Pembahasan Fisika UN 2017 No. 21

Perpindahan panas secara konduksi

Pembahasan soal-soal Fisika Ujian Nasional (UN) tahun 2017 nomor 21 sampai dengan nomor 25 tentang:

• kalor, 
• perpindahan panas, 
• asas Black, 
• hantaran panas, dan 
• teori kinetik gas.

Soal No. 21 tentang Kalor

Grafik di bawah ini merupakan data yang diperoleh dari pemanasan bubuk sampel zat tertentu bermassa 0,10 kg.

Kalor jenis sampel zat adalah ….

A.   240 J.kg⁻¹.K⁻¹
B.   420 J.kg⁻¹.K⁻¹
C.   840 J.kg⁻¹.K⁻¹
D.   2.400 J.kg⁻¹.K⁻¹
E.   4.200 J.kg⁻¹.K⁻¹

Pembahasan

Suatu zat yang dipanaskan (diberikan kalor) akan mengalami kenaikan suhu sesuai rumus:

Q = mc∆t

Kalor jenis c berdasarkan rumus di atas adalah:

Nilai Q dan ∆t bisa kita peroleh dari grafik di atas. Kita ambil saja data yang paling kecil (untuk mempermudah penghitungan), yaitu Q = 420 J dan ∆T = 10 K. Sedangkan nilai m sudah diketahui dalam soal. Sehingga nilai c adalah:

Jadi, kalor jenis sampel zat tersebut adalah 420 J.kg⁻¹.K⁻¹ (B).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Kalor.

Soal No. 22 tentang Perpindahan Panas

Dua logam sejenis A dan B masing-masing bersuhu T_A dan T_B diletakkan dalam ruangan bersuhu T. Jika suhu T > T_A dan T_BT, setelah waktu tertentu (t) bentuk grafik hubungan T terhadap t yang tepat untuk keadaan tersebut adalah ….

Pembahasan

Diketahui pada soal bahwa T > T_A dan T_BT. Berarti suhu logam A maupun logam B lebih rendah dari suhu ruangan. Akibatnya kedua logam tersebut akan menyerap suhu ruangan sehingga suhu keduanya akan naik.

Jadi, grafik T–t yang tepat adalah opsi (B).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Kalor.

Soal No. 23 tentang Asas Black

Pembahasan

Bagan ilustrasi untuk soal di atas adalah:

Air yang bermassa 75 gram akan menyerap kalor sebesar Q₁ sedangkan air yang bermassa 50 gram akan melepas kalor sebesar Q₂. Sesuai dengan asas Black, kalor yang diserap sama dengan kalor yang dilepas.

               Q₁ = −Q₂
 m₁c(t − t₁) = −m₂c(t − t₂)
75(40 − 20) = −50(40 − t₂)
           1500 = −2000 + 50t₂
            50t₂ = 2500 3500
                t₂ = 50 70

Jadi, suhu mula-mula air 50 gram adalah 50 70 ℃ (B A).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Kalor.

Soal No. 24 tentang Hantaran Panas

Tiga batang P, Q, dan R dari jenis berbeda memiliki panjang dan luas penampang sama disambung seperti gambar.

Koefisien konduksi bahan k_P = 2k_Q = 4k_R, maka suhu sambungan T₂ dan T₃ adalah ….

A.   T₂ = 30 ℃, T₃ = 70 ℃
B.   T₂ = 30 ℃, T₃ = 60 ℃
C.   T₂ = 30 ℃, T₃ = 50 ℃
D.   T₂ = 20 ℃, T₃ = 50 ℃
E.   T₂ = 20 ℃, T₃ = 40 ℃

Pembahasan

Perpindahan panas pada logam termasuk peristiwa konduksi yang dirumuskan sebagai:

Karena panjang dan luasnya sama maka nilai H hanya bergantung pada k dan ∆t.

H ~ k∆t

Pada sambungan P-Q, logam P menyerap panas (karena suhunya lebih rendah) sedangkan logam Q melepas panas (karena suhunya lebih tinggi) dengan k_P = 2k_Q.

                 H_P = −H_Q
  k_P (T₂ − T₁) = −k_Q (T₂ − T₃)
2k_Q (T₂ − 10) = −k_Q (T₂ − T₃)
        2T₂ − 20 = −T₂ + T₃
        3T₂ − 20 = T₃
                  T₃ = 3T₂ − 20     … (1)

Sementara itu, pada sambungan Q-R, logam Q menyerap panas dan logam R melepas panas dengan 2k_Q = 4k_R atau k_Q = 2k_R.

                H_Q = −H_R
  k_Q (T₃ − T₂) = −k_R (T₃ − T₄)
2k_R (T₃ − T₂) = −k_R (T₃ − 80)
      2T₃ − 2T₂ = −T₃ + 80
                3T₃ = 2T₂ + 80     … (2)

Substitusi persamaan (1) ke persamaan (2).

             3T₃ = 2T₂ + 80
3(3T₂ − 20) = 2T₂ + 80
     9T₂ − 60 = 2T₂ + 80
             7T₂ = 140
               T₂ = 20

Substitusi T₂ = 20 ke persamaan (1)

T₃ = 3T₂ − 20
     = 3 ∙ 20 − 20
     = 60 − 20
     = 40

Jadi, suhu sambungan T₂ dan T₃ berturut-turut adalah 20 ℃ dan 40 ℃ (E).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Kalor.

Soal No. 25 tentang Teori Kinetik Gas

Pembahasan

Persamaan umum gas ideal dirumuskan sebagai:

PV = nRT

Peristiwa tersebut terjadi dalam proses isotermis atau suhu konstan sehingga:

    PV = C
P₁V₁ = P₂V₂
P₁V₁ = P₂ 1/2 V₁
     P₁ = 1/2 P₂
     P₂ = 2P₁

Jadi, tekanan gas dalam peristiwa tersebut menjadi 2 kali semula (D).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Teori Kinetik Gas.

Simak Pembahasan Soal Fisika UN 2017 selengkapnya.

Dapatkan pembahasan soal dalam file pdf  di sini.

Terimakasih