Mama dan Papa, masih ingat soal fisika mengenai asas black?
Asas Black adalah prinsip dalam termodinamika yang dikemukakan oleh Joseph Black. Dimana berbunyi:
“Pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat yang suhunya lebih tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima zat yang suhunya lebih rendah”
Kalo anak IPA, pasti inget nih pernah belajar materi ini. Coba masih ingat atau udah lupa?
Sambil mengingat, kali ini aku kasih informasi mengenai 6 Contoh Soal Asas Black dan Cara Menghitung. Simak dulu yuk!
Energi adalah kekal, jadi benda yang punya temperatur lebih tinggi akan melepaskan energi sebesar Q1 dan benda yang memiliki temperatur lebih rendah akan menerima energi sebesar Q2 dengan sama besar. Dapat ditulis:
QLepas = QTerima ….. Persamaan (1)
6 Contoh Soal Asas Black dan Cara Menghitung
1. Sebanyak 300 gram air dipanaskan dari 30°C menjadi 50°C. Jika massa jenis air adalah 1 kal/g°C atau 4.200 J/kgK, tentukan banyaknya kalor yang diterima air tersebut (dalam kalori).
Diketahui:
m = 300 g
c = 1 kal/g°C
∆T = 50°C – 30°C = 20°C
Jawab:
Banyaknya kalor yang diterima air dihitung dengan menggunakan rumus atau persamaan berikut ini.
Q = mc∆T
Q = (300 g)(1 kal/g°C)(20°C)
Q = 6.000 kal
Jadi, banyaknya kalor yang diterima air tersebut adalah 6.000 kalor.
2. Sebanyak 300 gram air dipanaskan dari 30°C menjadi 50°C. Jika massa jenis air adalah 1 kal/g°C atau 4.200 J/kgK, tentukan banyaknya kalor yang diterima air tersebut (dalam joule).
Diketahui:
Kalor yang diterima air= 6.000 kalor (soal nomor 1)
Jawab:
Dari kesetaraan kalori dan joule diketahui bahwa
1 kalori = 4,2 joule sehingga:
Q = 6.000 × 4,2 joule = 25.200 joule.
3. Jika teh 200 cm3 pada suhu 95°C dituangkan ke dalam cangkir gelas 150 g pada suhu 25°C, 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/kg°C)
Diketahui:
teh sebagian besar berupa air, maka kalor jenisnya adalah kalor jenis air.
cteh = cair = 4.200 J/kg°C
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/kg°C
Tteh = 95°C
Tgls = 25°C
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 = 85,87°C
Jadi, suhu kesetimbangan atau suhu akhir the dengan cangkir adalah 85,86°C.
4. Botol termos berisi 230 gram kopi pada suhu 80°C. Kemudian ditambahkan susu sebanyak 20 gram bersuhu 5°C. Jika tidak ada kalor pencampuran maupun kalor yang terserap botol termos dan kalor jenis kopi = susu = air = 1,00 kal/g°C, maka berapakah suhu keseimbangan campuran?
Diketahui:
TK = 80°C
mK = 250 g
TS = 5°C
mS = 20 g
c = 1 kal/g°C
Ditanyakan: suhu akhir (TA)= …?
Jawab:
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 74°C.
5. Air sebanyak 0,5 kg yang bersuhu 100°C dituangkan ke dalam bejana dari aluminium yang memiliki massa 0,5 kg. Jika suhu awal bejana sebesar 25°C, kalor jenis aluminium 900 J/kg°C, dan kalor jenis air 4.200 J/kg°C, maka tentukan suhu kesetimbangan yang tercapai! (anggap tidak ada kalor yang mengalir ke lingkungan)
Diketahui:
mbjn = 0,5 kg
mair = 0,5 kg
Tair = 100°C
Tbjn = 25°C
cair = 4.200 J/kg°C
cbjn = 900 J/kg°C
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 = 86,76°C
Jadi, suhu kesetimbangannya adalah 86,76°C.
6. Sepotong besi panas bermassa 1 kg dan bersuhu 100°C dimasukkan ke dalam sebuah wadah berisi air bermassa 2 kg dan bersuhu 20°C. Berapa suhu akhir campuran, jika kalor jenis besi = 450 J/kg°C dan kalor jenis air = 4200 J/kg°C.
Jawab:
Besi bersuhu lebih tinggi daripada air sehingga besi yang melepaskan kalor, air yang menyerap kalor.
QLepas = QTerima
mbesi × Cbesi × ∆Tbesi = mair × cair × ∆Tair
mbesi × Cbesi × (Tbesi– Ttermal) = mair × Cair × (Ttermal– Tair)
(1) (450) (100 – Ttermal) = (2) (4200) (Ttermal – 20)
(450) (100 – Ttermal) = (8400) (Ttermal – 20)
45000 – 450 Ttermal = 8400 Ttermal – 168000
45000 + 168000 = 8400 Ttermal + 450 Ttermal
213000 = 8850 Ttermal
Ttermal = 213000 : 8850
Ttermal = 24°C
Jadi suhu akhir campuran besi panas dan air dingin ketika keduanya berada dalam kesetimbangan termal adalah 24°C.
Nah, itu tadi 6 Contoh Soal Asas Black dan Cara Menghitung. Semoga membantu!