Pembahasan Fisika UN 2018 No. 21 - 25

Pembahasan soal-soal Fisika Ujian Nasional (UN) tahun 2018 nomor 21 sampai dengan nomor 25 tentang:

• asas Black, 
• laju perpindahan kalor, 
• perpindahan kalor [sambungan logam], 
• teori kinetik gas [tekanan gas], 
• teori kinetik gas [kecepatan partikel gas].

Soal No. 21 tentang Asas Black

Air mendidih (100 ℃) sebanyak 250 ml dituangkan ke dalam panci berisi 400 ml air bersuhu 35 ℃. Setelah terjadi keseimbangan termal maka suhu campuran adalah … (kalor jenis air 1,0 kal.gr⁻¹.℃⁻¹).

A.   55 ℃
B.   60 ℃
C.   65 ℃
D.   75 ℃
E.   80 ℃

Pembahasan

Air yang mendidih akan melepas kalor sedangkan air yang bersuhu 35 ℃ akan menyerap kalor. Keadaan ini dikenal sebagai asas Black yang dirumuskan:

        Q_serap = Q_lepas
 mc(t − 35) = mc(100 − t)
400(t − 35) = 250(100 − t)
    8(t − 35) = 5(100 − t)
     8t − 280 = 500 - 5t
             13t = 780
                 t = 780/13
                   = 60

Jadi, suhu campuran setelah terjadi keseimbangan termal adalah 60 ℃ (B).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Kalor

Soal No. 22 tentang Laju Perpindahan Kalor

Besarnya kalor yang mengalir per detik melalui suatu bahan logam:

1. berbanding terbalik dengan perbedaan suhu antara kedua ujungnya
2. berbanding terbalik dengan luas penampang benda
3. bergantung pada jenis bahan logam
4. berbanding terbalik dengan panjang logam

Pernyataan yang benar untuk meningkatkan laju perpindahan kalor secara konduksi adalah ….

A.   (1) dan (2)
B.   (1) dan (3)
C.   (2) dan (3)
D.   (2) dan (4)
E.   (3) dan (4)

Pembahasan

Besarnya kalor yang mengalir per detik melalui suatu bahan logam dirumuskan:

dengan:

H  : kalor yang mengalir per detik (Q/t)
k   : konduktivitas termal logam (bergantung jenis logam)
A  : luas penampang logam
∆t : perbedaan suhu antarujung logam
l   : panjang logam

Dengan demikian, besar kalor yang mengalir pada suatu logam:

• berbanding lurus dengan konduktivitas termal [pernyataan 3 benar]
• berbanding lurus dengan luas penampang logam [pernyataan 2 salah]
• berbanding lurus dengan perbedaan suhu kedua ujungnya [pernyataan 1 salah]
• berbanding terbalik dengan panjang logam [pernyataan 4 benar]

Jadi, pernyataan yang benar untuk meningkatkan laju perpindahan kalor secara konduksi adalah pernyataan 3 dan 4 (E).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Kalor

Soal No. 23 tentang Perpindahan Kalor [sambungan logam]

Logam P, Q, dan R berukuran sama. Konduktivitas logam P, Q, dan R berturut-turut adalah 4k, 2k, dan k. Ketiganya terhubung dengan suhu pada ujung-ujung terbuka seperti pada gambar berikut.

Suhu pada sambungan logam P dengan Q (T_x) adalah ….

A.   80 ℃
B.   70 ℃
C.   60 ℃
D.   50 ℃
E.   40 ℃

Pembahasan

Rumus yang digunakan untuk menyelesaikan soal di atas sama dengan rumus pada soal no. 22.

Karena ketiga logam tersebut berukuran sama (A dan l sama), kalor yang diserap/dilepas hanya sebanding dengan k dan ∆t.

H ~ k∆t

Pada sambungan P-Q, kalor yang dilepas Q akan diserap P.

k_P (T_x − 20) = k_Q (T_y − T_x)
 4k(T_x − 20) = 2k(T_y − T_x)
   2(T_x − 20) = T_y − T_x
      2T_x − 40 = T_y − T_x
              3T_x = T_y + 40
                T_y = 3T_x − 40    … (1)

Sedangkan pada sambungan Q-R, kalor yang dilepas R akan diserap Q.

k_Q (T_y − T_x) = k_R (160 − T_y)
  2k(T_y − T_x) = k(160 − T_y)
    2(T_y − T_x) = 160 − T_y
     2T_y − 2T_x = 160 − T_y
               3T_y = 2T_x + 160    … (2).

Selanjutnya kita substitusikan persamaan (1) ke persamaan (2).

3(3T_x − 40) = 2T_x + 160
   9T_x − 120 = 2T_x + 160
             7T_x = 280
               T_x = 40

Jadi, suhu pada sambungan logam P dengan Q (T_x) adalah 40 ℃ (E).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Kalor

Soal No. 24 tentang Teori Kinetik Gas [tekanan gas]

Perhatikan pernyataan berikut!

1. Jumlah partikel gas ditambah
2. Jumlah mol dikurangi
3. Suhu ditingkatkan
4. Volume ditambah

Faktor yang dapat meningkatkan tekanan gas dalam suatu ruangan tertutup ditunjukkan oleh nomor ….

A.   (1), (2), (3), dan (4)
B.   (1), (2), dan (3)
C.   (1) dan (3)
D.   (2) dan (4)
E.   (3) dan (4)

Pembahasan

Untuk menjawab soal di atas, kita gunakan persamaan umum gas ideal:

PV = nRT → P = nRT/V
PV = NkT → P = NkT/V

Berdasarkan kedua rumus di atas dapat disimpulkan bahwa tekanan gas (P):

• berbanding lurus dengan jumlah mol (n), jumlah partikel (N), dan suhu (T)
• berbanding terbalik dengan volume (V).

Sehingga untuk tekanan gas yang harus dilakukan adalah:

• jumlah mol ditambah [no. 2 salah]
• jumlah partikel ditambah [no. 1 benar]
• suhu dinaikkan [no. 3 benar]
• volume dikurangi [no. 4 salah]

Jadi, faktor yang dapat meningkatkan tekanan gas oleh nomor 1 dan 3 (C).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Teori Kinetik Gas

Soal No. 25 tentang Teori Kinetik Gas [kecepatan partikel gas]

Gas argon berada dalam ruangan tertutup saat suhunya berubah menjadi dua kali semula maka kecepatan gerak partikel gas argon adalah ….

A.   1/2 kali semula
B.   1/√2 kali semula
C.   √2 kali semula
D.   2 kali semula
E.   4 kali semula

Pembahasan

Diketahui:

T₂ = 2T₁

Hubungan antara kecepatan gerak partikel dan suhu dapat dirunut dari rumus:

        E_k = 3/2 kT
1/2 mv² = 3/2 kT

Sehingga hubungan antara keduanya adalah:

Jadi, kecepatan gerak partikel gas argon adalah √2 kali semula (C).

Perdalam materi ini di Pembahasan Fisika UN: Teori Kinetik Gas

Simak Pembahasan Soal Fisika UN 2018 selengkapnya.

No. 01 - 05					No. 21 - 25
No. 06 - 10					No. 26 - 30
No. 11 - 15					No. 31 - 35
No. 16 - 20					No. 36 - 40

Dapatkan pembahasan soal dalam file pdf  di sini.

Demikian, berbagi pengetahuan bersama Kak Ajaz. Silakan bertanya di kolom komentar apabila ada pembahasan yang kurang jelas. Semoga berkah.