Soal Termodinamika

  Bimbel Jakarta Timur dalam Soal Termodinamika dan pembahasan serta jawaban, sebelumnya Bimbel Jakarta Timur menjelaskan Definisi Termodin...

 

Bimbel Jakarta Timur dalam Soal Termodinamika dan pembahasan serta jawaban, sebelumnya Bimbel Jakarta Timur menjelaskan Definisi Termodinamika. Termodinamika adalah ilmu yang mempelajari tentang kalor serta semua bentuk energi pada suatu sistem yaitu sejumlah gas yang terdapat dalam wadah tertutup.

﷽

1. Gas helium yang volumenya 1,8 m³ dan suhu 27℃ dipanaskan secara isobarik sampai suhunya 77℃. Jika tekanan gas tersebut 1,6 x 10⁵ N/m², maka gas helium melakukan usaha luar sebesar....

a. 20 KJ

b. 24 KJ

c. 36 KJ

d. 48 KJ

Pembahasan :

Diketahui : 

V₁ = 1,8 m³

T₁ = 27℃ + 273 = 300 K

T₂ = 77℃ + 273 = 350 K

P = 1,6 x 10⁵ N/m²

Ditanya : W ?

Jawab:

Isobarik = tekanan tetap

 V₁ =   V₂ 

 T₁      T₂ 

 1,8  =    V₂  

 300      350 

V₂ = 1,8 x 350 : 300 = 2,1 m³

W = P ΔV

    = 1,6 x 10⁵ (2,1 - 1,8)

    = 0,48 x 10⁵

    = 48 KJ

Jawaban: d

2. Perhatikan grafik P-V berikut:

Pernyataan yang tidak benar tentang grafik tersebut adalah...

a. Usaha a → b adalah 2,25 J

b. Usaha b → c adalah 2,5 J

c. Usaha c → a adalah - 1,5 J

d. Usaha siklus adalah 0,75 J

Pembahasan:

Wab = luas trapesium = (1,0 + 2,0) N/m² x (2,5 - 1,0) m³ : 2 = 2,25 J ✓

Wbc = 0 karena proses isokhorik (volume tetap)

Wca = P x ΔV = 1,0 x (1,0 - 2,5) = -1,5 J ✓

Wsiklus = luas segitiga = (2,5 - 1,0) x (2,0 - 1,0) : 2 = 0,75 J ✓

Jawaban: b

3. Sebanyak 0,5 mol gas yang volumenya 2,4 m³ diturunkan tekanannya secara isotermis dari 2,5 atm menjadi 2 atm. Usaha yang dilakukan gas adalah.....

a. 249,3 Joule

b. 294,3 Joule

c. 373,95 Joule

d. 379,75 Joule

Pembahasan:

Diketahui : n = 0,5 mol

                 V₁ = 2,4 m³

                 P₁ = 2,5 atm

                 P₂ = 2 atm

                 T = 27℃ = 27 + 273 = 300 K

Ditanya : W?

Jawab :

Isotermis, maka 

P₁ x V₁ = P₂ x V₂

2,5 x 2,4 = 2 x V₂

     6 = 2 x V₂

V₂ = 6 : 2 = 3 m³

W = n x R x T x ln (V₂/V₁)

= 0,5 x 8,31 x 300 x ln (3/2,4)

= 1246,5 x 0,2

= 249,3 Joule          

Jawaban: a

4. Sebuah bejana tertutup berisi 16 gram gas oksigen dengan suhu 87℃. Gas tersebut mengalami proses isokhorik. Jika konstanta umum gas R = 8,31 J/mol K, maka besarnya kapasitas kalor gas  adalah.....

a. 5,2 J/K

b. 7,29 J/K

c. 10,39 J/K

d. 12,6 J/K

Pembahasan:

Diketahui : m = 16 gram

                 T = 87℃ = 87 + 273 = 360 K

                 R = 8,31 J/mol K

Ditanya : W?

Jawab :

➢ Oksigen merupakan gas diatomik

➢ suhu 250 K - 500 K (suhu sedang)

n = massa/Mr

   = 16/ 32

   = 0,5 mol

Cv =⁵/₂ n R

     = ⁵/₂ x 0,5 x 8,31

     = 10,39 J/K

Jawaban: c

5. Sejumlah gas nitrogen dipanaskan dari suhu 300 K hingga 340 K. Jika nitrogen dipanaskan pada tekanan tetap, kalor yang diperlukan adalah 2,65 kJ, sedangkan jika dipanaskan pada volume tetap diperlukan 1,82kJ dan R = 8,31 J/mol K. Tentukan massa gas nitrogen yang dipanaskan!

a. 14 gram

b. 35 gram

c. 49 gram

d. 70 gram

Pembahasan:

Diketahui : ΔT = 340 K - 300 K = 40 K

                 Qp = 2,65 kJ

                 Qv = 1,82 kJ

                 R = 8,31 J/mol K

Ditanya : m?

Jawab :

Cp - Cv = n R

Qp - Qv = massa x R

ΔT    ΔT      Mr

2650 - 1820 = massa x 8,31

  40       40         28

66,25 - 45,5 = 8,31m

                         28    

m = 20,75 x 28 : 8,31

    = 70 gram

Jawaban: d

6. Sejumlah gas monoatomik berada dalam bejana berpiston dengan volume 10 liter dan tekanan 10⁵ Pa. Gas mengalami proses adiabatik sehingga volumenya menjadi 15 liter dan tekanan 0,4 x 10⁵ Pa. Usaha yang dilakukan sistem besarnya.....

a. 150 J

b. 300 J

c. 400 J

d. 600 J

Pembahasan:

Diketahui : V₁ = 10 liter = 0,01 m³

                 P₁  = 10⁵ Pa

                 V₂ = 15 liter = 0,015 m³ 

                 P₂ =  0,4 x 10⁵ Pa

                 γ = ⁵/₃ (monoatomik)

Ditanya : W?

Jawab :

Proses adiabatik

W =    1    (P₁.V₁ - P₂.V₂)

        γ - 1

W =     1    (10⁵.0,01 - 0,4 x 10⁵. 0,015)

       ⁵/₃ -1

W =   1   (1000 - 600)

        ²/₃

W = ³/₂ . 400

W = 600 J

Jawaban: d

7. Usaha sebesar 2.000 joule diberikan secara adiabatik untuk memampatkan 0,75 mol suatu gas monoatomik sehingga suhunya naik menjadi 277℃. Jika konstanta umum gas R = 8,31 J/mol K, maka suhu awal gas adalah....

a. 27℃

b. 63℃

c. 127℃

d. 163℃

Pembahasan:

Diketahui : W = -2.000 J (usaha diberikan ke sistem)

                 n = 0,75 mol 

                 T₂ = 277℃ = 277 + 273 = 550 K

                 R = 8,31 J/mol K

Ditanya : T₁?

Jawab :

ΔU = - W

ΔU = ³/₂ n R (T₂ - T₁)

-(-2.000) = ³/₂ x 0,75 x 8,31 x (550 - T₁)

2.000 = 9,35 x (550 - T₁)

2.000 : 9,35 = 550 - T₁ 

214 = 550 - T₁ 

T₁ = 550 - 214 = 336 K

T₁ = 336 - 273 = 63℃

Jawaban: b

8. Suatu sistem mengalami proses adiabatik. Pada sistem dilakukan usaha sebesar 100 joule. Pernyataan berikut yang benar adalah...

a. sistem menyerap kalor sebesar 100 Joule

b. sistem melepas kalor sebesar 100 Joule

c. terjadi perubahan energi dalam sebesar 100 Joule

d. tidak terjadi perubahan energi dalam

Pembahasan:

Proses adiabatik adalah suatu proses perubahan keadaan gas di mana tidak ada kalor yang masuk atau keluar sistem. 

Q = 0

W = - 100 J (dilakukan usaha pada sistem)

Q = ΔU + W

0 = ΔU - 100

ΔU = 100 J

Jawaban: c

9. Suatu gas ideal dengan γ = ⁵/₃ dimampatkan secara adiabatik. Volume gas berkurang menjadi ⅛ bagian. Perbandingan tekanan akhir terhadap tekanan awal adalah....

a. 1/32

b. 1/16

c. 4/1

d. 32/1

Pembahasan:

Diketahui : γ = ⁵/₃

                 V₂ = ⅛ V₁ 

Ditanya : P₂/P₁?

Jawab :

Jawaban: d

10. Usaha sebesar 150 Joule dilakukan pada sebuah sistem. Sistem tersebut menyerap 75 kalori. Maka perubahan energi dalam yang terjadi adalah...

a. 225 J

b. 300 J

c. 465 J

d. 600 J

Pembahasan:

W = -150 J

Q = 75 kal = 75 x 4,2 J = 315 J 

Q = ΔU + W

315 = ΔU - 150

ΔU  = 315 + 150

ΔU  = 465 J

Jawaban: c

11. Suatu gas mengalami pemuaian dari 5,0 liter menjadi 6,8 liter pada tekanan tetap 2,5 x 10⁵ Pa. Selama proses pemuaian tersebut diberikan 400 J kalor. Perubahan energi dalam gas adalah...

a. - 50 J

b. - 25 J

c. 15 J

d. 50 J

Pembahasan:

Diketahui : V₁ = 5 liter = 0,005 m³

                 V₂ = 6,8 liter = 0,0068 m³

                 P = 2,5 x 10⁵ Pa

                 Q = 400 J

Ditanya: ΔU?

Jawab :

W = P x ΔV

    = 2,5 x 10⁵ x (0,0068 - 0,005)

    = 2,5 x 10⁵ x 0,0018

    = 450 J

Q = ΔU + W

400 = ΔU + 450

ΔU  = 400 - 450 = -50 J

Jawaban: a

12. Suatu gas menempati  ruangan 2 m x 1 m x 2 m yang bersuhu 52℃ dan tekanan 1 atm. Jika 1 atm = 10⁵ Pa, maka jumlah partikel gas dalam ruangan tersebut adalah....

a. 4 x 10²⁵ partikel

b. 8,9 x 10²⁵ partikel

c. 4 x 10²⁶ partikel

d. 8,9 x 10²⁶ partikel

Pembahasan:

Diketahui : V = 2 m x 1 m x 2 m = 4 m³

                 T = 52℃ = 52 + 273 = 325 K

                 P = 1 atm = 10⁵ Pa

Ditanya: N?

Jawab:

P x V = N x k x T

10⁵ x 4 = N x 1,38 x 10⁻²³ x 325

10⁵ x 4 = N x 4,485 x 10⁻²¹

N = 8,9 x 10²⁵ partikel

Jawaban: b

13. Sebuah balon awalnya berisi 1 liter gas, lalu ditambahkan sehingga volume gas menjadi 1,5 liter. Massa di dalam balon berubah menjadi ⁴/₃ kali semula. Jika proses berlangsung pada suhu tetap, maka perbandingan tekanan akhir dengan tekanan awal adalah....

a. ²/₃

b. ⁴/₉

c. ⁸/₃

d. ⁸/₉

Pembahasan:

Diketahui : V₁ = 1 liter 

                 V₂ = 1,5 liter 

                 m₂ = ⁴/₃ m₁

Ditanya: P₂/P₁?

Jawab :

 P₂V₂  =  n₂ RT 

 P₁V₁      n₁ RT

 P₂x1,5  =  m₂/Mr 

 P₁x1         m₁/Mr

 P₂x1,5  =  ⁴/₃m₁ 

 P₁x1            m₁

P₂ =   4 x 1  

P₁     3 x 1,5

P₂ =   4  

P₁     4,5

P₂ =   8  

P₁      9

Jawaban: d

14.  Sebuah ban mobil diisi udara sehingga volumenya bertambah 20% dari volume awalnya. Jika tekanan udara berkurang 25% dari tekanan awal, maka suhu mutlak akhirnya ....... dari suhu mutlak awal

a. bertambah 5% 

b. bertambah 10%

c. berkurang 5%

d. berkurang 10%

Pembahasan:

Diketahui : V₂ = 120% V₁ = 1,2 V₁

                 P₂ = 75% P₁ = 0,75 P₁                

Ditanya: T₂/T₁?

Jawab :

P₂ x V₂ = P₁ x V₁

    T₂           T₁

0,75 P₁ x 1,2 V₁ = P₁ x V₁

           T₂                 T₁

0,9 =  1 

 T₂     T₁

T₂ = 0,9T₁ = 90%T₁

T₂ berkurang 10% dari T₁

Jawaban: d

15. Sebuah mesin Carnot menyerap kalor sebesar 2.000 kalori dari reservoir yang suhunya 427℃ dan melepaskan panas pada suhu 227℃. Usaha yang dihasilkan sebesar .... (1 kal = 4,2 joule)

a. 2100 J

b. 2400 J

c. 2800 J

d. 3200 J

Pembahasan:

Diketahui : Q₁ = 2.000 kal = 8.400 J

                 T₁ = 427℃ = 427 + 273 = 700 K

                 T₂ = 227℃ = 227 + 273 = 500 K     

Ditanya: W?

Jawab :

Jawaban: b

16. Sebuah mesin Carnot mempunyai efisiensi maksimum 40%. Jika suhu reservoir rendahnya 87℃, maka suhu reservoir tingginya adalah...

a. 127℃ 

b. 227℃

c. 327℃ 

d. 427℃  

Pembahasan:

Diketahui : η = 40% 

                 T₂ = 87℃ = 87 + 273 = 360 K     

Ditanya: T₁?

Jawab :

Jawaban: c

17. Sebuah mesin Carnot menghasilkan usaha ³/₅ kali kalor yang masuk, maka efisiensi mesin Carnot tersebut adalah....

a. 60%

b. 55%

c. 50%

d. 40%

Pembahasan:

Diketahui : W = ³/₅ Q₁                    

Ditanya: η ?

Jawab :

Q₂ = Q₁ - W

Q₂ = Q₁ - ³/₅ Q₁ 

Q₂ = ²/₅ Q₁ 

Jawaban: a

18. Sebuah mesin Carnot yang reservoir suhu tingginya 267℃ menghasilkan efisiensi 30%. Jika efisiensi mesin ingin ditingkatkan menjadi 40%, maka suhu reservoir tingginya harus diubah menjadi...

a. 227℃ 

b. 257℃

c. 327℃ 

d. 357℃  

Pembahasan:

Diketahui : T₁ = 267℃ = 267 + 273 = 540 K

                 η = 30% = 0,3

                 η' = 40% = 0,4   

Ditanya: T₁' ?

Jawab :

Jawaban: d

19. Suatu mesin Carnot mempunyai suhu reservoir 27℃ dan 327℃. Mesin tersebut digunakan untuk menggerakkan generator yang mempunyai tegangan luar 220 V. Jika mesin Carnot menyerap kalor sebesar 4.400 J setiap detik, maka kuat arus keluaran maksimum generator tersebut adalah...

a. 2 A

b. 5 A

c. 10 A

d. 12 A

Pembahasan:

Diketahui : T₂ = 27℃ = 27 + 273 = 300 K 

                 T₁ = 327℃ = 327 + 273 = 600 K

                 V = 220 V

                 Q₁ = 4.400 J, t = 1 detik

Ditanya: I?

Jawab :

W carnot = W listrik

 Q₁ (1 - T₂) = V x I x t

            T₁ 

4.400(1 - 300) = 220 x I x 1

               600

             2.200 = 220 I

                    I = 10 A

Jawaban: c

20. Mesin pendingin yang memiliki koefisien performansi 7 mengalirkan kalor dari suatu ruang pendingin lemari es ke lingkungan dengan suhu 47℃. Berapa suhu ruang pendingin lemari es?

a. -7℃

b. -3℃

c. 7℃

d. 10℃

Pembahasan:

Diketahui : k = 7

                 T₁ = 47℃ = 47 + 273 = 320 K

Ditanya: T₂?

Jawab:

k =    T₂   

      T₁ - T₂

7 =     T₂    

      320 - T₂

2240 - 7T₂ = T₂

2240 = 8T₂

T₂ = 2240 : 8

T₂ = 280 K 

T₂ = 280 - 273 = 7℃ 

Jawaban: c

21. Berapa besar usaha yang diperlukan oleh suatu mesin pendingin Carnot untuk memindahkan kalor sebesar 2 J dari gas helium pada suhu 4 K dan membuangnya ke dalam suatu ruang yang bersuhu kamar (298 K)?

a. 147 J

b. 149 J

c. 294 J

d. 298 J

Pembahasan:

Diketahui : Q₂ = 2 J

                 T₂ = 4 K

                 T₁ = 298 K

Ditanya: W ?

Jawab:

 Q₂ =    T₂   

 W     T₁ - T₂

 2  =     4    

W     298 - 4

 2  =    4   

W       294

W = 294 x 2 :4

W = 147 J

Jawaban: a

22. Sebuah lemari es di dalamnya bersuhu -6℃ dan suhu di luar lemari es 27℃. Jika mesin pendinginnya mempunyai daya 220 watt, maka kalor yang diserap setiap menit adalah....

a. 890.000 J

b. 980.000 J

c. 106.000 J

d. 106.800 J

Pembahasan:

Diketahui : T₂ = -6℃ = -6 + 273 = 267 K

                 T₁ = 27℃ = 27 + 273 = 300 K

                  P = 220 watt

                  t = 60 sekon

Ditanya: Q₂ ?

Jawab:

W = P x t

    = 220 x 60

    = 13.200 J

 Q₂ =    T₂   

 W     T₁ - T₂

    Q₂    =     267    

13.200     300 - 267

    Q₂    =  267 

13.200       33

    Q₂    =  267 x 13200 

                     33

    Q₂    = 106.800 J

Jawaban: d

23. Sebuah kulkas memiliki suhu rendah -8℃ dan suhu tinggi 27℃. Berapa besar kalor yang dipindahkan dari reservoir suhu rendah jika diperlukan usaha sebesar 140 Joule?

a. 890 J

b. 980 J

c. 1060 J

d. 1068 J

Pembahasan:

Diketahui : W = 140 J

                 T₂ = -8℃ = -8 + 273 = 265 K

                 T₁ = 27℃ = 27 + 273 = 300 K

Ditanya: Q₂ ?

Jawab:

 Q₂ =    T₂   

 W     T₁ - T₂

  Q₂  =     265    

140     300 - 265

 Q₂  =  265 

140       35

Q₂    =  265 x 140 

                  35

    Q₂    = 1060 J

Jawaban: c

24. Sebuah refrigerator memiliki koefisien performansi 6,0. Mesin berada pada ruangan yang suhunya 28℃. Berapa suhu terendah yang dapat dicapai refrigerator tersebut?

a. -18℃ 

b. -15℃ 

c. -6℃ 

d. -3℃ 

Pembahasan:

Diketahui : k = 6

                 T₁ = 28℃ = 28 + 273 = 301 K

Ditanya: T₂?

Jawab:

k =    T₂   

      T₁ - T₂

6 =     T₂    

      301 - T₂

1806 - 6T₂ = T₂

1806 = 7T₂

T₂ = 1806 : 7

T₂ = 258 K 

T₂ = 258 - 273 = -15℃ 

Jawaban: b

25. Kalor yang diberikan ke reservoir suhu tinggi suatu mesin pendingin adalah 1.050 Joule dan diperlukan usaha sebesar 150 Joule untuk memindahkan kalor. Berapa koefisien performansi mesin tersebut?

a. 5

b. 6

c. 7

d. 8

Pembahasan:

Diketahui : Q₂ = 1.050 J

                 W = 150 J

Ditanya: k ?

Jawab:

k =  Q₂ 

       W

k =  1050 

       150

k = 7

Jawaban: c

Demikian Soal Termodinamika dan pembahasannya, yang merupakan materi Fisika kelas 11.

MOHON UNTUK TIDAK DICOPY DAN DIPUBLIKASIKAN DI SITUS LAIN TANPA IZIN DAN MENCANTUMKAN SUMBER TULISAN.

SEMOGA BERMANFAAT

1. Gas helium yang volumenya 1,8 m³ dan suhu 27℃ dipanaskan secara isobarik sampai suhunya 77℃. Jika tekanan gas tersebut 1,6 x 10⁵ N/m², maka gas helium melakukan usaha luar sebesar....

a. 20 KJ

b. 24 KJ

c. 36 KJ

d. 48 KJ

Pembahasan :

Diketahui : 

V₁ = 1,8 m³

T₁ = 27℃ + 273 = 300 K

T₂ = 77℃ + 273 = 350 K

P = 1,6 x 10⁵ N/m²

Ditanya : W ?

Jawab:

Isobarik = tekanan tetap

 V₁ =   V₂ 

 T₁      T₂ 

 1,8  =    V₂  

 300      350 

V₂ = 1,8 x 350 : 300 = 2,1 m³

W = P ΔV

    = 1,6 x 10⁵ (2,1 - 1,8)

    = 0,48 x 10⁵

    = 48 KJ

Jawaban: d

2. Perhatikan grafik P-V berikut:

Pernyataan yang tidak benar tentang grafik tersebut adalah...

a. Usaha a → b adalah 2,25 J

b. Usaha b → c adalah 2,5 J

c. Usaha c → a adalah - 1,5 J

d. Usaha siklus adalah 0,75 J

Pembahasan:

Wab = luas trapesium = (1,0 + 2,0) N/m² x (2,5 - 1,0) m³ : 2 = 2,25 J ✓

Wbc = 0 karena proses isokhorik (volume tetap)

Wca = P x ΔV = 1,0 x (1,0 - 2,5) = -1,5 J ✓

Wsiklus = luas segitiga = (2,5 - 1,0) x (2,0 - 1,0) : 2 = 0,75 J ✓

Jawaban: b

3. Sebanyak 0,5 mol gas yang volumenya 2,4 m³ diturunkan tekanannya secara isotermis dari 2,5 atm menjadi 2 atm. Usaha yang dilakukan gas adalah.....

a. 249,3 Joule

b. 294,3 Joule

c. 373,95 Joule

d. 379,75 Joule

Pembahasan:

Diketahui : n = 0,5 mol

                 V₁ = 2,4 m³

                 P₁ = 2,5 atm

                 P₂ = 2 atm

                 T = 27℃ = 27 + 273 = 300 K

Ditanya : W?

Jawab :

Isotermis, maka 

P₁ x V₁ = P₂ x V₂

2,5 x 2,4 = 2 x V₂

     6 = 2 x V₂

V₂ = 6 : 2 = 3 m³

W = n x R x T x ln (V₂/V₁)

= 0,5 x 8,31 x 300 x ln (3/2,4)

= 1246,5 x 0,2

= 249,3 Joule          

Jawaban: a

4. Sebuah bejana tertutup berisi 16 gram gas oksigen dengan suhu 87℃. Gas tersebut mengalami proses isokhorik. Jika konstanta umum gas R = 8,31 J/mol K, maka besarnya kapasitas kalor gas  adalah.....

a. 5,2 J/K

b. 7,29 J/K

c. 10,39 J/K

d. 12,6 J/K

Pembahasan:

Diketahui : m = 16 gram

                 T = 87℃ = 87 + 273 = 360 K

                 R = 8,31 J/mol K

Ditanya : W?

Jawab :

➢ Oksigen merupakan gas diatomik

➢ suhu 250 K - 500 K (suhu sedang)

n = massa/Mr

   = 16/ 32

   = 0,5 mol

Cv =⁵/₂ n R

     = ⁵/₂ x 0,5 x 8,31

     = 10,39 J/K

Jawaban: c

5. Sejumlah gas nitrogen dipanaskan dari suhu 300 K hingga 340 K. Jika nitrogen dipanaskan pada tekanan tetap, kalor yang diperlukan adalah 2,65 kJ, sedangkan jika dipanaskan pada volume tetap diperlukan 1,82kJ dan R = 8,31 J/mol K. Tentukan massa gas nitrogen yang dipanaskan!

a. 14 gram

b. 35 gram

c. 49 gram

d. 70 gram

Pembahasan:

Diketahui : ΔT = 340 K - 300 K = 40 K

                 Qp = 2,65 kJ

                 Qv = 1,82 kJ

                 R = 8,31 J/mol K

Ditanya : m?

Jawab :

Cp - Cv = n R

Qp - Qv = massa x R

ΔT    ΔT      Mr

2650 - 1820 = massa x 8,31

  40       40         28

66,25 - 45,5 = 8,31m

                         28    

m = 20,75 x 28 : 8,31

    = 70 gram

Jawaban: d

6. Sejumlah gas monoatomik berada dalam bejana berpiston dengan volume 10 liter dan tekanan 10⁵ Pa. Gas mengalami proses adiabatik sehingga volumenya menjadi 15 liter dan tekanan 0,4 x 10⁵ Pa. Usaha yang dilakukan sistem besarnya.....

a. 150 J

b. 300 J

c. 400 J

d. 600 J

Pembahasan:

Diketahui : V₁ = 10 liter = 0,01 m³

                 P₁  = 10⁵ Pa

                 V₂ = 15 liter = 0,015 m³ 

                 P₂ =  0,4 x 10⁵ Pa

                 γ = ⁵/₃ (monoatomik)

Ditanya : W?

Jawab :

Proses adiabatik

W =    1    (P₁.V₁ - P₂.V₂)

        γ - 1

W =     1    (10⁵.0,01 - 0,4 x 10⁵. 0,015)

       ⁵/₃ -1

W =   1   (1000 - 600)

        ²/₃

W = ³/₂ . 400

W = 600 J

Jawaban: d

7. Usaha sebesar 2.000 joule diberikan secara adiabatik untuk memampatkan 0,75 mol suatu gas monoatomik sehingga suhunya naik menjadi 277℃. Jika konstanta umum gas R = 8,31 J/mol K, maka suhu awal gas adalah....

a. 27℃

b. 63℃

c. 127℃

d. 163℃

Pembahasan:

Diketahui : W = -2.000 J (usaha diberikan ke sistem)

                 n = 0,75 mol 

                 T₂ = 277℃ = 277 + 273 = 550 K

                 R = 8,31 J/mol K

Ditanya : T₁?

Jawab :

ΔU = - W

ΔU = ³/₂ n R (T₂ - T₁)

-(-2.000) = ³/₂ x 0,75 x 8,31 x (550 - T₁)

2.000 = 9,35 x (550 - T₁)

2.000 : 9,35 = 550 - T₁ 

214 = 550 - T₁ 

T₁ = 550 - 214 = 336 K

T₁ = 336 - 273 = 63℃

Jawaban: b

8. Suatu sistem mengalami proses adiabatik. Pada sistem dilakukan usaha sebesar 100 joule. Pernyataan berikut yang benar adalah...

a. sistem menyerap kalor sebesar 100 Joule

b. sistem melepas kalor sebesar 100 Joule

c. terjadi perubahan energi dalam sebesar 100 Joule

d. tidak terjadi perubahan energi dalam

Pembahasan:

Proses adiabatik adalah suatu proses perubahan keadaan gas di mana tidak ada kalor yang masuk atau keluar sistem. 

Q = 0

W = - 100 J (dilakukan usaha pada sistem)

Q = ΔU + W

0 = ΔU - 100

ΔU = 100 J

Jawaban: c

9. Suatu gas ideal dengan γ = ⁵/₃ dimampatkan secara adiabatik. Volume gas berkurang menjadi ⅛ bagian. Perbandingan tekanan akhir terhadap tekanan awal adalah....

a. 1/32

b. 1/16

c. 4/1

d. 32/1

Pembahasan:

Diketahui : γ = ⁵/₃

                 V₂ = ⅛ V₁ 

Ditanya : P₂/P₁?

Jawab :

Jawaban: d

10. Usaha sebesar 150 Joule dilakukan pada sebuah sistem. Sistem tersebut menyerap 75 kalori. Maka perubahan energi dalam yang terjadi adalah...

a. 225 J

b. 300 J

c. 465 J

d. 600 J

Pembahasan:

W = -150 J

Q = 75 kal = 75 x 4,2 J = 315 J 

Q = ΔU + W

315 = ΔU - 150

ΔU  = 315 + 150

ΔU  = 465 J

Jawaban: c

11. Suatu gas mengalami pemuaian dari 5,0 liter menjadi 6,8 liter pada tekanan tetap 2,5 x 10⁵ Pa. Selama proses pemuaian tersebut diberikan 400 J kalor. Perubahan energi dalam gas adalah...

a. - 50 J

b. - 25 J

c. 15 J

d. 50 J

Pembahasan:

Diketahui : V₁ = 5 liter = 0,005 m³

                 V₂ = 6,8 liter = 0,0068 m³

                 P = 2,5 x 10⁵ Pa

                 Q = 400 J

Ditanya: ΔU?

Jawab :

W = P x ΔV

    = 2,5 x 10⁵ x (0,0068 - 0,005)

    = 2,5 x 10⁵ x 0,0018

    = 450 J

Q = ΔU + W

400 = ΔU + 450

ΔU  = 400 - 450 = -50 J

Jawaban: a

12. Suatu gas menempati  ruangan 2 m x 1 m x 2 m yang bersuhu 52℃ dan tekanan 1 atm. Jika 1 atm = 10⁵ Pa, maka jumlah partikel gas dalam ruangan tersebut adalah....

a. 4 x 10²⁵ partikel

b. 8,9 x 10²⁵ partikel

c. 4 x 10²⁶ partikel

d. 8,9 x 10²⁶ partikel

Pembahasan:

Diketahui : V = 2 m x 1 m x 2 m = 4 m³

                 T = 52℃ = 52 + 273 = 325 K

                 P = 1 atm = 10⁵ Pa

Ditanya: N?

Jawab:

P x V = N x k x T

10⁵ x 4 = N x 1,38 x 10⁻²³ x 325

10⁵ x 4 = N x 4,485 x 10⁻²¹

N = 8,9 x 10²⁵ partikel

Jawaban: b

13. Sebuah balon awalnya berisi 1 liter gas, lalu ditambahkan sehingga volume gas menjadi 1,5 liter. Massa di dalam balon berubah menjadi ⁴/₃ kali semula. Jika proses berlangsung pada suhu tetap, maka perbandingan tekanan akhir dengan tekanan awal adalah....

a. ²/₃

b. ⁴/₉

c. ⁸/₃

d. ⁸/₉

Pembahasan:

Diketahui : V₁ = 1 liter 

                 V₂ = 1,5 liter 

                 m₂ = ⁴/₃ m₁

Ditanya: P₂/P₁?

Jawab :

 P₂V₂  =  n₂ RT 

 P₁V₁      n₁ RT

 P₂x1,5  =  m₂/Mr 

 P₁x1         m₁/Mr

 P₂x1,5  =  ⁴/₃m₁ 

 P₁x1            m₁

P₂ =   4 x 1  

P₁     3 x 1,5

P₂ =   4  

P₁     4,5

P₂ =   8  

P₁      9

Jawaban: d

14.  Sebuah ban mobil diisi udara sehingga volumenya bertambah 20% dari volume awalnya. Jika tekanan udara berkurang 25% dari tekanan awal, maka suhu mutlak akhirnya ....... dari suhu mutlak awal

a. bertambah 5% 

b. bertambah 10%

c. berkurang 5%

d. berkurang 10%

Pembahasan:

Diketahui : V₂ = 120% V₁ = 1,2 V₁

                 P₂ = 75% P₁ = 0,75 P₁                

Ditanya: T₂/T₁?

Jawab :

P₂ x V₂ = P₁ x V₁

    T₂           T₁

0,75 P₁ x 1,2 V₁ = P₁ x V₁

           T₂                 T₁

0,9 =  1 

 T₂     T₁

T₂ = 0,9T₁ = 90%T₁

T₂ berkurang 10% dari T₁

Jawaban: d

15. Sebuah mesin Carnot menyerap kalor sebesar 2.000 kalori dari reservoir yang suhunya 427℃ dan melepaskan panas pada suhu 227℃. Usaha yang dihasilkan sebesar .... (1 kal = 4,2 joule)

a. 2100 J

b. 2400 J

c. 2800 J

d. 3200 J

Pembahasan:

Diketahui : Q₁ = 2.000 kal = 8.400 J

                 T₁ = 427℃ = 427 + 273 = 700 K

                 T₂ = 227℃ = 227 + 273 = 500 K     

Ditanya: W?

Jawab :

Jawaban: b

16. Sebuah mesin Carnot mempunyai efisiensi maksimum 40%. Jika suhu reservoir rendahnya 87℃, maka suhu reservoir tingginya adalah...

a. 127℃ 

b. 227℃

c. 327℃ 

d. 427℃  

Pembahasan:

Diketahui : η = 40% 

                 T₂ = 87℃ = 87 + 273 = 360 K     

Ditanya: T₁?

Jawab :

Jawaban: c

17. Sebuah mesin Carnot menghasilkan usaha ³/₅ kali kalor yang masuk, maka efisiensi mesin Carnot tersebut adalah....

a. 60%

b. 55%

c. 50%

d. 40%

Pembahasan:

Diketahui : W = ³/₅ Q₁                    

Ditanya: η ?

Jawab :

Q₂ = Q₁ - W

Q₂ = Q₁ - ³/₅ Q₁ 

Q₂ = ²/₅ Q₁ 

Jawaban: a

18. Sebuah mesin Carnot yang reservoir suhu tingginya 267℃ menghasilkan efisiensi 30%. Jika efisiensi mesin ingin ditingkatkan menjadi 40%, maka suhu reservoir tingginya harus diubah menjadi...

a. 227℃ 

b. 257℃

c. 327℃ 

d. 357℃  

Pembahasan:

Diketahui : T₁ = 267℃ = 267 + 273 = 540 K

                 η = 30% = 0,3

                 η' = 40% = 0,4   

Ditanya: T₁' ?

Jawab :

Jawaban: d

19. Suatu mesin Carnot mempunyai suhu reservoir 27℃ dan 327℃. Mesin tersebut digunakan untuk menggerakkan generator yang mempunyai tegangan luar 220 V. Jika mesin Carnot menyerap kalor sebesar 4.400 J setiap detik, maka kuat arus keluaran maksimum generator tersebut adalah...

a. 2 A

b. 5 A

c. 10 A

d. 12 A

Pembahasan:

Diketahui : T₂ = 27℃ = 27 + 273 = 300 K 

                 T₁ = 327℃ = 327 + 273 = 600 K

                 V = 220 V

                 Q₁ = 4.400 J, t = 1 detik

Ditanya: I?

Jawab :

W carnot = W listrik

 Q₁ (1 - T₂) = V x I x t

            T₁ 

4.400(1 - 300) = 220 x I x 1

               600

             2.200 = 220 I

                    I = 10 A

Jawaban: c

20. Mesin pendingin yang memiliki koefisien performansi 7 mengalirkan kalor dari suatu ruang pendingin lemari es ke lingkungan dengan suhu 47℃. Berapa suhu ruang pendingin lemari es?

a. -7℃

b. -3℃

c. 7℃

d. 10℃

Pembahasan:

Diketahui : k = 7

                 T₁ = 47℃ = 47 + 273 = 320 K

Ditanya: T₂?

Jawab:

k =    T₂   

      T₁ - T₂

7 =     T₂    

      320 - T₂

2240 - 7T₂ = T₂

2240 = 8T₂

T₂ = 2240 : 8

T₂ = 280 K 

T₂ = 280 - 273 = 7℃ 

Jawaban: c

21. Berapa besar usaha yang diperlukan oleh suatu mesin pendingin Carnot untuk memindahkan kalor sebesar 2 J dari gas helium pada suhu 4 K dan membuangnya ke dalam suatu ruang yang bersuhu kamar (298 K)?

a. 147 J

b. 149 J

c. 294 J

d. 298 J

Pembahasan:

Diketahui : Q₂ = 2 J

                 T₂ = 4 K

                 T₁ = 298 K

Ditanya: W ?

Jawab:

 Q₂ =    T₂   

 W     T₁ - T₂

 2  =     4    

W     298 - 4

 2  =    4   

W       294

W = 294 x 2 :4

W = 147 J

Jawaban: a

22. Sebuah lemari es di dalamnya bersuhu -6℃ dan suhu di luar lemari es 27℃. Jika mesin pendinginnya mempunyai daya 220 watt, maka kalor yang diserap setiap menit adalah....

a. 890.000 J

b. 980.000 J

c. 106.000 J

d. 106.800 J

Pembahasan:

Diketahui : T₂ = -6℃ = -6 + 273 = 267 K

                 T₁ = 27℃ = 27 + 273 = 300 K

                  P = 220 watt

                  t = 60 sekon

Ditanya: Q₂ ?

Jawab:

W = P x t

    = 220 x 60

    = 13.200 J

 Q₂ =    T₂   

 W     T₁ - T₂

    Q₂    =     267    

13.200     300 - 267

    Q₂    =  267 

13.200       33

    Q₂    =  267 x 13200 

                     33

    Q₂    = 106.800 J

Jawaban: d

23. Sebuah kulkas memiliki suhu rendah -8℃ dan suhu tinggi 27℃. Berapa besar kalor yang dipindahkan dari reservoir suhu rendah jika diperlukan usaha sebesar 140 Joule?

a. 890 J

b. 980 J

c. 1060 J

d. 1068 J

Pembahasan:

Diketahui : W = 140 J

                 T₂ = -8℃ = -8 + 273 = 265 K

                 T₁ = 27℃ = 27 + 273 = 300 K

Ditanya: Q₂ ?

Jawab:

 Q₂ =    T₂   

 W     T₁ - T₂

  Q₂  =     265    

140     300 - 265

 Q₂  =  265 

140       35

Q₂    =  265 x 140 

                  35

    Q₂    = 1060 J

Jawaban: c

24. Sebuah refrigerator memiliki koefisien performansi 6,0. Mesin berada pada ruangan yang suhunya 28℃. Berapa suhu terendah yang dapat dicapai refrigerator tersebut?

a. -18℃ 

b. -15℃ 

c. -6℃ 

d. -3℃ 

Pembahasan:

Diketahui : k = 6

                 T₁ = 28℃ = 28 + 273 = 301 K

Ditanya: T₂?

Jawab:

k =    T₂   

      T₁ - T₂

6 =     T₂    

      301 - T₂

1806 - 6T₂ = T₂

1806 = 7T₂

T₂ = 1806 : 7

T₂ = 258 K 

T₂ = 258 - 273 = -15℃ 

Jawaban: b

25. Kalor yang diberikan ke reservoir suhu tinggi suatu mesin pendingin adalah 1.050 Joule dan diperlukan usaha sebesar 150 Joule untuk memindahkan kalor. Berapa koefisien performansi mesin tersebut?

a. 5

b. 6

c. 7

d. 8

Pembahasan:

Diketahui : Q₂ = 1.050 J

                 W = 150 J

Ditanya: k ?

Jawab:

k =  Q₂ 

       W

k =  1050 

       150

k = 7

Jawaban: c

Demikian Soal Termodinamika dan pembahasannya, yang merupakan materi Fisika kelas 11.

MOHON UNTUK TIDAK DICOPY DAN DIPUBLIKASIKAN DI SITUS LAIN TANPA IZIN DAN MENCANTUMKAN SUMBER TULISAN.

SEMOGA BERMANFAAT