Contoh soal mesin Carnot – mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika)

16 Contoh soal mesin Carnot – mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika)

1. Perhatikan grafik P – V mesin Carnot di samping! Jika kalor yang diserap (Q1) = 10.000 joule maka besar usaha yang dilakukan mesin Carnot adalah…

A. 1.500 J Contoh soal mesin Carnot – mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika) 1

B. 4.000 J

C. 5.000 J

D. 6.000 J

E. 8.000 J

Pembahasan

Diketahui :

Suhu rendah (T2) = 400 K

Suhu tinggi (T1) = 800 K

Kalor yang diserap (Q1) = 10.000 Joule

Ditanya : Usaha yang dihasilkan mesin Carnot (W)

Jawab :

Efisiensi mesin kalor ideal (mesin Carnot) :

Contoh soal mesin Carnot – mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika) 2

Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot :

W = e Q1

W = (1/2)(10.000) = 5000 Joule

Jawaban yang benar adalah C.

2. Perhatikan gambar di samping! Besar usaha yang dilakukan mesin dalam satu siklus adalah…

A. 300 JContoh soal mesin Carnot – mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika) 3

B. 400 J

C. 500 J

D. 600 J

E. 700 J

Pembahasan

Diketahui :

Suhu rendah (TL) = 400 K

Suhu tinggi (TH) = 600 K

Kalor yang diserap (Q1) = 600 Joule

Ditanya : Usaha yang dihasilkan mesin Carnot (W)

Jawab :

Efisiensi mesin kalor ideal (mesin Carnot) :

Contoh soal mesin Carnot – mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika) 4

Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot :

W = e Q1

W = (1/3)(600) = 200 Joule

Jawaban yang benar adalah E.

3. Perhatikan grafik siklus Carnot ABCDA di bawah ini! Berdasarkan data pada grafik, efisiensi mesin Carnot adalah…

A. 10 % Contoh soal mesin Carnot – mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika) 6

B. 20 %

C. 25 %

D. 30 %

E. 35 %

Pembahasan

Diketahui :

Suhu rendah (TL) = 350 K

Suhu tinggi (TH) = 500 K

Ditanya : Efisiensi mesin Carnot (e)

Jawab :

Efisiensi mesin Carnot :

e = (TH – TL) / TH

e = (500 – 350) / 500

e = 150 / 500

e = 0,3

e = 30/100 = 30 %

Jawaban yang benar adalah D.

4. Pada grafik P-V mesin Carnot berikut diketahui reservoir suhu tinggi 600 K dan suhu rendah 400 K. Jika usaha yang dilakukan oleh mesin adalah W, maka kalor yang dikeluarkan pada suhu rendah adalah…

A. WContoh soal mesin Carnot – mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika) 7

B. 2 W

C. 3 W

D. 4 W

E. 6 W

Pembahasan

Diketahui :

Suhu rendah (TL) = 400 K

Suhu tinggi (TH) = 600 K

Ditanya : Kalor yang dikeluarkan pada suhu rendah (Q2)

Jawab :

Efisiensi mesin Carnot :

e = (TH – TL) / TH

e = (600 – 400) / 600

e = 200 / 600

e = 1/3

Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot :

W = e Q1

Keterangan : W = usaha yang dilakukan mesin, e = efisiensi mesin, Q1 = kalor yang diserap mesin.

W = (1/3)(Q1)

3W = Q1

Kalor yang dikeluarkan pada suhu rendah :

Q2 = Q1 – W

Q2 = 3W – W

Q2 = 2W

Jawaban yang benar adalah B.

5. Grafik P-V dari sebuah siklus Carnot terlihat seperti gambar berikut. Jika kalor yang dilepas ke lingkungan 3.000 Joule, maka kalor yang diserap sistem adalah…

A. 3.000 JContoh soal mesin Carnot – mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika) 8

B. 4.000 J

C. 4.800 J

D. 6.000 J

E. 8.000 J

Pembahasan

Diketahui :

Suhu rendah (TL) = 500 K

Suhu tinggi (TH) = 800 K

Kalor yang dilepaskan (Q2) = 3000 Joule

Ditanya : Kalor yang diserap sistem (Q1)

Jawab :

Efisiensi mesin Carnot :

e = (TH – TL) / TH

e = (800 – 500) /8600

e = 300 / 800

e = 3/8

Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot :

W = e Q1

W = (3/8)(Q1)

8W/3 = Q1

Q2 = Q1 – W

Q2 = 8W/3 – 3W/3

Q2 = 5W/3

3Q2 = 5W

W = 3Q2/5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800

Kalor yang diserap sistem :

Q1 = W + Q2 = 1800 + 3000 = 4800 Joule

Jawaban yang benar adalah C.

6Sebuah mesin Carnot menerima kalor dari reservoir suhu tinggi 800 K dan mempunyai efisiensi 50%. Agar efisiensi menjadi 80% dengan mempertahankan suhu reservoir rendah tetap, maka suhu tinggi harus diubah menjadi….

A. 1.600 K

B. 2.000 K

C. 2.400 K

D. 4.000 K

E. 6.400 K

Pembahasan

Diketahui :

Jika suhu tinggi (TH) = 800 K , efisiensi (e) = 50% = 0,5

Ditanya : Berapa suhu tinggi (TH) agar efisiensi (e) = 80% = 0,8

Jawab :

Suhu rendah = 400 Kelvin

Contoh soal mesin Carnot – mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika) 9

Berapa suhu tinggi (TH) agar efisiensi (e) = 80 % ?

Contoh soal mesin Carnot – mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika) 10

Suhu tinggi = 2.000 Kelvin

Jawaban yang benar adalah B.

7Sebuah mesin Carnot bekerja pada reservoir suhu tinggi 600 K mempunyai efisiensi 40%. Supaya efisiensi mesin menjadi 75% dengan suhu reservoir rendah tetap, maka reservoir suhu tinggi harus dinaikkan menjadi….

A. 480 K

B. 840 K

C. 900 K

D. 1028 K

E. 1440 K

Pembahasan

Diketahui :

Jika suhu tinggi (TH) = 600 K , efisiensi (e) = 40% = 0,4

Ditanya : Berapa suhu tinggi (TH) agar efisiensi (e) = 75% = 0,75

Jawab :

Contoh soal mesin Carnot – mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika) 12

Suhu rendah = 360 Kelvin

Berapa suhu tinggi (TH) agar efisiensi (e) = 75 % ?

Contoh soal mesin Carnot – mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika) 13

Suhu tinggi = 1440 Kelvin

Jawaban yang benar adalah E.

8. Sebuah mesin Carnot menerima kalor dari reservoir suhu tinggi 800 K dan mempunyai efisiensi 50%. Agar efisiensi menjadi 80% dengan mempertahankan suhu reservoir rendah tetap, maka suhu tinggi harus diubah menjadi….

A. 1.600 K
B. 2.000 K
C. 2.400 K
D. 4.000 K
E. 6.400 K

Pembahasan
Diketahui :
Jika suhu tinggi (TH) = 800 K , efisiensi (e) = 50% = 0,5
Ditanya : Berapa suhu tinggi (TH) agar efisiensi (e) = 80% = 0,8
Jawab :
Contoh soal mesin Carnot – mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika) 14Suhu rendah = 400 Kelvin

Berapa suhu tinggi (TH) agar efisiensi (e) = 80 % ?
Contoh soal mesin Carnot – mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika) 15Suhu tinggi = 2.000 Kelvin
Jawaban yang benar adalah B.

9. Sebuah mesin Carnot bekerja pada reservoir suhu tinggi 600 K mempunyai efisiensi 40%. Supaya efisiensi mesin menjadi 75% dengan suhu reservoir rendah tetap, maka reservoir suhu tinggi harus dinaikkan menjadi….

A. 480 K
B. 840 K
C. 900 K
D. 1028 K
E. 1440 K

Pembahasan
Diketahui :
Jika suhu tinggi (TH) = 600 K , efisiensi (e) = 40% = 0,4
Ditanya : Berapa suhu tinggi (TH) agar efisiensi (e) = 75% = 0,75
Jawab :
Contoh soal mesin Carnot – mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika) 16Suhu rendah = 360 Kelvin

Berapa suhu tinggi (TH) agar efisiensi (e) = 75 % ?
Contoh soal mesin Carnot – mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika) 17Suhu tinggi = 1440 Kelvin
Jawaban yang benar adalah E.

10. Efisiensi suatu mesin Carnot yang menyerap kalor pada suhu 1200 Kelvin dan membuang kalor pada suhu 300 Kelvin adalah…

Pembahasan
Diketahui :
Suhu tinggi (TH) = 1200 K
Suhu rendah (TL) = 300 K
Ditanya : Efisiensi mesin Carnot (e)
Jawab :
Contoh soal mesin Carnot – mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika) 1811. Sebuah mesin Carnot bekerja dalam suatu siklus antara 727oC dan 127oC. Mesin tersebut menyerap kalor 6000 Joule pada reservoir suhu tinggi. Efisiensi mesin dan usaha yang dilakukan oleh mesin dalam satu siklus adalah…

Pembahasan
Diketahui :
Suhu tinggi (TH) = 727oC + 273 = 1000 K
Suhu rendah (TL) = 127oC + 273 = 400 K
Kalor yang diserap (QH) = 6000 Joule
Ditanya : Efisiensi (e) dan usaha (W) yang dilakukan oleh mesin dalam satu siklus
Jawab :
Efisiensi mesin Carnot :
Contoh soal mesin Carnot – mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika) 19Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot :
W = e QH
W = (0,6)(6000)
W = 3600 Joule

12. Suatu mesin Carnot bekerja di antara reservoir suhu tinggi 527oC dan reservoir suhu rendah 127oC. Mesin Carnot tersebut menyerap kalor 10.000 Joule dari reservoir panas. Banyaknya kalor yang dibuang oleh mesin pada setiap siklus adalah…
Pembahasan
Diketahui :
Suhu tinggi (TH) = 527oC + 273 = 800 K
Suhu rendah (TL) = 127oC + 273 = 400 K
Kalor yang diserap (QH) = 10.000 Joule
Ditanya : Kalor yang dibuang oleh mesin per siklus
Jawab :
Efisiensi mesin kalor ideal (mesin Carnot) :
Contoh soal mesin Carnot – mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika) 20Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot :
W = e Q1
W = (0,5)(10.000)
W = 5000 Joule
Kalor yang dibuang oleh mesin setiap satu siklus (QL) = kalor yang diserap (QH) – usaha yang dilakukan (W)
QL = QH – W
QL = 10.000 – 5000
QL = 5000 Joule
Kalor yang dibuang oleh mesin per siklus = 5000 Joule

13.  Tentukan efisiensi dan usaha yang dilakukan mesin Carnot dalam satu siklus berdasarkan grafik di bawah…
Pembahasan

Contoh soal mesin Carnot – mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika) 25Diketahui :
Suhu tinggi (TH) = 800 K
Suhu rendah (TL) = 300 K
Kalor yang diserap (QH) = 1000 Joule
Ditanya : Efisiensi (e) dan usaha (W) yang dilakukan mesin Carnot
Jawab :
Efisiensi mesin Carnot :
Contoh soal mesin Carnot – mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika) 26Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot :
W = e QH
W = (0,625)(1000)
W = 625 Joule

14. Perhatikan grafik siklus Carnot ABCDA di bawah ini!
Berdasarkan data pada grafik, efisiensi mesin Carnot adalah…
Contoh soal mesin Carnot – mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika) 29

A. 10 %
B. 20 %
C. 25 %
D. 30 %
E. 35 %

Pembahasan
Diketahui :
Suhu rendah (TL) = 350 K
Suhu tinggi (TH) = 500 K
Ditanya : Efisiensi mesin Carnot (e)
Jawab :

Efisiensi mesin Carnot :
e = (TH – TL) / TH
e = (500 – 350) / 500
e = 150 / 500
e = 0,3
e = 30/100 = 30 %
Jawaban yang benar adalah D.

15. Pada grafik P-V mesin Carnot berikut diketahui reservoir suhu tinggi 600 K dan suhu rendah 400 K. Jika usaha yang dilakukan oleh mesin adalah W, maka kalor yang dikeluarkan pada suhu rendah adalah…
Contoh soal mesin Carnot – mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika) 30

A. W
B. 2 W
C. 3 W
D. 4 W
E. 6 W

Pembahasan
Diketahui :
Suhu rendah (TL) = 400 K
Suhu tinggi (TH) = 600 K
Ditanya : Kalor yang dikeluarkan pada suhu rendah (Q2)
Jawab :
Efisiensi mesin Carnot :
e = (TH – TL) / TH
e = (600 – 400) / 600
e = 200 / 600
e = 1/3
Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot :
W = e Q1
Keterangan : W = usaha yang dilakukan mesin, e = efisiensi mesin, Q1 = kalor yang diserap mesin.
W = (1/3)(Q1)
3W = Q1
Kalor yang dikeluarkan pada suhu rendah :
Q2 = Q1 – W
Q2 = 3W– W
Q2 = 2W
Jawaban yang benar adalah B.

16. Grafik P-V dari sebuah siklus Carnot terlihat seperti gambar berikut. Jika kalor yang dilepas ke lingkungan 3.000 Joule, maka kalor yang diserap sistem adalah…
Contoh soal mesin Carnot – mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika) 32A. 3.000 J
B. 4.000 J
C. 4.800 J
D. 6.000 J
E. 8.000 J
Pembahasan
Diketahui :
Suhu rendah (TL) = 500 K
Suhu tinggi (TH) = 800 K
Kalor yang dilepaskan (Q2) = 3000 Joule
Ditanya : Kalor yang diserap sistem (Q1)
Jawab :
Efisiensi mesin Carnot :
e = (TH – TL) / TH
e = (800 – 500) /8600
e = 300 / 800
e = 3/8
Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot :
W = e Q1
W = (3/8)(Q1)
8W/3 = Q1
 
Q2 = Q1 – W
Q2 = 8W/3 – 3W/3
Q2 = 5W/3
3Q2 = 5W
W = 3Q2/5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800
Kalor yang diserap sistem :
Q1 = W + Q2 = 1800 + 3000 = 4800 Joule
Jawaban yang benar adalah C.

Sumber Soal:

Soal UN Fisika SMA/MA

Tinggalkan Komentar

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan.

This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.

Beli tulisan Anda, 1 Judul Rp. 50.000. Pelajaran Kimia, Matematika, Biologi SMP/SMA.
Baca Info Selengkapnya

X