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…
Pahana
Ua ʻike ʻia :
Kaomi 1 (P1) = 2 x 105 Pa
Kaomi 2 (P2) = 4 x 105 Pa
Buke 1 (V1) = 1 mika3
Buke 2 (V2) = 3 mika3
Ua nīnau ʻia : Usaha yang dilakukan gas pada proses siklus ABCD
Pane :
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 ʻO Joule.
2. Usaha yang dilakukan gas pada proses siklus ABC adalah…
Pahana
Ua ʻike ʻia :
Kaomi 1 (P1) = 3 x 105 Pa
Kaomi 2 (P2) = 6 x 105 Pa
Buke 1 (V1) = 20 kenimika3 = 20x10-6 m3
Buke 2 (V2) = 60 kenimika3 = 60x10-6 m3
Ua nīnau ʻia : Usaha yang dilakukan gas pada proses siklus ABC
Pane :
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 ʻO 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…
Pahana
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. like ka wikiwiki o nā molekala a pau
B. ma nā mahana kiʻekiʻe, ʻoi aku ka wikiwiki o ka awelika o nā molekala
C. paʻa mau ke kaomi kinoea
D. e hana ka kinoea i ka hana
ʻAʻohe ikehu kūloko o E.
Pahana
Isochoric = ka nui mau.
ʻO ka pane pololei ʻo 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
Pahana
1 lita = 0,001 m3
Ua ʻike ʻia :
Kaomi 1 (P1) = 10 kPa = 10.000 Pa = 10.000 N/m2
Kaomi 2 (P2) = 20 kPa = 20.000 Pa = 20.000 N/m2
Buke 1 (V1) = 4 liter = 4 (0,001 m3) = 0,004 mika3
Buke 2 (V2) = 10 liter = 10 (0,001 m.3) = 0,010 mika3
Ua nīnau ʻia : Usaha (W) yang dilakukan oleh gas
Pane:
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
ʻO ka pane pololei ʻo 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
Pahana
Ua ʻike ʻia :
Kaomi 1 (P1) = 1 x 105 Pa = 1 x 105 M / m2
Kaomi 2 (P2) = 3 x 105 Pa = 3 x 105 M / m2
Buke 1 (V1) = 2 mika3
Buke 2 (V2) = 4 mika3
Ua nīnau ʻia : Usaha (W) yang dihasilkan.
Pane :
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
ʻO D ka pane pololei.
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
Pahana
Ua ʻike ʻia :
Kaomi 1 (P1) = 1 N/m2
Kaomi 2 (P2) = 7 N/m2
Buke 1 (V1) = 1 mika3
Buke 2 (V2) = 5 mika3
Ua nīnau ʻia: Usaha (W) yang dilakukan.
Pane:
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
ʻO D ka pane pololei.
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
Kūkākūkā:
Ua ʻike ʻia :
n = 0,02 mol
T1 = 350 K
T2 = 400 K
R = 8,31 J/mol K
Ua nīnau ʻia :
Kalor (Q) ?
Pane :
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
Kūkākūkā:
Ua ʻike ʻia :
n = 2 mol
T1 = 20 + 273 = 293 K
P1 = 2x105 Pa
P2 = 4x105 Pa
R = 8,31 J/mol K
Ua nīnau ʻia :
Perubahan energi dalam (delta U) ?
Pane :
delta U = 3/2 nR(T2-T1)
Helu 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
Pahana :
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)
Pahana :
Usaha yang dilakukan = besar luasan. Semakin besar luasan, semakin besar usaha yang dilakukan. Luasan terbesar ditunjukkan oleh grafik 3.
ʻO C ka pane pololei.
