Jumat, 25 Mei 2018

Pembahasan Fisika UN 2017 No. 21 - 25

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.
Grafik pemanasan bubuk sampel zat tertentu bermassa 0,10 kg, kalor jenis zat, soal fisika UN 2017

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 = mct
Kalor jenis c berdasarkan rumus di atas adalah:
Rumus kalor jenis zat

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:
Penghitungan kalor jenis zat

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 TA dan TB diletakkan dalam ruangan bersuhu T. Jika suhu T > TA dan TB < T, setelah waktu tertentu (t) bentuk grafik hubungan T terhadap t yang tepat untuk keadaan tersebut adalah ….
Grafik hubungan suhu T terhadap waktu t, opsi jawaban fisika Un 2017

Pembahasan

Diketahui pada soal bahwa T > TA dan TB < T. 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

Sebanyak 75 gram air yang suhunya 20 ℃ dicampurkan dengan 50 gram air yang suhunya tak diketahui. Jika suhu akhir campuran 40 ℃ maka suhu air 50 gram mula-mula adalah ….A.   70 ℃
B.   50 ℃
C.   40 ℃
D.   30 ℃
E.   20 ℃

Pembahasan

Bagan ilustrasi untuk soal di atas adalah:
Ilustrasi penyerapan dan pelepasan kalor sesuai dengan asas Black

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
 m1 c(t t1) = m2 c(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.
Sambungan logam P, Q, dan R, soal UN Fisika 2017

Koefisien konduksi bahan kP = 2kQ = 4kR, 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:
Rumus perambatan panas secara konduksi, hantaran panas

Karena panjang dan luasnya sama maka nilai H hanya bergantung pada k dan ∆t.
H ~ kt
Pada sambungan P-Q, logam P menyerap panas (karena suhunya lebih rendah) sedangkan logam Q melepas panas (karena suhunya lebih tinggi) dengan kP = 2kQ.
                 HP = −HQ
  kP (T2T1) = −kQ (T2T3)
2kQ (T2 − 10) = −kQ (T2T3)
        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 2kQ = 4kR atau kQ = 2kR.
                HQ = −HR
  kQ (T3T2) = −kR (T3T4)
2kR (T3T2) = −kR (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

Volume gas ideal di dalam ruangan tertutup diperkecil 1/2 kali semula dalam proses isotermis, maka tekanannya menjadi ….A.   1/4 kali semula
B.   1/2 kali semula
C.   1 kali semula
D.   2 kali semula
E.   4 kali semula

Pembahasan

Persamaan umum gas ideal dirumuskan sebagai:
PV = nRT
Peristiwa tersebut terjadi dalam proses isotermis atau suhu konstan sehingga:
    PV = C
P1 V1 = P2 V2
P1 V1 = P2 1/2 V1
     P1 = 1/2 P2
     P2 = 2P1
Jadi, tekanan gas dalam peristiwa tersebut menjadi 2 kali semula (D).

Artikel Terkait