10 Contoh Soal Asas Black Fisika Kelas 11 SMA dan Pembahasannya dengan Rumus

Dalam perpindahan kalor, kamu akan mengenal dan mempelajari tentang Asas Black. Pada materi ini, kamu tidak hanya memahami hubungan antara kalor lepas dan kalor terima, tetapi juga belajar menerapkannya dalam berbagai situasi nyata.

Supaya lebih mudah memahami konsep tersebut, Mamikos sudah menyediakan contoh soal Asas Black fisika kelas 11 SMA yang bisa kamu pelajari di rumah.

Namun sebelum itu, yuk, Mamikos bahas terlebih dahulu tentang Asas Black pada salah satu materi Fisika kelas 11 berikut ini! 🧊☀️

Asas Black dan Perpindahan Kalor

Ketika dua benda dengan suhu berbeda dicampur atau saling bersentuhan, akan terjadi proses perpindahan kalor dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah.

Perpindahan kalor tersebut berlangsung terus-menerus sampai keduanya mencapai suhu yang sama atau yang dikenal sebagai suhu kesetimbangan.

Nah, prinsip dasar inilah yang kemudian dirumuskan oleh Joseph Black, seorang ilmuwan asal Skotlandia pada tahun 1760.

Ia menyatakan bahwa jumlah kalor yang dilepaskan oleh benda bersuhu lebih tinggi akan sama dengan jumlah kalor yang diterima oleh benda bersuhu lebih rendah, selama tidak ada kalor yang hilang ke lingkungan. Konsep ini kemudian dikenal sebagai Asas Black.

Asas Black sendiri dirumuskan sebagai:

[Qlepas=Qterima]

Persamaan tersebut menunjukkan bahwa energi kalor yang berpindah dari benda panas sepenuhnya digunakan untuk menaikkan temperatur benda yang lebih dingin hingga tercapai kesetimbangan termal.

Contoh paling sederhana dari penerapan Asas Black adalah ketika es batu dicelupkan ke dalam minuman panas. Panas dari minuman akan mengalir ke es, menyebabkan es mencair dan suhunya naik. Proses ini berlanjut sampai suhu minuman dan es yang mencair menjadi sama.

Dalam kehidupan sehari-hari, prinsip ini banyak dimanfaatkan, seperti pada proses memasak, mendinginkan minuman, hingga teknologi yang lebih rumit seperti mesin pendingin dan sistem pengatur suhu.

Contoh Soal Asas Black Fisika Kelas 11 SMA dan Pembahasannya

Selanjutnya, setelah tadi kita belajar tentang Asas Black dalam perpindahan kalor, di bagian ini Mamikos akan mengajakmu untuk memahami penerapan rumusnya.

Terdapat 10 contoh soal Asas Black Fisika kelas 11 SMA yang sudah disertai dengan pembahasannya lengkap. Sehingga kamu bisa mempelajari Asas Black dengan lebih mudah. Yuk, simak penjelasannya berikut ini:

1. Air sebanyak 0,4 kg bersuhu 90°C dituangkan ke dalam wadah tembaga bermassa 0,3 kg. Suhu awal wadah tersebut adalah 20°C. Jika kalor jenis air 4.200 J/kg°C dan kalor jenis tembaga 380 J/kg°C, tentukan suhu kesetimbangan campuran! (anggap tidak ada kalor hilang ke lingkungan)

Pembahasan:

Diketahui:
m_air = 0,4 kg
m_tb = 0,3 kg
T_air = 90°C
T_tb = 20°C
c_air = 4.200 J/kg°C
c_tb = 380 J/kg°C

Jawab:

Qlepas = Qterima
mair×cair×(Tair–Takhir)=mtb×ctb×(Takhir–Ttb)

0,4 × 4.200 × (90 – Takhir) = 0,3 × 380 × (Takhir – 20)

1.680 × (90 – Takhir) = 114 × (Takhir – 20)

151.200 – 1.680Takhir = 114Takhir – 2.280
151.200 + 2.280 = 114Takhir + 1.680Takhir
153.480 = 1.794Takhir

Takhir = 153.480 / 1.794
Takhir = 85,53°C

Jadi, suhu kesetimbangannya adalah 85,53°C.

2. Jika cokelat panas sebanyak 180 cm³ bersuhu 85°C dituangkan ke dalam cangkir keramik bermassa 120 g yang suhunya 28°C, berapakah suhu akhir campuran ketika terjadi kesetimbangan? (anggap tidak ada kalor yang hilang ke lingkungan, dan kalor jenis keramik = 900 J/kg°C)

Pembahasan:

Diketahui:
cokelat panas sebagian besar berupa air, maka kalor jenisnya dianggap sama dengan air.
cch = cair = 4.200 J/kg°C

Vch = 180 cm³
= 180 × 10⁻⁶ m³

mch = ρ × V
mch = (1,0 × 10³ kg/m³)(180 × 10⁻⁶ m³)
mch = 180 × 10⁻³ kg = 0,18 kg

mkrm = 120 g = 0,12 kg
ckrm = 900 J/kg°C

Tch = 85°C
Tkrm = 28°C

Jawab:

Kalor yang dilepas cokelat = kalor yang diterima keramik
QLepas = QTerima

mch × cch × (Tch – Tc) = mkrm × ckrm × (Tc – Tkrm)

0,18 × 4.200 × (85 – Tc) = 0,12 × 900 × (Tc – 28)

756 × (85 – Tc) = 108 × (Tc – 28)

64.260 – 756Tc = 108Tc – 3.024
756Tc + 108Tc = 64.260 + 3.024
864Tc = 67.284

Tc = 67.284 / 864
Tc = 77,89°C

Jadi, suhu kesetimbangan campuran cokelat panas dan cangkir keramik adalah 77,89°C.

3. Air bermassa 250 gram dengan suhu 28°C dicampur dengan air panas bermassa 120 gram yang bersuhu 85°C. Jika tidak ada kalor yang hilang ke lingkungan dan kalor jenis air adalah 1 kal g⁻¹°C⁻¹, tentukan suhu akhir campurannya!

Pembahasan:

Diketahui:
m₁ = 250 g
T₁ = 28°C
m₂ = 120 g
T₂ = 85°C
c = 1 kal g⁻¹°C⁻¹

Jawab:

QLepas = QTerima

m₂ × c × (T₂ – Tₐ) = m₁ × c × (Tₐ – T₁)

120(85 – Tₐ) = 250(Tₐ – 28)

10.200 – 120Tₐ = 250Tₐ – 7.000
10.200 + 7.000 = 250Tₐ + 120Tₐ
17.200 = 370Tₐ

Tₐ = 17.200 / 370
Tₐ = 46,48°C

Jadi, suhu akhir campuran adalah 46,48°C.

4. Air sebanyak 70 gram dengan suhu 92°C dicampur dengan 30 gram air sejenis yang bersuhu 20°C. Jika kalor jenis air adalah 1 kal g⁻¹°C⁻¹, maka suhu akhir campuran tersebut adalah…

Pembahasan:

Diketahui:
m₁ = 70 g
T₁ = 92°C
m₂ = 30 g
T₂ = 20°C
c = 1 kal g⁻¹°C⁻¹

Jawab:

QLepas = QTerima

70(92 – Tₐ) = 30(Tₐ – 20)

6.440 – 70Tₐ = 30Tₐ – 600
6.440 + 600 = 30Tₐ + 70Tₐ
7.040 = 100Tₐ

Tₐ = 7.040 / 100
Tₐ = 70,40°C

Jadi, suhu akhir campuran tersebut adalah 70,40°C.

5. Es bermassa N gram pada suhu 0°C dimasukkan ke dalam bejana berisi 300 gram air yang suhunya 18°C. Bejana dianggap terisolasi sehingga tidak ada kalor yang keluar atau masuk dari lingkungan.

Diketahui kalor lebur es (Lₑₛ) = 80 kal g⁻¹ dan kalor jenis air (cair) = 1 kal g⁻¹°C⁻¹. Jika seluruh es mencair dan suhu akhir campuran adalah 6°C, tentukan massa es N tersebut!

Pembahasan:

Diketahui:
mes = N g
Tes = 0°C
mair = 300 g
Tair = 18°C
Takhir = 6°C
Les = 80 kal g⁻¹
cair = 1 kal g⁻¹°C⁻¹

Jawab:

Kalor diterima es =

1. Untuk mencair: N × Les
2. Untuk naik suhu sampai 6°C: N × cair × (6 – 0)

→ Total kalor diterima es = N(80) + N(6) = 86N

Kalor dilepas air:
300 × 1 × (18 – 6)
= 300 × 12
= 3.600 kal

Setara:
86N = 3.600
N = 3.600 / 86
N = 41,86 g

Jadi, massa es yang dimasukkan adalah 41,86 gram.

6. Logam tembaga bersuhu 100°C dimasukkan ke dalam air bermassa 128 gram yang suhunya 30°C. Diketahui kalor jenis air = 1 kal g⁻¹°C⁻¹ dan kalor jenis tembaga = 0,1 kal g⁻¹°C⁻¹.
Jika kesetimbangan termal terjadi pada suhu 36°C, tentukan massa logam tembaga tersebut!

Pembahasan:

Diketahui:
Tlogam = 100°C
Tair = 30°C
Takhir = 36°C
cair = 1 kal g⁻¹°C⁻¹
clogam = 0,1 kal g⁻¹°C⁻¹
mair = 128 g
mlogam = … ?

Jawab:

Asas Black → kalor dilepas logam = kalor diterima air

Kalor dilepas logam:
mlogam × clogam × (100 – 36)
= mlogam × 0,1 × 64
= 6,4 mlogam

Kalor diterima air:
128 × 1 × (36 – 30)
= 128 × 6
= 768 kal

Setara:
6,4 mlogam = 768
mlogam = 768 / 6,4
mlogam = 120 g

Jadi, massa logam tembaga tersebut adalah 120 gram.

7. Tiga kilogram batang timah hitam dengan kalor jenis 1.400 J kg⁻¹°C⁻¹ bersuhu 80°C dicelupkan ke dalam 10 kg air dengan kalor jenis 4.200 J kg⁻¹°C⁻¹. Setelah tercapai kesetimbangan termal pada suhu 20°C, tentukan suhu awal air tersebut!

Pembahasan:

Diketahui:
mtimah = 3 kg
ctimah = 1.400 J kg⁻¹°C⁻¹
Ttimah = 80°C
mair = 10 kg
cair = 4.200 J kg⁻¹°C⁻¹
Takhir = 20°C
Tair = … ?

Jawab:

Asas Black → kalor dilepas timah = kalor diterima air

Kalor dilepas timah:
3 × 1.400 × (80 – 20)
= 4.200 × 60
= 252.000 J

Kalor diterima air:
10 × 4.200 × (20 – Tair)
= 42.000 × (20 – Tair)

Setara:
252.000 = 42.000 (20 – Tair)

Bagi kedua sisi:
252.000 / 42.000 = 20 – Tair
6 = 20 – Tair
Tair = 20 – 6
Tair = 14°C

Jadi, suhu awal air adalah 14°C.

8. Sebanyak 250 gram air dipanaskan dari 25°C menjadi 45°C. Jika kalor jenis air adalah 1 kal/g°C atau 4.200 J/kg°C, tentukan:
a. jumlah kalor yang diserap air (dalam kalori)
b. jumlah kalor yang diserap air (dalam joule)

Pembahasan:

Diketahui:
m = 250 g
c = 1 kal/g°C
ΔT = 45°C – 25°C = 20°C

Jawab:

a. jumlah kalor yang diserap air (dalam kalori)
Q = mcΔT
Q = (250 g)(1 kal/g°C)(20°C)
Q = 5.000 kal
Jadi, kalor yang diserap air adalah 5.000 kalori.

b. jumlah kalor yang diserap air (dalam joule)
1 kalori = 4,2 joule
Q = 5.000 × 4,2 = 21.000 joule

9. Sebongkah logam besi bersuhu 150°C dimasukkan ke dalam 200 gram air yang suhunya 40°C. Kalor jenis air = 1 kal g⁻¹°C⁻¹ dan kalor jenis besi = 0,11 kal g⁻¹°C⁻¹. Jika suhu kesetimbangan tercapai pada 48°C, tentukan massa logam besi tersebut!

Pembahasan:

Diketahui:
Tlogam = 150°C
Tair = 40°C
Takhir = 48°C
cair = 1 kal g⁻¹°C⁻¹
cbesi = 0,11 kal g⁻¹°C⁻¹
mair = 200 g
mlogam = … ?

Jawab:

Asas Black → kalor dilepas logam = kalor diterima air

Kalor dilepas logam:
mlogam × 0,11 × (150 – 48)
= mlogam × 0,11 × 102
= 11,22 mlogam

Kalor diterima air:
200 × 1 × (48 – 40)
= 200 × 8
= 1.600 kal

Setara:
11,22 mlogam = 1.600
mlogam = 1.600 / 11,22
mlogam = 142,55 g

Jadi, massa logam besi tersebut adalah 142,55 gram.

10. Sepotong logam kuningan yang masih panas bersuhu 140°C dimasukkan ke dalam 180 gram air yang suhunya 26°C. Diketahui kalor jenis air = 1 kal g⁻¹°C⁻¹ dan kalor jenis kuningan = 0,093 kal g⁻¹°C⁻¹. Jika setelah terjadi kesetimbangan termal suhu akhirnya adalah 34°C, tentukan massa logam kuningan tersebut!

Pembahasan :

Diketahui:
Tlogam = 140°C
Tair = 26°C
Takhir = 34°C
cair = 1 kal g⁻¹°C⁻¹
ckuningan = 0,093 kal g⁻¹°C⁻¹
mair = 180 g
mlogam = … ?

Jawab:

Asas Black: kalor dilepas logam = kalor diterima air

Kalor dilepas logam:
mlogam × 0,093 × (140 – 34)
= mlogam × 0,093 × 106
= 9,858 mlogam

Kalor diterima air:
180 × 1 × (34 – 26)
= 180 × 8
= 1.440 kal

Setara:
9,858 mlogam = 1.440
mlogam = 1.440 / 9,858
mlogam = 146,11 g

Jadi, massa logam kuningan tersebut adalah 146,11 gram.

Penutup

Tidak berhenti pada contoh soal Asas Black Fisika kelas 11 SMA di atas, yuk, lanjutkan belajarmu dengan mapel lainnya! Temukan semua bahan materi yang kamu butuhkan hanya di blog Mamikos, ya. 🖱✨

---

Klik dan dapatkan info kost di dekat kampus idamanmu:

Kost Dekat UGM Jogja

Kost Dekat UNPAD Jatinangor

Kost Dekat UNDIP Semarang

Kost Dekat UI Depok

Kost Dekat UB Malang

Kost Dekat Unnes Semarang

Kost Dekat UMY Jogja

Kost Dekat UNY Jogja

Kost Dekat UNS Solo

Kost Dekat ITB Bandung

Kost Dekat UMS Solo

Kost Dekat ITS Surabaya

Kost Dekat Unesa Surabaya

Kost Dekat UNAIR Surabaya

Kost Dekat UIN Jakarta