Kalor.docx

6. Berapa banyak energi yang harus dibuang sebuah lemari es dari 1,5 kg air pada 20℃ untuk membuat es pada -12℃ ? Dik: m = 1,5 kg T1 = 20℃ T2 = - 12℃ PENDEKATAN kita perlu mengukur energi total yang dibuang dengan menambahkan aliran kalor keluar (1) untuk mengurangi dari 20℃ ke 0℃, (2) untuk mengubahnya menjadi es pada 0℃, dan (3) untuk menurunkan es dari 0℃ ke -12℃ PENYELESAIAN kalor Q yang dibutuhkan untuk dibuang 1,5 kg air Q = mcw (20℃ - 0℃) + mLf + mcice [0℃ - (-12℃)] = (1,5 kg)(4186 J/kg. ℃)(20℃) + (1,5 kg)(3,33 x 105 J/kg) + (1,5 kg) (2100 j/kg. ℃)(12℃) = 6,6 x 105 J = 660 kJ 7. Bintang raksasa Betelgeuse memancarkan energi radiasi pada laju 104 kali lebih besar daripada matahari kita, di mana temperatur permukaannya hanya setengah ( 2900 K ) daipada matahari kita. Perkirakan radius dari betelgeuse, dengan asumsi ∈ = 1. Radius matahari rs = 7 x 108m. PENDEKATAN kita asumsikan bahwa baik betelgeuse dan matahari adalah bulat, dengan luas permukaan 4𝜋𝑟 2

PENYELESAIAN kita memecahkan persamaan

𝑄 𝑡

= ∈ 𝜎 𝐴𝑇 4 untuk A:

𝑄

( )

4𝜋𝑟 2 = A = ∈𝜎 𝑡𝐴𝑇 4 Maka 𝑟2𝐵 𝑟2

𝑠

𝑄

=

( )𝐵 𝑡 𝑄 ( )𝑠 𝑡

.

𝑇4𝑆 𝑇4𝐵

= (104)(24) = 16 x 104,

Disini rB = √16 𝑥 104 rs = (400)(7 x 108) ≈ 3 𝑥 1011 m. Bila betelgeuse adalah matahari kita, ia akan melingkupi kita ( bumi berjarak 1,5 x 1011m dari matahari).

8. Seorang atlit duduk tanpa baju di dalam ruang ganti dimana dinding gelapnya mempunyai temperatur 15℃. Perkirakan laju kehilangan kalor oleh radiasi, dengan mengaasumsikan temperatur kulit adalah 34℃ dan ∈ = 0,70. anggap luas permukaan tubuh yang tidak bersinggungan dengan kursi adalah 1,5 m2

PENDEKATAN kita menggunakan persamaan

𝑄 𝑡

= ∈ 𝜎𝐴(𝑇1 4 − 𝑇2 4 ) yang harus

menggunakan temperatur kelvin PENYELESAIAN kita memiliki 𝑄 𝑡

= ∈ 𝜎𝐴(𝑇1 4 − 𝑇2 4 ) = (0,70)(5,67 x 10-8 W/m2.K4)(1,5 m2)[(307 K)4 – (288 K)4 = 120 W

CATATAN “Keluaran” dari orang yang sedang beristirahat ini sedikit lebih banyak dari yang digunakan lampu pijar 100 W CATATAN Hindari kesalahan umum : (𝑇1 4 − 𝑇2 4 ) ≠ (𝑇1 − 𝑇2 )4 9. Setelah menghabiskan banyak cemilan, seorang gadis yang sangat cantik baru sadar kalau ia telah kelebihan makan 200 Kalori (huruf K besar). Si gadis ingin mengurangi kelebihan energi yang diperolehnya dari cemilan. Karenanya ia memutuskan untuk mengangkat batu dari permukaan tanah hingga ketinggian 1 meter. Jika massa batu = 10 kg, berapa kalikah si gadis harus mengangkat batu tersebut ? PENDEKATAN : 1 Kalori = 1 kkal = 1000 kalori = 4186 Joule 200 kkal = (200)(4186 Joule) = 837.200 Joule PENYELESAIAN Ketika mengangkat batu, si gadis melakukan usaha pada batu. Besarnya usaha yang dilakukan adalah : (W) =(F) x (s) = (w) x (h) = (m) x (g) x (h) (W) = (10 kg)(10 m/s2)(1 m) (W) = 100 N.m = 100 Joule Untuk mengangkat batu setinggi 1 meter, besarnya usaha yang dilakukan = 100 Joule. Maka 837.200 Joule 100

= 8372 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒

CATATAN Tidak semua makanan diubah menjadi energi. Selama proses pencernaan, pasti ada energi yang terbuang. Kedua, jika gadis tersebut mengangkat batu bermassa 10 kg hingga ketinggian 1 meter maka ia harus mengangkat batu tersebut sebanyak 8372 kali. Jika gadis tersebut tidak ingin mengangkat batu sebanyak 8372 kali, ia bisa menambah massa batu atau menambah ketinggian.

10. Lima kilogram es bersuhu −22°C dipanaskan sampai seluruh es tersebut mencair dengan suhu 0°C. Jika kalor laten es 333 kJ/kg dan kalor jenis es 2100 J/kg °C, maka jumlah kalor yang dibutuhkan adalah .... Diketahui: mes = 5 kg Ces = 2100 J/kg °C T1 = −22°C T2 = 0°C ΔT = T1 – T2 = 22°C Les = 333 KJ = 333000 Ditanya: Qtotal? Jawab: Qtotal = Q1 + Q2 = mes . Ces ∆T + mes . L = 5. 2100 . 22 + 5 . 333000 = 231000 + 1665000 = 1896000 J = 1896 KJ