20 Contoh soal Termodinamika
Proses Termodinamika
1. Pada termodinamika, gas ideal mengalami proses isotermik jika…
A. perubahan keadaan gas suhunya selalu tetap
B. semua molekul bergerak dengan kecepatan berbeda
C. semua keadaan gas suhunya selalu berubah
D. pada suhu tinggi kecepatan molekulnya lebih tinggi
E. tekanan dan volume gas tidak mengalami perubahan
Pembahasan
Isotermal atau isotermik artinya suhu tetap.
Jawaban yang benar adalah A.
2. 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.
3. Pernyataan yang benar tentang proses termodinamika adalah…
A. isobarik adalah proses perubahan gas pada tekanan tetap
B. isobarik adalah proses perubahan gas pada suhu tetap
C. isokhorik merupakan proses perubahan gas pada tekanan tetap
D. isotermis adalah proses perubahan gas pada volume tetap
E. isokhorik adalah proses perubahan gas pada suhu tetap
Pembahasan
Isobarik = tekanan tetap
Isokhorik = volume tetap
Isotermis = suhu tetap
Jawaban yang benar adalah A.
Hukum I Termodinamika
4. Dari grafik P-V di bawah, besar usaha gas pada proses I dan II berbanding sebagai …
A. 4 : 3
B. 3 : 4
C. 2 : 3
D. 1 : 2
E. 1 : 1
Pembahasan
Diketahui :
Proses 1 :
Tekanan (P) = 20 N/m2
Volume awal (V1) = 10 liter = 10 dm3 = 10 x 10-3 m3
Volume akhir (V2) = 40 liter = 40 dm3 = 40 x 10-3 m3
Proses 2 :
Tekanan (P) = 15 N/m2
Volume awal (V1) = 20 liter = 20 dm3 = 20 x 10-3 m3
Volume akhir (V2) = 60 liter = 60 dm3 = 60 x 10-3 m3
Ditanya :
Jawab :
Usaha gas pada proses I :
W = P ΔV = P (V2–V1) = (20)(40-10)(10-3 m3) = (20)(30)(10-3 m3) = (600)(10-3 m3) = 0,6 m3
Usaha gas pada proses II :
W = P ΔV = P (V2–V1) = (15)(60-20)(10-3 m3) = (15)(40)(10-3 m3) = (600)(10-3 m3) = 0,6 m3
Perbandingan usaha gas pada proses I dan II :
0,6 m3 : 0,6 m3
1 : 1
Jawaban yang benar adalah E.
5. Dari grafik P – V, besar usaha gas pada proses I dan II berbanding sebagai …
A. 4 : 3
B. 3 : 4
C. 2 : 3
D. 1 : 2
E. 1 : 1
Pembahasan
Diketahui :
Proses I :
Tekanan (P) = 20 Pascal
Volume 1 (V1) = 10 liter
Volume 2 (V2) = 40 liter
Proses II :
Tekanan (P) = 15 Pascal
Volume 1 (V1) = 20 liter
Volume 2 (V2) = 60 liter
Ditanya : Perbandingan usaha gas pada proses I dan II
Jawab :
Proses termodinamika berdasarkan grafik di atas adalah proses isobarik (tekanan tetap).
Usaha yang dilakukan oleh gas pada proses I :
W = P (V2 – V1)
W = (20)(40 – 10)
W = (20)(30)
W = 600
Usaha yang dilakukan oleh gas pada proses II :
W = P (V2 – V1)
W = (15)(60 – 20)
W = (15)(40)
W = 600
Perbandingan usaha gas pada proses I dan II :
600 : 600
1 : 1
Jawaban yang benar adalah E.
6. Gas helium dipanaskan sesuai grafik PV di bawah ini. Usaha yang dilakukan gas helium pada proses AB adalah…
A. 15 joule 
B. 10 joule
C. 8 joule
D. 4 joule
E. 2 joule
Pembahasan
Diketahui :
Tekanan (P) = 2 x 105 N/m2 = 2 x 105 Pascal
Volume awal (V1) = 5 cm3 = 5 x 10-6 m3
Volume akhir (V2) = 15 cm3 = 15 x 10-6 m3
Ditanya : Usaha yang dilakukan gas pada proses AB
Jawab :
W = ∆P ∆V
W = P (V2 – V1)
W = (2 x 105)(15 x 10-6 – 5 x 10-6)
W = (2 x 105)(10 x 10-6) = (2 x 105)(1 x 10-5)
W = 2 Joule
Jawaban yang benar adalah E.
7. Perhatikan gambar! Gas ideal melakukan proses perubahan tekanan (P) terhadap volume (V). Usaha yang dilakukan oleh gas pada proses tersebut adalah…
A. 20 Joule
B. 15 Joule
C. 10 Joule
D. 5 Joule
E. 4 Joule
Pembahasan
Diketahui :
Tekanan awal (P1) = 4 Pa = 4 N/m2
Tekanan akhir (P2) = 6 Pa = 6 N/m2
Volume awal (V1) = 2 m3
Volume akhir (V2) = 4 m3
Ditanya : Usaha yang dilakukan oleh gas (W)
Jawab :
Usaha yang dilakukan gas = luasan di bawah kurva a-b.
W = luas segitiga + luas persegi panjang
W = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)
W = ½ (2)(2) + 4(2)
W = 2 + 8
W = 10 Joule
Jawaban yang benar adalah E.
8. Suatu gas ideal mengalami proses tertutup A → B → C → A. Dalam suatu siklus gas tersebut melakukan usaha sebesar….
A. −2,0 x 103 J
B. −5,5 x 103 J
C. −8,0 x 105 J
D. 2,0 x 106 J
E. 4,0 x 106 J
Pembahasan
Usaha (W) = luasan kurva (luasan segitiga di dalam garis bertanda panah).
W = ½ (20-10)(6 x 105 – 2 x 105)
W = ½ (10)(4 x 105)
W = (5)(4 x 105)
W = 20 x 105 = 2 x 106 Joule
Jawaban yang benar adalah D.
Mesin Kalor
9. Sebuah mesin menyerap panas sebesar 2.000 Joule dari suatu reservoir suhu tinggi dan membuangnya sebesar 1.200 Joule pada reservoir suhu rendah. Efisiensi mesin itu adalah ….
A. 80 %
B. 75 %
C. 60 %
D. 50 %
E. 40 %
Pembahasan
Diketahui :
Kalor yang diserap (QH) = 2000 Joule
Kalor yang dibuang (QL) = 1200 Joule
Usaha yang dihasilkan mesin (W) = 2000 – 1200 = 800 Joule
Ditanya : Efisiensi mesin kalor (e)
Jawab :
Rumus efisiensi mesin kalor :
e = W / QH = 800/2000 = 0,4 x 100% = 40%
Jawaban yang benar adalah E.
Mesin Carnot
10. Efisiensi mesin Carnot yang tiap siklusnya menyerap kalor pada suhu 960 K dan membuang kalor pada suhu 576 K adalah …
A. 40 %
B. 50 %
C. 56 %
D. 60 %
E. 80 %
Pembahasan
Diketahui :
Suhu tinggi (TH) = 960 K
Suhu rendah (TL) = 576 K
Ditanya : Efisiensi mesin Carnot (e)
Jawab :
Efisiensi mesin Carnot adalah 0,4 x 100% = 40%
Jawaban yang benar adalah A.
11. Pada grafik PV mesin Carnot di bawah ini, W = 6.000 Joule. Banyak kalor yang dilepas oleh mesin tiap siklus adalah …
A. 2.250 joule
B. 3.000 joule
C. 3.750 joule
D. 6.000 joule
E. 9.600 joule
Pembahasan
Diketahui :
Usaha (W) = 6000 Joule
Suhu tinggi (TH) = 800 Kelvin
Suhu rendah (TL) = 300 Kelvin
Ditanya : Q
Jawab :
Efisiensi mesin kalor ideal (mesin Carnot) :
Kalor yang diserap oleh mesin Carnot :
W = e Q1
6000 = (0,625) Q1
Q1 = 6000 / 0,625
Q1 = 9600
Kalor yang dilepas oleh mesin Carnot :
Q2 = Q1 – W
Q2 = 9600 – 6000
Q2 = 3600 Joule
Tidak ada jawaban yang benar.
12. Sebuah mesin Carnot yang memiliki efisiensi 40% menggunakan reservoir panas yaag bersuhu 727°C. Tentukan suhu reservoir dingin!
A. 327°C
B. 357°C
C. 400°C
D. 600°C
E. 627°C
Pembahasan
Diketahui :
Efisiensi (e) = 40% = 40/100 = 0,4
Suhu tinggi (TH) = 727oC + 273 = 1000 K
Ditanya : Tentukan suhu reservoir dingin
Jawab :
Suhu reservoir adalah 600–273 = 327oC
Jawaban yang benar adalah A.
13. Grafik P –V dari sebuah mesin Carnot terlihat seperti gambar berikut! Jika mesin menyerap kalor 800 J, maka usaha yang dilakukan adalah…
A. 105,5 J
B. 252,6 J
C. 336,6 J
D. 466,7 J
E. 636,7 J
Pembahasan
Diketahui :
Suhu tinggi (TH) = 600 Kelvin
Suhu rendah (TL) = 250 Kelvin
Kalor yang diserap (Q1) = 800 Joule
Ditanya : Usaha (W)
Jawab :
Efisiensi mesin kalor ideal (mesin Carnot) :
Usaha yang dilakukan adalah :
W = e Q1
W = (7/12)(800 Joule)
W = 466,7 Joule
Jawaban yang benar adalah D.
14. 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
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) :
Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot :
W = e Q1
W = (1/3)(600) = 200 Joule
Jawaban yang benar adalah E.
Teori Kinetik Gas dan Termodinamika
15. Dalam suatu tangki terdapat gas ideal volume 4 liter, suhu 27oC dan tekanan 3 atm (1 atm = 105 N.m-2). Gas mengalami proses pemanasan pada tekanan tetap sampai suhu 87oC. Kapasitas kalor gas nilainya 9 J.K-1 . Besar volume akhir gas dan perubahan energi dalam gas berturut-turut adalah…
A. 4,2 liter, ΔU = 200 Joule
B. 4,4 liter, ΔU = 240 Joule
C. 4,6 liter, ΔU = 280 Joule
D. 4,8 liter, ΔU = 300 Joule
E. 4,8 liter, ΔU = 360 Joule
Pembahasan
Proses isobarik (tekanan tetap)
Diketahui :
Volume awal gas ideal (V1) = 4 liter
Suhu awal gas ideal (T1) = 27oC + 273 = 300 K
Suhu akhir gas ideal (T2) = 87oC + 273 = 360 K
Tekanan gas ideal (P) = 3 atm = 3 x 105 N.m-2
Kapasitas kalor gas (C) = 9 J.K-1
Ditanya : Volume akhir gas (V2) dan Perubahan energi dalam gas (ΔU)
Jawab :
Hitung Volume akhir menggunakan rumus hukum Charles (proses isobarik atau tekanan konstan) :
Perubahan Volume :
1 liter = 0,001 m3
Volume awal (V1) = 4 (0,001 m3) = 0,004 m3
Volume akhir (V2) = 4,8 (0,001 m3) = 0,0048 m3
Perubahan volume (ΔV) = V2 – V1 = 0,0048 m3 – 0,004 m3 = 0,008 m3.
Perubahan Suhu :
Perubahan suhu (ΔT) = T2 – T1 = 360 K – 300 K = 60 K
Hitung perubahan energi dalam (ΔU) gas ideal menggunakan rumus hukum I Termodinamika :
ΔU = Q – W
Keterangan : ΔU = perubahan energi dalam, Q = kalor, W = usaha.
Hitung usaha (W) pada tekanan tetap :
W = P ΔV = (3 x 105)(0,0008) = (3 x 101)(8) = (30)(8) = 240 Joule
Hitung kalor (Q) menggunakan rumus kapasitas kalor (C) :
C = Q / ΔT
Q = (C)(ΔT) = (9)(60) = 540 Joule
Hitung perubahan energi dalam :
ΔU = Q – W = 540 Joule – 240 Joule = 300 Joule.
Jawaban yang benar adalah D.
16. Dalam suatu tangki terdapat 6 liter gas ideal bertekanan 2 atm (1 atm = 105 N.m-2), suhu 27oC. Gas dipanaskan sampai suhu 77oC pada tekanan tetap. Jika kapasitas kalor gas 5 J.K-1, volume akhir dan perubahan energi dalam gas masing-masing adalah….
A. 8 liter; ΔU = 250 Joule
B. 8 liter; ΔU = 200 Joule
C. 7 liter; ΔU = 100 Joule
D. 7 liter; ΔU = 50 Joule
E. 7 liter; ΔU = 20 Joule
Pembahasan
Proses isobarik (tekanan tetap)
Diketahui :
Volume awal gas ideal (V1) = 6 liter
Suhu awal gas ideal (T1) = 27oC + 273 = 300 K
Suhu akhir gas ideal (T2) = 77oC + 273 = 350 K
Tekanan gas ideal (P) = 2 atm = 2 x 105 N.m-2
Kapasitas kalor gas (C) = 5 J.K-1
Ditanya : Volume akhir gas (V2) dan Perubahan energi dalam gas (ΔU)
Jawab :
Hitung Volume akhir menggunakan rumus hukum Charles (proses isobarik atau tekanan konstan) :
Perubahan Volume :
1 liter = 0,001 m3
Volume awal (V1) = 6 (0,001 m3) = 0,006 m3
Volume akhir (V2) = 7 (0,001 m3) = 0,007 m3
Perubahan volume (ΔV) = V2 – V1 = 0,007 m3 – 0,006 m3 = 0,001 m3.
Perubahan Suhu :
Perubahan suhu (ΔT) = T2 – T1 = 350 K – 300 K = 50 K
Hitung perubahan energi dalam (ΔU) gas ideal menggunakan rumus hukum I Termodinamika :
ΔU = Q – W
Keterangan : ΔU = perubahan energi dalam, Q = kalor, W = usaha.
Hitung usaha (W) pada tekanan tetap :
W = P ΔV = (2 x 105)(0,001) = (2 x 102)(1) = (200)(1) = 200 Joule
Hitung kalor (Q) menggunakan rumus kapasitas kalor (C) :
C = Q / ΔT
Q = (C)(ΔT) = (5)(50) = 250 Joule
Hitung perubahan energi dalam :
ΔU = Q – W = 250 Joule – 200 Joule = 50 Joule.
Jawaban yang benar adalah D.
Proses Termodinamika
17. Perhatikan grafik di samping dan pernyataan-pernyataan berikut!
(1) Proses AB isobarik dan W = P (V2 – V1)
(2) Proses BC adalah adiabatik, dan ΔU = Q
(3) Proses BC adalah isokhorik, dan ΔU = Q
(4) Proses CA isotermis, dan sistem menyerap kalor
Pernyataan yang benar adalah…
A. (1) dan (3)
B. (1) dan (4)
C. (2) dan (3)
D. (2) dan (4)
E. (3) dan (4)
Pembahasan
(1) Proses AB isobarik dan W = P (V2 – V1)
Isobarik = tekanan tetap. Tekanan tetap ditandai dengan garis lurus sepanjang P1 dari A ke B. Pada proses ini, tekanan tetap tetapi ada perubahan volume di mana volume bertambah. Apabila volume bertambah maka sistem melakukan usaha pada lingkungan, di mana besar usaha (W) merupakan hasil perkalian tekanan (P) dan perubahan volume (ΔU).
(3) Proses BC adalah isokhorik, dan ΔU = Q
Isokhorik = volume tetap. Volume tetap ditandai dengan garis lurus sepanjang V2 dari B ke C. Pada proses ini, volume tetap tetapi ada perubahan tekanan di mana tekanan bertambah. Volume tetap sehingga tidak ada usaha yang dilakukan, di mana W = 0. Rumus hukum I Termodinamika adalah ΔU = Q – W, di mana ΔU = perubahan energi dalam, Q = kalor dan W = usaha. Apabila tidak ada usaha maka W = 0, sehingga ΔU = Q.
Jawaban yang benar adalah A.
18. Perhatikan grafik siklus termodinamika berikut!
Dari pernyataan berikut :
(1) A – B = isokhorik, usaha bergantung pada perubahan suhu
(2) B – C = adiabatik, tidak ada perubahan kalor
(3) B – C = isobarik, usaha bergantung pada perubahan volume
(4) C – A = proses terjadi dengan usaha dari luar sistem
Yang benar adalah…
A. (1) dan (2)
B. (1) dan (3)
C. (2) dan (3)
D. (2) dan (4)
E. (3) dan (4)
Pembahasan
(1) A – B = isokhorik, usaha bergantung pada perubahan suhu
Benar, proses ini isokhorik (volume tetap). Tetapi volume tetap sehingga tidak ada usaha. Usaha terjadi bila ada perubahan volume. Jadi pernyataan ini salah.
(3) B – C = isobarik, usaha bergantung pada perubahan volume
Isobarik = tekanan tetap. Tekanan tetap ditandai garis lurus dari B ke C. Pada proses ini terdapat perubahan volume sistem, di mana volume sistem bertambah. Volume sistem bertambah artinya sistem melakukan usaha pada lingkungan.
(4) C – A = proses terjadi dengan usaha dari luar sistem
Pada proses ini, volume sistem berkurang dan tekanan sistem berkurang. Volume sistem berkurang artinya lingkungan melakukan usaha pada sistem. Dengan kata lain, terdapat usaha dari luar sistem.
Jawaban yang benar adalah E.
Hukum Termodinamika
19. Perhatikan gambar! Gas ideal melakukan proses perubahan tekanan (P) terhadap volume (V). Usaha yang dilakukan oleh gas pada proses tersebut adalah…
A. 20 Joule
B. 15 Joule
C. 10 Joule
D. 5 Joule
E. 4 Joule
Pembahasan
Diketahui :
Tekanan awal (P1) = 4 Pa = 4 N/m2
Tekanan akhir (P2) = 6 Pa = 6 N/m2
Volume awal (V1) = 2 m3
Volume akhir (V2) = 4 m3
Ditanya : Usaha yang dilakukan oleh gas (W)
Jawab :
Usaha yang dilakukan gas = luasan di bawah kurva a-b.
W = luas segitiga + luas persegi panjang
W = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)
W = ½ (2)(2) + 4(2)
W = 2 + 8
W = 10 Joule
Jawaban yang benar adalah E.
20. Suatu gas ideal mengalami proses tertutup A → B → C → A. Dalam suatu siklus gas tersebut melakukan usaha sebesar….
A. −2,0 x 103 J
B. −5,5 x 103 J
C. −8,0 x 105 J
D. 2,0 x 106 J
E. 4,0 x 106 J
Pembahasan
Usaha (W) = luasan kurva (luasan segitiga di dalam garis bertanda panah).
W = ½ (20-10)(6 x 105 – 2 x 105)
W = ½ (10)(4 x 105)
W = (5)(4 x 105)
W = 20 x 105 = 2 x 106 Joule
Jawaban yang benar adalah D.
Sumber soal:
Soal UN Fisika SMA/MA
