A. 100 gram
B. 80 gram
C. 60 gram
D. 40 gram
E. 20 gram
Pembahasan :
Kita misalkan air = a, es = e, dan c = setimbang.
Dik : Te = 0 oC, ma = 340 g, Ta = 20 oC, Le = 80 kal/g, ca = 1 kal/g C, Tc = 5 oC
Dit : me = ..... ?
Untuk menyelesaikan soal ini, Sobat Tafsi harus memahami kembali konsep suhu dan kalor dan perpindahan kalor ketika dua zat dicampurkan.
Ketika es (dalam bentuk padat) dimasukkan ke air, maka akan ada tahapan atau proses sebelum akhirnya mencapai kesetimbangan termal.
#1 Es Mencair, Suhunya Tetap
Es yang dalam fase padat mula-mula akan mencair (berubah wujud dari padat ke cair). Pada tahap ini, dikenal sebuah istilah kalor laten.
Kalor laten adalah banyanya kalor yang diperlukan oleh 1 gram zat untuk mengubah wujudnya pada suhu yang tetap.
Pada proses mencairnya es menjadi air, istilah kalor laten yang dipakai adalah kalor lebur, yaitu banyaknya kalor yang dibutuhkan 1 gram es untuk mencair pada suhu tetap.
Secara matematis, hubungan kalor dan kalor laten dinyatakan sebagai berikut:
| Q = m . L |
Keterangan :
Q = kalor yang diperlukan (Kal)
m = massa zat (g)
L = kalor lebur zat (kal/g).
Perhatikan bahwa pada rumus di atas tidak terdapat besaran suhu karena proses meleburnya es menjadi air es tidak melibatkan perubahan suhu.
#2 Suhu Air Es Meningkat
Setelah es berubah menjadi air es, maka proses selanjutnya adalah terjadi perubahan suhu. Dalam hal ini, air es menyerap kalor dari air yang suhunya lebih tinggi.
Untuk tahap ini berlaku pengaruh kalor jenis. Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1 gram zat untuk menaikkan suhunya sebesar 1 oC.
Secara matematis, hubungan kalor dan kalor jenis dinyatakan sebagai berikut:
| Q = m . c ΔT |
Keterangan :
Q = kalor yang diserap (Kal)
m = massa zat (g)
c = kalor jenis zat (Kal/gC)
ΔT = perubahan suhu (oC).
Perhatikan bahwa pada rumus di atas terdapat besaran suhu karena pada tahapan itu terjadi perubahan suhu zat.
Nah, sekarang mari kita tinjau kembali data-data yang diketahui dalam soal. Pada soal, es akan mencair dan mencapai suhu setimbang 5 oC.
Dik : Te = 0 oC, ma = 340 g, Ta = 20 oC, Le = 80 kal/g, ca = 1 kal/g C, Tc = 5 oC
Dit : me = ..... ?
Untuk menentukan massa es yang dimasukkan ke dalam air, kita dapat memanfaatkan konsep asas Black, yaitu Q lepas sama dengan Q serap.
Berdasarkan tahapan yang dijelaskan di atas, maka berlaku:
⇒ Q serap = Q lepas
Pada soal ini, yang bertindak menyerap kalor adalah es sedangkan yang bertindak melepas kalor adalah air. Maka persamaannya menjadi:
⇒ me.Le + me.ce.ΔT = ma.ca.ΔT
Karena ketika mencair es sama dengan air, maka ce = ca, sehingga:
⇒ me.Le + me.ca.(Tc - Te) = ma.ca.(Ta - Tc)
⇒ me(80) + me(1) (5 - 0) = 340 (1) (20 - 5)
⇒ 80 me + 5 me = 340(15)
⇒ 85 me = 5100
⇒ me = 5100/85
⇒ me = 60 gram
Jadi, massa es tersebut adalah 60 gram.
Jawaban : C
Tips Edutafsi:
Terkadang murid mengalami kebingungan untuk menentukan persamaan perubahan suhu (ΔT) karena tidak mengerti suhu mana yang digunakan.
Untuk itu, edutafsi punya sedikit tips buat Kalian. Cara menentukan ΔT sangat mudah. Yaitu perhatikan nilai suhunya.
Suhu setimbang berada di antara suhu kedua zat yang dicampur. Pada soal, suhu air lebih tinggi dibanding suhu es.
Ketika mencapai setimbang, suhu air akan turun sedangkan suhu es akan naik. Itu artinya, suhu setimbang lebih kecil dari suhu air tapi lebih besar dari suhu es.
Nah, ΔT untuk es sudah pasti Tc - Tes (suhu setimbang lebih besar dari suhu es) dan ΔT untuk air adalah Ta - Tc (suhu air lebih tinggi dibanding suhu setimbang).
Baca juga : Kumpulan Contoh Soal Suhu dan Kalor.
Demikian pembahasan contoh soal tentang suhu dan kalor nomor 4, dengan model soal menentukan massa es jika suhu setimbangnya diketahui.
Jika pembahasan ini bermanfaat, bantu edutafsi ya untuk membagikannya kepada teman-teman Kalian melalui share sosial media yang kalian punya.
Untuk contoh soal tentang suhu kalor lainnya, dapat Kalian lihat di menu contoh soal fisika atau melalui tombol kategori contoh suhu dan kalor di bawah.
Jika Sobat Tafsi masih bingung atau kurang paham dengan pembahasan di atas, boleh share pertanyaaan kalian di komentar, kami akan coba bantu jelaskan.
