Soal Suhu Akhir Campuran

1. Sebuah alumunium bermassa 200 gram dipanaskan hingga suhunya mencapai 90 Celcius, kemudian dijatuhkan kedalam bejana berisi 100 gram air dengan suhu  20 derajat Celcius.  Jika kalor yang diserap bejana pencampuran diperhitungkan, tentukan suhu akhir campuran.  Bejana terbuat dari 50 gram alumunium.  (Kalor jenis alumunium 900 J/kgC; kalor jenis air 4200 J/kgC).

Analisa soal:
massa alumunium m1= 200 gr = 0,2 kg;
massa air m2= 100 gr = 0,1 kg;
massa bejana m3= 50 gr = 0,05 kg;
suhu alumunium t1= 90 C;
suhu air t2= 20 C;
suhu bejana t3 = suhu air = 20 C;
kalor jenis alumunium c1= c3 = 900 J/kgC;
kalor jenis air c2 = 4200 J/kgC;

Penyelesaian soal:
Misalkan suhu akhir campuran alumunium, bejana dan air kita sebut x C, dengan nilai antara 20 C dan 90 C.

Gunakan azas Black!
kalor lepas = kalor terima
Q lepas = Q terima
Q1 = Q2 + Q3

Ingat suhu yang lebih panas melepas kalor, sedang suhu yang lebih dingin menerima kalor.  dalam hal ini alumunium melepas kalor Q1 sedang air dan bejana menerima kalor Q2 + Q3, maka:

suhu alumunium turun
delta t1 = t1 - x = (90 - x) C

Alumunium melepas kalor
Q1 = m1 . c1 . delta t1
Q1 = 0,2 X 900 X (90 - x)
Q1 = 180 (90 - x) Joule
 
suhu air naik
delta t2 = x - t2 =  (x - 20) C

Air menerima kalor
Q2 = m2 . c2 . delta t2
Q2 = 0,1 . 4200 . (x - 20)
Q2 = 420 (x - 20) Joule

suhu bejana naik
delta t3 = x - t3 = (x - 20) C

Bejana menerima kalor
Q3 = m3 . c3 . delta t3
Q3 = 0,05 . 900 . (x - 20)
Q3 = 45 (x -20) Joule

Sehingga
Q lepas = Q terima
Q1 = Q2 + Q3
180 (90 - x) = 420 (x - 20) + 45 (x - 20)
180 (90 - x) = 465 (x - 20)
12 (90 - x) = 31 (x - 20)
1080 - 12x = 31x - 620
1080 + 620 = 31x + 12x
1700 = 43x
x = 1700/43
x = 39,5 C

Jadi suhu akhir campuran adalah 39,5 Celcius.

***********************************************************************************

1. 200 gram es bersuhu  -5 Celcius dimasukkan ke dalam bejana berisi air 200 gram bersuhu 90 Celcius. Bila kalor yang diserap bejana diabaikan, berapakah suhu akhir campuran air sampai es mencair seluruhnya?  (kalor jenis es 2100 J/kgC, kalor lebur es 334400 J/kg , kalor jenis air 4200 J/kgC)

Analisa soal:
massa es (m1) =200 gr = 0,2 kg
t1 = -5 C
c1 =  2100 J/kgC
C =  334400 J/kg
massa air (m2) = 200 gr = 0,2 kg
t2 = 90 C
c2 = 4200 J/kgC

Penyelesaian soal:
Gunakan azas Black!
kalor lepas = kalor terima
Q lepas = Q terima
Q2 = Q1 + Q3 + Q4

Ingat suhu yang lebih panas melepas kalor sedang suhu yang lebih dingin menerima kalor.  Dalam hal ini air melepas kalor Q2 sedang es dan air es menerima kalor Q1 + Q3 + Q4; maka:

suhu air turun
delta t2 = t2 - x = (90 - x) C

Air melepas kalor
Q2 = m2 . c2 . delta t2
Q2 = 0,2 . 4200 . (90 - x)
Q2 = 840 (90 - x)
Q2 = 75600 - 840x Joule
 
suhu es naik ( dari -5 C menjadi 0 C)
delta t1 = 0  - t1 =  (0 - (-5))=  5 C

Es menerima kalor sehingga suhunya naik menjadi 0 C masih dalam wujud es
Q1 = m1 . c1 . delta t1
Q1 = 0,2 . 2100 . 5
Q1 =  2100 Joule

Es bersuhu 0 C melebur menjadi air bersuhu 0 C
Q3 = m1 . C
Q3 = 0,2 . 334400
Q3 = 66880 J

Air es suhunya naik dari 0 C menjadi  x C
delta t4 = x - 0 = (x - 0) = x C

Air es menerima kalor
Q4 = m1 . c2 . delta t4    (ingat es sudah mencair oleh karena itu kalor jenis air c2 yang dipakai)
Q4 = 0,2 . 4200 .  x
Q4 = 840x

Sehingga
Q lepas = Q terima
Q2 = Q1 + Q3 + Q4
75600 - 840x = 2100 + 66880 + 840x
- 840x -840x = 2100 + 66880 - 75600
-1680x = -6620
x = -16620/-1680
x = 9,89 C

Jadi suhu akhir campuran sebesar 9,89 derajat Celcius

citrusgrandisleafoil.16mb.com