Asas Black: Pengertian, Contoh Soal, dan Penerapannya dalam Kehidupan Sehari-hari

 Asas Black, atau yang dikenal juga sebagai Hukum Pertukaran Kalor, merupakan salah satu prinsip dasar dalam termodinamika. Asas ini menyatakan bahwa ketika dua benda dengan suhu yang berbeda dihubungkan secara termal, maka kalor akan mengalir dari benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah. Dalam penerapannya, Asas Black sering digunakan untuk menghitung jumlah kalor yang dilepaskan atau diterima oleh suatu benda. Contoh soal yang sering muncul adalah perhitungan suhu campuran antara dua zat yang suhunya berbeda menggunakan Asas Black. Pembahasan soal tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan rumus-rumus termodinamika yang berhubungan dengan Asas Black.

Dalam kehidupan sehari-hari, Asas Black juga sering diaplikasikan pada berbagai peralatan seperti kalorimeter dan termometer. Selain itu, prinsip ini juga digunakan dalam proses pemanasan dan pendinginan bahan, seperti dalam proses pendinginan mesin dan pemanasan makanan. Dengan memahami Asas Black, kita dapat lebih memahami fenomena perpindahan kalor dan menghitung jumlah kalor yang diperlukan atau dilepaskan oleh suatu benda.

Contoh soal dan pembahasan asas black

Contoh Soal Nomor 1

Es sebanyak m gram bersuhu 0 ^oC dimasukkan ke dalam air bermassa 340 g dan bersuhu 20 ^oC yang diletakkan pada sebuah bejana. Bejana dianggap tidak menyerap/melepas kalor dan semua es mencair serta suhu kesetimbangan termal dicapai pada suhu 5 ^oC. Massa seluruh es adalah ....(L_es = 80 kal/g dan C_air = 1 kal/g ^oC) 

A. 60 g 

B. 68 g 

C. 75 g 

D. 80 g 

E. 170 g 

Pembahasan :

$$\begin{align*} Q_1 + Q_2 &= Q_3 \\ mL + mc\Delta T &= m_3c\Delta T\\ m\cdot 80 + m\cdot 1\cdot (5-0) &= 340\cdot 1\cdot (20-5) \\ 80m + 5m &= 5100 \\ 85m &= 5100 \\ m &= 60 \quad \textrm{g} \end{align*}$$

Jawaban : A

Contoh Soal Nomor 2

Teh panas yang massanya 20 g pada suhu T dituangkan ke dalam cangkir bermassa 290 g dan bersuhu 20 ^oC. Jika suhu kesetimbangan termal 36 ^oC dan panas jenis air teh 8 kali panas jenis cangkir, suhu air teh mula-mula adalah ....

A. 50 ^oC

B. 55 ^oC

C. 65 ^oC

D. 75 ^oC

E. 80 ^oC

Pembahasan :

$$\begin{align*} Q_1 &= Q_2 \\ m_1c_{cangkir}\Delta T &= m_2c_{teh}\Delta T\\ 290\cdot c_{cangkir}\cdot (36-20) &= 20\cdot 8c_{cangkir}\cdot (T-36) \\ 4640c_{cangkir} &= 160c_{cangkir}\cdot (T-36) \\ 29 &= T-36 \\ T &= 65 \quad ^o\textrm{C} \end{align*}$$

Jawaban : C

Contoh Soal Asas Black Nomor 3

Air sebanyak 60 g bersuhu 90 ^oC dicampurkan dengan 40 g air bersuhu 25 ^oC. Jika tidak ada faktor lain yang memengaruhi proses tersebut, suhu akhir campurannya adalah ....

A. 15,4 ^oC 

B. 23,0 ^oC 

C. 46,0 ^oC 

D. 64,0 ^oC

E. 77,0 ^oC

Pembahasan :

Perhatikan diagram berikut :

$$\begin{align*} Q_1 &= Q_2 \\ m_1c\Delta T &= m_2c\Delta T\\ 40\cdot 1\cdot (T-25) &= 60\cdot 1\cdot (90-T) \\ 40T - 1000 &= 5400 - 60T \\ 100T &= 6400 \\ T &= 64,0 \quad ^o\textrm{C} \end{align*}$$

Jawaban : D

Contoh soal asas black mencari suhu campuran

Contoh Soal Nomor 4

Ke dalam kalorimeter yang berisi es sebanyak 36 g pada suhu -6 ^oC, dituangkan alkohol bersuhu 50 ^oC sehingga menyebabkan suhu akhir menjadi 8 ^oC. Jika kapasitas kalor kalorimeter 27 kal/K kalor jenis 0,5 es kal/g ^oC, kalor lebur es 80 kal/g, dan kalor jenis alkohol 0,58 kal/g^oC, massa alkohol yang dituangkan adalah ....

A. 108 g 

B. 150 g 

C. 200 g 

D. 288 g 

E. 300 g 

Pembahasan : 

Diketahui :

m₃ = m₄ = m₅ = 36 g

Ditanyakan :

m₂ = ?

$$\begin{align*} Q_1 + Q_3 + Q_4 + Q_5 &= Q_2 \\ C\Delta T + m_3c\Delta T + m_4 L + m_5 c \Delta T&= m_2c\Delta T\\ 27\cdot (8 - (-6)) + 36\cdot 0,5 \cdot (0 - (-6)) + 36\cdot 80 + 36\cdot 1 \cdot (8-0)&= m_2\cdot 0,58 \cdot (50 - 8)\\ 378 + 108 + 2880 + 288 &= 24,36m_2 \\ 3654 &= 24,36m_2 \\ m_2 &= 150 \quad \textrm{g} \end{align*}$$

Jawaban : B

Contoh Soal Nomor 5

Air bertemperatur 20 ^oC dan bermassa a gram dicampur dengan es bertemperatur -10 ^oC dan bermassa b gram. Kesetimbangan temperatur tercapai tanpa adanya kehilangan kalor dan sebagian es melebur. Diketahui kalor jenis air dan es berturut-turut adalah 1 kal/g^oC dan 0,5 kal/g^oC serta kalor lebur es adalah 80 kal/g. Berapa gram massa es yang melebur?

A. (4a + b)/16  

B. (4a - b)/16  

C. (4b + a)/16

D. (4b – a)/16

E. (4a + 4b)/16

Pembahasan :

$$\begin{align*} Q_1 &= Q_2 + Q_3 \\ m_1c\Delta T &= m_2c\Delta T + m_3L\\ a\cdot 1\cdot (20-0) &= b\cdot 0,5\cdot (0-(-10)) + m_3\cdot 80\\ 20a &= 5b + 80m_3 \\ 4a &= b+16m_3 \\ 16m_3 &= 4a - b \\ m_3 &= \frac{4a - b}{16} \end{align*}$$

Jawaban contoh soal asal black nomor 5 : B

Contoh Soal Nomor 6

Es bersuhu -8 ^oC dan bermassa m₁ gram dicampur dengan air bersuhu 12 ^oC dan bermassa m₂ gram. Pada saat terjadi kesetimbangan suhu, sebagian massa es melebur. Jika diketahui kalor lebur es = 80 kalori/g, maka massa es yang melebur adalah ....

A.  $\frac{1}{20}(3m_2-m_1)$

B.  $\frac{1}{20}(3m_1+m_2)$

C.  $\frac{1}{20}(3m_1- 3m_2)$

D. $\frac{1}{20}(m_1+m_2)$

E.  $\frac{1}{20}m_1$

Pembahasan soal asas black Nomor 6 :

$$\begin{align*} Q_1 + Q &= Q_2 \\ m_1c\Delta T + m_L&= m_2c\Delta T \\ m_1\cdot 0,5\cdot (0-(-8)) + m\cdot 80 &= m_2\cdot 1 \cdot (12-0)\\ 4m_1 + 80m &= 12m_2 \\ m_1 + 20m &= 3m_2 \\ 20m &= 3m_2 - m_1 \\ m &= \frac{1}{20}(3m_2 - m_1) \end{align*}$$

Jawaban soal asas black Nomor 6 : A

Asas black mencari suhu campuran

Contoh Soal Asas Black Nomor 7

Kalor sebesar 1000 J yang diserap es bersuhu 0^oC menyebabkan es sepenuhnya mencair dengan suhu akhir 10^oC. Jika kalor lebur es sama dengan 340 kJ/kg dan kalor jenis air sama dengan 4200 J/kg^oC, maka massa es sama dengan  ....

A.  2,61 g  

B.  2,22 g  

C.  1,24 g  

D.  0,09 g  

E.  0,40 g

Pembahasan soal :

$$\begin{align*} Q &= Q_{es} + Q_{air} \\ Q &= mL + mc\Delta T\\ 1000 &= m\cdot 340.000 + m\cdot 4200 \cdot (10-0)\\ 1000 &= 340.000m + 42.000m \\ 1000 &= 382.000m \\ m &= 0,0026178 \quad \textrm{kg} \\ &= 2,61 \quad \textrm{g} \end{align*}$$

Jawaban contoh Soal Asas Black Nomor 7 : A

Contoh Asas Black Soal Nomor 8

Sebanyak 100 g es pada suhu 0 ^oC dicampur dengan 200 g air yang suhunya 50 ^oC. Berapa suhu akhir campuran jika diketahui kalor jenis es 0,5 kal/g ^oC, kalor lebur es 80 kal/g, dan kalor jenis air 1 kal/g ^oC? 

Pembahasan :

$$\begin{align*} Q_1 &= Q_2 + Q_3 \\ m_1c\Delta T &= m_2c\Delta T + m_3L\\ 200\cdot 1\cdot (50-T) &= 100\cdot 1\cdot (T-0) + 100\cdot 80 \\ 1000 - 200T &= 100T - 8000 \\ 9000 &= 300T \\ T &= 30 \quad ^o\textrm{C} \end{align*}$$

Jadi suhu setimbangnya T = 30 ^oC

Contoh Soal Uraian Asas Black Nomor 9

Ke dalam bejana yang mempunyai kapasitas kalor 5 kal/^oC dimasukkan 300 g air yang bersuhu 20 ^oC, kemudian dimasukkan 100 g es yang bersuhu -4 ^oC. Setelah diaduk, berapa gram es yang belum melebur? 

Pembahasan :

$$\begin{align*} Q_1 + Q_2 &= Q_3 + Q_4 \\ mL &= m_2c\Delta T + m_3L\\ 200\cdot 1\cdot (50-T) &= 100\cdot 1\cdot (T-0) + 100\cdot 80 \\ 1000 - 200T &= 100T - 8000 \\ 9000 &= 300T \\ T &= 30 \quad ^o\textrm{C} \end{align*}$$

Jadi suhunya T = 30 ^oC