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…
Rasprava
Poznato je :
Tlak 1 (P1) = 2 x 105 Pa
Tlak 2 (P2) = 4 x 105 Pa
Svezak 1 (V1) = 1 m3
Svezak 2 (V2) = 3 m3
Pitao : Usaha yang dilakukan gas pada proses siklus ABCD
Jawab :
Usaha yang dilakukan oleh gas = luas segiempat ABCD.
W = (P2 - P.1)(V2 - V1)
W = (4 x 105 - 2 x 105)(3 – 1)
W = (2 x 105)(2)
Š = 4 x 105 Džul
Usaha yang dilakukan gas pada proses siklus ABCD adalah 4 x 105 Joule.
2. Usaha yang dilakukan gas pada proses siklus ABC adalah…
Rasprava
Poznato je :
Tlak 1 (P1) = 3 x 105 Pa
Tlak 2 (P2) = 6 x 105 Pa
Svezak 1 (V1) = 20 cm3 = 20 x 10-6 m3
Svezak 2 (V2) = 60 cm3 = 60 x 10-6 m3
Pitao : Usaha yang dilakukan gas pada proses siklus ABC
Jawab :
Usaha yang dilakukan oleh gas = luas segitiga ABCD.
W = ½ (P2 - P.1)(V2 - V1)
Š = ½ (6 x 105 - 3 x 105)(60 x 10-6 - 20 x 10-6)
Š = ½ (3 x 105)(40 x 10-6)
Š = ½ (120 x 10-1 Joule)
W = ½ (12 Joule)
W = 6 džula
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…
Rasprava
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. sve molekule imaju istu brzinu
B. na visokim temperaturama prosječna brzina molekula je veća
Tlak plina C. ostaje konstantan
D. plin će izvršiti rad
E. nema unutarnju energiju
Rasprava
Izohorični = konstantan volumen.
Točan odgovor je 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
Rasprava
1 litra = 0,001 m3
Poznato je :
Tlak 1 (P1) = 10 kPa = 10.000 Pa = 10.000 N/m2
Tlak 2 (P2) = 20 kPa = 20.000 Pa = 20.000 N/m2
Svezak 1 (V1) = 4 liter = 4 (0,001 m3) = 0,004 m3
Svezak 2 (V2) = 10 liter = 10 (0,001 m3) = 0,010 m3
Pitao : Usaha (W) yang dilakukan oleh gas
Odgovor:
W = P(V2 - V1) + 1/2 (P2 - P.1)(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)
Š = 60 + 30
W = 90 džula
Točan odgovor je 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
cca. 300 kJ
D. 400 kJ
E. 600 kJ
Rasprava
Poznato je :
Tlak 1 (P1) = 1 x 105 Pa = 1 x 105 N / m2
Tlak 2 (P2) = 3 x 105 Pa = 3 x 105 N / m2
Svezak 1 (V1) = 2 m3
Svezak 2 (V2) = 4 m3
Pitao : Usaha (W) yang dihasilkan.
Jawab :
Usaha yang dihasilkan = luas segiempat abcd.
W = (P2 - P.1)(V2 - V1)
W = (3 x 105 - 1 x 105)(4 – 2)
W = (2 x 105)(2)
Š = 4 x 105 Džul
W = 400.000 džula
W = 400 kilo Joule
Točan odgovor je 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
Oko 15 J
D. 12 J
E. 6 J
Rasprava
Poznato je :
Tlak 1 (P1) = 1 N/m2
Tlak 2 (P2) = 7 N/m2
Svezak 1 (V1) = 1 m3
Svezak 2 (V2) = 5 m3
Pitao/la sam: Usaha (W) yang dilakukan.
Odgovor:
Usaha yang dilakukan = luas segitiga ABC.
W = ½ (P2 - P.1)(V2 - V1)
W = ½ (7-1)(5-1)
W = ½ (6)(4)
W = ½ (24)
W = 12 džula
Točan odgovor je 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 džula
B. 12,5 džula
C. 14 džula
D. 15,5 džula
E. 17 džula
Rasprava:
Poznato je :
n = 0,02 mol
T1 = 350 K
T2 = 400 K
R = 8,31 J/mol K
Pitao :
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
Oko 2291 J
D. 2128 J
E. 1208 J
Rasprava:
Poznato je :
n = 2 mol
T1 = 20 + 273 = 293 K
P1 = 2 x 105 Pa
P2 = 4 x 105 Pa
R = 8,31 J/mol K
Pitao :
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
Rasprava :
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)
O. (4)
Rasprava :
Usaha yang dilakukan = besar luasan. Semakin besar luasan, semakin besar usaha yang dilakukan. Luasan terbesar ditunjukkan oleh grafik 3.
Točan odgovor je C.
