Pembahasan Soal SBMPTN Mesin Carnot Suhu dan kalor 2

Pembahasan Soal SBMPTN Mesin Carnot Suhu dan kalor 2

BAHAN BELAJAR FISIKA PEMBAHASAN SBMPTN FISIKA SUHU DAN KALOR

1. Mesin carnot dioperasikan antara 2 reservoir kalor masing-masing suhunya T₁ dan T₂, dengan T₂ > T₁. Efisiensi mesin tersebut 40% dan besarnya T₁ = 27 ^oC. Supaya efisiensinya naik menjadi 60%, maka besarnya perubahan T₂ adalah ....

   250 K 300 K 350 K 400 K 500 K

   
   Pembahasan :
   Dik : T₁ = 27 ^oC = 300 K; η = 40%, η' = 60%
   
   Berdasarkan teori termodinamika, efisiensi mesin Carnot dapat dihitung dengan rumus berikut :
   

   η = W = Q1 - Q2 = Tt - Tr Q1 Q1 Tt

   
   Dengan :
   η = efisiensi mesin carnot
   Q₁ = kalor yang diserap
   Q₂ = kalor yang dilepas
   W = usaha
   T_t = suhu resevoir tinggi
   T_r = suhu reservoir rendah 
   
   Keadaan Pertama 
   

   ⇒ η =	Tt - Tr	=	T2 - T1
   	Tt		T2

   ⇒ 40% =	T2 - 300
   	T2

   ⇒ 0,4 =	T2 - 300
   	T2

   ⇒ 0,4 T₂ = T₂ - 300
   ⇒ -0,6 T₂ = -300
   ⇒ T₂ = 500 K
   
   Keadaan Kedua
   Efisiensi dinaikkan menjadi 60%
   

   ⇒ η' =	Tt - Tr	=	T2 - T1
   	Tt		T2

   ⇒ 60% =	T2 - 300
   	T2

   ⇒ 0,6 =	T2 - 300
   	T2

   ⇒ 0,6 T₂ = T₂ - 300
   ⇒ -0,4 T₂ = -300
   ⇒ T₂ = 750 K
   
   Besar perubahan T₂ adalah :
   ⇒ ΔT₂ = 750 - 500
   ⇒ ΔT₂ = 250 K
   

   Jawaban : A

2. Suatu mesin carnot menerima 2000 J dari reservoir panas dan melepaskan 1750 J pada reservoir dingin. Dengan demikian, efisiensi mesin itu adalah .....

   A. 6,25%	D. 25%
   B. 10%	E. 87,5%
   C. 12,5%

   
   Pembahasan :
   Dik :  Q₁ = 2000 J, Q₂ = 1750 J.
   
   Efisiensi mesin Carnot :
   

   ⇒ η =	Q1 - Q2
   	Q2

   ⇒ η =	2000 - 1750
   	2000

   ⇒ η =	250
   	2000

   ⇒ η = 0,125
   ⇒ η = 12,5 %
   

   Jawaban : C

3. Suatu pesawat pendingin Carnot mempunyai koefisien kinerja 6,5. Jika reservoir yang tinggi sama dengan 27 ^oC, maka reservoir yang bersuhu rendah adalah ....

   A. -5 oC	D. -12 oC
   B. -8 oC	E. -13 oC
   C. -10 oC

   
   Pembahasan :
   Dik : T_t = 27 ^oC = 300 K; Kp = 6,5
   
   Berdasarkan teori termodinamika, koefisien kinerja atau koefisien performa mesin pendingin dapat dihitung dengan rumus :
   

   Kp = Q2 = Q2 = Tr W Q1 - Q2 Tt - Tr

   
   Dengan :
   Kp = koefisien performa
   Q₁ = kalor yang diberikan pada tempertaur tinggi
   Q₂ = kalor yang diserap pada temperatur tinggi
   W = usaha
   T_t = suhu resevoir tinggi
   T_r = suhu reservoir rendah 
   
   Berdasarkan rumus tersebut :
   

   ⇒ Kp =	Tr
   	Tt - Tr

   ⇒ 6,5 =	Tr
   	300 - Tr

   ⇒ 6,5(300 - T_r) = T_r
   ⇒ 1950 - 6,5T_r = T_r
   ⇒ 1950 = 7,5T_r
   ⇒ T_r = 260 K
   ⇒ T_r = -13 ^oC .
   

   Jawaban : E

PEMBAHASAN SOAL SBMPTN SUHU DAN KALOR 1

PEMBAHASAN SOAL SBMPTN SUHU DAN KALOR 1

BAHAN BELAJAR FISIKA PEMBAHASAN SBMPTN FISIKA SUHU DAN KALOR

1. Sebuah bola berongga terbuat dari perunggu (koefisien muai linear α = 18 x 10^-6 m/^oC) pada suhu 0^o C jarin-jarinya = 1 m. Jika bola tersebut dipanaskan sampai 80^o C, maka besar pertambahan luas permukaan bola tersebut 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

   
   Pembahasan :
   Dari soal diketahui :
   ⇒ α = 18 x 10^-6 m/^oC
   ⇒ ΔT = 80 - 0 = 80^o C
   ⇒ r = 1 m
   
   Karena yang ditanya adalah pertambahan luas, maka soal ini merupakan soal muai luas. Pertambahan luas dapat dihitung dengan rumus berikut :
   
   

   ΔA = Ao β ΔT

   
   Dengan :
   ΔA = pertambahan luas (m²)
   Ao = luas mula-mula (m²)
   β = koefisein muai luas = 2α
   ΔT = perubahan suhu (^oC)
   
   Karena luas mula-mula belum diketahui, maka kita hitung terlebih dahulu.
   ⇒ Ao = 4 π.r²
   ⇒ Ao = 4 π.(1)²
   ⇒ Ao = 4π
   Karena opsi pilihan dalam bentuk π, maka π tidak perlu dimasukkan nilainya.
   
   Selanjutnya kita hitung pertambahan luas :
   ⇒ ΔA = Ao β ΔT
   ⇒ ΔA = Ao 2α ΔT
   ⇒ ΔA = 4π. 2(18 x 10^-6) 80
   ⇒ ΔA = 320π. 36 x 10^-6
   ⇒ ΔA = 11520 π x 10^-6
   ⇒ ΔA = 1,15 x 10^-2 π m²
   

   Jawaban : D
   
   
2. Suatu kalorimeter berisi es (kalor jenis es = 0,5 kal/g K, kalor lebur es = 80 kal/g) sebanyak 36 gram pada suhu -6^o C. Kapasitas kalor kalorimeter ialah 27 kal/K. Kemudian ke dalam kalorimeter itu dituangkan alkohol (kalor jenis alkohol = 0,58 kal/g K) pada suhu 50^o C yang menyebabkan suhu akhir menjadi 8^o C. Maka massa alkohol yang dituangkan adalah ..... gram.

   A. 108	D. 288
   B. 150	E. 300
   C. 200

   
   Pembahasan :
   Dari soal diketahui :
   ⇒ c_es = 0,5 kal/g K
   ⇒ L = 80 kal/g
   ⇒ m_es = 36 g
   ⇒ H = 27 kal/K
   ⇒ c_alkohol = 0,58 kal/g K
   
   Untuk menyelesaikan soal di atas, kita gunakan asas Black. Secara sederhana, prinsip dari asas Black adalah sebagai berikut :
   
   

   Kalor lepas = kalor terima

   
   Pada kasus di atas, yang melepas kalor adalah alkohol. Sementara yang menyerap kalor adalah es, air, dan kalorimeter.
   
   Kalor yang dilepas :
   ⇒ Q = m_alkohol . c_alkohol . ΔT
   ⇒ Q = m (0,58) (42)
   ⇒ Q = 24,36 m
   
   Kalor yang diterima :
   

   • Oleh es 
     Untuk menaikkan suhunya dari -6^o C sampai 0^o C :
     ⇒ Q₁ = m_es .c_es. ΔT
     ⇒ Q₁ = 36 (0,5) {0 - (-6)}
     ⇒ Q₁ = 18 (6)
     ⇒ Q₁ = 108 kalori
     
     Untuk melebur :
     ⇒ Q₂ = m_es .L
     ⇒ Q₂ = 36 (80)
     ⇒ Q₂ = 2880 kalori
     
     
   • Oleh air
     Untuk menaikkan suhu air es dari 0^o C sampai 8^o C :
     ⇒ Q₃ = m_air .c_air. ΔT
     ⇒ Q₃ = 36 (1) (8 -0)
     ⇒ Q₃ = 36.(8)
     ⇒ Q₃ = 288 kalori
     
     
   • Oleh kalori meter
     Suhu kalorimeter berubah dari -6^o C menjadi 8^o C :
     ⇒ Q₄ = H.ΔT
     ⇒ Q₄ = 27 {8 - (-6)}
     ⇒ Q₄ = 27 (14)
     ⇒ Q₄ = 378 kalori.

   
   Berdasarkan asas Black :
   ⇒ Q lepas = Q serap
   ⇒ Q = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄
   ⇒ 24,36 m = 108 + 2880 + 288 + 378
   ⇒ 24,36 m = 3654
   ⇒ m = 150 gram
   

   Jawaban : B
   
   
3. Jika kita berada di dekat api unggun, maka kalor akan merambat dari api unggun ke tubuh kita melalui proses ....

   Radiasi dan konveksi Radiasi dan konduksi Konduksi dan konveksi  Radiasi Konveksi

   
   Pembahasan :
   Perpindahan kalor atau panas dapat terjadi melalui tiga cara, yaitu :
   

   • Konduksi
     Konduksi merupakan perpindahan kalor tanpa disertai perpindahan zat perantara. Konduksi dapat terjadi jika terdapat medium perantara atau konduktor. Konduksi biasanya terjadi pada zat padat.
     
     
   • Konveksi
     Konveksi merupakan perpindahan kalor yang disertai dengan perpindahan zat perantaranya. Konveksi umumnya terjadi pada zat cair dan gas.
     
     
   • Radiasi
     Radiasi adalah perpindahan kalor tanpa zat perantara. Perpidahan kalor terjadi melalui pancaran.

   
   Berdasarkan penjelasan di atas, maka dapat kita simpulkan bahwa kalor dari api unggun merambat ke tubuh melalui pancaran sekaligus melalui zat perantara berupa gas-gas di udara. Dengan demikian, kalor bepindah dengan cara radiasi dan konveksi.
   

   Jawaban : A

MODEL SOAL SBMPTN FISIKA TENTANG SUHU & KALOR

MODEL SOAL SBMPTN FISIKA TENTANG SUHU & KALOR

BAHAN BELAJAR FISIKA SOAL SBMPTN SUHU DAN KALOR

1. Lama waktu yang diperlukan oleh suatu pemanas listrik 4 kW untuk memanaskan 80 kg air mandi hingga suhunya naik dari 15^o C menjadi 35^o C (kalor jenis air = 4200 J/kg K) adalah .....

   A. 30 menit

   B. 28 menit

   C. 24 menit

   D. 18 menit

   E. 10 menit

   
   
2. Karena suhu ditingkatkan dari 0^o C menjadi 100^o C suatu batang batang baja yang panjangnya 1 meter bertambah panjang sebanyak 1 milimeter. Pertambahan panjang jika batang dipanaskan dari suhu 0^o C hingga 120^o C adalah ....

   A. 1,20 mm	D. 0,6 mm
   B. 2,40 mm	E. 0,5 mm
   C. 0,72 mm

   
   
3. Ke dalam gelas berisi 200 mg air 40oC dimasukkan 40 gram es 0^o C. Jika kapasitas kalor es 20 kal/^oC dan kalor lebur es adalah 80 kal/gram, maka suhu setimbangnya adalah ....

   A. 28o C	D. 12,6o C
   B. 21,6o C	E. 0o C
   C. 18,5o C

   
   
4. Sebuah benda hitam pada suhu 27^oC memancarkan energi R J/s. Benda hitam tersebut dipanasi hingga suhunya menjadi 327^o C. Energi yang dipancarkan menjadi ....

   A. 16 R	D. 4 R
   B. 12 R	E. 2 R
   C. 6 R

   
   
5. Jika suatu zat mempunyai kalor jenis tinggi, maka zat itu .....

   Lambat naik suhunya jika dipanaskan Cepat naik suhunya jika dipanaskan Lambat mendidih Cepat mendidih Lambat melebur

   
   
6. Sebatang perunggu bersuhu 127^o C meradiasikan kalor dengan laju 20 W, jika suhunya dinaikkan 227^o C, maka laju radiasi kalor adalah ....

   A. 200 W	D. 30 W
   B. 100 W	E. 27 W
   C. 49 W

   
   
7. Dalam botol termos terdapat 230 gram kopi pada suhu 90^o C ditambahkan susu sebanyak 20 gram bersuhu 5^o C. Jika dianggap tidak ada kalor pencampuran maupun kalor yang terserap botol termos dan C_air = C_kopi = C_susu = 1,00 kal/g ^o C, maka suhu campuran adalah ..... 

   A. 90o C	D. 20o C
   B. 83o C	E. 5o C
   C. 47o C

   
   
8. Gas dalam ruang tertutup bersuhu 42^o C dan tekanan 7 atm serta volumenya 8 liter. Apabila gas dipanasi sampai 87^o C, tekanan naik sebesar 1 atm dan volumenya menjadi ....

   Bertambah 20% Bertambah 12% Berkurang 20% Berkurang 10% Tetap

   
   
9. Sebuah teko listrik 2,5 kW dibiarkan tetap bekerja selama 1,5 menit setelah air mulai mendidih. Jika kalor uap air 2,25 x 105 J/kg maka banyak air yang mendidih selama waktu itu adalah ....

   A. 150 g	D. 75 g
   B. 120 g	E. 50 g
   C. 100 g

   
   
10. Suatu kilogram batang timah hitam (c = 1300 J/kg ^o C) 80^o C dicelupkan ke dalam 2,00 kg air 20^o C. Suhu akhir batang timah hitam itu adalah ....

    A. 50o C	D. 28o C
    B. 40o C	E. 22o C
    C. 30o C

    
    
11. Sebuah pemanas listrik yang hambatannya 5 Ohm menggunakan sumber tegangan 50 V. Pemanas digunakan untuk memanaskan 1 liter air dari 0^o C hingga 50^o C. Jika 70% kalor yang dihasilkan pemanas diambil air, maka waktu yang diperlukan adalah ....

    A. 25 menit	D. 10 menit
    B. 20 menit	E. 5 menit
    C. 15 menit

    
    
12. Suatu mesin carnot yang bekerja antara suhu 27^o C dan 227^o C digunakan untuk mengerakan sebuah generator yang tegangan keluarnya 220 V. Jika setiap detik mesin carnot itu menyerap kalor 5,500 J, maka kuat arus keluaran maksimum adalah ....

    A. 25 A	D. 10 A
    B. 22 A	E. 2,75 A
    C. 15 A

    
    
13. Sebuah tabung yang volumenya 1 liter mempunyai lubang yang memungkinkan udara keluar dari tabung. Mula-mula suhu udara dalam tabung 27^o C. Tabung dipanaskan hingga suhunya 127^o C, perbandingan antara massa gas yang keluar dari tabung dan massa awalnya adalah ....

    A. 27 : 127	D. 1 : 4
    B. 1 : 127	E. 1 : 2
    C. 1 : 27

    
    
14. Efisiensi mesin carnot yang beroperasi dengan suhu rendah 1/2 T Kelvin dan dengan suhu tinggi T Kelvin adalah ....

    A. 75%	D. 33%
    B. 66%	E. 25%
    C. 50%

    
    
15. Untuk mendinginkan minuman yang masih panas lebih efektif digunakan 10 gram es daripada 10 gram air dari 0^o C.
                                             SEBAB
    Gas ideal yang melakukan pengembangan volume secara isobar tidak melakukan usaha.