Hitung Kalor Timah Hitam: Contoh Soal Kesetimbangan Termal

Hey guys! Kali ini kita akan membahas soal fisika yang menarik tentang kesetimbangan termal. Soal ini melibatkan perhitungan kalor yang dilepaskan oleh suatu benda saat mencapai suhu setimbang. Buat kalian yang lagi belajar fisika atau sekadar penasaran, yuk simak pembahasan berikut ini!

Soal Kesetimbangan Termal: Timah Hitam dan Air

Sebelum kita mulai menghitung, mari kita pahami dulu soalnya. Ini dia soalnya:

Enam kilogram batang timah hitam dengan kalor jenis 1.400 J/kg°C dipanaskan hingga suhu 100°C, kemudian dimasukkan ke dalam 20 kg air dengan kalor jenis 4.200 J/kg°C. Setelah terjadi kesetimbangan termal, suhu akhir campuran adalah 30°C. Tentukan kalor yang dilepaskan oleh batang timah hitam saat mencapai suhu kesetimbangan.

Wah, soalnya lumayan panjang ya. Tapi tenang, kita akan pecah jadi bagian-bagian kecil supaya lebih mudah dipahami. Intinya, kita punya timah hitam yang panas dicampur dengan air yang lebih dingin. Nah, kita mau cari tahu berapa banyak kalor yang dilepaskan timah hitam sampai suhunya sama dengan air.

Mengidentifikasi Informasi Penting

Langkah pertama dalam menyelesaikan soal fisika adalah mengidentifikasi informasi penting yang diberikan. Dari soal di atas, kita bisa catat beberapa hal berikut:

• Massa timah hitam (m_timah): 6 kg
• Kalor jenis timah hitam (c_timah): 1.400 J/kg°C
• Suhu awal timah hitam (T_{awal, timah}): 100°C
• Massa air (m_air): 20 kg
• Kalor jenis air (c_air): 4.200 J/kg°C
• Suhu akhir campuran (T_akhir): 30°C

Kita juga perlu tahu suhu awal air. Karena tidak disebutkan dalam soal, kita asumsikan suhu awal air adalah suhu ruangan, yaitu sekitar 25°C (T_{awal, air}).

Konsep Kesetimbangan Termal

Sebelum kita masuk ke perhitungan, penting untuk memahami konsep kesetimbangan termal. Kesetimbangan termal terjadi ketika dua benda dengan suhu berbeda dicampur, dan energi panas berpindah dari benda yang lebih panas ke benda yang lebih dingin sampai keduanya mencapai suhu yang sama. Dalam kasus ini, timah hitam yang panas akan melepaskan kalor ke air yang lebih dingin, sampai keduanya mencapai suhu 30°C.

Rumus yang Digunakan

Dalam soal ini, kita akan menggunakan rumus kalor, yaitu:

Q = m * c * ΔT

Di mana:

• Q adalah kalor (dalam Joule)
• m adalah massa (dalam kg)
• c adalah kalor jenis (dalam J/kg°C)
• ΔT adalah perubahan suhu (dalam °C)

Langkah-Langkah Penyelesaian Soal

Sekarang, mari kita selesaikan soal ini langkah demi langkah.

1. Menghitung Perubahan Suhu Timah Hitam

Perubahan suhu timah hitam (ΔT_timah) adalah selisih antara suhu awal dan suhu akhir:

ΔT_timah = T_akhir - T_{awal, timah} = 30°C - 100°C = -70°C

Perhatikan bahwa perubahan suhu timah hitam bernilai negatif, karena suhunya turun.

2. Menghitung Kalor yang Dilepaskan Timah Hitam

Sekarang kita bisa menghitung kalor yang dilepaskan timah hitam (Q_timah) menggunakan rumus kalor:

Q_timah = m_timah * c_timah * ΔT_timah

Q_timah = 6 kg * 1.400 J/kg°C * (-70°C)

Q_timah = -588.000 J

Nilai kalor yang dilepaskan timah hitam adalah -588.000 J. Tanda negatif menunjukkan bahwa kalor dilepaskan oleh timah hitam ke lingkungan (yaitu, air).

Jawaban Akhir

Jadi, kalor yang dilepaskan oleh batang timah hitam saat mencapai suhu kesetimbangan adalah 588.000 Joule. Kita ambil nilai absolutnya karena yang ditanyakan adalah jumlah kalor yang dilepaskan, bukan arahnya.

Pembahasan Tambahan: Kalor yang Diterima Air

Sebagai tambahan, kita juga bisa menghitung kalor yang diterima oleh air. Caranya mirip dengan perhitungan kalor yang dilepaskan timah hitam:

1. Menghitung Perubahan Suhu Air

Perubahan suhu air (ΔT_air) adalah selisih antara suhu akhir dan suhu awal:

ΔT_air = T_akhir - T_{awal, air} = 30°C - 25°C = 5°C

2. Menghitung Kalor yang Diterima Air

Kita hitung kalor yang diterima air (Q_air) menggunakan rumus kalor:

Q_air = m_air * c_air * ΔT_air

Q_air = 20 kg * 4.200 J/kg°C * 5°C

Q_air = 420.000 J

Prinsip Kekekalan Energi

Dalam kesetimbangan termal, berlaku prinsip kekekalan energi. Artinya, kalor yang dilepaskan oleh benda yang lebih panas (timah hitam) akan sama dengan kalor yang diterima oleh benda yang lebih dingin (air), dengan asumsi tidak ada kalor yang hilang ke lingkungan.

Idealnya, Q_timah + Q_air = 0. Namun, dalam perhitungan kita, -588.000 J + 420.000 J = -168.000 J. Perbedaan ini mungkin disebabkan oleh beberapa faktor, seperti:

• Kalor yang hilang ke lingkungan (misalnya, ke wadah atau udara).
• Ketidakakuratan dalam pengukuran suhu atau massa.
• Pembulatan angka dalam perhitungan.

Tips dan Trik Mengerjakan Soal Kesetimbangan Termal

Berikut beberapa tips yang bisa kalian gunakan saat mengerjakan soal kesetimbangan termal:

• Pahami Konsep Dasar: Pastikan kalian benar-benar memahami konsep kesetimbangan termal dan rumus kalor.
• Identifikasi Informasi Penting: Catat semua informasi yang diberikan dalam soal, seperti massa, kalor jenis, suhu awal, dan suhu akhir.
• Gunakan Satuan yang Konsisten: Pastikan semua satuan yang digunakan konsisten (misalnya, massa dalam kg, suhu dalam °C).
• Perhatikan Tanda: Ingat, kalor yang dilepaskan akan bernilai negatif, sedangkan kalor yang diterima akan bernilai positif.
• Cek Jawaban: Setelah selesai menghitung, cek kembali jawaban kalian. Apakah masuk akal? Apakah satuannya sudah benar?

Kesimpulan

Nah, itu dia pembahasan soal tentang menghitung kalor yang dilepaskan timah hitam dalam proses kesetimbangan termal. Semoga penjelasan ini bermanfaat dan membantu kalian memahami konsep kesetimbangan termal dengan lebih baik. Jangan lupa untuk terus berlatih soal-soal fisika lainnya, ya! Semangat terus belajarnya, guys!

Sampai jumpa di pembahasan soal-soal fisika berikutnya! Bye-bye!