CONTOH SOAL BESERTA PENJELASAN TERMODINAMIKA
contoh soal beserta penjelasan tentang termodinamika
I.
1. 1,5 m3 gas helium yang bersuhu 27oC dipanaskan secara isobarik sampai 87oC. Jika tekanan gas helium 2 x 105 N/m2 , gas helium melakukan usaha luar sebesar....
A. 60 kJ
B. 120 kJ
C. 280 kJ
D. 480 kJ
E. 660 kJ
Pembahasan
Data :
V1 = 1,5 m3
T1 = 27oC = 300 K
T2 = 87oC = 360 K
P = 2 x 105 N/m2
W = PΔV
Mencari V2 :
V2/T2 = V1/T1
V2 = ( V1/T1 ) x T2 = ( 1,5/300 ) x 360 = 1,8 m3
W = PΔV = 2 x 105(1,8 − 1,5) = 0,6 x 105 = 60 x 103 = 60 kJ
2. Mesin Carnot bekerja pada suhu tinggi 600 K, untuk menghasilkan kerja mekanik. Jika mesin menyerap kalor 600 J dengan suhu rendah 400 K, maka usaha yang dihasilkan adalah....
A. 120 J
B. 124 J
C. 135 J
D. 148 J
E. 200 J
Pembahasan
η = ( 1 − Tr / Tt ) x 100 %
Hilangkan saja 100% untuk memudahkan perhitungan :
η = ( 1 − 400/600) = 1/3
η = ( W / Q1 )
1/3 = W/600
W = 200 J
3. Diagram P−V dari gas helium yang mengalami proses termodinamika ditunjukkan seperti gambar berikut!
Usaha yang dilakukan gas helium pada proses ABC sebesar....
A. 660 kJ
B. 400 kJ
C. 280 kJ
D. 120 kJ
E. 60 kJ
Pembahasan
WAC = WAB + WBC
WAC = 0 + (2 x 105)(3,5 − 1,5) = 4 x 105 = 400 kJ
4. Suatu mesin Carnot, jika reservoir panasnya bersuhu 400 K akan mempunyai efisiensi 40%. Jika reservoir panasnya bersuhu 640 K, efisiensinya.....%
A. 50,0
B. 52,5
C. 57,0
D. 62,5
E. 64,0
Pembahasan
Data pertama:
η = 40% = 4 / 10
Tt = 400 K
Cari terlebih dahulu suhu rendahnya (Tr) hilangkan 100 % untuk mempermudah perhitungan:
η = 1 − (Tr/Tt)
4 / 10 = 1 − (Tr/400)
(Tr/400) = 6 / 10
Tr = 240 K
Data kedua :
Tt = 640 K
Tr = 240 K (dari hasil perhitungan pertama)
η = ( 1 − Tr/Tt) x 100%
η = ( 1 − 240/640) x 100%
η = ( 5 / 8 ) x 100% = 62,5%
5.
Suatu gas ideal mengalami proses siklus seperti pada gambar P − V di atas. Kerja yang dihasilkan pada proses siklus ini adalah....kilojoule.
A. 200
B. 400
C. 600
D. 800
E. 1000
Pembahasan
W = Usaha (kerja) = Luas kurva siklus = Luas bidang abcda
W = ab x bc
W = 2 x (2 x 105) = 400 kilojoule
6. Sejumlah gas ideal mengalami proses seperti gambar berikut.
Proses yang menggambarkan adiabatis dan isokhorik berturut-turut ditunjukkan pada nomor...(UN Fisika 2013)
A. 1 – 2 dan 3 – 4
B. 1 – 2 dan 4 – 5
C. 2 – 3 dan 1 – 2
D. 2 – 3 dan 1 – 2
E. 2 – 3 dan 3 – 4
Pembahasan
Adiabatis : proses dimana tidak ada kalor masuk atau keluar. Ciri garisnya melengkung curam. Seperti garis 2 - 3.
Isokhorik : proses pada volume tetap. Garisnya yang tegak lurus sumbu V. Bisa 5 - 1, juga 3 - 4.
Pilihan yang ada sesuai adiabatis dan isokhoris adalah 2 - 3 dan 3 - 4.
7. Pada percobaan Joule, beban bermassa 5 kg mengalami perpindahan kedudukan sebesar 2 m. Jika massa air sebesar 0,2 kg, perubahan suhu air akibat kalor hasil gesekan sudu-sudu dan air adalah...
a. 1°C
b. 10°C
c. 100°C
d. 0,1°C
e. 0,12°C
Diketahui:
Massa beban (M) = 5 kg
Perubahan kedudukan benda, s atau Δh = 2 m
Massa air, (m) = 0,2 kg
Kalor jenis air, (c) = 4.200 J/kg.K
Percepatan gravitasi, g = 10 m/s²
Ditanya:
Perubahan suhu air (ΔT)?
Jawab:
Perubahan energi potensial gravitasi tepat sama dengan energi kalor pada air.
ΔEP = Q
M.g.Δh = m.c.ΔT
Ingat, M adalah massa beban yang digantung, sedangkan m adalah massa air dengan kincir di dalamnya.
(5).(10).(2) = (0,2)(4.200)(ΔT)
100 = 840.(ΔT)
ΔT = 100/840
ΔT = 0,12°C
8.Suatu gas dalam tabung mengalami pemampatan secara adiabatik maka pada proses ini akan terjadi...
a. W = 0 dan ΔT > 0
b. W < 0 dan ΔT > 0
c. W > 0 dan ΔT = 0
d. W < 0 dan ΔT < 0
e. W > 0 dan ΔT > 0
Jawab:
Proses adiabatik adalah sebuah proses dimana pemuaian ditandai dengan tidak adanya kalor yang masuk atau keluar sistem "Q=0" sehingga berlaku ΔU = -W yang berarti W < 0.
Jika gas memuai secara adiabatik, maka gas melakukan kerja dan mengakibatkan penurunan energi dalam sistem. Energi dalam sistem berkurang sebesar ΔU sehingga suhu gas juga turun, yang berarti ΔT < 0. (Jawaban: D)
II.
9.
Mesin Carnot menerima kalor dari reservoir bersuhu tinggi 900 K dan melepaskannya pada reservoir bersuhu rendah 495 K. Efisiensi mesin Carnot tersebut adalah...
Diketahui:
T1 = 900 K
T2 = 495 K
Ditanya: η (efisiensi mesin Carnot)?
Jawab:
η = (1 - (T2/T1) x 100%
η = (1 - (495/900) x 100%
η = ((900/900) - (495/900)) x 100%
η = 405/900 x 100% (100% = 100/100 = 1, jadi bisa diabaikan)
η = 405/900
η = 0,45
η = 45/100 atau sama saja dengan 45%
10. Suhu di dalam ruang mesin pendingin -3°C dan suhu udara luar 27°C. Setiap detik, kalor yang dilepaskan mesin pendingin adalah 450 J. Besarnya daya listrik rata-rata yang dibutuhkan oleh mesin pendingin tersebut adalah...
Diketahui:
T1 = -3°C = -3 + 273 = 270 K
T2 = 27°C = 27 + 273 = 300 K
Q1 = 450 J/detik
Ditanya: Daya listrik rata-rata?
Jawab:
Kita cari dulu usahanya.
W/Q1 = (T2/T1) - 1
W/Q1 = (300/270) - (270/270)
W/Q1 = 30/270
W/Q1 = 1/9
W = (1/9) x Q1
W = (1/9) x 450
W = 50 J
Lalu cari dayanya.
P = W/t
P = 50 J/1s
P = 50 Watt
I.
1. 1,5 m3 gas helium yang bersuhu 27oC dipanaskan secara isobarik sampai 87oC. Jika tekanan gas helium 2 x 105 N/m2 , gas helium melakukan usaha luar sebesar....
A. 60 kJ
B. 120 kJ
C. 280 kJ
D. 480 kJ
E. 660 kJ
Pembahasan
Data :
V1 = 1,5 m3
T1 = 27oC = 300 K
T2 = 87oC = 360 K
P = 2 x 105 N/m2
W = PΔV
Mencari V2 :
V2/T2 = V1/T1
V2 = ( V1/T1 ) x T2 = ( 1,5/300 ) x 360 = 1,8 m3
W = PΔV = 2 x 105(1,8 − 1,5) = 0,6 x 105 = 60 x 103 = 60 kJ
2. Mesin Carnot bekerja pada suhu tinggi 600 K, untuk menghasilkan kerja mekanik. Jika mesin menyerap kalor 600 J dengan suhu rendah 400 K, maka usaha yang dihasilkan adalah....
A. 120 J
B. 124 J
C. 135 J
D. 148 J
E. 200 J
Pembahasan
η = ( 1 − Tr / Tt ) x 100 %
Hilangkan saja 100% untuk memudahkan perhitungan :
η = ( 1 − 400/600) = 1/3
η = ( W / Q1 )
1/3 = W/600
W = 200 J
3. Diagram P−V dari gas helium yang mengalami proses termodinamika ditunjukkan seperti gambar berikut!
Usaha yang dilakukan gas helium pada proses ABC sebesar....
A. 660 kJ
B. 400 kJ
C. 280 kJ
D. 120 kJ
E. 60 kJ
Pembahasan
WAC = WAB + WBC
WAC = 0 + (2 x 105)(3,5 − 1,5) = 4 x 105 = 400 kJ
4. Suatu mesin Carnot, jika reservoir panasnya bersuhu 400 K akan mempunyai efisiensi 40%. Jika reservoir panasnya bersuhu 640 K, efisiensinya.....%
A. 50,0
B. 52,5
C. 57,0
D. 62,5
E. 64,0
Pembahasan
Data pertama:
η = 40% = 4 / 10
Tt = 400 K
Cari terlebih dahulu suhu rendahnya (Tr) hilangkan 100 % untuk mempermudah perhitungan:
η = 1 − (Tr/Tt)
4 / 10 = 1 − (Tr/400)
(Tr/400) = 6 / 10
Tr = 240 K
Data kedua :
Tt = 640 K
Tr = 240 K (dari hasil perhitungan pertama)
η = ( 1 − Tr/Tt) x 100%
η = ( 1 − 240/640) x 100%
η = ( 5 / 8 ) x 100% = 62,5%
5.
Suatu gas ideal mengalami proses siklus seperti pada gambar P − V di atas. Kerja yang dihasilkan pada proses siklus ini adalah....kilojoule.
A. 200
B. 400
C. 600
D. 800
E. 1000
Pembahasan
W = Usaha (kerja) = Luas kurva siklus = Luas bidang abcda
W = ab x bc
W = 2 x (2 x 105) = 400 kilojoule
6. Sejumlah gas ideal mengalami proses seperti gambar berikut.
Proses yang menggambarkan adiabatis dan isokhorik berturut-turut ditunjukkan pada nomor...(UN Fisika 2013)
A. 1 – 2 dan 3 – 4
B. 1 – 2 dan 4 – 5
C. 2 – 3 dan 1 – 2
D. 2 – 3 dan 1 – 2
E. 2 – 3 dan 3 – 4
Pembahasan
Adiabatis : proses dimana tidak ada kalor masuk atau keluar. Ciri garisnya melengkung curam. Seperti garis 2 - 3.
Isokhorik : proses pada volume tetap. Garisnya yang tegak lurus sumbu V. Bisa 5 - 1, juga 3 - 4.
Pilihan yang ada sesuai adiabatis dan isokhoris adalah 2 - 3 dan 3 - 4.
7. Pada percobaan Joule, beban bermassa 5 kg mengalami perpindahan kedudukan sebesar 2 m. Jika massa air sebesar 0,2 kg, perubahan suhu air akibat kalor hasil gesekan sudu-sudu dan air adalah...
a. 1°C
b. 10°C
c. 100°C
d. 0,1°C
e. 0,12°C
Diketahui:
Massa beban (M) = 5 kg
Perubahan kedudukan benda, s atau Δh = 2 m
Massa air, (m) = 0,2 kg
Kalor jenis air, (c) = 4.200 J/kg.K
Percepatan gravitasi, g = 10 m/s²
Ditanya:
Perubahan suhu air (ΔT)?
Jawab:
Perubahan energi potensial gravitasi tepat sama dengan energi kalor pada air.
ΔEP = Q
M.g.Δh = m.c.ΔT
Ingat, M adalah massa beban yang digantung, sedangkan m adalah massa air dengan kincir di dalamnya.
(5).(10).(2) = (0,2)(4.200)(ΔT)
100 = 840.(ΔT)
ΔT = 100/840
ΔT = 0,12°C
8.Suatu gas dalam tabung mengalami pemampatan secara adiabatik maka pada proses ini akan terjadi...
a. W = 0 dan ΔT > 0
b. W < 0 dan ΔT > 0
c. W > 0 dan ΔT = 0
d. W < 0 dan ΔT < 0
e. W > 0 dan ΔT > 0
Jawab:
Proses adiabatik adalah sebuah proses dimana pemuaian ditandai dengan tidak adanya kalor yang masuk atau keluar sistem "Q=0" sehingga berlaku ΔU = -W yang berarti W < 0.
Jika gas memuai secara adiabatik, maka gas melakukan kerja dan mengakibatkan penurunan energi dalam sistem. Energi dalam sistem berkurang sebesar ΔU sehingga suhu gas juga turun, yang berarti ΔT < 0. (Jawaban: D)
II.
9.
Mesin Carnot menerima kalor dari reservoir bersuhu tinggi 900 K dan melepaskannya pada reservoir bersuhu rendah 495 K. Efisiensi mesin Carnot tersebut adalah...
Diketahui:
T1 = 900 K
T2 = 495 K
Ditanya: η (efisiensi mesin Carnot)?
Jawab:
η = (1 - (T2/T1) x 100%
η = (1 - (495/900) x 100%
η = ((900/900) - (495/900)) x 100%
η = 405/900 x 100% (100% = 100/100 = 1, jadi bisa diabaikan)
η = 405/900
η = 0,45
η = 45/100 atau sama saja dengan 45%
10. Suhu di dalam ruang mesin pendingin -3°C dan suhu udara luar 27°C. Setiap detik, kalor yang dilepaskan mesin pendingin adalah 450 J. Besarnya daya listrik rata-rata yang dibutuhkan oleh mesin pendingin tersebut adalah...
Diketahui:
T1 = -3°C = -3 + 273 = 270 K
T2 = 27°C = 27 + 273 = 300 K
Q1 = 450 J/detik
Ditanya: Daya listrik rata-rata?
Jawab:
Kita cari dulu usahanya.
W/Q1 = (T2/T1) - 1
W/Q1 = (300/270) - (270/270)
W/Q1 = 30/270
W/Q1 = 1/9
W = (1/9) x Q1
W = (1/9) x 450
W = 50 J
Lalu cari dayanya.
P = W/t
P = 50 J/1s
P = 50 Watt
Komentar
Posting Komentar