CONTOH SOAL TENTANG KALOR LEBUR MENENTUKAN MASSA ES

 Contoh soal dan pembahasan tentang suhu dan kalor, menentukan massa es jika suhu setimbang diketahui. Contoh #4 : Sebongkah es bersuhu 0 ^oC dimasukkan ke dalam air bermassa 340 gram yang bersuhu 20 ^oC. Anggap wadah tidak menyerap atau melepas kalor. Jika kalor lebur es 80 kal/g, kalor jenis air 1 kal/g C, semua es mencair dan kesetimbangan termal dicapai pada suhu 5 ^oC, maka massa es tersebut adalah .....

A. 100 gram
B. 80 gram
C. 60 gram
D. 40 gram
E. 20 gram

Pembahasan :
Kita misalkan air = a, es = e, dan c = setimbang.
Dik : Te = 0 ^oC, ma = 340 g, Ta = 20 ^oC, Le = 80 kal/g, ca = 1 kal/g C, Tc = 5 ^oC
Dit : me = ..... ?

Ketika es (dalam bentuk padat) dimasukkan ke air, maka akan ada tahapan atau proses sebelum akhirnya mencapai kesetimbangan termal.

#1 Es Mencair, Suhunya Tetap
Es yang dalam fase padat mula-mula akan mencair (berubah wujud dari padat ke cair). Pada tahap ini, dikenal sebuah istilah kalor laten.

Kalor laten adalah banyanya kalor yang diperlukan oleh 1 gram zat untuk mengubah wujudnya pada suhu yang tetap.

Pada proses mencairnya es menjadi air, istilah kalor laten yang dipakai adalah kalor lebur, yaitu banyaknya kalor yang dibutuhkan 1 gram es untuk mencair pada suhu tetap.

Secara matematis, hubungan kalor dan kalor laten dinyatakan sebagai berikut:

Keterangan :
Q = kalor yang diperlukan (Kal)
m = massa zat (g)
L = kalor lebur zat (kal/g).

Perhatikan bahwa pada rumus di atas tidak terdapat besaran suhu karena proses meleburnya es menjadi air es tidak melibatkan perubahan suhu.

#2 Suhu Air Es Meningkat
Setelah es berubah menjadi air es, maka proses selanjutnya adalah terjadi perubahan suhu. Dalam hal ini, air es menyerap kalor dari air yang suhunya lebih tinggi.

Untuk tahap ini berlaku pengaruh kalor jenis. Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang diperlukan oleh 1 gram zat untuk menaikkan suhunya sebesar 1 ^oC.

Secara matematis, hubungan kalor dan kalor jenis dinyatakan sebagai berikut:

Keterangan :
Q = kalor yang diserap (Kal)
m = massa zat (g)
c = kalor jenis zat (Kal/gC)
ΔT = perubahan suhu (^oC).

Perhatikan bahwa pada rumus di atas terdapat besaran suhu karena pada tahapan itu terjadi perubahan suhu zat.

Nah, sekarang mari kita tinjau kembali data-data yang diketahui dalam soal. Pada soal, es akan mencair dan mencapai suhu setimbang 5 ^oC.

Dik : Te = 0 ^oC, ma = 340 g, Ta = 20 ^oC, Le = 80 kal/g, ca = 1 kal/g C, Tc = 5 ^oC
Dit : me = ..... ?

Untuk menentukan massa es yang dimasukkan ke dalam air, kita dapat memanfaatkan konsep asas Black, yaitu Q lepas sama dengan Q serap.

Berdasarkan tahapan yang dijelaskan di atas, maka berlaku:
⇒ Q serap = Q lepas

Pada soal ini, yang bertindak menyerap kalor adalah es sedangkan yang bertindak melepas kalor adalah air. Maka persamaannya menjadi:
⇒ me.Le + me.ce.ΔT = ma.ca.ΔT

Karena ketika mencair es sama dengan air, maka ce = ca, sehingga:
⇒ me.Le + me.ca.(Tc - Te) = ma.ca.(Ta - Tc)
⇒ me(80) + me(1) (5 - 0) = 340 (1) (20 - 5)
⇒ 80 me + 5 me = 340(15)
⇒ 85 me = 5100
⇒ me = 5100/85
⇒ me = 60 gram

Jadi, massa es tersebut adalah 60 gram.

Jawaban : C