20 Contoh soal Termodinamika
Термодинамикалық процесс
1. Pada termodinamika, gas ideal mengalami proses isotermik jika…
A. газ күйінің өзгеруі, температура әрқашан тұрақты болып қалады
B) барлық молекулалар әртүрлі жылдамдықпен қозғалады
C. Барлық газ жағдайлары температураны әрқашан өзгертеді
D. pada suhu tinggi kecepatan molekulnya lebih tinggi
E. газ қысымы мен көлемі өзгермейді
Талқылау
Isotermal atau isotermik artinya suhu tetap.
Дұрыс жауап - А.
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
Талқылау
Isokhorik = volume tetap.
Дұрыс жауап - 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
Талқылау
Isobarik = tekanan tetap
Isokhorik = volume tetap
Isotermis = suhu tetap
Дұрыс жауап - А.
Термодинамиканың бірінші заңы
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
Талқылау
Белгілі болғандай:
Proses 1 :
Tekanan (P) = 20 N/m2
Бастапқы көлем (V1) = 10 литр = 10 дм3 = 10 х 10-3 m3
Соңғы көлем (V2) = 40 литр = 40 дм3 = 40 х 10-3 m3
Proses 2 :
Tekanan (P) = 15 N/m2
Бастапқы көлем (V1) = 20 литр = 20 дм3 = 20 х 10-3 m3
Соңғы көлем (V2) = 60 литр = 60 дм3 = 60 х 10-3 m3
Сұрақ қойылды:
Жауап:
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 м3
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 м3
Perbandingan usaha gas pada proses I dan II :
0,6 м3 : 0,6 м3
1: 1
Дұрыс жауап - Е.
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
Талқылау
Белгілі болғандай:
Proses I :
Tekanan (P) = 20 Pascal
1-том (V)1) = 10 литр
2-том (V)2) = 40 литр
Proses II :
Tekanan (P) = 15 Pascal
1-том (V)1) = 20 литр
2-том (V)2) = 60 литр
Сұрақ қойылды: Perbandingan usaha gas pada proses I dan II
Жауап:
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
Дұрыс жауап - Е.
6. Gas helium dipanaskan sesuai grafik PV di bawah ini. Usaha yang dilakukan gas helium pada proses AB adalah…
A. 15 Джоуль 
B. 10 джоуль
C. 8 джоуль
D. 4 джоуль
E. 2 joule
Талқылау
Ол белгілі :
Tekanan (P) = 2 x 105 N / м2 = 2 х 105 Паскаль
Бастапқы көлем (V1) = 5 см3 = 5 х 10-6 m3
Соңғы көлем (V2) = 15 см3 = 15 х 10-6 m3
Сұралған : Usaha yang dilakukan gas pada proses AB
Джаваб :
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 Джоуль
Дұрыс жауап - Е.
7. Perhatikan gambar! Gas ideal melakukan proses perubahan tekanan (P) terhadap volume (V). Usaha yang dilakukan oleh gas pada proses tersebut adalah…
A. 20 Джоуль
B. 15 Джоуль
C. 10 Джоуль
D. 30 000 Джоуль
E. 4 Джоуль
Талқылау
Ол белгілі :
Бастапқы қысым (P)1) = 4 Па = 4 Н/м2
Соңғы қысым (P)2) = 6 Па = 6 Н/м2
Бастапқы көлем (V1) = 2 м3
Соңғы көлем (V2) = 4 м3
Сұралған : Usaha yang dilakukan oleh gas (W)
Джаваб :
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 Джоуль
Дұрыс жауап - Е.
8. Suatu gas ideal mengalami proses tertutup A → B → C → A. Dalam suatu siklus gas tersebut melakukan usaha sebesar….
A. -2,0 х 103 J
B. -5,5 х 103 J
C. -8,0 х 105 J
D. 2,0 x 106 J
E. 4,0 x 106 J
Талқылау
Usaha (W) = luasan kurva (luasan segitiga di dalam garis bertanda panah).
W = ½ (20-10)(6 x 10)5 - 2 x 105)
W = ½ (10)(4 x 10)5)
W = (5)(4 x 10)5)
W = 20 x 105 = 2 х 106 Джоул
Дұрыс жауап - 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 %
Талқылау
Белгілі болғандай:
Kalor yang diserap (QH) = 2000 Джоуль
Kalor yang dibuang (QL) = 1200 Джоуль
Usaha yang dihasilkan mesin (W) = 2000 – 1200 = 800 Joule
Сұралған : Efisiensi mesin kalor (e)
Джаваб :
Rumus efisiensi mesin kalor :
e = W / QH = 800/2000 = 0,4 x 100% = 40%
Дұрыс жауап - Е.
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 %
Талқылау
Ол белгілі :
Suhu tinggi (TH) = 960 K
Suhu rendah (TL) = 576 K
Сұралған : Efisiensi mesin Carnot (e)
Джаваб :
Efisiensi mesin Carnot adalah 0,4 x 100% = 40%
Дұрыс жауап - А.
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 джоуль
B. 3.000 джоуль
C. 3.750 джоуль
D. 6.000 джоуль
E. 9.600 joule
Талқылау
Белгілі болғандай:
Жұмыс (Вт) = 6000 Джоуль
Suhu tinggi (TH) = 800 Кельвин
Suhu rendah (TL) = 300 Кельвин
Сұрақ қойылды: Q
Жауап:
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 - В.
Q2 = 9600 - 6000
Q2 = 3600 Джоуль
Дұрыс жауап жоқ.
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
Талқылау
Белгілі болғандай:
Efisiensi (e) = 40% = 40/100 = 0,4
Suhu tinggi (TH) = 727oC + 273 = 1000 K
Сұрақ қойылды: Tentukan suhu reservoir dingin
Жауап:
Suhu reservoir adalah 600–273 = 327oC
Дұрыс жауап - А.
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 Дж
B. 252,6 Дж
C. 336,6 Дж
D. 466,7 Дж
E. 636,7 J
Талқылау
Белгілі болғандай:
Suhu tinggi (TH) = 600 Кельвин
Suhu rendah (TL) = 250 Кельвин
Kalor yang diserap (Q1) = 800 Джоуль
Сұрақ қойылды: Бизнес (W)
Жауап:
Efisiensi mesin kalor ideal (mesin Carnot) :
Usaha yang dilakukan adalah :
W = e Q1
W = (7/12)(800 Джоуль)
W = 466,7 Джоуль
Дұрыс жауап - 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 Дж
B. 124 Дж
C. 135 Дж
D. 148 Дж
E. 200 J
Талқылау
Ол белгілі :
Suhu rendah (TL) = 400 K
Suhu tinggi (TH) = 600 K
Kalor yang diserap (Q1) = 600 Джоуль
Сұралған : Usaha yang dihasilkan mesin Carnot (W)
Джаваб :
Efisiensi mesin kalor ideal (mesin Carnot) :
Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot :
W = e Q1
W = (1/3)(10 000) = 200 Джоуль
Дұрыс жауап - Е.
Teori Kinetik Gas dan Termodinamika
15. Dalam suatu tangki terdapat gas ideal volume 4 liter, suhu 27oC dan tekanan 3 atm (1 atm = 105 Nm-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 Джоуль
B. 4,4 liter, ΔU = 240 Джоуль
C. 4,6 liter, ΔU = 280 Джоуль
D. 4,8 liter, ΔU = 300 Джоуль
E. 4,8 liter, ΔU = 360 Джоуль
Талқылау
Proses isobarik (tekanan tetap)
Белгілі болғандай:
Volume awal gas ideal (V1) = 4 литр
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 Nm-2
Kapasitas kalor gas (C) = 9 J.K-1
Сұрақ қойылды: Volume akhir gas (V2) dan Perubahan energi dalam gas (ΔU)
Жауап:
Hitung Volume akhir menggunakan rumus hukum Charles (proses isobarik atau tekanan konstan) :
Perubahan Volume :
1 литр = 0,001 м3
Бастапқы көлем (V1) = 4 (0,001 м3) = 0,004 м3
Соңғы көлем (V2) = 4,8 (0,001 м3) = 0,0048 м3
Perubahan volume (ΔV) = V2 - V1 = 0,0048 м3 - 0,004 м3 = 0,008 м3.
Perubahan Suhu :
Perubahan suhu (ΔT) = T2 - Т1 = 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 / .Т
Q = (C)(ΔT) = (9)(60) = 540 Джоуль
Hitung perubahan energi dalam :
ΔU = Q – W = 540 Joule – 240 Joule = 300 Joule.
Дұрыс жауап - D.
16. Dalam suatu tangki terdapat 6 liter gas ideal bertekanan 2 atm (1 atm = 105 Nm-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 Джоуль
B. 8 liter; ΔU = 200 Джоуль
C. 7 liter; ΔU = 100 Джоуль
D. 7 liter; ΔU = 50 Джоуль
E. 7 liter; ΔU = 20 Джоуль
Талқылау
Proses isobarik (tekanan tetap)
Белгілі болғандай:
Volume awal gas ideal (V1) = 6 литр
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 Nm-2
Kapasitas kalor gas (C) = 5 J.K-1
Сұрақ қойылды: Volume akhir gas (V2) dan Perubahan energi dalam gas (ΔU)
Жауап:
Hitung Volume akhir menggunakan rumus hukum Charles (proses isobarik atau tekanan konstan) :
Perubahan Volume :
1 литр = 0,001 м3
Бастапқы көлем (V1) = 6 (0,001 м3) = 0,006 м3
Volume akhir (V2) = 7 (0,001 м3) = 0,007 м3
Perubahan volume (ΔV) = V2 - V1 = 0,007 м3 - 0,006 м3 = 0,001 м3.
Perubahan Suhu :
Perubahan suhu (ΔT) = T2 - Т1 = 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 Джоуль
Hitung kalor (Q) menggunakan rumus kapasitas kalor (C) :
C = Q / .Т
Q = (C)(ΔT) = (5)(50) = 250 Джоуль
Hitung perubahan energi dalam :
ΔU = Q – W = 250 Joule – 200 Joule = 50 Joule.
Дұрыс жауап - D.
Термодинамикалық процесс
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) және (3)
B. (1) және (4)
C. (2) және (3)
D. (2) және (4)
E. (3) және (4)
Талқылау
(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.
Дұрыс жауап - А.
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) және (2)
B. (1) және (3)
C. (2) және (3)
D. (2) және (4)
E. (3) және (4)
Талқылау
(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.
Дұрыс жауап - Е.
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 Джоуль
B. 15 Джоуль
C. 10 Джоуль
D. 30 000 Джоуль
E. 4 Джоуль
Талқылау
Ол белгілі :
Бастапқы қысым (P)1) = 4 Па = 4 Н/м2
Соңғы қысым (P)2) = 6 Па = 6 Н/м2
Бастапқы көлем (V1) = 2 м3
Соңғы көлем (V2) = 4 м3
Сұралған : Usaha yang dilakukan oleh gas (W)
Джаваб :
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 Джоуль
Дұрыс жауап - Е.
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
Талқылау
Usaha (W) = luasan kurva (luasan segitiga di dalam garis bertanda panah).
W = ½ (20-10)(6 x 10)5 - 2 x 105)
W = ½ (10)(4 x 10)5)
W = (5)(4 x 10)5)
W = 20 x 105 = 2 х 106 Джоул
Дұрыс жауап - D.
Сұрақ көзі:
Жоғары сынып/кәсіптік орта мектепке арналған физикадан ұлттық емтихан сұрақтары
