Pelajari suhu dan panas dengan daftar latihan tentang: pengaturan suhu dan panas, ekspansi dan kesetimbangan termal, skala termometrik, perpindahan panas, panas laten dan sensibel. Ada beberapa latihan yang diselesaikan dan dikomentari untuk Anda pelajari dan selesaikan keraguan Anda.
Latihan pengaturan Suhu dan Panas
Latihan 1
Pengertian dan perbedaan suhu dan kalor.
Suhu adalah ukuran keadaan termal dari tubuh fisik atau sistem. Ini menentukan tingkat agitasi partikel yang membentuk sistem ini.
Oleh karena itu, suhu adalah kuantitas, sesuatu yang dapat diukur. Dalam Sistem Satuan Internasional, satuan pengukuran suhu adalah Kelvin (K). Satuan umum lainnya adalah Celsius (°C) dan Fahrenheit (°F).
Panas adalah perpindahan energi panas. Energi panas ditransfer dari benda yang lebih energik, dengan suhu yang lebih tinggi, ke benda dan sistem yang kurang energik, dengan suhu yang lebih rendah. Perpindahan energi ini berlangsung melalui proses-proses seperti: konduksi, konveksi dan iradiasi.
Karena panas adalah suatu bentuk energi, dalam Sistem Satuan Internasional, panas diukur dalam joule (J). Ukuran umum lainnya untuk panas adalah kalori (kapur).
Perbedaan utama antara suhu dan panas adalah bahwa suhu adalah ukuran keadaan termal sedangkan panas adalah transfer energi panas antar benda.
Latihan 2
Jelaskan apa yang dimaksud dengan kesetimbangan termal.
Kesetimbangan termal adalah keadaan di mana benda yang berbeda dalam lingkungan yang sama berada pada suhu yang sama, yaitu, mereka memiliki keadaan termal yang sama.
Karena panas adalah transfer energi panas dari benda yang lebih hangat ke benda yang lebih dingin, benda yang sebelumnya lebih panas menjadi dingin karena mengeluarkan panas. Sebaliknya, tubuh yang menerima panas ini, yang sebelumnya lebih dingin, menjadi hangat.
Variasi suhu ini berhenti ketika tidak ada lagi panas di antara benda-benda itu, yang berarti bahwa tidak ada lagi transfer energi panas di antara mereka. Dalam keadaan ini, suhu mereka sama.
Latihan 3
Jelaskan fenomena berikut ini:
Laura baru saja bangun dan bangun dari tempat tidur pada hari musim dingin. Setelah turun dari tempat tidurnya yang hangat, dia menyentuhkan kakinya ke lantai berkarpet kamarnya dan merasa nyaman, bahkan dengan kakinya yang telanjang. Saat Anda masuk ke dapur, kaki telanjang Anda merasakan sensasi dingin saat menyentuh lantai keramik.
Seluruh lingkungan rumah terkena kondisi suhu yang sama sepanjang malam. Mengapa Laura merasakan sensasi yang berbeda saat berjalan tanpa alas kaki di kamar tidur dan di dapur?
Sensasi panas dan dingin terkait dengan beberapa faktor, beberapa bahkan subjektif. Orang yang berbeda dapat merasakan dan merasakan suhu yang sama dengan cara yang berbeda. Namun, dalam teks, orang yang sama memiliki sensasi yang berbeda di lingkungan yang seharusnya berada dalam kesetimbangan termal, yaitu di mana tubuh berada pada suhu yang sama.
Satu-satunya perbedaan adalah bahan yang bersentuhan dengannya. Koefisien konduktivitas termal adalah properti bahan dan menunjukkan seberapa mudah energi panas ditransfer. Semakin besar nilai konduktivitas termal, semakin mudah transfer energi termal.
Karena lantai keramik memiliki konduktivitas termal yang lebih besar daripada karpet wol atau katun, tubuh Laura kehilangan banyak hal. lebih banyak energi saat berjalan melalui dapur daripada saat berjalan di atas karpet, yang membuatnya mengartikan bahwa lantai lebih dingin.
Latihan tentang Kesetimbangan Termal
Latihan 4
(IFF 2016) Dalam kegiatan laboratorium, guru Fisika mengusulkan agar siswa mencampur 1L air pada suhu 100°C dengan 500 mL air pada suhu 4°C. Namun, sebelum mencampur dan mengukur suhu kesetimbangan termal, siswa perlu menghitung suhu kesetimbangan termal. Pertimbangkan kerugian termal yang dapat diabaikan dan bahwa hasil teoretis sama dengan nilai eksperimen. Dapat dikatakan bahwa suhu kesetimbangan ini berlaku:
a) 68°C.
b) 74°C.
c.80C
d.32°C.
e) 52°C.
Jawaban yang benar: a) 68°C.
Objektif: tentukan suhu kesetimbangan termal ().
Data:
1L = 1000 ml air pada 100 °C;
500 ml air pada 4°C
Model Fisika dan Matematika
Dalam kesetimbangan termal tidak ada lagi perpindahan energi panas, sehingga jumlah kalor dari bagian-bagian air pada 100°C dan 4°C sama dengan nol.
Karena pada kedua sisi persamaan panas jenisnya sama, kita dapat meniadakannya.
Jadi, suhu kesetimbangan akan menjadi 68°C.
Latihan Timbangan Termometrik
Latihan 5
(SENAC - SP 2013) Kedatangan manusia ke bulan terjadi pada tahun 1969. Struktur bulan berbatu dan praktis tidak memiliki atmosfer, yang berarti pada siang hari suhunya mencapai 105 °C dan pada malam hari turun menjadi 155 °C.
Variasi termal ini, diukur pada skala suhu Fahrenheit, adalah valid
a) 50.
b) 90.
c) 292.
d) 468.
e) 472.
Jawaban yang benar: d) 468.
Hubungan antara skala Celcius °C dan skala °F diberikan oleh:
Di mana,
adalah variasi suhu dalam derajat Celcius dan,
adalah variasi pada Fahrenheit.
Suhu di permukaan bulan bervariasi antara 105 °C dan pada malam hari --155°C. Oleh karena itu, variasi totalnya adalah 260 °C.
105 - (-155) = 260
Mengganti dalam rumus, kami memiliki:
Latihan 6
(UESPI 2010) Seorang siswa sedang membaca novel fiksi ilmiah “Fahrenheit 451” karya Ray Bradbury. Dalam bagian tertentu, salah satu karakter mengklaim bahwa 451 °F adalah suhu pada skala Fahrenheit di mana kertas dari mana buku dibuat terbakar. Siswa mengetahui bahwa, pada skala ini, suhu leleh dan titik didih air berturut-turut adalah 32°F dan 212°F. Dia dengan tepat menyimpulkan bahwa 451°F kira-kira setara dengan:
a) 100 °C
b) 205 °C
c) 233 °C
d) 305 °C
e) 316 °C
Jawaban yang benar: c) 233 °C.
Skala Celsius dan Fahrenheit dihubungkan oleh:
Mengganti 451°F dengan , kita punya:
Dari opsi respons, 233°C adalah yang terdekat.
Latihan 7
(FATEC 2014) Selama balapan Formula Indy atau Formula 1, pengemudi mengalami lingkungan mikro yang panas di kokpit yang mencapai 50°C, dihasilkan oleh berbagai sumber panas (dari matahari, mesin, medan, metabolisme otak, aktivitas otot dll.). Suhu ini jauh di atas suhu tubuh rata-rata yang dapat ditoleransi, sehingga mereka harus selalu dalam kondisi fisik yang baik.
Balap Formula Indy lebih tradisional di AS, di mana pembacaan suhu diadopsi pada skala Fahrenheit. Berdasarkan informasi yang disajikan dalam teks, benar untuk menyatakan bahwa suhu kokpit yang dicapai mobil Formula Indy selama balapan, dalam derajat Fahrenheit, adalah
Data:
Suhu leleh es = 32°F;
Suhu air mendidih = 212°F.
a) 32.
b) 50.
c) 82.
d) 122.
e) 212.
Jawaban yang benar: d) 122
Untuk menghubungkan dua suhu, kami menggunakan persamaan:
menggantikan untuk 50 dan penyelesaian untuk
, kita punya:
Oleh karena itu, suhu di kokpit dalam Fahrenheit adalah 122°F.
Latihan tentang Perambatan Panas
Latihan 8
(Enem 2021) Dalam instruksi manual untuk lemari es, ada rekomendasi berikut:
• Biarkan pintu lemari es Anda terbuka hanya selama diperlukan;
• Penting untuk tidak menghalangi sirkulasi udara dengan distribusi makanan yang buruk di rak;
• Beri jarak minimal 5 cm antara bagian belakang produk (heat sink serpentine) dan dinding.
Berdasarkan prinsip termodinamika, pembenaran untuk rekomendasi ini adalah:
a) Kurangi keluaran dingin dari lemari es ke lingkungan, pastikan transmisi dingin antara makanan di rak dan memungkinkan pertukaran panas antara unit pendingin dan lingkungan.
b) Kurangi keluaran dingin lemari es ke lingkungan, jamin konveksi udara internal, jamin isolasi termal antara bagian internal dan eksternal.
c) Mengurangi aliran panas dari lingkungan ke bagian dalam lemari es, memastikan konveksi udara internal dan memungkinkan pertukaran panas antara unit pendingin dan lingkungan.
d) Kurangi aliran panas dari lingkungan ke bagian dalam lemari es, pastikan transmisi dingin antara makanan di rak dan memungkinkan pertukaran panas antara wastafel dan lingkungan.
e) Mengurangi aliran panas dari lingkungan ke bagian dalam lemari es, menjamin konveksi udara internal dan menjamin isolasi termal antara bagian internal dan eksternal.
Jawaban yang benar: c) Kurangi aliran panas dari ruangan ke bagian dalam lemari es, pastikan konveksi udara internal dan memungkinkan pertukaran panas antara unit pendingin dan lingkungan.
Menjaga pintu lemari es tetap tertutup, membuka hanya yang diperlukan, mencegah masuknya panas dari lingkungan luar.
Di dalam lemari es, pertukaran panas antara lingkungan dalam ruangan yang dingin dan makanan menghasilkan aliran udara melalui konveksi. Arus ini diperlukan untuk mendinginkan makanan.
Panas yang diambil dari makanan dan ditukar dengan refrigeran kulkas diangkut ke heatsink di bagian belakang. Panas ini akan dipertukarkan dengan lingkungan, terutama secara konveksi, sehingga diperlukan ruang.
Latihan 9
(UEPB 2009) Seorang anak yang menyukai brigadeiro memutuskan untuk membuat permen ini, dan untuk itu ia mulai memisahkan bahan dan peralatannya. Awalnya dia mengambil kaleng susu kental, coklat bubuk dan margarin, lalu panci dan sendok baja dan pembuka kaleng. Anak itu membuat lubang di kaleng untuk mengalirkan susu kental ke dalam panci. Ibunya, melihat sikap itu, menyarankan agar putranya mengebor lubang lain di kaleng, sehingga dia bisa mengeluarkan cairan itu dengan lebih mudah. Saat meletakkan panci di atas api untuk mengaduk brigadeiro, anak itu merasa, setelah beberapa menit, gagang sendoknya menghangat dan mengeluh: “Ibu, sendoknya membakar tanganku”. Jadi, ibunya memintanya menggunakan sendok kayu untuk mencegah luka bakar.
Tentang pemanasan sendok dibuktikan dengan keluhan anak bahwa tangannya terbakar, dapat dikatakan bahwa
a) dengan sendok kayu, yang merupakan isolator termal yang sangat baik, ia memanas lebih cepat daripada sendok baja.
b) itu terjadi karena partikel yang membentuk sendok menciptakan arus konveksi, memanaskannya sepenuhnya, dari satu ujung ke ujung lainnya.
c) karena iradiasi, sendok memanas sepenuhnya, dari satu ujung ke ujung lainnya.
d) dengan sendok kayu, yang merupakan konduktor termal yang sangat baik, ia memanas lebih cepat daripada sendok baja.
e) hal itu terjadi karena partikel-partikel penyusun sendok mulai menghantarkan kalor yang diserap dari satu ujung ke ujung lainnya.
Jawaban yang benar: e) hal itu terjadi karena partikel-partikel penyusun sendok mulai menghantarkan kalor yang diserap dari satu ujung ke ujung lainnya.
Proses perambatan panas adalah konduksi. Hanya energi yang ditransfer dari partikel ke lingkungan. Logam adalah pemancar panas yang sangat baik.
Latihan 10
(Enem 2016) Dalam sebuah eksperimen, seorang guru meninggalkan dua nampan dengan massa yang sama, satu plastik dan aluminium lainnya, di atas meja laboratorium. Setelah beberapa jam, ia meminta siswa untuk menilai suhu kedua nampan, menggunakan sentuhan. Murid-muridnya dengan tegas mengklaim bahwa baki aluminium berada pada suhu yang lebih rendah. Penasaran, ia mengusulkan kegiatan kedua, di mana ia menempatkan es batu di setiap nampan, yang berada dalam kesetimbangan termal dengan lingkungan, dan bertanya kepada mereka di mana laju pencairan es akan menjadi lebih besar.
Siswa yang menjawab pertanyaan guru dengan benar akan mengatakan bahwa peleburan akan terjadi
a) lebih cepat pada baki aluminium, karena memiliki konduktivitas termal yang lebih tinggi daripada plastik.
b) lebih cepat pada nampan plastik, karena awalnya memiliki suhu yang lebih tinggi daripada aluminium.
c) lebih cepat pada baki plastik, karena memiliki kapasitas termal yang lebih tinggi daripada yang aluminium.
d) lebih cepat pada baki aluminium, karena memiliki kalor jenis yang lebih rendah daripada baki plastik.
e) dengan kecepatan yang sama pada kedua baki, karena mereka akan memiliki variasi suhu yang sama.
Jawaban yang benar: a) lebih cepat pada baki aluminium, karena memiliki konduktivitas termal yang lebih tinggi daripada yang plastik.
Es mencair lebih cepat di baki yang mentransfer panas pada tingkat yang lebih tinggi yaitu lebih cepat. Karena logam memiliki konduktivitas termal yang lebih besar, baki aluminium mentransfer lebih banyak panas ke es dan akan meleleh lebih cepat.
Latihan 11
(Enem 2021) Di kota São Paulo, pulau-pulau panas bertanggung jawab untuk mengubah arah aliran angin laut yang seharusnya mencapai daerah mata air. Tetapi ketika melintasi pulau panas, angin laut sekarang bertemu dengan aliran udara vertikal, yang mentransfer baginya energi panas yang diserap dari permukaan kota yang panas, memindahkannya ke tempat yang tinggi ketinggian. Dengan cara ini, terjadi kondensasi dan hujan lebat di pusat kota, bukan di daerah mata air. Gambar menunjukkan tiga subsistem yang bertukar energi dalam fenomena ini.
Mekanisme ini, masing-masing,
a.iradiasi dan konveksi.
b) penyinaran dan penyinaran.
c) konduksi dan iradiasi.
d) konveksi dan iradiasi.
e.konveksi dan konveksi.
Jawaban yang benar: a) iradiasi dan konveksi.
Iradiasi adalah proses perpindahan panas antara matahari dan kota. Dalam proses ini, panas ditransfer oleh radiasi elektromagnetik.
Konveksi adalah proses perpindahan panas antara pulau panas dan angin laut. Dalam proses ini, panas ditransfer oleh media fluida, dalam hal ini, udara, melalui gerakannya. Dalam konveksi, udara panas yang mengembang, menjadi kurang padat dan naik. Udara yang lebih dingin di ketinggian yang lebih tinggi, lebih padat, turun menciptakan arus udara yang bertukar panas.
Latihan tentang Panas Laten dan Panas Sensitif
Latihan 12
(Enem 2015) Temperatur pembakaran yang tinggi dan gesekan antar bagian yang bergerak adalah beberapa faktor yang menyebabkan mesin pembakaran dalam menjadi panas. Untuk mencegah panas berlebih dan kerusakan akibat mesin ini, sistem pendingin saat ini dikembangkan, di mana cairan pendingin dengan sifat khusus bersirkulasi melalui bagian dalam mesin, menyerap panas yang, ketika melewati radiator, ditransfer ke suasana.
Properti apa yang harus dimiliki pendingin untuk memenuhi tujuannya dengan paling efisien?
a) Panas jenis tinggi.
b) Panas laten peleburan yang tinggi.
c) Konduktivitas termal rendah.
d) Suhu didih rendah.
e) Koefisien muai panas yang tinggi.
Jawaban yang benar: a) Kalor jenis tinggi.
Panas spesifik adalah properti material, dalam hal ini, pendingin. Ini menunjukkan jumlah panas yang dibutuhkan untuk menerima atau memberikan satu unit massa, untuk memvariasikan satu unit suhu.
Dengan kata lain, semakin tinggi panas spesifik, semakin banyak panas yang dapat diterimanya tanpa meningkatkan suhunya terlalu banyak. Zat dengan panas spesifik yang tinggi memiliki kepekaan yang lebih kecil terhadap perubahan suhu.
Dengan cara ini, pendingin dengan panas spesifik yang tinggi dapat "mengumpulkan" lebih banyak energi panas dari mesin tanpa mendidih.
Latihan 13
(FATEC 2014) Di kelas dalam disiplin Fisika dalam kursus Pengelasan di Fatec, guru yang bertanggung jawab membahas topik yang telah mereka lihat di sekolah menengah bersama siswa. Menjelaskan bagaimana melakukan analisis grafik perubahan keadaan zat murni hipotetis tertentu. Untuk ini, kita hanya perlu mengevaluasi besaran fisis yang direpresentasikan pada sumbu dan grafik yang dibentuk oleh hubungan antara besaran-besaran ini. Pada grafik ini, bagian yang menunjukkan kemiringan menunjukkan perubahan suhu karena penyerapan energi, dan bagian yang menunjukkan dataran (bagian horizontal) menunjukkan perubahan keadaan karena penyerapan energi.
Setelah penjelasan ini, dia bertanya kepada siswa berapa jumlah total energi yang diserap oleh zat antara akhir perubahan wujud zat cair sampai akhir perubahan wujud zat berbentuk gas.
Jawaban yang benar untuk pertanyaan ini, dalam kalori, adalah
a) 2000.
b) 4000.
c) 6.000.
d) 10.000.
e) 14.000.
Jawaban yang benar: d) 10.000.
Perubahan ini terjadi antara 4000 dan 14000 kalori. Substansi sepenuhnya dalam keadaan cair ketika tanjakan dimulai setelah dataran tinggi pertama. Transformasi dari fase cair ke gas terjadi di dataran tinggi kedua.
Latihan tentang Dilatasi Termal
Latihan 14
(URCA 2012) Jari-jari alas sebuah kerucut logam, yang massa jenisnya sama dengan 10 g/cm3, pada 0°C memiliki panjang awal Ro = 2 cm. Dengan memanaskan kerucut ini hingga suhu 100°C, tingginya berubah h = 0,015 cm. Dengan massa kerucut 100 g, koefisien ekspansi linier rata-rata bahan adalah:
Jawaban benar:
Objektif: tentukan koefisien ekspansi linier ().
Data = 0,015 cm
Jari-jari awal, = 2 cm = 100 °C
massa, m = 100 g
massa jenis, d = 10 g/cm3
Model matematis dan fisik dari ekspansi termal linier
Di mana, adalah koefisien ekspansi linier.
adalah variasi ketinggian.
adalah ketinggian awal.
adalah variasi suhu.
mengisolasi ,
dan
Mereka disediakan. Dengan cara ini, untuk menentukan
, perlu ditentukan
.
Untuk menentukan mari kita gunakan rasio volume dan kepadatan.
volume kerucut
Kepadatan
mengisolasi V,
Substitusikan nilai V dan r dalam persamaan volume dan buat = 3,
Sekarang kita bisa mengganti dalam persamaan koefisien muai panas,
menjadi notasi ilmiah
0,0006 =
belajar lebih tentang
- panas dan suhu.
- propagasi panas
- panas sensitif
- Panas spesifik
- Energi termal
- Ekspansi termal
- Kapasitas Termal
- konduksi termal
- Konveksi Termal
- Iradiasi Termal
