Pembahasan Fisika UN 2018 No. 21

Pembahasan soal-soal Fisika Ujian Nasional (UN) tahun 2018 nomor 21 sampai dengan nomor 25 tentang:

• asas Black, 
• laju perpindahan kalor, 
• perpindahan kalor [sambungan logam], 
• teori kinetik gas [tekanan gas], 
• teori kinetik gas [kecepatan partikel gas].

Soal No. 21 tentang Asas Black

Pembahasan

Air yang mendidih akan melepas kalor sedangkan air yang bersuhu 35 ℃ akan menyerap kalor. Keadaan ini dikenal sebagai asas Black yang dirumuskan:

        Q_serap = Q_lepas
 mc(t − 35) = mc(100 − t)
400(t − 35) = 250(100 − t)
    8(t − 35) = 5(100 − t)
     8t − 280 = 500 – 5t
             13t = 780
                 t = 780/13
                   = 60

Jadi, suhu campuran setelah terjadi keseimbangan termal adalah 60 ℃ (B).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Kalor

Soal No. 22 tentang Laju Perpindahan Kalor

Pembahasan

Besarnya kalor yang mengalir per detik melalui suatu bahan logam dirumuskan:

dengan:

H  : kalor yang mengalir per detik (Q/t)
k   : konduktivitas termal logam (bergantung jenis logam)
A  : luas penampang logam
∆t : perbedaan suhu antarujung logam
l   : panjang logam

Dengan demikian, besar kalor yang mengalir pada suatu logam:

• berbanding lurus dengan konduktivitas termal [pernyataan 3 benar]
• berbanding lurus dengan luas penampang logam [pernyataan 2 salah]
• berbanding lurus dengan perbedaan suhu kedua ujungnya [pernyataan 1 salah]
• berbanding terbalik dengan panjang logam [pernyataan 4 benar]

Jadi, pernyataan yang benar untuk meningkatkan laju perpindahan kalor secara konduksi adalah pernyataan 3 dan 4 (E).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Kalor

Soal No. 23 tentang Perpindahan Kalor [sambungan logam]

Logam P, Q, dan R berukuran sama. Konduktivitas logam P, Q, dan R berturut-turut adalah 4k, 2k, dan k. Ketiganya terhubung dengan suhu pada ujung-ujung terbuka seperti pada gambar berikut.

Suhu pada sambungan logam P dengan Q (T_x) adalah ….

A.   80 ℃
B.   70 ℃
C.   60 ℃
D.   50 ℃
E.   40 ℃

Pembahasan

Rumus yang digunakan untuk menyelesaikan soal di atas sama dengan rumus pada soal no. 22.

Karena ketiga logam tersebut berukuran sama (A dan l sama), kalor yang diserap/dilepas hanya sebanding dengan k dan ∆t.

H ~ k∆t

Pada sambungan P-Q, kalor yang dilepas Q akan diserap P.

k_P (T_x − 20) = k_Q (T_y − T_x)
 4k(T_x − 20) = 2k(T_y − T_x)
   2(T_x − 20) = T_y − T_x
      2T_x − 40 = T_y − T_x
              3T_x = T_y + 40
                T_y = 3T_x − 40    … (1)

Sedangkan pada sambungan Q-R, kalor yang dilepas R akan diserap Q.

k_Q (T_y − T_x) = k_R (160 − T_y)
  2k(T_y − T_x) = k(160 − T_y)
    2(T_y − T_x) = 160 − T_y
     2T_y − 2T_x = 160 − T_y
               3T_y = 2T_x + 160    … (2).

Selanjutnya kita substitusikan persamaan (1) ke persamaan (2).

3(3T_x − 40) = 2T_x + 160
   9T_x − 120 = 2T_x + 160
             7T_x = 280
               T_x = 40

Jadi, suhu pada sambungan logam P dengan Q (T_x) adalah 40 ℃ (E).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Kalor

Soal No. 24 tentang Teori Kinetik Gas [tekanan gas]

Pembahasan

Untuk menjawab soal di atas, kita gunakan persamaan umum gas ideal:

PV = nRT → P = nRT/V
PV = NkT → P = NkT/V

Berdasarkan kedua rumus di atas dapat disimpulkan bahwa tekanan gas (P):

• berbanding lurus dengan jumlah mol (n), jumlah partikel (N), dan suhu (T)
• berbanding terbalik dengan volume (V).

Sehingga untuk tekanan gas yang harus dilakukan adalah:

• jumlah mol ditambah [no. 2 salah]
• jumlah partikel ditambah [no. 1 benar]
• suhu dinaikkan [no. 3 benar]
• volume dikurangi [no. 4 salah]

Jadi, faktor yang dapat meningkatkan tekanan gas oleh nomor 1 dan 3 (C).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Teori Kinetik Gas

Soal No. 25 tentang Teori Kinetik Gas [kecepatan partikel gas]

Pembahasan

Diketahui:

T₂ = 2T₁

Hubungan antara kecepatan gerak partikel dan suhu dapat dirunut dari rumus:

        E_k = 3/2 kT
1/2 mv² = 3/2 kT

Sehingga hubungan antara keduanya adalah:

Jadi, kecepatan gerak partikel gas argon adalah √2 kali semula (C).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Teori Kinetik Gas

Simak Pembahasan Soal Fisika UN 2018 selengkapnya.

Dapatkan pembahasan soal dalam file pdf  di sini.

Terimakasih