5 Contoh Soal Asas Black dan Jawaban Beserta Rumusnya Lengkap

JAKARTA, iNews.id - Contoh soal asas black merupakan salah satu materi dalam mata pelajaran fisika. Materi ini pertama kali diperkenalkan di SMP dan dibahas lebih dalam saat SMA.

Asas black ditemukan oleh Joseph Black (1728-1799), ia mengungkapkan bahwa bila dua zat dicampur, maka kalor yang dimiliki oleh zat yang suhunya lebih tinggi akan mengalir ke zat yang kalornya lebih rendah, sehingga terjadi keseimbangan energi.

Bangladesh Rusuh setelah Pemimpin Mahasiswa Ditembak Mati di Bagian Kepala

Rumus Asas Black

Sebelum membahas contoh soal asas Black, secara matematis asas Black dapat dirumuskan sebagai berikut

QLepas = Qterima

Keterangan:
QLepas = jumlah kalor yang dilepaskan oleh zat (joule)
QTerima = jumlah kalor yang diterima oleh zat (joule)

5 Contoh Soal Hukum Ohm Lengkap dengan Pembahasannya Lengkap

Atau:

m1c1 (T1 - Tc) = m2c3 (Tc-T2)

Rumus Energi Kinetik, Definisi dan Contoh Soalnya

m₁ = massa benda 1 yang suhunya tinggi (kg)
m₂ = massa benda 2 yang suhunya rendah (kg)
c₁ = kalor jenis benda 1 (J/kg℃)
c₁ = kalor jenis benda 2 (J/kg℃)
T₁ = suhu mula-mula benda 1 (℃ atau K)
T₂ = suhu mula-mula benda 2 (℃ atau K)
Tc = suhu akhir atau suhu campuran (℃ atau K)

Dari persamaan di atas, dapat disimpulkan bahwa dalam asas black, kalor yang dilepaskan oleh zat yang bersuhu tinggi, sama dengan kalor yang diterima oleh zat yang bersuhu rendah.

Contoh Soal Asas Black

1. Sebanyak 300 gram air dipanaskan dari 30℃ menjadi 50℃. Jika massa jenis air adalah 1 kal/g℃ atau 4.200 J/kgK, tentukan:

a. banyaknya kalor yang diterima air tersebut (dalam kalori)
b. banyaknya kalor yang diterima air tersebut (dalam joule)

Jawaban contoh soal asas Black:
m = 300 g
c = 1 kal/g℃
∆T = 50℃ – 30℃ = 20℃
Q = (kalori dan joule)?

Q = mc∆T
Q = (300 g)(1 kal/g℃)(20℃)
Q = 6.000 kal

1 kalori = 4,2 joule sehingga:

Q = 6.000 x 4,2 joule = 25.200 joule

2. Air sebanyak 0,5 kg yang bersuhu 100℃ dituangkan ke dalam bejana dari aluminium yang memiliki massa 0,5 kg. Jika suhu awal bejana sebesar 25℃, kalor jenis aluminium 900 J/kg℃, dan kalor jenis air 4.200 J/kg℃, maka tentukan suhu kesetimbangan yang tercapai! (anggap tidak ada kalor yang mengalir ke lingkungan)

Jawaban contoh soal asas Black:
m bejana = 0,5 kg
m air = 0,5 kg
T air = 100℃
T bejana = 25℃
c air = 4.200 J/kg℃
c bejana = 900 J/kg℃
T akhir/T termal = ?

QLepas = QTerima

m air × c air × ∆T air = m bejana × c bejana × ∆T bejana
m air × c air × (T air – T termal) = m bejana × c bejana × (T termal – T bejana)
0,5 × 4.200 × (100 – T termal) = 0,5 × 900 × (T termal – 25)
2.100 × (100 – T termal) = 450 × (T termal – 25)
210.000 – 2.100T termal = 450T termal – 11.250
450T termal + 2.100T termal = 210.000 + 11.250
2.550T termal = 221.250
T termal = 221.250/2.550
T termal = 86,76℃

3. Jika teh 200 cm³ pada suhu 95℃ dituangkan ke dalam cangkir gelas 150 g pada suhu 25℃, berapa suhu akhir (T) dari campuran ketika dicapai kesetimbangan, dengan menganggap tidak ada kalor yang mengalir ke sekitarnya? (kalor jenis cangkir gelas adalah 840 J/kg℃)

Jawaban contoh soal asas Black:

teh sebagian besar berupa air, maka kalor jenisnya adalah kalor jenis air.

c teh = c air = 4.200 J/kg℃
V teh = 200 cm³ = 200 × 10 – 6 m³
m teh = ρ teh × V teh
m teh = ρ air × V teh
m teh = (1,0 × 103 kg/m³)(200 × 10 – 6 m³)
m teh = 200 × 10-3 kg = 0,2 kg
m gls = 150 g = 0,15 kg
c gls = 840 J/kg℃
T teh = 95℃
T gls = 25℃
T akhir (Tc) = ?

Dengan menerapkan Hukum Kekekalan Energi Kalor, maka:

Kalor yang hilang dari teh = kalor yang diterima cangkir gelas
QLepas = QTerima
m teh × c teh × ∆T teh = m gls × c gls × ∆T gls
m teh × c teh × (T teh – Tc) = m gls × c gls × (Tc – T gls)
0,2 × 4.200 × (95 – Tc) = 0,15 × 840 × (Tc – 25)
840 × (95 – Tc) = 126 × (Tc – 25)
79.800 – 840Tc = 126Tc – 3.150
126Tc + 840Tc = 79.800 + 3.150
966Tc = 82.950
Tc = 82.950/966
Tc = 85,87℃

4. Sepotong aluminium bermassa 200 g dan bersuhu 20℃ dimasukkan ke dalam 100 g air yang bersuhu 80℃. Dengan mengabaikan pertukaran kalor dengan lingkungan, hitung suhu akhir campuran jika kalor jenis aluminium 900 J/kgK dan kalor jenis air 4.200 J/kgK.

Jawaban contoh soal asas Black:
m Air = 100 g
T Air = 80℃
c Air = 4.200 J/kgK
m Al = 200 g
T Al = 20℃
c Al = 900 J/kgK

suhu akhir (TA) campuran = …?

QLepas = QTerima
m Air × c Air × ∆T Air = m Al × c Al × ∆T Al
m Air × c Air × (T Air – TA) = m Al × c Al × (TA – T Al)
100 × 4.200 × (80 – TA) = 200 × 900 × (TA – 20)
100 × 4.200 × (80 – TA) = 200 × 900 × (TA – 20)
42(80 – TA) = 18(TA – 20)
3.360 – 42TA = 18TA – 360
18TA + 42TA = 3.360 + 360
60TA = 3.720
TA = 3.720/60
TA = 62℃

5. Anis menyiapkan minuman es teh untuk pekerja di rumahnya dalam suatu wadah. Ia mencampur 0,5 kg es yang bersuhu 5℃ dengan 1 kg air teh yang suhunya 20℃. Apabila pertukaran kalor hanya terjadi pada kedua benda, c es = 2.100 J/kg℃, dan c air = 4.200 J/kg℃, berapa suhu akhir minuman tersebut?

Jawaban contoh soal asas Black:
m es = 0,5 kg
T es = -5℃
c es = 2.100 J/kg℃
m air = 1 kg
T air = 20℃
c air = 4.200 J/kg℃
suhu akhir campuran (Tc) = ?

Untuk mencari suhu campuran, gunakan persamaan berikut:

Q air = Q es
m air × c air × ∆T air = m es × ces× ∆T es
m air × c air × (T air – Tc) = m es × c es× (Tc – T es)
1 × 4.200 × (20 – Tc) = 0,5 × 2.100 × (Tc – (-5))
4.200(20 – Tc) = 1.050(Tc + 5)
420(20 – Tc) = 105(Tc + 5)
8.400 – 420Tc = 105Tc + 525
105Tc + 420Tc = 8.400 – 525
525Tc = 7.875
Tc = 7.875/525
Tc = 15℃

Itu dia beberapa contoh soal asas Black yang bisa kamu jadikan sebagai referensi untuk belajar di rumah. Semoga bermanfaat!

Editor: Puti Aini Yasmin