Dua buah logam P dan Q mempunyai luas penampang sama

Berikut ini adalah pertanyaan dari SindiAmelia14 pada mata pelajaran Fisika untuk jenjang Sekolah Menengah Atas

Dua buah logam P dan Q mempunyai luas penampang sama besar dan panjang A setengah kali panjang Q. jika konduktivitas termal logam P sepertiga dari logam Q dan ujung logam P bersuhu 0°c serta ujung logam Q bersuhu 100°c, berapa suhu sambungan kedua logam tersebut?

Jawaban dan Penjelasan

Berikut ini adalah pilihan jawaban terbaik dari pertanyaan diatas.

Jadi, suhu pada sambungan kedua logam tersebut adalah 60°C.

Pendahuluan :

Hi ! Kali ini kita membahas materi mengenai laju kalor. Laju kaloryaitubesarnya kalor yang dapat berpindah pada suatu hantaran dalam waktu tertentu. Menurut sistem SI (Satuan Internasional), satuan laju kaloradalahJ/s. Sebelum masuk ke rumusnya, yuk pahami konsepnya !

Dalam luas penampang yang sama, perbedaan suhu yang sama, dan ketebalan lempeng yang sama; "Semakin besar nilai konduktivitas termal yang dimiliki menyebabkan laju kalor semakin cepat".
Jika konduktivitas termal dua benda sama, perbedaan suhunya sama, dan ketebalan lempengnya sama; "Semakin lebar /luas bagian yang bersentuhan dengan panas, menyebabkan laju kalor semakin cepat"
Jika konduktivitas termal dua benda sama, luas penampangnya sama, ketebalan lempengnya sama; "Semakin besar perbedaan suhu benda, menyebabkan laju kalor semakin cepat"
Jika konduktivitas termal dua benda sama, luas penampangnya sama, perbedaan suhunya sama; "Semakin tebal lempengan, menyebabkan laju kalor semakin lambat"

Pembahasan :

•> Rumus umum laju Kalor :

$\boxed{\bold{H = \frac{k . A . \Delta T}{L}}}$

Dengan ketentuan :

H = laju kalor (J/s)
k = konduktivitas termal (W/mK)
A = luas penampang (m²)
∆T = perbedaan suhu (K)
L = panjang atau ketebalan lempeng (m)

•> Mencari Kesetimbangan Suhu

$H_P = H_Q$

$\frac{k_P . A_P . \Delta T_P}{L_P} = \frac{k_Q. A_Q. \Delta T_Q}{L_Q}$

*) Jika suhu awal pada logam P lebih tinggi dari logam Q

$\therefore \boxed{\frac{k_P . A_P . (T_{P1} - T_c)}{L_P} = \frac{k_Q. A_Q. (T_c - T_{Q1}) }{L_Q}}$

*) Jika suhu awal pada logam Q lebih tinggi dari logam P

$\therefore \boxed{\frac{k_P . A_P. (T_c - T_{P1})}{L_P} = \frac{k_Q. A_Q. (T_{Q1}- T_c) }{L_Q}}$

Dengan ketentuan :

P => untuk logam P
Q => Untuk logam Q
$T_{P1}$ = suhu awal logam P (K)
$T_{Q1}$ = suhu awal logam Q (K)
$T_C$ = suhu kesetimbangan (K)
H , k, A , ∆T , dan L masih sama pengertiannya dengan pada rumus umum

Langkah Penyelesaian :

Diketahui :

$A_p = A_q$ = A => karena pada soal dinyatakan keduanya sama.
$L_p = \frac{1}{2} L_q$ = > panjang logam P = ½ kali panjang logam Q.
$k_p = \frac{1}{3} k_q$ => konduktivitas termal logam P = ⅓ konduktivitas logam Q.
$T_{P1}$ = suhu awal logam P = 0°C
$T_{Q1}$ = suhu awal logam Q = 100°C
Karena °C dan K setara (hanya berlaku +273 untuk °C -> K dan -273° untuk K-> C, maka suhu bisa dibiarkan saja.
Suhu awal logam Q lebih tinggi dari suhu awal logam P