panci adalah 380C. Air tersebut akan mendidih jika suhunya mencapai 100C, tetapi karena suhunya jauh lebih tinggi dari itu, air tersebut akan berubah menjadi uap.
3. Sebuah kalorimeter berisi 300 g air dengan suhu 30C. Jika dimasukkan 100 g besi panas dengan suhu 200C, berapakah suhu akhir campuran air dan besi tersebut? (Kalor jenis besi = 450 J/kgC)
Jawaban:
Diketahui:
- m1 = massa air dalam kalorimeter = 300 g = 0,3 kg
- T1 = suhu air dalam kalorimeter = 30C
- m2 = massa besi panas = 100 g = 0,1 kg
- T2 = suhu besi panas = 200C
- c1 = kalor jenis air = 4.200 J/kgC
- c2 = kalor jenis besi = 450 J/kgC
Ditanya: T = suhu akhir campuran air dan besi
Jawab:
Karena tidak ada kalor yang hilang ke lingkungan, maka jumlah kalor yang dilepaskan oleh besi sama dengan jumlah kalor yang diserap oleh air. Dengan kata lain, berlaku hukum kekekalan kalor:
Q2 = Q1
m2 x c2 x (T2 - T) = m1 x c1 x (T - T1)
0,1 x 450 x (200 - T) = 0,3 x 4.200 x (T - 30)
9.000 - 45 T = 12.600 T - 378.000
12.645 T = 387.000
T = 387.000 / 12.645
T = 30,6C
Jadi, suhu akhir campuran air dan besi adalah 30,6C.
4. Sebuah botol berisi 500 ml air dengan suhu 25C. Jika botol tersebut diletakkan di dalam freezer dengan suhu -5C, berapakah kalor yang dilepaskan oleh air saat membeku menjadi es? (Kalor jenis es = 2.100 J/kgC, kalor lebur es = 334.000 J/kg).
Jawaban:
Diketahui:
- m = massa air dalam botol = 500 ml = 0,5 kg
- T1 = suhu awal air dalam botol = 25C
- T2 = suhu akhir es dalam botol = -5C
- c1 = kalor jenis air = 4.200 J/kgC
- c2 = kalor jenis es = 2.100 J/kgC
- L = kalor lebur es = 334.000 J/kg
Ditanya: Q = jumlah kalor yang dilepaskan oleh air saat membeku menjadi es
Jawab:
Karena tidak ada kalor yang masuk ke lingkungan, maka jumlah kalor yang dilepaskan oleh air sama dengan jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menurunkan suhu air hingga 0C, meleburkan air menjadi es, dan menurunkan suhu es hingga -5C. Dengan kata lain, berlaku hukum kekekalan kalor:
Q = m x c1 x (0 - T1) + m x L + m x c2 x (T2 - 0)
Q = 0,5 x 4.200 x (0 - 25) + 0,5 x 334.000 + 0,5 x 2.100 x (-5 - 0)
Q = -52.500 + 167.000 - 5.250
Q = 109.250 J
Jadi, jumlah kalor yang dilepaskan oleh air saat membeku menjadi es adalah 109.250 J.
5. Sebuah termos berisi 400 g air dengan suhu 40C. Jika ditambahkan 100 g uap air dengan suhu 100C, berapakah suhu akhir campuran air dan uap tersebut? (Kalor jenis uap = 2.010 J/kgC, kalor uap air = 2.260.000 J/kg).
Jawaban:
Diketahui:
- m1 = massa air dalam termos = 400 g = 0,4 kg
- T1 = suhu air dalam termos = 40C
- m2 = massa uap air = 100 g = 0,1 kg
- T2 = suhu uap air = 100C
- c1 = kalor jenis air = 4.200 J/kgC
- c2 = kalor jenis uap = 2.010 J/kgC
- L = kalor uap air = 2.260.000 J/kg
Ditanya: T = suhu akhir campuran air dan uap
Jawab:
Karena tidak ada kalor yang hilang ke lingkungan, maka jumlah kalor yang dilepaskan oleh uap sama dengan jumlah kalor yang diserap oleh air. Dengan kata lain, berlaku hukum kekekalan kalor:
Q2 = Q1
m2 x c2 x (T2 - T) + m2 x L = m1 x c1 x (T - T1)
0,1 x 2.010 x (100 - T) + 0,1 x 2.260.000 = 0,4 x 4.200 x (T - 40)
201 T + 226.000 = 1.680 T - 67.200
1.479 T = 293.200
T = 293.200 / 1.479
T = 198,2C
Jadi, suhu akhir campuran air dan uap adalah 198,2C.