Edutafsi.com - Contoh soal dan pembahasan tentang suhu dan kalor, menentukan suhu sambungan. Contoh #1 : Dua batang logam yang sama ukurannya terbuat dari bahan logam yang berbeda disambungkan di salah satu ujung keduanya. Konduktivitas termal logam pertama sama dengan empat kali konduktivitas termal logam kedua. Jika suhu batang pertama dan kedua berturut-turut adalah 50 oC dan 0 oC, maka suhu pada sambungan kedua logam tersebut adalah ....
A. Ts = 45 oC
B. Ts = 40 oC
C. Ts = 35 oC
D. Ts = 30 oC
E. Ts = 25 oC
Pembahasan :
Dik : L1 = L2 = L, A1 = A2 = A, T1 = 50 oC, T2 = 0 oC, k1 = 4 k2
Dit : Ts = .... ?
Untuk menyelesaikan soal ini, Sobat Tafsi harus memahami kembali konsep perpindahan kalor dan konsep suhu sambungan pada dua logam.
Kalor adalah bentuk energi yang berpindah-pindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah.
Perpindahan kalor dapat berlangsung melalui tiga cara, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Pada contoh soal ini, kalor berpindah secara konduksi.
Konduksi adalah perpindahan kalor perpindahan kalor melalui hantaran atau zat perantara dimana partikel-partikel zat perantara tidak ikut berpindah.
Perpindahan kalor secara konduksi umumnya terjadi pada zat padat.
Laju perambatan kalor melalui suatu penghantar secara matematis dapat dihitung dengan rumus berikut:
Keterangan :
H = Q/t = laju perambatan kalor secara konduksi (J/s)
k = konduktivitas termal zat perantara (W/m K)
A = luas penampang lintang (m2)
ΔT = selisih suhu antara ujung-ujung zat padat (K)
L = panjang zat penghantar (m).
Jika dua batang logam disambungkan di bagian ujungnya, maka terjadi perpindahan kalor antara kedua batang logam tersebut.
Laju perambatan kalor pada sambungan dua batang logam atau dua konduktor adalah sama. Sehingga berlaku persamaan :
Keterangan :
H1 = laju perambatan kalor di batang logam pertama
H2 = laju perambatan kalor di batang logam kedua.
Sebagai ilustrasi, berikut gambar persambungan batang logam pertama dan kedua.
Untuk mempermudah proses pengerjaan (plus editing), mari kita tinjau laju perambatan kalor pada masing-masing batang logam terlebih dahulu.
Untuk batang logam pertama:
Keterangan :
Karena suhu batang logam pertama lebih besar dibanding logam kedua, maka logam pertama melepas kalor sehingga suhunya turun.
Itu sebabnya, suhu sambungan (Ts) pasti lebih kecil dari suhu logam pertama. Makanya, ΔT1 adalah suhu logam pertama dikurang suhu sambungan.
Untuk batang logam kedua:
Keterangan :
Karena suhu batang logam kedua lebih kecil dibanding logam pertama, maka logam kedua menerima atau menyerap kalor sehingga suhunya naik.
Itu sebabnya, suhu sambungan (Ts) pasti lebih besar dari suhu logam kedua. Makanya, ΔT2 adalah suhu sambungan dikurang suhu logam kedua.
Nah, karena laju perambatan kalor di kedua logam sama, maka:
⇒ H1 = H2
Jika kedua ruas sama-sama kita kali dengan L/(A.k2), maka diperoleh:
⇒ 4 (50 - Ts) = (Ts - 0)
⇒ 200 - 4Ts = Ts
⇒ 200 = Ts + 4Ts
⇒ 200 = 5 Ts
⇒ Ts = 200/5
⇒ Ts = 40 oC.
Jadi, suhu pada sambungan kedua logam tersebut adalah 40 oC.
Tips edutafsi:
Sobat Tafsi dapat menyelesaikan soal di atas dengan cara yang lebih sederhana yaitu dengan memanfaatkan konsep perbandingan.
Karena ukuran batang sama, maka luas (A) dan panjang (L) keduanya sama. Jika Kita buat perbandingan H1 dan H2, maka diperoleh:
⇒ H1/H2 = (k1 ΔT1) / (k2 ΔT2)
Nah, karena k1 = 4 k2, dan H1 = H2, maka:
⇒ 4 ΔT1 = ΔT2
⇒ 4 (50 - Ts) = (Ts - 0)
⇒ 200 - 4Ts = Ts
⇒ 200 = 5 Ts
⇒ Ts = 40 oC.
Demikian pembahasan contoh soal tentang kalor, yaitu menentukan suhu pada sambungan dua batang logam yang konduktivitas termalnya berbeda.
Baca juga : Soal Latihan tentang Suhu dan Termometer.
Jika pembahasan ini bermanfaat, bantu edutafsi ya membagikannya ke teman-teman kalian melalui tombol share yang tersedia di bawah.
Untuk contoh soal lainnya tentang suhu dan kalor atau contoh soal fisika, Sobat Tafsi bisa melihatnya di menu contoh fisika atau melalui kategori di bawah ini.
Oya, jika Kalian masih kurang paham atau bingung dengan pembahasan di atas, silahkan kirim komentar kalian. Kami akan mencoba menjelaskannya.
A. Ts = 45 oC
B. Ts = 40 oC
C. Ts = 35 oC
D. Ts = 30 oC
E. Ts = 25 oC
Pembahasan :
Dik : L1 = L2 = L, A1 = A2 = A, T1 = 50 oC, T2 = 0 oC, k1 = 4 k2
Dit : Ts = .... ?
Untuk menyelesaikan soal ini, Sobat Tafsi harus memahami kembali konsep perpindahan kalor dan konsep suhu sambungan pada dua logam.
Kalor adalah bentuk energi yang berpindah-pindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah.
Perpindahan kalor dapat berlangsung melalui tiga cara, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Pada contoh soal ini, kalor berpindah secara konduksi.
Konduksi adalah perpindahan kalor perpindahan kalor melalui hantaran atau zat perantara dimana partikel-partikel zat perantara tidak ikut berpindah.
Perpindahan kalor secara konduksi umumnya terjadi pada zat padat.
Laju perambatan kalor melalui suatu penghantar secara matematis dapat dihitung dengan rumus berikut:
|
Keterangan :
H = Q/t = laju perambatan kalor secara konduksi (J/s)
k = konduktivitas termal zat perantara (W/m K)
A = luas penampang lintang (m2)
ΔT = selisih suhu antara ujung-ujung zat padat (K)
L = panjang zat penghantar (m).
Jika dua batang logam disambungkan di bagian ujungnya, maka terjadi perpindahan kalor antara kedua batang logam tersebut.
Laju perambatan kalor pada sambungan dua batang logam atau dua konduktor adalah sama. Sehingga berlaku persamaan :
| H1 = H2 |
Keterangan :
H1 = laju perambatan kalor di batang logam pertama
H2 = laju perambatan kalor di batang logam kedua.
Sebagai ilustrasi, berikut gambar persambungan batang logam pertama dan kedua.
Untuk mempermudah proses pengerjaan (plus editing), mari kita tinjau laju perambatan kalor pada masing-masing batang logam terlebih dahulu.
Untuk batang logam pertama:
| ⇒ H1 = k1 | A. ΔT1 |
| L |
| ⇒ H1 = 4k2 | A. (50 - Ts) |
| L |
Keterangan :
Karena suhu batang logam pertama lebih besar dibanding logam kedua, maka logam pertama melepas kalor sehingga suhunya turun.
Itu sebabnya, suhu sambungan (Ts) pasti lebih kecil dari suhu logam pertama. Makanya, ΔT1 adalah suhu logam pertama dikurang suhu sambungan.
Untuk batang logam kedua:
| ⇒ H2 = k2 | A. ΔT2 |
| L |
| ⇒ H2 = k2 | A . (Ts - 0) |
| L |
Keterangan :
Karena suhu batang logam kedua lebih kecil dibanding logam pertama, maka logam kedua menerima atau menyerap kalor sehingga suhunya naik.
Itu sebabnya, suhu sambungan (Ts) pasti lebih besar dari suhu logam kedua. Makanya, ΔT2 adalah suhu sambungan dikurang suhu logam kedua.
Nah, karena laju perambatan kalor di kedua logam sama, maka:
⇒ H1 = H2
| ⇒ | 4k2 . A (50 - Ts) | = | k2 . A (Ts - 0) |
| L | L |
Jika kedua ruas sama-sama kita kali dengan L/(A.k2), maka diperoleh:
⇒ 4 (50 - Ts) = (Ts - 0)
⇒ 200 - 4Ts = Ts
⇒ 200 = Ts + 4Ts
⇒ 200 = 5 Ts
⇒ Ts = 200/5
⇒ Ts = 40 oC.
Jadi, suhu pada sambungan kedua logam tersebut adalah 40 oC.
Jawaban : B
Tips edutafsi:
Sobat Tafsi dapat menyelesaikan soal di atas dengan cara yang lebih sederhana yaitu dengan memanfaatkan konsep perbandingan.
Karena ukuran batang sama, maka luas (A) dan panjang (L) keduanya sama. Jika Kita buat perbandingan H1 dan H2, maka diperoleh:
⇒ H1/H2 = (k1 ΔT1) / (k2 ΔT2)
Nah, karena k1 = 4 k2, dan H1 = H2, maka:
| ⇒ 1 = | 4 ΔT1 |
| ΔT2 |
⇒ 4 (50 - Ts) = (Ts - 0)
⇒ 200 - 4Ts = Ts
⇒ 200 = 5 Ts
⇒ Ts = 40 oC.
Demikian pembahasan contoh soal tentang kalor, yaitu menentukan suhu pada sambungan dua batang logam yang konduktivitas termalnya berbeda.
Baca juga : Soal Latihan tentang Suhu dan Termometer.
Jika pembahasan ini bermanfaat, bantu edutafsi ya membagikannya ke teman-teman kalian melalui tombol share yang tersedia di bawah.
Untuk contoh soal lainnya tentang suhu dan kalor atau contoh soal fisika, Sobat Tafsi bisa melihatnya di menu contoh fisika atau melalui kategori di bawah ini.
Oya, jika Kalian masih kurang paham atau bingung dengan pembahasan di atas, silahkan kirim komentar kalian. Kami akan mencoba menjelaskannya.
Post a Comment