11 Contoh soalan tentang aplikasi hukum termodinamik pertama kepada pelbagai proses termodinamik (isobarik, isoterma, isokorik)
1. Graf di bawah menunjukkan kitaran termodinamik yang dialami oleh gas. Kerja yang dilakukan oleh gas dalam proses ABCD ialah…
Perbincangan
Dikenali :
Tekanan 1 (P1) = 2 x 105 Pa
Tekanan 2 (P2) = 4 x 105 Pa
Jilid 1 (V)1) = 1m3
Jilid 2 (V)2) = 3m3
Ditanya Kerja yang dilakukan oleh gas dalam proses kitaran ABCD
Jawab :
Kerja yang dilakukan oleh gas = luas segi empat tepat 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
Kerja yang dilakukan oleh gas dalam proses kitaran ABCD ialah 4 x 105 Joule.
2. Kerja yang dilakukan oleh gas dalam proses kitaran ABC ialah…
Perbincangan
Dikenali :
Tekanan 1 (P1) = 3 x 105 Pa
Tekanan 2 (P2) = 6 x 105 Pa
Jilid 1 (V)1) = 20cm3 = 20 x 10-6 m3
Jilid 2 (V)2) = 60cm3 = 60 x 10-6 m3
Ditanya Kerja yang dilakukan oleh gas dalam proses kitaran ABC
Jawab :
Kerja 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
Kerja yang dilakukan oleh gas dalam proses kitaran ABC ialah 6 Joule.
3. Graf tekanan (P) lawan isipadu (V) gas dalam ruang tertutup. Bahagian graf yang menunjukkan gas melakukan kerja ke atas persekitaran ialah…
Perbincangan
Proses AB dan proses DC ialah proses isobarik. Proses AD dan proses BC ialah proses isokorik.
Gas tersebut berfungsi pada persekitaran jika gas mengembang supaya isipadu ruang yang diduduki oleh gas meningkat (proses DC). Persekitaran tersebut berfungsi pada gas jika gas mengecut supaya isipadu ruang yang diduduki oleh gas berkurangan (proses BC).
4. Semua gas ideal menjalani proses isokorik jadi...
A. semua molekul mempunyai kelajuan yang sama
B. pada suhu tinggi, kelajuan purata molekul adalah lebih besar
C. tekanan gas kekal malar
D. gas akan melakukan kerja
E. tidak mempunyai tenaga dalaman
Perbincangan
Isokorik = isipadu malar.
Jawapan yang betul ialah B.
5. Sejumlah gas ideal dimampatkan melalui proses termodinamik dari keadaan 1 ke keadaan 2 seperti yang ditunjukkan dalam graf PV berikut. Kerja yang dilakukan oleh gas tersebut ialah…
A. -180 J
B. -90 J
C. -30 J
D. 30 J
E. 90 J
Perbincangan
1 liter = 0,001 m3
Dikenali :
Tekanan 1 (P1) = 10 kPa = 10.000 Pa = 10.000 N/m2
Tekanan 2 (P2) = 20 kPa = 20.000 Pa = 20.000 N/m2
Jilid 1 (V)1) = 4 liter = 4 (0,001 m3) = 0,004m3
Jilid 2 (V)2) = 10 liter = 10 (0,001 m3) = 0,010m3
Ditanya Kerja (W) yang dilakukan oleh gas
Jawapan:
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
Jawapan yang betul ialah E.
6. Lihat gambarajah PV di sebelah!
Kerja yang dihasilkan dalam proses termodinamik dalam satu kitaran ialah…
A. 100 kJ
B. 200 kJ
C. 300 kJ
D. 400 kJ
E. 600 kJ
Perbincangan
Dikenali :
Tekanan 1 (P1) = 1 x 105 Pa = 1 x 105 N / m2
Tekanan 2 (P2) = 3 x 105 Pa = 3 x 105 N / m2
Jilid 1 (V)1) = 2m3
Jilid 2 (V)2) = 4m3
Ditanya : Kerja (W) yang dihasilkan.
Jawab :
Kerja yang dilakukan = luas segi empat sama 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
Jawapan yang betul ialah D.
7. Suatu gas ideal menjalani satu proses seperti yang ditunjukkan dalam gambar rajah PV di bawah. Kerja yang dilakukan dalam proses ini ialah…
A. 35 J
B. 24 J
C. 15 J
D. 12 J
E. 6 J
Perbincangan
Dikenali :
Tekanan 1 (P1) = 1 N/m2
Tekanan 2 (P2) = 7 N/m2
Jilid 1 (V)1) = 1m3
Jilid 2 (V)2) = 5m3
Ditanya: Kerja (W) selesai.
Jawapan:
Kerja 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
Jawapan yang betul ialah D.
8. 0,02 mol gas monoatom pada 350 K berada di dalam bekas tertutup. Berapakah haba yang diperlukan untuk meningkatkan suhu gas kepada 400 K? Pemalar 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
Perbincangan:
Dikenali :
n = 0,02 mol
T1 = 350 K
T2 = 400 K
R = 8,31 J/mol K
Ditanya :
Haba (Q) ?
Jawab :
Dalam proses isokorik (isipadu malar), Q = delta U
Penerangan: Q = haba, delta U = perubahan tenaga dalaman, U = tenaga dalaman
9. Dua mol gas monoatom pada suhu 20 oC dan tekanan 2 × 105 Pa menjalani proses isokorik sehingga tekanan menjadi 4 × 105 Pa. Jika pemalar gas universal = 8,31 J/mol K, maka perubahan tenaga dalaman gas ialah…
A. 7304 J
B. 6200 J
C. 2291 J
D. 2128 J
E. 1208 J
Perbincangan:
Dikenali :
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 tenaga dalaman (delta U)?
Jawab :
delta U = 3/2 nR(T2-T1)
Kira T2 pertama sekali gunakan formula hukum Gay-Lussac (isipadu malar)
10. Bahagian graf tekanan (P) – isipadu (V) yang menunjukkan gas yang menerima kerja luaran ialah...
A. AB
B. CD
C. BC
D. DA
E. AC
Perbincangan :
Jika kerja dilakukan pada gas, isipadunya meningkat. Sebaliknya, jika kerja dilakukan pada gas dari sumber luaran, isipadunya berkurang. Proses yang ditunjukkan dalam graf di atas yang menunjukkan penurunan isipadu gas ialah proses CD.
Jadi jawapan yang betul ialah B.
11. Graf di bawah menunjukkan hubungan antara tekanan (P) dan isipadu (V) gas yang menjalani suatu proses.
Proses yang menghasilkan usaha yang paling besar ditunjukkan dalam graf nombor …
A. (1)
B. (2)
C. (3)
D. (4)
Perbincangan :
Kerja yang dilakukan = luas. Lebih besar luas, lebih besar kerja yang dilakukan. Luas terbesar ditunjukkan dalam graf 3.
Jawapan yang betul ialah C.
