Diberikan data dua benda berbeda, peserta didik dapat menentukan laju perpindahan kalornya

1. Soal UN 2000/2001

Dua batang P dan Q dengan ukuran yang sama tetapi jenis logam berbeda dilekatkan seperti pada gambar di bawah. Jika koefisien konduksi termal P adalah dua kali koefisien konduksi termal Q, maka suhu pada bidang batas P dan Q adalah …

A. 600 oC

B. 200 oC

C. 100 oC

D. 90 oC

E. 60 oC

Pembahasan

Diketahui :

Dua batang P dan Q mempunyai ukuran yang sama

Koefisien konduksi termal P adalah dua kali koefisien konduksi termal Q

Suhu ujung batang P adalah 90o, suhu ujung batang Q adalah 0o dan suhu di antara batang P dan Q adalah T.

Ditanya : Suhu pada bidang batas P dan Q

Jawab :

Rumus laju perpindahan kalor secara konduksi :

Keterangan : Q/t = laju perpindahan kalor, k = konduktivitas termal, A = luas penampang, T1 = suhu tinggi, T2 = suhu rendah, l = panjang benda.

Dua batang P dan Q mempunyai ukuran sama sehingga luas permukaan (A) dan panjang (l) dilenyapkan dari persamaan. Persamaan di atas berubah menjadi :

Koefisien konduksi termal P adalah dua kali koefisien konduksi termal Q. Persamaan di atas berubah menjadi :

Suhu ujung batang P adalah 90o, suhu ujung batang Q adalah 0o dan suhu di antara batang P dan Q adalah T. Persamaan di atas berubah menjadi :

Suhu pada bidang batas P dan Q adalah 60 oC.

Jawaban yang benar adalah E.

2. Soal UN 2003/2004

Batang A dan B mempunyai luas penampang dan panjang sama. Bila koefisien konduksi batang A = 1/4 kali koefisien konduksi batang B, kemudian keduanya dipanaskan pada salah satu ujungnya dan ternyata keduanya mengalami perubahan suhu yang sama. Maka perbandingan kelajuan hantaran kalor batang A dan batang B adalah…..

A. 1 : 4

B. 1 : 2

C. 1 : 1

D. 2 : 1

E. 4 : 1

Pembahasan

Diketahui :

Luas penampang batang A (A) = luas penampang batang B (A)

Panjang batang A (l) = panjang batang B (l)

Koefisien konduksi batang A (k) = 1/4 kali koefisien konduksi batang B (1/4 k)

Perubahan suhu batang A (ΔT) = perubahan suhu batang B (ΔT)

Ditanya : Perbandingan kelajuan hantaran kalor batang A dan batang B

Jawab :

Rumus laju perpindahan kalor secara konduksi :

Keterangan : Q/t = laju perpindahan kalor, k = konduktivitas termal, A = luas penampang, T2 = suhu tinggi, T1 = suhu rendah, l = panjang benda.

Luas penampang sama, panjang batang sama, perubahan suhu sama.

Jawaban yang benar adalah E.

3. Soal UN 2007/2008

Dua batang logam A dan B berukuran sama masing-masing mempunyai koefisien konduksi 2k dan k.

Keduanya dihubungkan menjadi satu dan pada ujung-ujung yang bebas dikenakan suhu seperti pada gambar.

Suhu (T) pada sambungan logam A dan B adalah…

A. 80 oC

B. 100 oC

C. 120 oC

D. 150 oC

E. 160 oC

Pembahasan

Diketahui :

Dua batang logam A dan B berukuran sama

Koefisien konduksi logam A = 2k

Koefisien konduksi logam B = k

Suhu ujung logam A = 210oC

Suhu ujung logam B = 30oC

Ditanya : Suhu (T) pada sambungan logam A dan B

Jawab :

Rumus laju perpindahan kalor secara konduksi :

Keterangan : Q/t = laju perpindahan kalor, k = konduktivitas termal, A = luas permukaan, T1-T2 = perubahan suhu, l = panjang batang

Dua batang logam A dan B berukuran sama sehingga luas permukaan (A) dan panjang (l) batang dilenyapkan dari persamaan.

Jawaban yang benar adalah D.

4. Soal UN 2008/2009 P12 No 14

Dua batang penghantar mempunyai panjang dan luas penampang yang sama disambung menjadi satu seperti pada gambar di bawah ini. Koefisien konduksi termal batang penghantar kedua = 2 kali koefisien konduksi termal batang pertama. Jika batang pertama dipanaskan sehingga T1 = 100 oC dan T2 = 25 oC , maka suhu pada sambungan (T) adalah …

A. 30 oC

B. 35 oC

C. 40 oC

D. 45 oC

E. 50 oC

Pembahasan

Diketahui :

Dua batang logam A dan B berukuran sama

Koefisien konduksi batang I = k

Koefisien konduksi batang II = 2k

Suhu ujung batang I = 100oC

Suhu ujung batang II = 25oC

Ditanya : Suhu pada sambungan batang I dan II

Jawab :

Rumus laju perpindahan kalor secara konduksi :

Keterangan : Q/t = laju perpindahan kalor, k = konduktivitas termal, A = luas permukaan, T1-T2 = perubahan suhu, l = panjang batang

Suhu pada bidang batas P dan Q :

Dua batang logam A dan B berukuran sama sehingga luas permukaan (A) dan panjang (l) batang dilenyapkan dari persamaan.

Jawaban yang benar adalah C.

5. Soal UN SMA/MA 2017 No.23

Tiga batang logam yang berbeda A, B dan C namun memiliki panjang dan luas penampang yang sama, disambungkan satu sama lain seperti pada gambar di bawah ini.

Besar konduktivitas 4 kA = 2 kB = kC dan T1 = 100oC dan T4 = 20oC maka suhu T2 dan T3 adalah…

A. T2 = 54,26 oC, T3 = 31,4 oC

B. T2 = 31,4 oC, T3 = 54,26 oC

C. T2 = 32,4 oC, T3 = 54,26 oC

D. T2 = 56,26 oC, T3 = 31,4 oC

E. T2 = 54,26 oC, T3 = 30,4 oC

Pembahasan

Diketahui :

T1 = 100oC

T4 = 20oC

4 kA = 2 kB = kC

Jika kC = 4, kB = 2, kA = 1

Ditanya : T2 dan T3

Jawab :

Rumus perpindahan kalor secara konduksi :

Keterangan :

Q/t = laju perpindahan kalor, k = konduktivitas termal, A = luas penampang, T1 = suhu awal, T2 = suhu akhir, l = panjang batang.

Panjang (l) dan luas penampang (A) sama sehingga dilenyapkan dari persamaan.

Gunakan persamaan ini untuk menghitung suhu.

Tinjau batang logam A dan B.

Tinjau batang logam B dan C.

Eliminasikan persamaan 1 dan persamaan 2 :

Hitung T2 menggunakan persamaan 1 :

Jawaban yang benar adalah A.