Pembahasan soal termodinamika

Proses Termodinamika

1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.18

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. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 60 No.18

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. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 67 No.18

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. Soal UN 1999/2000 No. 36

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. Soal UN 2002/2003

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. Soal UN 2009/2010 P70 No.13

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. Soal UN 2011/2012 C61 No.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.

8. Soal UN 2011/2012 A81 No.19

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. Soal UN 2005/2006

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 (Q_H) = 2000 Joule

Kalor yang dibuang (Q_L) = 1200 Joule

Usaha yang dihasilkan mesin (W) = 2000 – 1200 = 800 Joule

Ditanya : Efisiensi mesin kalor (e)

Jawab :

Rumus efisiensi mesin kalor :

e = W / Q_H = 800/2000 = 0,4 x 100% = 40%

Jawaban yang benar adalah E.

Mesin Carnot

10. Soal UN 2000/2001

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 (T_H) = 960 K

Suhu rendah (T_L) = 576 K

Ditanya : Efisiensi mesin Carnot (e)

Jawab :

Efisiensi mesin Carnot adalah 0,4 x 100% = 40%

Jawaban yang benar adalah A.

11. Soal UN 2003/2004

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 (T_H) = 800 Kelvin

Suhu rendah (T_L) = 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. Soal UN 2006/2007

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 (T_H) = 727^oC + 273 = 1000 K

Ditanya : Tentukan suhu reservoir dingin

Jawab :

Suhu reservoir adalah 600–273 = 327^oC

Jawaban yang benar adalah A.

13. Soal UN 2007/2008

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 (T_H) = 600 Kelvin

Suhu rendah (T_L) = 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. Soal UN 2008/2009 P04 No.18

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 (T_L) = 400 K

Suhu tinggi (T_H) = 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.