Siap OSN (KSN) IPA SMP TAHUN 2023 : Perpindahan Kalor
E.
PERPINDAHAN KALOR
Konduksi:
perpindahan kalor melalui medium (zat perantara) yang tidak disertai dengan perpindahan atom-atom atau
molekul-molekul zat perantara. Pada perpindahan kalor secara konduksi,
atom-atom atau molekul-molekul bergetar ditempat sambil memindahkan energi ke
atom-ataom atau molekul-molekul sekitarnya. Konduksi terjadi pada zat padat.
Zat padat merupakan penghantar yang lebih baik daripada zat cair atau zat gas.
Konduktor dari bahan logam umumnya lebih baik daripada non logam. Logam-logam
yang merupakan konduktor panas yang baik, umumnya juga merupakan konduktor
listrik yang baik pula.
Laju perpindahan energi (kalor)
Laju perpindahan energi (kalor) pada peristiwa konduksi adalah banyaknya
kalor yang ditransfer setiap satuan waktu dari titik yang suhunya tinggi ke
titik yang suhunya rendah. Besaran laju perpindahan kalor atau arus kalor ini
tidak lain adalah energi persatuan waktu atau daya
Laju perpindahan energi pada peristiwa konduksi ditentukan oleh besarnya:
·
Berbanding lurus dengan beda suhu antar ujung-ujung
batang
·
Berbanding lurus dengan luas penampang batang
·
Berbanding terbalik dengan panjang batang
·
Bergantung pada jenis batangnya, atau lebih tepatnya
berbading lurus dengan koefisien konduksi termal batang
Q: Quantitiy
of heat atau banyaknya kalor (J)
t : time atau selang waktu (s)
P: Power
atau daya (W)
A : Area
atau luas penampang batang (m2)
∆T: Temperature
different atau beda suhu (oC) atau (K)
l : length
atau panjang atau tebalnya batang (m)
k : thermal conductivity atau konduktivitas termal atau daya hantar panas (W.m-1.K-1)
Pada batang yang dirangkai secara seri, maka arus kalor
pada tiap-tiap batang sama, atau:
Pada batang yang dirangkai bercabang, maka:
arus kalor masuk ke titik percabangan = arus kalor yang keluar dari titik percabangan.
Konveksi:
perpindahan kalor yang disertai/diikuti dengan perpindahan atom-atom atau molekul-molekul
zat perantara. Konveksi terjadi pada zat cair atau zat gas. Ketika zat cair
atau zat gas dipananaskan, molekul-molekul zat memuai, volumenya membesar,
massa jenisnya lebih kecil daripada massa jenis di sekitarnya, sehingga
bergerak naik ke atas. Contoh konveksi diantaranya: perambatan kalor ketika
memanaskan air di atas tungku, sistem pembuangan asap di dapur, angin darat dan
angin laut.
Angin
laut pada siang hari:
Laut sebagian besar adalah air, dimana air adalah satu-satunya zat di alam ini yang memiliki kalor jenis terbesar. Daratan, sebagian besar adalah batuan yang kalor jenisnya lebih kecil dibandingkan dengan kalor jenis air laut. Karena kalor jenis batuan lebih kecil daripada kalor jenis air laut maka pada siang hari kenaikan suhu batuan di darat lebih tinggi daripada kenaikan suhu air di laut. Akibatnya suhu udara di atas daratan lebih tinggi daripada suhu udara di atas permukaan laut. Karena suhu udara di atas daratan lebih tinggi daripada suhu udara di atas lautan, maka massa jenis udara di atas daratan lebih kecil daripada massa jenis udara di atas permukaan laut. Karena massa jenis udara di atas daratan mengecil, maka udara akan bergerak naik ke atas, akibatnya tekanan udara di atas daratan lebih kecil daripada tekanan udara di atas permukaan laut. Perbedaan tekanan udara ini mengakibatkan terjadinya gerakan udara dari atas permukaan laut menuju ke atas daratan, atau dikenal dengan nama angin laut.
Angin
darat pada malam hari:
Radiasi
(pancaran):
Radiasi: perpindahahan kalor melalui pancaran gelombang
elektromagnetik. Setiap benda yang memiliki temperatur, [kecuali (0 K)] akan
memancar energi radiasi. Pada radiasi kalor dapat merambat tanpa memerlukan zat perantara, oleh kaena itu radiasi dapat
menembus ruang hampa. Contoh
radiasi: radiasi dari api unggun, radiasi lampu pijar, radiasi sinar matahari.
Radiasi dipancarkan ke segala arah.
Intensitas radiasi sinar matahari yang sampai ke bumi di daerah
katulistiwa, pada cuaca cerah rataa-rata sekitar: 1350 watt/m2.
Warna-warna putih atau mengkilap merupakan penyerap panas yang buruk juga
merupakan pemancar panas yang buruk.
Warna-warna gelap/hitam merupakan penyerap panas yang baik dan juga
pemancar panas yang baik.
Latihan Soal
1.
Sebuah batang logam
panjangnya 1 m. Salah satu ujungnya dipanaskan pada suhu tetap 150°C sementara ujung yang
lain dipertahankan pada suhu ruang 30°C. Temperatur bagian batang yang berjarak 30 cm dari ujung
yang dipanaskan adalah … .
A.
36°C
B.
84°C
C.
114°C
D.
125°C
2.
Sebatang tembaga
panjangnya 40 cm dan luas penampangnya 1 cm2. Salah satu ujungnya
dipanaskan pada suhu tetap 80°C, sementara ujung yang lain dimasukkan ke sejumlah es
pada suhu 0°C. Konduktivitas termal termal tembaga adalah 400 W m-1
K-1 dan kalor lebur es 320 kJ kg-1. Dalam
selang waktu 1 menit jumlah es yang mencair adalah . . . gram.
3.
Dua buah batang logam
A dan B yang mempunyai ukuran panjang dan diameter yang sama disambung satu
sama lain pada salah satu ujungnya. Suhu ujung bebas batang logam A adalah 255°C dan suhu ujung bebas
batang logam B adalah 30°C serta koefisien konduksi kalor logam A = dua kali
koefisien konduksi kalor logam B. Suhu pada sambungan kedua logam tersebut pada
keadaan setimbang adalah . . . °C
4.
Sebuah jendela kaca mempunyai tebal 8 mm dan luas 1 m2.
Jika temperatur udara di luar 30°C dan di dalam 20°C serta konduktivitas termal
kaca adalah 0,8 W/m°C, maka jumlah energi yang melewati kaca selama 1 jam
adalah . . . mega joule.
A.
360
B.
36
C.
6
D.
3,6
5.
Bahan makanan yang di gunung
yang tertinggi akan lebih sulit matang, karena … .
A.
suhu api tidak
dapat mencapai 100°C
B.
air mendidih pada
suhu kurang dari 100°C
C.
suhu udara rendah
D.
panci sulit
menjadi panas
6. Sebuah peluru bermassa 0,1 kg sedang bergerak dengan laju 80
m/s menumbuk masuk ke dalam balok bermassa 0,4 kg hingga berhenti di dalam
balok. Diketahui kalor jenis balok adalah 1700 J/kg°C. Jika semua
energi yang dikeluarkan peluru selama bergerak di dalam balaok terpakai untuk
menaikkan temperatur balok, maka kenaikan temperatur balok adalah … °C.
A.
0,19
B.
0,38
C.
0,47
D.
4,70
7.
Pada suatu siang hari, intensitas sinar matahari yang
diterima di permukaan bumi adalah 1000 W/m2. Di permukaan bumi
seluas 0,8m2 tergenang air yang massanya 0,1 kg. Mula-mula
temperatur air adalah 20°C. Jika panas
jenis air dan kalor laten uap air berturut-turut adalah 4200 J/kgs dan 2x106
J/kg, maka seluruh air akan menguap dalam waktu . . . detik.
A.
29,2
B.
36,5
C.
292
D.
2920
8.
Sebuah ruang dengan
luas dinding yang berhubungan dengan udara luar 3 m2 terbuat dari
kayu yang tebalnya 2 cm (konduktivitas panas kayu adalah 0,08 W/m°C). Pada malam hari, temperatur di luar 15°C, Jika temperatur di dalam ruang akan dipertahankan
25°C, maka daya pemanas ruangan adalah . . . watt
A.
33
B.
53
C.
120
D.
160
9.
Sebuah batang logam A
disambungkan dengan sebuah batang logam B yang diameter dan panjangnya sama.
Suhu ujung bebas A adalah 300°C, dan suhu ujung
bebas B adalah 100°C. Jika dirambatkan hanya searah panjang kawat, maka
suhu sambungan kedua kawat itu adalah … .
A.
150°C
B.
200°C
C.
250°C
D.
300°C
10.
Sebatang besi homogen
salah satu ujungnya (ujung P) dipanaskan pada suhu tetap, sementara ujung yang
lain (ujung Q) dijaga suhunya agar tetap pada suhu kamar. Jika dibuat grafik
suhu batang mulai dari ujung P sampai ujung Q, maka grafik itu berbentu seperti
… .
11.
Untuk meningkatkan kemampuan thermometer
mengukur perubahan suhu, maka di antara cara-cara berikut ini yang salah adalah ….
A.
Mengganti bola pengukur
dengan kaca yang lebih tipis
B.
Mengganti cairan
pengisinyadari semula alcohol menjadi raksa
C.
Menggunakan tabung yang
luas penampangnya lebih besar
D.
Menggunakan bola
pengukur yang ukurannya lebih kecil
12. Suatu gas disimpan dalam sebuah
wadah, yang tutupnya dapat bergerak bebas. Wadah dipanaskan sehingga gas
mengembang. Usaha
yang dilakukan gas adalah … .
A.
bergantung pada beda
volume gas sebelum dan sesudah mengembang
B.
bergantung padatekanan awal gas
C.
bergantung pada tekanan akhir gas
D.
nol.
13.
Sebuah batang logam A disambung dengan
batang logam B dari bahan yang sama dengan luas penampang 3 kali lenih besar.
Jika pada tekanan udara 1 atm ujung bebas batang A dimasukkan ke es yang sedang
mencair dan ujung bebas batang B dimasukkan ke air yang sedang mendidih, maka
suhu di titik sambung batang A dan batang B adalah . . . derajat celcius.
14. Alkohol dan
garam adalah contoh zat yang larut dalam air. Alkohol dan garam dapat dipisahkan
dari air dalam larutan dengan cara … .
A.
memanaskan
larutan alkohol hingga semua alkohol menguap dan memanaskan larutan garam
hingga semua garam menguap
B.
memanaskan
larutan alkohol hingga titik didih alkohol dan memanaskan larutan garam hingga
titik didih air
C.
mendinginkan
larutan alkohol hingga semua air membeku dan menyaring larutan garam
D.
menyaring
larutan alkohol dan mendinginkan larutan garam hingga semua garam membeku
15.
Bila beda suhu kedua
ujung P dan Q sama, berarti perbandingan jumlah kalor konduksi per satuan waktu
pada P dan Q adalah … .
A.
2 : 3
B.
3 : 2
C.
3 : 8
D.
8 : 3
16. Dua buah batang identik disambungkan
secara seri. Titik sambung kedua batang dipanaskan. Jika beda temperatur antara
ujung bebas batang pertama dan titik sambung adalah 10°C, maka beda temperatur antara ujung bebas batang
pertama dan ujung bebas batang kedua adalah … .
A.
0°C
B.
2°C
C.
4°C
D.
6°C
17. Pakaian lembab yang melekat pada tubuh seseorang dapat mongering dikarenakan panas
tubuhnya. Hal ini dapat
dijelaskan dengan konsep … .
A.
radiasi dan konduksi
B.
konveksi
dan konduksi
C.
konduksi
dan penguapan
D.
konveksi
dan penguapan
18. Sebagian pipa instalasi air minum dari bahan besi terkena langsung sinar matahari
sehingga sebagian pemakai air tersebut merasakan air lebih panas dari biasanya.
Pada
Peristiwa itu urutan perpindahan kalor yang tepat adalah … .
A.
radiasi, konduksi dan konveksi
B.
konveksi, radiasi dan konduksi
C.
radiasi, konveksi dan konduksi
D.
konveksi, konduksi dan radiasi
19.
Pendingin ruangan (AC) sebaiknya dipasang
pada dinding bagian atas ruangan, karena … .
A.
udara dingin kecepatannya lebih besar,
sehingga menyebar lebih merata ke seluruh ruangan
B.
udara dingin massa
jenisnya lebih besar, sehingga turun dan menyebar lebih merata ke seluruh
ruangan
C.
udara dingin massa
jenis lebih kecil, sehingga lebih mudah menyebar ke seluruh ruangan
D.
udara dingin
kecepatannya lebih kecil, sehingga menyebar lebih merata ke seluruh ruangan
20.
Mengompres seorang penderita panas tinggi dengan handuk basah
dapat menurunkan suhu tubuhnya. Peristiwa ini termasuk dalam aplikasi
konsep … .
A.
konduksi dan
radiasi
B.
konveksi dan
radiasi
C.
konduksi dan
konveksi
D.
konduksi,
konveksi, dan radiasi
21. Ketika kita sedang merebus air dengan menggunakan panci sebagai media di atas kompor maka
akan terjadi perpindahan kalor. Jenis aliran kalor yang benar menurut peristiwa
di atas adalah … .Jenis aliran kalor terjadi pada
Air Panci
A konveksi konduksi
B konveksi konveksi
C konduksi konduksi
D konduksi konveksi
22.
Pada siang hari yang terik, cuaca sedang panas. Apabila kamu membuka
jendela dari ruang ber-AC maka panasnya akan terasa masuk melalui jendela. Peristiwa
ini membuktikan terjadinya … .
A.
konveksi panas
B.
radiasi panas
C.
konduksi panas
D.
absorbsi panas
23. Anak-anak Pramuka sedang mengelilingi api unggun di malam yang
dingin. Mereka merasa hangat karena panas dari api unggun merambat ke badan
mereka secara . . . . . dan . . . .
Termos adalah sebuah tempat yang dapat meminimalkan
keluarnya kalor dari sistem. Pada termos berlaku hal-hal di bawah ini yang
berkaitan dengan perpindahan kalor,
1)
untuk mengurangi
konduksi tabung dibuat rangkap dengan kolom udara di antaranya
2)
untuk mengurangi
konveksi digunakan bahan kaca
3)
untuk mengurangi radiasi permukaan tabung dibuat
bidang pemantul
4)
radiasi, konveksi, dan
konduksi dapat dikurangi dengan menyimpan termos di tempat yang sejuk.
Jawaban yang benar
adalah … .
A.
1) , 2), dan 3)
B.
1) dan 3)
C.
2) dan 4)
D.
4)
0 Response to "Siap OSN (KSN) IPA SMP TAHUN 2023 : Perpindahan Kalor"
Post a Comment