1. 100 gram es -5°C dicampur dengan 200 gram air dari 30°C pada tekanan 1 atm. Kalor jenis es 0,5 kal/g°C dan kalor lebur es 80 kal/gram. Jika hanya terjadi pertukaran kalor antara air dan es maka pada keadaan akhir.... A. Suhu seluruhnya diatas 0°C B. Suhu seluruhnya dibawah 0°C C. Suhu seluruhnya dibawah 0°C dan semua es lebur D. Suhu seluruhnya dibawah 0°C dan semua air membeku E. Suhu seluruhnya dibawah 0°C dan sebagian es melebur 


Pencampuran dua zat/benda yang berbeda suhu lazim dalam kehidupan sehari-hari, seperti saat membuat es teh, air teh bersuhu lebih tinggi dicampur dengan es yang bersuhu lebih rendah. Pada dasarnya dua benda yang berbeda suhu kemudian dicampurkan dan mencapai kesetimbangan termal/suhunya sama, benda yang bersuhu tinggi akan melepaskan kalor sehingga suhunya berkurang, sedangkan benda yang bersuhu rendah akan menerima kalor sehingga suhunya menjadi lebih tinggi. Dimana kalor yang dilepas oleh benda yang bersuhu tinggi akan sama dengan kalor yang diterima/diserap benda yang bersuhu rendah. Konsep ini dikenal sebagai asas Black. Untuk menyelesaikan soal ini kita akan mencari kalor yang dilepaskan oleh air sampai suhu 0ᵒC, kemudian kita akan mencari kalor yang diperlukan oleh es yang awalnya bersuhu -5ᵒC menjadi air bersuhu 0ᵒC. Kemudian kita lihat selisih kalor lepas dan kalor serak untuk menentukan apakan selurus es mencair atau tidak. Dengan sebelumnya membahas tentang kalor yang dibutuhkan/dilepaskan untuk merubah suhu zat dan kalor yang dibutuhkan/dilepaskan untuk merubah wujud zat. Labih detail cek pembahasan.


Identifikasi Konsep

Kalor yang dibutuhkan/dilepaskan untuk merubah suhu zat
	\[Q = m.c.\Delta T\]
Dimana:
Q = kalor yang dibutuhkan /dilepaskan
m = massa zat
c = kalor jenis zat
ΔT = perubhaan suhu zat

Kalor yang dibutuhkan/dilepaskan untuk merubah wujud zat
\[Q = m.L\]
Dimana:
Q = kalor yang dibutuhkan (misal perubahan dari padat ke cair) /dilepaskan (misal perubahan dari cair ke padat)
L = kalor laten/ konstanta kalor perubahan wujud zat

Bunyi Asas Black
Bunyi Asas Black adalah sebagai berikut.
“Pada pencampuran dua zat, banyaknya kalor yang dilepas zat yang suhunya lebih tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diterima zat yang suhunya lebih rendah”.

Pada soal kita es memiliki suhu rendah daripada air sehingga es sebagai penerima kalor sedangkan air sebagai zat yang melepaskan kalor.

Diketahui
\(\begin{array}{l}{{\rm{m}}_{{\rm{es}}}}{\rm{ = 100}}\,{\rm{g}}\\{{\rm{T}}_{{\rm{es}}}}{\rm{ = - }}{{\rm{5}}^{\rm{o}}}{\rm{C}}\\{{\rm{m}}_{{\rm{air}}}}{\rm{ = 200}}\,{\rm{g}}\\{{\rm{T}}_{{\rm{air}}}}{\rm{ = 3}}{{\rm{0}}^{\rm{o}}}{\rm{C}}\\{{\rm{c}}_{air}}{\rm{ = 1}}\,\,{\rm{kal/g}}{{\rm{.}}^{\rm{o}}}{\rm{C}}\\{{\rm{c}}_{{\rm{es}}}}{\rm{ = 0}}{\rm{,5}}\,\,{\rm{kal/g}}{{\rm{.}}^{\rm{o}}}{\rm{C}}\\{{\rm{L}}_{{\rm{lebur}}}}{\rm{ = 80}}\,{\rm{kal/g}}\end{array}\)

Kita hitung terlebih dahulu kalor yang dilepaskan air dari suhu 30ᵒC menjadi bersuhu 0ᵒC:
\[\begin{array}{l}{{\rm{Q}}_{{\rm{lepas}}}}{\rm{ = }}{{\rm{m}}_{{\rm{air}}}}{\rm{.}}{{\rm{c}}_{{\rm{air}}}}{\rm{.\Delta T}}\\{{\rm{Q}}_{{\rm{lepas}}}}{\rm{ = 200}}{\rm{.1}}{\rm{.}}\left( {{\rm{30 - 0}}} \right)\\{{\rm{Q}}_{{\rm{lepas}}}}{\rm{ = 6000}}\,{\rm{Kal}}\end{array}\]

Kita hitung juga kalor yang dibutuhkan es -5ᵒC menjadi bersuhu 0ᵒC:
\[\begin{array}{l}{{\rm{Q}}_{{\rm{dibutuhkan}}}}{\rm{ = }}{{\rm{m}}_{{\rm{es}}}}{\rm{.}}{{\rm{c}}_{{\rm{es}}}}{\rm{.\Delta T}}\\{{\rm{Q}}_{{\rm{dibutuhkan}}}}{\rm{ = 200}}{\rm{.1}}{\rm{.}}\left( {{\rm{0 - }}\left( { - 5} \right)} \right)\\{{\rm{Q}}_{{\rm{dibutuhkan}}}}{\rm{ = 1000}}\,{\rm{Kal}}\end{array}\]

serta kalor yang dibutuhkan untuk merubah es bersuhu 0ᵒC menjadi air besuhu 0ᵒC.
\[\begin{array}{l}{{\rm{Q}}_{{\rm{dibutuhkan}}}}{\rm{ = }}{{\rm{m}}_{{\rm{es}}}}{\rm{.}}{{\rm{L}}_{{\rm{lebur}}}}\\{{\rm{Q}}_{{\rm{dibutuhkan}}}}{\rm{ = }}200.80\\{{\rm{Q}}_{{\rm{dibutuhkan}}}}{\rm{ = }}1600{\rm{0}}\,{\rm{kal}}\end{array}\]

Total kalor yang dibutuhkan es es -5ᵒC hingga menjadi bersuhu 0ᵒC dalam bentuk cair sebesar:
\[\begin{array}{l}{{\rm{Q}}_{{\rm{dibutuhkan total}}}}{\rm{ = 1000 + }}1600{\rm{0}}\,\\{{\rm{Q}}_{{\rm{dibutuhkan total}}}}{\rm{ = }}17000\,{\rm{kal}}\end{array}\]
 
Dari hasil perhitungan menunjukkan bahwa kalor yang dilepaskan air dari suhu 30ᵒC menjadi bersuhu 0ᵒC tidak cukup digunakan untuk merubah es yang bersuhu -5ᵒC hingga menjadi bersuhu 0ᵒC dalam bentuk cair. Sehingga keadaan akhir campuran air dan es adalah suhu seluruhnya 0ᵒC namun tidak semua es mencair.

Pembahasan Identifikasi masalah dan solusi


Jadi, keadaan akhir campuran air dan es adalah suhu seluruhnya 0ᵒC namun tidak semua es mencair. Buat opsi sendiri ya.
