11 Contoh soal penerapan hukum I termodinamika pada berbagai proses termodinamika (isobarik isotermal isokhorik)
1. Grafik di bawah menunjukan siklus termodinamika yang dialami oleh suatu gas. Usaha yang dilakukan oleh gas pada proses ABCD adalah…
Pembahasan
Diketahui :
Tekanan 1 (P1) = 2 x 105 Pa
Tekanan 2 (P2) = 4 x 105 Pa
Volume 1 (V1) = 1 m3
Volume 2 (V2) = 3 m3
Ditanya : Usaha yang dilakukan gas pada proses siklus ABCD
Jawab :
Usaha yang dilakukan oleh gas = luas segiempat ABCD.
W = (P2 – P1)(V2 – V1)
W = (4 x 105 – 2 x 105)(3 – 1)
W = (2 x 105)(2)
W = 4 x 105 Joule
Usaha yang dilakukan gas pada proses siklus ABCD adalah 4 x 105 Joule.
2. Usaha yang dilakukan gas pada proses siklus ABC adalah…
Pembahasan
Diketahui :
Tekanan 1 (P1) = 3 x 105 Pa
Tekanan 2 (P2) = 6 x 105 Pa
Volume 1 (V1) = 20 cm3 = 20 x 10-6 m3
Volume 2 (V2) = 60 cm3 = 60 x 10-6 m3
Ditanya : Usaha yang dilakukan gas pada proses siklus ABC
Jawab :
Usaha yang dilakukan oleh gas = luas segitiga ABCD.
W = ½ (P2 – P1)(V2 – V1)
W = ½ (6 x 105 – 3 x 105)(60 x 10-6 – 20 x 10-6)
W = ½ (3 x 105)(40 x 10-6)
W = ½ (120 x 10-1 Joule)
W = ½ (12 Joule)
W = 6 Joule
Usaha yang dilakukan gas pada proses siklus ABC adalah 6 Joule.
3. Grafik tekanan (P) terhadap volume (V) suatu gas dalam ruang tertutup. Bagian grafik yang menyatakan gas melakukan usaha pada lingkungan adalah…
Pembahasan
Proses AB dan proses DC merupakan proses isobarik. Proses AD dan proses BC merupakan proses isokhorik.
Gas melakukan usaha pada lingkungan jika gas memuai sehingga volume ruang yang ditempati gas bertambah (proses DC). Lingkungan melakukan usaha pada gas jika gas menyusut sehingga volume ruang yang ditempati gas berkurang (proses BC).
4. Semua gas ideal mengalami proses isokhorik sehingga…
A. semua molekul kecepatannya sama
B. pada suhu tinggi kecepatan rata-rata molekul lebih besar
C. tekanan gas menjadi tetap
D. gas akan melakukan usaha
E. tidak memiliki energi dalam
Pembahasan
Isokhorik = volume tetap.
Jawaban yang benar adalah B.
5. Sejumlah gas ideal dimampatkan melalui proses termodinamika dari keadaan 1 ke keadaan 2 seperti diperlihatkan pada grafik P-V berikut. Usaha yang dilakukan oleh gas tersebut adalah…
A. -180 J
B. -90 J
C. -30 J
D. 30 J
E. 90 J
Pembahasan
1 liter = 0,001 m3
Diketahui :
Tekanan 1 (P1) = 10 kPa = 10.000 Pa = 10.000 N/m2
Tekanan 2 (P2) = 20 kPa = 20.000 Pa = 20.000 N/m2
Volume 1 (V1) = 4 liter = 4 (0,001 m3) = 0,004 m3
Volume 2 (V2) = 10 liter = 10 (0,001 m3) = 0,010 m3
Ditanya : Usaha (W) yang dilakukan oleh gas
Jawab :
W = P (V2 – V1) + 1/2 (P2 – P1)(V2 – V1)
W = 10.000 (0,010-0,004) + 1/2 (20.000-10.000)(0,010-0,004)
W = 10.000 (0,006) + 1/2 (10.000)(0,006)
W = 10 (6) + 1/2 (10)(6)
W = 60 + 1/2 (60)
W = 60 + 30
W = 90 Joule
Jawaban yang benar adalah E.
6. Perhatikan diagram P-V di samping!
Usaha yang dihasilkan pada proses termodinamika tersebut dalam satu siklus adalah…
A. 100 kJ
B. 200 kJ
C. 300 kJ
D. 400 kJ
E. 600 kJ
Pembahasan
Diketahui :
Tekanan 1 (P1) = 1 x 105 Pa = 1 x 105 N/m2
Tekanan 2 (P2) = 3 x 105 Pa = 3 x 105 N/m2
Volume 1 (V1) = 2 m3
Volume 2 (V2) = 4 m3
Ditanya : Usaha (W) yang dihasilkan.
Jawab :
Usaha yang dihasilkan = luas segiempat abcd.
W = (P2 – P1)(V2 – V1)
W = (3 x 105 – 1 x 105)(4 – 2)
W = (2 x 105)(2)
W = 4 x 105 Joule
W = 400.000 Joule
W = 400 kilo Joule
Jawaban yang benar adalah D.
7. Suatu gas ideal mengalami proses seperti yang ditunjukkan oleh diagram P-V di samping. Usaha yang dilakukan dalam proses tersebut adalah…
A. 35 J
B. 24 J
C. 15 J
D. 12 J
E. 6 J
Pembahasan
Diketahui :
Tekanan 1 (P1) = 1 N/m2
Tekanan 2 (P2) = 7 N/m2
Volume 1 (V1) = 1 m3
Volume 2 (V2) = 5 m3
Ditanya : Usaha (W) yang dilakukan.
Jawab :
Usaha yang dilakukan = luas segitiga ABC.
W = ½ (P2 – P1)(V2 – V1)
W = ½ (7-1)(5-1)
W = ½ (6)(4)
W = ½ (24)
W = 12 Joule
Jawaban yang benar adalah D.
8. 0,02 mol gas monoatomik bersuhu 350 K berada di dalam sebuah wadah tertutup. Berapa kalor yang diperlukan agar suhu gas meningkat menjadi 400 K ? Konstanta gas universal, R = 8,31 J mol–1 K–1.
A. 10 Joule
B. 12,5 Joule
C. 14 Joule
D. 15,5 Joule
E. 17 Joule
Pembahasan :
Diketahui :
n = 0,02 mol
T1 = 350 K
T2 = 400 K
R = 8,31 J/mol K
Ditanya :
Kalor (Q) ?
Jawab :
Pada proses isokorik (volume tetap), Q = delta U
Keterangan : Q = kalor, delta U = perubahan energi dalam, U = energi dalam
9. Dua mol gas monoatomik pada suhu 20 oC dan tekanan 2 × 105 Pa mengalami proses isokhorik hingga tekanannya menjadi 4 × 105 Pa. Bila konstanta gas universal = 8,31 J/mol K, maka perubahan energi dalam gas adalah…
A. 7304 J
B. 6200 J
C. 2291 J
D. 2128 J
E. 1208 J
Pembahasan :
Diketahui :
n = 2 mol
T1 = 20 + 273 = 293 K
P1 = 2 x 105 Pa
P2 = 4 x 105 Pa
R = 8,31 J/mol K
Ditanya :
Perubahan energi dalam (delta U) ?
Jawab :
delta U = 3/2 nR(T2-T1)
Hitung T2 terlebih dahulu menggunakan rumus hukum Gay-Lussac (volume tetap)
10. Bagian grafik tekanan (P) – volume (V) yang menunjukkan gas memperoleh usaha luar adalah …
A. AB
B. CD
C. BC
D. DA
E. AC
Pembahasan :
Jika gas melakukan usaha maka volume gas bertambah. Sebaliknya jika gas memperoleh usaha dari luar maka volume gas berkurang. Proses pada grafik di atas yang menunjukan volume gas berkurang adalah proses CD.
Jadi jawaban yang benar adalah B.
11. Grafik-grafik di bawah menunjukan hubungan antara tekanan (P) dan volume (V) gas yang mengalami suatu proses.
Proses yang menghasilkan usaha terbesar ditunjukkan pada grafik nomor …
A. (1)
B. (2)
C. (3)
D. (4)
Pembahasan :
Usaha yang dilakukan = besar luasan. Semakin besar luasan, semakin besar usaha yang dilakukan. Luasan terbesar ditunjukkan oleh grafik 3.
Jawaban yang benar adalah C.
