427123206-Fisika-Teori-Kinetik-Gas-Dan-Termodinamika-Kelas-11

1. Gas ideal berada dalam wadah
tertutup pada mulanya mempunyai
tekanan P dan volume V. Apabila
tekanan gas dinaikkan menjadi 4 kali
semula dan volume gas tetap maka
perbandingan energi kinetik awal dan
energi kinetik akhir gas adalah…
Pembahasan
Diketahui :
Tekanan
awal
(P1)
=
P
Tekanan
akhir
(P2)
=
4P
Volume
awal
(V1)
=
V
Volume
akhir
(V2)
=
V
Ditanya : Perbandingan energi kinetik
awal dan energi kinetik akhir (EK1 : EK2)
Jawab :
Hubungan antara tekanan (P), volume
(V) dan energi kinetik (EK) gas ideal :
Perbandingan
energi kinetik awal dan energi kinetik
akhir :
2. Tentukan energi kinetik
translasi rata-rata molekul gas pada suhu
57oC!
Pembahasan
Diketahui :
Suhu gas (T) = 57oC + 273 = 330 Kelvin
Konstanta Boltzmann (k) = 1,38 x 1023 Joule/Kelvin
Ditanya : Energi kinetik translasi ratarata
Jawab :
Hubungan antara energi kinetik dan
suhu
gas :
Energi kinetik translasi ratarata :
3.
Suatu
gas bersuhu 27oC berada dalam suatu
wadah tertutup. Agar energi kinetiknya
meningkat menjadi 2 kali energi kinetik
semula maka gas harus dipanaskan
hingga
mencapai
suhu…
Pembahasan
Diketahui :
Suhu awal (T1) = 27oC + 273 = 300 K
Energi
kinetik
awal
=
EK
Energi
kinetik
akhir
=
4
EK
Ditanya :
Suhu
akhir
(T2)
Jawab :
Suhu akhir gas adalah 600 K atau 327oC.
4. Suatu gas ideal berada di dalam ruang
tertutup. Gas ideal tersebut dipanaskan
hingga kecepatan rata-rata partikel gas
meningkat menjadi 3 kali kecepatan
awal. Jika suhu awal gas adalah 27oC,
maka suhu akhir gas ideal tersebut
adalah…
Pembahasan
Diketahui :
Suhu awal = 27oC + 273 = 300 Kelvin
Kecepatan
awal
=
v
Kecepatan
akhir
=
2v
Ditanya : Suhu akhir gas ideal
Jawab :
molekul gas mempunyai energi kinetik 5
x 10–21 Joule. Konstanta gas umum =
8,315 J/mol.K dan konstanta Boltzmann
= 1,38 x 10-23 J/K. Hitung tekanan gas
dalam
ruang
tersebut!
Pembahasan
Diketahui :
Jumlah
mol
(n)
=
3
mol
3
-3
Volume = 36 liter = 36 dm = 36 x 10 m3
Konstanta Boltzmann (k) = 1,38 x 1023 J/K
Energi kinetik (EK) = 5 x 10–21 Joule
Konstanta gas umum (R) = 8,315 J/mol.K
Ditanya :
tekanan
gas
(P)
Jawab :
Hitung suhu (T) menggunakan rumus
energi kinetik gas dan suhu :
Kecepatan
rata-rata akhir = 2 x Kecepatan rata-rata
awal
Hitung tekanan gas menggunakan
rumus hukum Gas Ideal (dalam jumlah
mol, n) :
5. Tiga mol
gas berada di dalam suatu ruang
bervolume 36 liter. Masing-masing
Tekanan gas adalah 1,67 x 105 Pascal
atau 1,67 atmosfir.
Soal No. 1
16 gram gas Oksigen (M = 32 gr/mol)
berada pada tekanan 1 atm dan suhu
27oC. Tentukan volume gas jika:
a) diberikan nilai R = 8,314 J/mol.K
b) diberikan nilai R = 8314 J/kmol.K
Pembahasan
a) untuk nilai R = 8,314 J/mol.K
Data :
R = 8,314 J/mol.K
T = 27oC = 300 K
n = 16 gr : 32 gr/mol = 0,5 mol
P = 1 atm = 105 N/m2
b) untuk nilai R = 8314 J/kmol.K
Data :
R = 8314 J/kmol.K
T = 27oC = 300 K
n = 16 gr : 32 gr/mol = 0,5 mol
P = 1 atm = 105 N/m2
Soal No. 2
Gas bermassa 4 kg bersuhu 27oC
berada dalam tabung yang berlubang.
Jika tabung dipanasi hingga suhu
127oC, dan pemuaian tabung diabaikan
tentukan:
a) massa gas yang tersisa di tabung
b) massa gas yang keluar dari tabung
c) perbandingan massa gas yang keluar
dari tabung dengan massa awal gas
d) perbandingan massa gas yang
tersisa dalam tabung dengan massa
awal gas
e) perbandingan massa gas yang keluar
dari tabung dengan massa gas yang
tersisa dalam tabung
Pembahasan
Data :
Massa gas awal m1 = 4 kg
Massa gas tersisa m2
Massa gas yang keluar dari tabung Δ m
= m2 − m1
a) massa gas yang tersisa di tabung
b) massa gas yang keluar dari tabung
c) perbandingan massa gas yang keluar
dari tabung dengan massa awal gas
d) perbandingan massa gas yang
tersisa dalam tabung dengan massa
awal gas
e) perbandingan massa gas yang keluar
dari tabung dengan massa gas yang
tersisa dalam tabung
Soal No. 3
A dan B dihubungkan dengan suatu
pipa sempit. Suhu gas di A adalah
127oC dan jumlah partikel gas di A tiga
kali jumlah partikel di B.
Jika volume B seperempat volume A,
tentukan suhu gas di B!
Pembahasan
Data :
TA = 127oC = 400 K
NA : NB = 2 : 1
VA : VB = 4 : 1
Soal No. 4
Gas dalam ruang tertutup memiliki suhu
sebesar T Kelvin energi kinetik rata-rata
Ek = 1200 joule dan laju efektif V = 20
m/s.
Jika suhu gas dinaikkan hingga menjadi
2T tentukan:
a) perbandingan energi kinetik rata-rata
gas kondisi akhir terhadap kondisi
awalnya
b) energi kinetik rata-rata akhir
c) perbandingan laju efektif gas kondisi
akhir terhadap kondisi awalnya
d) laju efektif akhir
Pembahasan
a) perbandingan energi kinetik rata-rata
gas kondisi akhir terhadap kondisi
awalnya
b) energi kinetik rata-rata akhir
Sehingga diperoleh
c) perbandingan laju efektif gas kondisi
akhir terhadap kondisi awalnya
d) laju efektif akhir
Soal No. 5
Sebuah ruang tertutup berisi gas ideal
dengan suhu T dan kecepatan partikel
gas di dalamnya v. Jika suhu gas itu
dinaikkan menjadi 2T maka kecepatan
partikel gas tersebut menjadi …
A. √2 v
B. 12 v
C. 2 v
D. 4 v
E. v2
(Dari soal Ebtanas 1990)
Pembahasan
Data dari soal adalah:
T1 = T
T2 = 2T
V1 = ν
v2 =.....
Kecepatan gas untuk dua suhu yang
berbeda
Soal No. 6
Didalam sebuah ruangan tertutup
terdapat gas dengan suhu 27oC. Apabila
gas dipanaskan sampai energi
kinetiknya menjadi 5 kali energi semula,
maka gas itu harus dipanaskan sampai
suhu …
A. 100oC
B. 135oC
C. 1.200oC
D. 1.227oC
E. 1.500oC
(Soal Ebtanas 1992)
Pembahasan
Data diambil dari soal
T1 = 27°C = 27 + 273 = 300 K
Ek2 = 5 Ek1
T2 = .....
Energi kinetik gas untuk dua suhu yang
berbeda
Sehingga diperoleh
Dalam Celcius adalah = 1500 − 273 =
1227°C
Soal No. 7
Di dalam ruang tertutup suhu suatu gas
27°C, tekanan 1 atm dan volume 0,5
liter. Jika suhu gas dinaikkan menjadi
327°C dan tekanan menjadi 2 atm,
maka volume gas menjadi....
A. 1 liter
B. 0,5 liter
C. 0,25 liter
D. 0,125 liter
E. 0,0625 liter
Pembahasan
Data soal:
T1 = 27°C = 300 K
P1 = 1 atm
V1 = 0,5 liter
T2 = 327°C = 600 K
P2 = 2 atm
V2 = ..........
P1 V1
P2 V2
_______ = _______
T1
T2
(1)(0,5)
(2) V2
_______ = _______
300
600
V2 = 0,5 liter
Soal No. 8
Suatu gas ideal mula-mula menempati
ruang yang volumenya V dan tekanan
P. Jika suhu gas menjadi 5/4 T dan
volumenya menjadi 3/4 V, maka
tekanannya menjadi….
A. 3/4 P
B. 4/3 P
C. 3/2 P
D. 5/3 P
E. 2 P
(UN 2010 PO4)
Pembahasan
Soal No. 9
Gas dengan volume V berada di dalam
ruang tertutup bertekanan P dan
bersuhu T. Bila gas mengembang
secara isobarik sehingga volumenya
menjadi 1/2 kali volume mula-mula,
maka perbandingan suhu gas mulamula dan akhir adalah....(UN Fisika
2014)
A. 1 : 1
B. 1 : 2
C. 1 : 3
D. 2 : 1
E. 3 : 2
Pembahasan
Data soal:
P1 = P → 1
T1 = T → 1
Isobaris artinya tekanannya sama P1 =
P2 → 1
Volumenya menjadi 1/2 kali volume
mula-mula artinya:
V2 = 1
V1 = 2
T1 : T2 =....
Soal No. 10
Suatu gas ideal mula-mula menempati
ruangan yang volumenya V dan suhu T
dan tekanan P.
Tabung I
Tabung II
Dit
jawab :
Jika gas dipanaskan kondisinya seperti
pada tabung 2, maka volume gas
menjadi....(UN Fisika 2014)
A. 1/2 V
B. 8/9 V
C. 9/8 V
D. 2/3 V
E. 3/2 V
Pembahasan
Data soal:
Tekanan menjadi 4/3 mula-mula:
P1 = 3
P2 = 4
Suhu menjadi 3/2 mula-mula:
T1 = 2
T2 = 3
V2 = ..... V1
3.
Gas helium sebanyak 16 gram memiliki
volume 5 liter dan tekanan 2 x 102 Pa.
Jika R = 8,31 J/mol.K, berapakah suhu
gas tersebut?
Dik m = 16 gram
V = 5 liter = 5 x 10-3 m3
P = 2 x 102 Pa
R = 8,31 J/mol.K
Dit
T
jawab :
4.
1.
Suatu gas ideal sebanyak 4
memiliki tekanan 1,5 atmosfer
suhu27oC. Tentukan tekanan
tersebut jika suhunya 47oC
volumenya 3,2 liter!
Jawaban :
Dik
Kondisi 1
liter
dan
gas
dan
V=4L
P = 1,5 atm
T = 27+273=300K
Kondisi 2
V = 3,2 L
T = 47+273=320K
P2
1,2 kg gas ideal disimpan pada suatu
silinder. Pada saat diukur tekanannya
2.105Pa dan suhu 27oC. Jika sejumlah
gas sejenis dimasukkan lagi ternyata
suhunya menjadi 87oC dan tekanan
menjadi 3.105Pa. Berapakah massa gas
yang dimasukkan tadi?
Dik Kondisi 1
m = 1,2 kg
P = 2.105 Pa
T = 27+273=300K
Kondisi 2
P = 3.105 Pa
T = 87+273=360K
Dit m2
jawab :
5.
Sebuah tangki yang volumenya 50 liter
mengandung 3 mol gas monoatomik.
Jika energi kinetik rata-rata yang dimiliki
setiap gas adalah 8,2 x 10-21 J, tentukan
besar tekanan gas dalam tangki?
Dik V = 50 L = 50 dm3 = 50 x 10-3 m3
n = 3 mol
Ek = 8,2 x 10-21 J
Dit P
jawab :
6.
Jika konstanta Boltzmann k = 1,38
x 10-23 J/K, berapakah energi kinetic
sebuah helium pada suhu 27oC?
Dik k = 1,38 x 10-23 J/K
T = 300K
Dit
Ek
jawab :
Ek = 3/2 kT
Ek = 3/2x1,38 x 10-23 x300
Ek = 6,21 x 10-21 J =621 x 10-23 J
7.
Di dalam ruang tertutup terdapat gas
yang tekanannya 3,2 x 105 N/ m2. Jika
massa jenis gas tersebut adalah 6 kg/
m3, berapakah kecepatan efektif tiap
partikel gas tersebut?
Dik P = 3,2 x 105 N/m2
r = 6 kg/m3
Dit vrms
jawab :
8. Tentukan perbandingan kecepatan efektif
partikel-partikel gas helium (Mr=4 gr/mol)
pada suhu 270C dan kecepatan efektif
partikel-partikel gas neon (Mr = 10
gr/mol) pada suhu 1270C!
Dik Kondisi 1
Mr He = 4 gr/mol
T1 = 300 K
Kondisi 2
Mr neon = 10 gr/mol
T2 = 400 K
Dit
vef
jawab :
11.Gas oksigen pada suhu 27 oC memiliki
volume 20 liter dan tekanan
2
x 105 N/m2. Berapakah volume gas
ketika tekanannya 16 x 104 N/m2 dan
suhunya 47 oC ?
Dik Kondisi 1
T1 = 27+273 = 300K
V1 = 20 liter = 2 x 10-2 m3
P1 = 2 x 105 N/m2
Kondisi 2
P2 = 16 x 104 N/m2
T2 = 320 K
Dit V2
9.
Berapakah tekanan dari 20 mol gas yang
berada dalam tangki yang volumenya
100 liter jika suhunya 77oC dang = 9,8
m/s2?
(R = 8,31 J/mol.K)
Dik V = 100 L = 10-1 m3
n = 20 mol
T = 350 K
g = 9,8 m/s2
R = 8,31 J/mol.K
Dit
P
jawab :
PV = n
Px10-1 = 20x8,31x350
P=581700 Pa = 5,81700 x 105Pa
jawab :
12.Gas oksigen (Mr = 32) massa 80 gram
berada dalam tangki yang volumenya 8
liter. Hitunglah tekanan yang dilakukan
oleh gas jika suhunya 27 oC ?
Dik Mr O2 = 32
m = 80 gram
V = 8 liter
T = 300K
R = 8,31 J/mol.K = 0,082
L.atm/mol.K
Dit P
jawab :
10.Berapakah energi dalam 4 mol gas
monoatomik ideal pada suhu 107oC, jika
diketahui k = 1,38 x 10-23 J/K danNA =
6,02 x 1026 molekul/kmol?
Dik n = 4 mol
T = 380 K
k = 1,38 x 10-23 J/K
NA = 6,02 x 1026 molekul/kmol
Dit U
jawab :
13.Suatu gas ideal (Mr = 40) berada dalam
tabung tertutup dengan volume 8 liter.
Jika suhu gas 57 oC dan tekanan 2
x 105 N/m2, berapakah massa gas
tersebut?
Dik Mr = 40
V = 8 liter
T = 330K
P = 2 x 105 N/m2
R = 8,31 J/mol.K
Dit
m
jawab :
14.Jika massa jenis gas nitrogen 1,25 kg/m3,
hitunglah kecepatan efektif partikel gas
tersebut pada suhu 227 oC dan tekanan
1,5 x 105 N/m2!
Dik
= 1,25 kg/m3
T = 500K
P = 1,5 x 105 N/m2
Dit
vef
jawab :
16.Tentukan energi kinetik translasi rata-rata
molekul gas pada suhu 57oC!
Dik T = 57oC + 273 = 330 Kelvin
k = 1,38 x 10-23 Joule/Kelvin
Dit Energi kinetik translasi rata-rata
jawab :
17.Suatu gas bersuhu 27oC berada dalam
suatu wadah tertutup. Agar energi
kinetiknya meningkat menjadi 2 kali
energi kinetik semula maka gas harus
dipanaskan hingga mencapai suhu…
D
Suhu awal (T1) = 27oC + 273 =
300 K
Energi kinetik awal = EK
Energi kinetik akhir = 2 EK
Dit
Suhu akhir (T2)
jawab :
18.Suatu gas ideal berada di dalam ruang
tertutup. Gas ideal tersebut dipanaskan
hingga kecepatan rata-rata partikel gas
meningkat menjadi 3 kali kecepatan
awal. Jika suhu awal gas adalah 27oC,
maka suhu akhir gas ideal tersebut
adalah…
Dik Suhu awal = 27oC + 273 = 300 K
Kecepatan awal = v
Kecepatan akhir = 3v
Dit
Suhu akhir gas ideal
jawab :
19.Tiga mol gas berada di dalam suatu ruang
bervolume 36 liter. Masing-masing
molekul gas mempunyai energi kinetik 5
x 10–21 Joule.
Konstanta gas umum = 8,315 J/mol.K dan
konstanta Boltzmann = 1,38 x 10-23 J/K.
Hitung tekanan gas dalam ruang
tersebut!
Dik Jumlah mol (n) = 3 mol
Volume = 36 liter = 36 x 10-3 m3
K. Boltzmann (k) = 1,38 x 1023 J/K
E. kinetik (EK) = 5 x 10–21 Joule
R = 8,315 J/mol.K
Dit
tekanan gas (P)
jawab :
21.Di angkasa luar terdapat kira-kira 1 atom
hidrogen tiap cm3 dengan suhu 3,5 K.
Jika massa atom hidrogen adalah 1
g/mol, tentukanlah kecepatan efektif dan
tekanan udara pada tempat tersebut!
N = 1 atom
Dik
V = 1 cm3 = 10-6 m3
T = 3,5 K
ArH = 1 g/mol = 1 kg/k mol
R = 8,31 × 103 J/k mol K
a. v rms = ... ?
Dit
b. p = ... ?
jawab :
20.Gas He (Mr = 4 g/mol) pada suhu 27° C
dan volume 1 liter massanya 8 gram.
Tentukan energi dalam gas! (R = 8,31
J/mol K).
m=8g
Dik
Mr = 4 g/mol
T = 273 + 27 = 300 K
R = 8,31 J/mol K
Dit
Energi dalam U
jawab :
24.Diketahui sebuah tangki dengan
kapasitas 10.000 liter berisi gas hidrogen
pada tekanan 10 atm dan bersuhu 270 C.
Tangki
tersebut
bocor
sehingga
tekanannya menjadi 8 atm. Hitunglah
banyaknya gas hidrogen yang keluar?
Dik Mr = 2
V = 10.000 liter
p1 = 10 atm
T = 300 K
p2 = 8 atm
R = 8,31 J/mol K
R = 0,082 L atm/mol K
Dit m…
jawab :
26. Suatu gas yang suhunya 127OC
dipanaskan menjadi 227OC pada
tekanan tetap. Volume gas sebelum
dipanaskan adalah V. Volume gas
setelah dipanaskan adalah ....
Dik
Dit
T1 = 127 + 273 = 400K
T2 = 227 + 273 = 500K
V1 = V
V2 =…
jawab :
25.Diketahui di dalam sebuah bejana yang
memiliki volume 1 m3 berisi 10 mol gas
monoatomik dengan energi kinetik
molekul rata-rata 1,5 × 10-20 Joule
(bilangan
Avogadro
6,02
×
1023 molekul/mol).
Tentukan tekanan gas dalam bejana!
Dik V = 1 m3
n = 10 mol
Ek = 1,5 × 10-20 J
NA = 6,02 × 1023 molekul/mol
DitP…
jawab :
Nomor 1 (UN 2010)
1. Suatu gas ideal mula-mula
menempati ruang yang volumenya V
dan tekanan P. Jika suhu gas menjadi
5/4 T dan volumenya menjadi 3/4 V
maka tekanannya menjadi...
A. 3/4 P
B. 4/3 P
C. 3/2 P
D. 5/3 P
E. 2P
Pembahasan:
Gunakan rumus:
P1 . V1 / T1 = P2 . V2 / T2
P . V / T = P2 . 3/4 V / 5/4 T
P2 = 5/3 P
Jawaban: D
Nomor 2 (UN 2011)
2. Faktor yang mempengaruhi energi
kinetik gas didalam ruang tertutup:
1) tekanan
2) volume
3) suhu
4) jenis zat
Pernyataan yang benar adalah...
A. 1 dan 2
B. 1 dan 3
C. 1 dan 4
D. 2 saja
E. 3 saja
Pembahasan
Persamaan energi kinetik gas adalah Ek
= 3/2 kT, jadi yang mempengaruhi
energi kinetik gas adalah suhu.
Jawaban: E
Nomor 3 (UN 2009)
3. Gas ideal yang berada dalam suatu
bejana dimampatkan (ditekan), maka
gas akan mengalami...
A. penurunan laju partike
B. penurunan suhu
C. kenaikan suhu
D. penambahan partikel gas
E. penurunan partikel gas
Pembahasan
Berdasarkan persamaan umum gas
ideal P . V = N k T, diperoleh tekanan
sebanding dengan suhu. Jadi jika
tekanan besar maka suhu naik dan
sebaliknya.
Jawaban: C
Nomor 4
4. Sepuluh liter gas ideal suhunya
127oC mempunyai tekanan 165,6 N/m2.
Banyak partikel gas tersebut adalah...
A. 2 . 1019 partikel
B. 3 . 1019 partikel
C. 2 . 1020 partikel
D. 3 . 1020 partikel
E. 5 . 1019 partikel
Pembahasan
Untuk menghitung banyak partikel gas,
gunakan persamaan umum gas ideal,
tetapi hitung terlebih dahulu mol gas
PV = n R T
165,6 N/m2 . 0,01 m3 = n . 8,314 J/mol .
K . (127 + 273) K
1,656 Nm = n . 3325,6 J/mol
n = 1,656 Nm / 3325,6 J/mol = 0,0005
mol
Menghitung banyak partikel
N = n Na = 0,0005 . 6,02 . 1023 = 0,003 .
1023 = 3 . 1020 Partikel
Jawaban: D
Nomor 5
5. Jika P = tekanan, V = volume, T =
suhu mutlak, N = jumlah partikel, n =
jumlah mol, k = konstanta Boltzmann, R
= tetapan umum gas, dan N0 = bilangan
Avogadro, maka persamaan gas berikut
benar, kecuali...
A. PV = nRT
B.
PV = N/N0 RT
C.
PV = nkT
D.
PV = NkT
E.
PV = nN0Kt
Pembahasan
Rumus yang salah dari persamaan
umum gas ideal adalah PV = n k T
karena seharusnya PV = NkT
Jawaban: C
Nomor 6
6. Suatu gas ideal menempati ruang
yang volumenya V, suhu T dan tekanan
P. Kemudian dipanaskan sehingga
volumenya menjadi 5/4 V dan
tekanannya menjadi 4/3 P. Jadi pada
pemanasan itu suhu gas
menjadi...
A. 3/4 T
B. 4/3 T
C. 4/2 T
D. 3/2 T
E. 5/3 T
Pembahasan
(P1 . V1) / T1 = (P2 . V2) / T2
(P . V) / T = (4/3 P . 5/4 V) / T2 (coret P
dan V)
1/T = (5/3) / T2
T2 = 5/3 T
Jawaban: E
Nomor 7
7. Suatu gas ideal mula-mula
menempati ruang yang volumenya V
dan tekanan P. Jika suhu gas menjadi
5/4 T dan volumenya menjadi 3/4 V,
maka tekanannya menjadi...
A. 3/4 P
B. 4/3 P
C. 3/2 P
D. 5/3 P
E. 2 P
Pembahasan
(P1 . V1) / T1 = (P2 . V2) / T2
(P . V) / T = (P2 . 3/4 V) / 5/4T (coret 4,
V dan T)
P = (P2 3/5)
P2 = 5/3 P
Jawaban: D
Nomor 8
8. Sejumlah gas ideal berada didalam
ruangan tertutup mula-mula bersuhu
27oC. Supaya tekanannya menjadi 4 kali
semula, maka suhu ruangan tersebut
adalah...
A.
108 oC
B.
C.
D.
E.
297 oC
300 oC
927 oC
1200 oC
Pembahasan
(P1 . V1) / T1 = (P2 . V2) / T2
(P . V) / 300 K = (4P . V) / T2 (coret P
dan V)
1/300 K = 4/ T2
T2 = 4 . 300 K = 1200 K = (1200 273) 0C = 927 0C
Jawaban: D
Nomor 9
9. Gas ideal yang berada dalam suatu
bejana dimampatkan (ditekan) maka
gas akan mengalami...
A. Penurunan laju partikel
B. Penurunan suhu
C. Kenaikan suhu
D. Penambahan partikel gas
E. Penurunan partikel gas
Pembahasan
Jika gas ditekan berarti menambah
tekanan yang mengakibatkan kenaikan
suhu karena tekanan sebanding dengan
suhu (PV = n R T)
Jawaban: C
kok ada yang sama ya kayak yang di
atas...malessss 😋😁😀😊
Nomor 10
10. Dalam ruangan yang bervolume 1,5
liter terdapat gas yang bertekanan
105 Pa. Jika pertikel gas memiliki
kelajuan rata-rata 50 m/s, maka massa
gas tersebut adalah...
A. 180 gram
B. 8 gram
C. 3,2 gram
D. 0,8 gram
E. 0,4 gram
Pembahasan
Untuk menghitung massa gas gunakan
persamaan tekanan gas
P V = 1/3 N m v2
105 . 1,5 10-3 = 1/3 N m (50)2
150 = 1/3 N . m 2500
N m = 450 / 2500 = 0,18 kg
N m = 180 gram (N m = massa seluruh
gas sedangkan m = massa satu partikel
gas)
Jawaban: A
Nomor 11
11. Partikel-partikel gas oksigen didalam
tabung tertutup pada suhu 20oC
memiliki energi kinetik 2140 J. Untuk
mendapatkan energi kinetik 6420 J kita
harus menaikkan suhunya menjadi...
A. 879 oC
B. 615 oC
C. 589 oC
D. 60 oC
E. 40 oC
Pembahasan
Gunakan perbandingan persamaan
energi kinetik gas
EK1 / EK2 = (3/2 k T1) / (3/2 k T2) = T1
/ T2
2140 J / 6420 J = (20 + 273) K / T2
0,33 = 293 K/T2
T2 = 293 K / 0,33 = 887,9 K = 887,9 273 = 615 Co
Jawaban: B
Nomor 12
12. Gas ideal bersuhu T1 diisikan
kedalam tabung. Jika gas dipanaskan
sampai suhunya T2 (T2 > T1), maka
pengaruh pemanasan pada kecepatan
partikel gas (v), energi kinetik (Ek) dan
jumlah partikel
gas adalah..
Pembahasan
Jika suhu gas dinaikkan akan
mengakibatkan kenaikan tekanan,
volume dan energi kinetik.
Jawaban: A
Nomor 13
13. Gas ideal dalam ruang tertutup
bersuhu T kelvin mengalami penurunan
suhu menjadi ½ T kelvin. Perbandingan
energi kinetik partikel sebelum dan
sesudah penuruan suhu adalah...
A. 1 : 4
B. 1 : 2
C. 1 : 1
D. 2 : 1
E. 4 : 1
Pembahasan😁
Gunakan perbandingan persamaan
energi kinetik gas (lihat soal nomor 8)
EK1 / EK2 = T1 / T2
EK1 / EK2 = T / 1/2T = 2 / 1 = 2 : 1
Jawaban: D
n = m/mr
CONTOH SOAL
Gas dalam ruang tertutup bervolume 20
kilo liter dan suhu 27 C dengan tekanan
10 atm. hitung banyak mol gas dalam
ruang tersebut!
Diketahui : V = 20.000 liter
t = 27º C = 27 + 273 = 300 K
P = 10 atm
Ditanyakan: n = ...?
Ditanyakan: Ek = ...?
Kecepatan Efektif Gas Ideal
Simbol R selanjutnya disebut konstanta
gas umum yang nilainya 8,31 J/mol K
atau 0,082 L atm/mol K.
Tekanan dan Ketetapan Gas Ideal
v = kecepatan (m/s)
Keterangan:
P : tekanan gas (Nm–2)
N : jumlah molekul
v : kecepatan (m/s)
m : massa molekul (kg)
V : volume gas (m3)
Ek : energi kinetik (J)
CONTOH SOAL
20 mol gas ideal dalam tabung tertutup
yang bervolume 10 liter dan tekanan 2
atm. Jika jumlah molekul gas dalam
tabung tersebut 10 × 1021, maka besar
energi kinetik total gas dalam tabung
adalah?
Diketahui : V = 10 liter
N = 10 × 1021 partikel
P = 2 atm
n = 20 mol
Contoh soal :
Pada sebuah tangki yang bervolume 20
liter terdapat suatu gas yang bermassa
5,32 × 10-26 kg. Saat suhunya 27º C ,
tekanan gas tersebut sebesar 10 atm.
Tentukan kecepatan efektif gas
tersebut!
Diketahui : V = 20 liter
T = 27º C = 300 K
P = 10 atm
m = 5,32 × 10-26 kg
Ditanyakan: vrms = .... ?
Suhu dan Energi KinetikGas Ideal
Contoh soal :
Suatu gas ideal dalam ruang tertutup
yang suhunya 27° C memiliki energi
kinetik partikel sebesar 150 J. Jika
energi kinetiknya 300 J, maka
tentukanlah suhu gas sekarang!
Diketahui : T1 = 27° C = 27 + 273 = 300
K
Ek1= 150 J , Ek2= 300 J
Ditanyakan: T2 = .... ?
b. Proses Isokhorik
Proses isokhorik adalah proses gas
tanpa mengalami perubahan volume /
volume tetap ( ΔV = 0). sehingga, usaha
yang dilakukan gas pada proses
isokorik bernilai nol (W = P × 0 = 0).
c. Proses Isotermis
TERMODINAMIKA
PROSES – PROSES
TERMODINAMIKA :
a. Proses Isobarik
Proses isobarik adalah proses
yang dialami oleh gas di mana gas tidak
mengalami
perubahan tekanan atau tekanan tetap (
P = tetap)..
dimana ln adalah logaritma bilangan
natural
d. Proses Adiabatik
Usaha Luar (W) dan Energi Dalam (U)
Sistem gas melakukan usaha luar
apabila volume sistem bertambah
W = Usaha
Contoh soal :
Suatu sistem gas berada dalam ruang
yang fleksibel. tekanan mula mula 1,5 ×
10^5 N/m² , suhu 27º C, dan volume 12
liter. saat sistem gas menyerap panas
dari lingkungan dengan proses isobarik
suhu menjadi 127º C. Hitunglah volume
gas sekarang dan besar usaha luar
yang dilakukan oleh gas!
Diketahui : P1 = 1,5 × 10^5 N/m²
T1 = 27 + 273 = 300 K
V1 = 12 liter = 1,2 × 10 m³
T2 = 127 + 273 = 400 K
P2 = P1 (isobarik)
Ditanyakan: a. V2 = ... ?
b. W = ... ?
U =3/2 n RT
untuk suhu kamar
U = 5/2 nRT
CONTOH SOAL
Suatu gas yang berada dalam ruang
yang fleksibel memiliki tekanan 1,5 ×
10^5 Pa, suhu 27º C, dan volume 12
liter. Ketika gas menyerap kalor
suhunya menjadi 127º C. Hitunglah
energi gas mula-mula, volume gas
sekarang, energi dalam sistem gas
sekarang!
Diketahui : P1 = 1,5 × 10^5 Pa T1 = 27
+ 273 = 300 K
V1 = 12 liter = 1,2 × 10^5 m³ T2 = 127 +
273= 400 K
Ditanyakan: a. U1 = ...?
b. V2 = ...?
c. U2 = ...?
Energi Dalam (U) Gas Monoatomik
keterangan:
U = energi dalam
Energi Dalam (U) Gas Diatomik
untuk rumus energi dalam pada gas
diatomik menggunakan rumus yang
sama pada gas diatomik, pada suhu
rendah (dibawah suhu kamar) rumusnya
sama persis dengan gas monoatomik
Hukum I Termodinamika
Q = kalor
Q bernilai positif jika sistem menerima
kalor dan sebaliknya bernilai negatif jika
membuang kalor
W = usaha
W dapat bernilai positif dan negatif:
saat sistem melakukan kerja w positif
dan sebaliknya bernilai negatif jika
dikenai usaha
CONTOH SOAL
gas monoatomik pada suhu 27º C
dengan tekanan sebesar 1,5 × 10^5 Pa
dan bervolume 15 liter. Sistem
mengambil kalor dari lingkungan
dengan cara isobarik sehingga suhu
naik menjadi 127 C. Tentukan:
a. volume gas sekarang,
b. usaha luar yang dilakukan gas,
c. penambahan energi dalam gas, dan
d. besarnya kalor yang diserap gas!
Diketahui : T1 = 27 + 273 = 300 K
P1 = 1,5 × 10^5 N/m²
V1 = 15 liter = 15 × 10^-2 m³
T2 = 127 + 273= 400 K
Ditanyakan: a. V2 = ...?
b. W = ...?
c. Δ U= ...?
d. Q = ...?
Entropi
Entropi adalah ukuran banyaknya energi
atau kalor yang tidak dapat diubah
menjadi usaha.
Mesin Pendingin
Keterangan
Kp : koefisien daya guna
Q1 : kalor yang diberikan pada reservoir
suhu tinggi (J)
Q2 : kalor yang diserap pada reservoir
suhu rendah (J)
W : usaha yang diperlukan (J)
T1 : suhu reservoir suhu tinggi (K)
T2 : suhu reservoir suhu rendah (K)
Mesin Carnot
Keterangan:
η : efisiensi mesin Carnot
T1 : suhu reservoir bersuhu tinggi (K)
T2 : suhu reservoir bersuhu rendah (K)
Q1 = kalor yang diserap
Q2 = kalor yang dibuang
CONTOH SOAL
Sebuah mesin Carnot menyerap kalor
sebesar 1.000 kJ. Mesin bekerja pada
reservoir bersuhu tinggi 300 K dan
bersuhu rendah100 K. Berapa kalor
yang terbuang oleh mesin?
Diketahui : T1 = 300 K
T2 = 200 K
Q1 = 1.000 kJ
Ditanyakan: Q2 = ...?
Jawab :
3.
Jika gas ideal dimampatkan
secara isotermis sehingga
volumenya menjadi setengahnya,
maka ... .
a. tekanan dan suhu tetap
b. tekanan menjadi dua kali lipat dan
suhu tetap
c. tekanan tetap dan suhu menjadi dua
kali
d. tekanan menjadi dua kali dan suhu
menjadi setengahnya
e. tekanan dan suhu menjadi
setengahnya
jawab: B
4.
1.
Partikel-partikel gas ideal
mempunyai sifat-sifat sebagai
berikut, kecuali ... .
a. selalu bergerak
b. tidak saling menarik
c. bertumbukan lenting sempurna
d. tersebar merata di seluruh bagian
ruangan yang ditempati
e. tidak mengikuti Hukum Newton
tentang gerak
jawab: E
2.
Pada Hukum Boyle, P.V = k, P
adalah tekanan dan V adalah
volume. Konstanta k mempunyai
dimensi yang sama dengan ... .
a. daya
d. suhu
b. usaha
e. konstanta
pegas
c. momentum
jawab: b
Diketahui volume tabung B dua
kali volume tabung A. Keduanya
terisi gas ideal. Volume tabung
penghubung dapat diabaikan. Gas
A berada pada suhu300 K. Bila
jumlah molekul dalam A adalah N
dan jumlah molekul B adalah 3N,
maka suhu gas dalam tabung B
adalah ... .
a. 150 K
b. 200 K
c. 300 K
jawab: B
5.
d. 450 K
e. 600 K
Suatu jenis gas mempunyai volume
100 cm3 pada suhu 0°C dan
tekanan1 atm. Jika temperatur
menjadi 50 oC, sedangkan tekanan
menjadi 2 atm, maka volume gas
menjadi ... .
a. 38,4 cm³
d. 84,5 cm³
b. 45,5 cm³
e. 118,3 cm³
c. 59,2 cm³
JAWAB:
6.
Pada keadaan normal (T = 0 oC
dan P = 1 atm) 5 gram gas argon (Ar
= 40) mempunyai volume sebesar ...
. (1 atm = 105 N/m², R = 8,314
J/K.mol)
a. 1,4 x 10- 6 m³ d. 28 m³
b. 2,8 x 10-3 m³ e. 224 m³
c. 22,4 x 10-3 m³
JAWAB:
Saat STP (0OC , 1 atm)
V = n.22,4 liter
V = (5/40) . 22,4 = 2,8 liter = 2,8 . 103 m3
7.
Suatu gas ideal, dalam suatu
ruang tertutup bersuhu 27ºC. Untuk
mengubah energi kinetik partikelnya
menjadi 2 Ek, suhu gas harus
dijadikan ... .
a. 37 oC
d. 327 oC
b. 45 oC
e. 927 oC
o
c. 310 C
8. Sebanyak 4 gram gas neon
dengan massa molekul 6 g/mol
bersuhu 38 °C. Jika tekanannya 1,8x
105 Pa, maka energi dalam gas
adalah ... . (Diketahui k =1,38 x 1023 J/K, NA = 6,02x10-23 molekul/mol).
a. 2,28 x 103 J
b. 3,12 x 103 J
c. 3,85 x 103 J
d. 4,23 x 103 J
e. 5,16 x 103 J
jawab:
9.
Tangki berisi gas mula-mula
bersuhu 200 K dipanasi hingga
bersuhu 300o K. Jika jumlah partikel
gas mula-mula 2 mol, maka agar
energi dalam tidak berubah, kran
harus dibuka sekejap hingga
sebagian partikel gas keluar
sejumlah ... .
a.1/2 mol
d.2/3 mol
b. 1/3 mol
e.3/4 mol
c.1/4 mol
jawab:
10. Suatu gas ideal pada tekanan
atmosfir p dan suhu 27 °C
dimampatkan sampai volumenya
setengah kali dari semula. Jika
suhunya dinaikkan menjadi 54 °C,
berapakah tekanannya?
a. 0,25 p
d. 2 p
b. 0,54 p
e. 2,18 p
c. 1 p
11. Pada hukum Boyle P . V = k, k
mempunyai dimensi . . . .
a. daya
d. suhu
b. usaha
e. konstanta pegas
c. momentum linear
jawab: B (Usaha)
12. Rapat massa (perbandingan massa
dan volume) suatu gas ideal pada
suhu T dan tekanan p adalah ρ. Jika
tekanan gas tersebut dijadikan 2p
dan suhunya diturunkan menjadi 0,5
T maka rapat massa gas menjadi . . .
.
a. 4
d. 0,25
b. 2
e. 0,12
c. 0,50
jawab: A
13. Suatu gas ideal pada 300 K
dipanaskan dengan volume tetap,
sehingga energi kinetik rata-rata dari
molekul gas menjadi dua kali lipat.
Pernyataan berikut ini yang tepat
adalah . . .
a. Kecepatan rms rata-rata dari molekul
menjadi dua kali.
b. Suhu berubah menjadi 600 K.
c. Momentum rata-rata dari molekul
menjadi dua kali.
d. Suhu berubah menjadi 300 ² K.
e. Kecepatan rata-rata molekul
menjadi dua kali.
Jawab: b
14. Untuk melipatgandakan
kecepatan rms molekul-molekul
dalam suatu gas ideal pada 300 K,
suhu sebaiknya dinaikkan menjadi . .
..
a. 327 K
d. 1.200 K
b. 424 K
e. 90.000 K
c. 600 K
suhunya harus ditingkatkan menjadi
. . . semula.
a. sama
d. 9 kali
b. 1,5 kali
e. 12 kali
c. 6 kali
jawab: D (32 = 9)
15. 0,5 m3 gas dipanaskan pada
proses isobaris volumenya menjadi 2
m3. Jika usaha luar gas tersebut 3 ×
105 joule besar tekanan gas
sekarang adalah . . . .
a. 6 × 105 N/m²
b. 2 × 105 N/m²
c. 1,5 × 105 N/m²
d. 8 × 105 N/m²
e. 3 × 105 N/m²
jawab:
W = P . ΔV
3 × 105 = P . (2 – 0,5)
P = 1,5 × 105 N/m²
16. Besar energi dalam 4 mol gas
monoatomik pada suhu 400 K
adalah . . . (R = 8,31 J/ mol K).
a. 6,332 J
d. 33,240 J
b. 19,944 J
e. 34,327 J
c. 24,825 J
jawab:
U = 3/2 . n . R . T = 3/2 .4. 8,31 . 400 =
19 944 J
17. Agar kecepatan rms partikel gas
menjadi 3 kali lipat dari awal,
18. Sebuah tabung berisi gas
monoatomik kemudian dipompakan
gas yang sama sehingga
tekanannya berubah menjadi 3 kali
vulome semula. Besar perubahan
energi dalam gas tersebut jika
proses isotemis adalah . . . .
a. nol
d. 6 kali
semula
b. 1,5 kali semula
e. 9
kali semula
c. 3 kali semula
jawab: C
19. Hukum I Termodinamika
menyatakan bahwa . . . .
a. kalor tidak dapat masuk ke dalam
dan ke luar dari suatu sistem
b. energi adalah kekal
c. energi dalam adalah kekal
d. suhu adalah tetap
e. sistem tidak mendapat usaha dari
luar
jawab: C
20. Dua bejana A dan B volumenya
sama berisi udara yang suhu dan
massanya sama. bejana A
dipanaskan secara isobaris
sedangkan udara di dalam bejana B
dipanaskan pada proses isokhoris.
Jika besar kalor yang diberikan
pada bejana A dan B sama maka .
...
a. kenaikan suhu udara di A dan di B
sama
b. perubahan energi dalam di A dan di
B sama
c. kenaikan suhu udara di A lebih kecil
dari di B
d. kenaikan suhu udara di A lebih besar
dari di B
e. salah semua
jawab: C
pada bejana B usaha bernilai nol
karena proses isokhoris (V = tetap)
sehingga kalor spenuhnya untuk
perubahan energi dalam ( suhu),
sedangkan pada bejana A kalor
sebagian berubah menjadi usaha
dan energi dalam. Jadi suhu di B
lebih besar.
21. Sejumlah gas ideal dengan massa
tertentu mengalami pemampatan
secara adiabatik. jika W adalah
kerja yang dilakukan oleh sistem
(gas) dan ΔT adalah perubahan
suhu dari sistem maka berlaku
keadaan . . . .
a. W = 0, ΔT > 0
d. W <
0, ΔT > 0
b. W = 0, ΔT < 0
e. W <
0, ΔT = 0
c. W > 0, ΔT = 0
jawab: E ( saat sistem melakukan
kerja W bernilai NEGATIF dan
PERUBAHAN SUHU NOL)
22. Sebuah mesin Carnot bekerja di
antara 2 reservoir bersuhu tinggi 527
°C dan suhu rendah 127 °C. Jika
reservoir suhu tinggi diturunkan
menjadi 500 K, maka efisiensi awal
dan terakhir adalah . . . .
a. 20% dan 30%
b. 20% dan 40%
c. 20% dan 50%
d. 30% dan 50%
e. 50% dan 20%
jawab: E
23. Sebuah mesin Carnot yang
menggunakan reservoir suhu tinggi
800 K mempunyai efisiensi sebesar
40%. Agar efisiensinya naik menjadi
50%, suhu reservoir suhu tinggi
dinaikkan menjadi . .
a. 900 K d. 1.180 K
b. 960 K e. 1.600 K
c. 1.000 K
JAWAB = B
T1‘ (1 – η‘) = T1 ( 1 – η)
T1‘ (1 – 0,5) = T1 ( 1 – 0,4)
T1‘ . 0,5 = 800 . 0,6
T1‘ = 960 k
24. Sebuah mesin bekerja pada
reservoir bersuhu tinggi 500 K dan
reservoir bersuhu rendah 350 K.
Mesin tersebut menghasilkan usaha
sebesar 104 joule. Efisiensi mesin
tersebut adalah . . . .
a. 30 %
d. 66 %
b. 33 %
e. 70 %
c. 42 %
25. Suatu mesin menyerap 150 kalori
dari reservoir 400 K dan melepas 90
kalori ke reservoir bersuhu 200 K.
Efisiensi mesin tersebut adalah . . . .
a. 30 %
d. 60 %
b. 40 %
e. 80 %
c. 50 %
1). Pada percobaan Joule, beban bermassa 5 kg
mengalami perpindahan kedudukan sebesar
2 m. Jika massa air sebesar 0,2 kg,
perubahan suhu air akibat kalor hasil
gesekan sudu-sudu dan air adalah...
a. 1°C
b. 10°C
c. 100°C
d. 0,1°C
e. 0,12°C
Diketahui:
Massa beban (M) = 5 kg
Perubahan kedudukan benda, s atau Δh = 2
m
Massa air, (m) = 0,2 kg
Kalor jenis air, (c) = 4.200 J/kg.K
Percepatan gravitasi, g = 10 m/s²
Ditanya:
Perubahan suhu air (ΔT)?
Jawab:
Perubahan energi potensial gravitasi tepat
sama dengan energi kalor pada air.
ΔEP = Q
M.g.Δh = m.c.ΔT
Ingat, M adalah massa beban yang
digantung, sedangkan m adalah massa air
dengan kincir di dalamnya.
(5).(10).(2) = (0,2)(4.200)(ΔT)
100 = 840.(ΔT)
ΔT = 100/840
ΔT = 0,12°C (Jawaban: E)
2). Suatu gas dimampatkan secara isobarik
pada tekanan 2 MPa dari 0,5 m³ menjadi 0,4
m³. Usaha yang dilakukan pada gas adalah...
a. 10 kJ
b. 20 kJ
c. 100 kJ
d. 200 kJ
e. 400 kJ
Diketahui:
P = 2Mpa = 2.000.000 Pa
ΔV = 0,4 m³ - 0,5 m³ = -0,1 m³
Ditanya: Usaha yang dilakukan (W) jika
gas dimampatkan secara isobarik?
Jawab:
Jika gas dimampatkan secara isobarik,
maka:
W = P . ΔV
W = 2000000. (-0,1)
W = -200.000 J
W = -200 kJ
3). Sejumlah gas mengalami ekspansi secara
adiabatik volumenya menjadi 0,1 m³. Jika
suhu akhir gas setengah suhu awalnya dan
tekanan awal gas 2 x 105 Pa, tekanan gas
setelah ekspansi adalah... (γ = 1,4)
a. 105 Pa
b. 103 Pa
c. 705 Pa
d. 700 Pa
e. 2 x 104 Pa
Diketahui:
V2 = 0,1 m³
T2 = 1T ----> setengah suhu awalnya
T1 = 2T
P1 = 2 x 105 Pa
γ = 1,4 = 14/10
Ditanya: P2 (Tekanan gas setelah
ekspansi)?
Jawab:
Cari dulu volume awal (V1).
T1. V1γ-1 = T2. V2γ-1
2 . V11,4-1 = 1 . (0,1)1,4-1
2. V10,4 = (0,1)0,4
karena 0,4 = 4/10, maka semuanya
dipangkatkan 10/4 agar pangkat yang lain
hilang.
210/4. V1 = 0,1
5,65 .V1 = 0,1
V1 = 0,1 / 5,65
V1 = 0,017 m³
Lalu cari P2-nya.
P1.V1γ = P2.V2γ
2 x 105 . (0,017)1,4 = P2 . (0,1)1,4
2 x 105 . 0,0035 = P2 . 0,04
P2 = 700 / 0,04
P2 = 17500 Pa
4). Grafik berikut ini menunjukkan
hubungan antara volume (V) dan tekanan (p)
dari suatu gas.
Proses yang menunjukkan gas memperoleh
energi terbesar dari usaha yang dilakukan
lingkungan pada gas adalah...
a. E ke A
b. D ke E
c. C ke D
d. B ke C
e. A ke B
Diketahui:
Lihat pada gambar di buku.
Ditanya: Proses yang menunjukkan gas
memperoleh energi terbesar?
Jawab:
Usaha terbesar dimiliki oleh proses dengan
bidang terluas dan yang memiliki bidang
terluas adalah proses D ke E (Jawaban: B)
5). Suatu gas dalam tabung mengalami
pemampatan secara adiabatik maka pada
proses ini akan terjadi...
a. W = 0 dan ΔT > 0
b. W < 0 dan ΔT > 0
c. W > 0 dan ΔT = 0
d. W < 0 dan ΔT < 0
e. W > 0 dan ΔT > 0
Jawab:
Proses adiabatik adalah sebuah proses
dimana pemuaian ditandai dengan tidak
adanya kalor yang masuk atau keluar sistem
"Q=0" sehingga berlaku ΔU = -W yang
berarti W < 0.
Jika gas memuai secara adiabatik, maka gas
melakukan kerja dan mengakibatkan
penurunan energi dalam sistem. Energi
dalam sistem berkurang sebesar ΔU
sehingga suhu gas juga turun, yang berarti
ΔT < 0. (Jawaban: D)
6). Gas mengalami ekspansi secara isotermal
dari volume awal 3 liter pada tekanan 20
atm (1 atm = 1,01 x 105 Pa) menjadi volume
akhir 24 liter. Usaha yang dilakukan oleh
gas tersebut adalah... (Diketahui: nRT1 =
P1V1 dan ln 2 = 0,693)
a. 1,25 x 103 J
b. 2,50 x 103 J
c. 12,5 x 103 J
d. 2,5 x 104 J
e. 1,25 x 105 J
Diketahui:
Isotermal = suhu tetap
V1 = 3 L = 0,003 m³
V2 = 24 L = 0,024 m³
P = 20 atm = 20,2 x 105 Pa
ln 2 = 0,693
nRT1 = P1V1
Ditanya: W (usaha)?
Jawab:
W = n.R.T1. ln (V2/V1)
W = P1.V1. ln (V2/V1)
W = 20,2 x 105 . 0,003 . In (0,024/0,003)
W = 6060 . ln 8
W = 6060 . ln 2³ ----- ln ar = r ln a
W = 6060. 3 ln 2
W = 6060 . 3(0,693)
W = 6060. 2,079
W = 12.598,74 J
W = 12,5 x 103 J (Jawaban: C)
7). Pada tekanan konstan 106 Pa, suhu 10
mol gas helium naik dari -20°C menjadi
0°C. Perubahan energi dalam dan besar
usaha yang dilakukan gas helium jika gas
tersebut menyerap kalor sebesar 4 kJ
adalah... (R = 8,31 J/K mol)
a. ΔU = 2,49 kJ, W = 1,51 kJ
b. ΔU = 1,51 kJ, W = 2,49 kJ
c. ΔU = -2,49 kJ, W = -1,51 kJ
d. ΔU = -1,51 kJ, W = -2,49 kJ
e. ΔU = 2,49 kJ, W = 6,49 kJ
ΔU = 2,49 kJ
Lalu cari usaha, dengan persamaan hukum 1
termodinamika.
Q = ΔU + W
W = Q - ΔU
W = 4000 - 2493
W = 1507 J
W = 1,51 kJ
Jawaban: (A)
8). Besarnya energi dalam dari suatu gas
monoatomik yang terdiri atas 1024 molekul
dan bersuhu 400 K adalah... (k = 1,38 x 1023
J/K)
a. 0,34 kJ
b. 0,69 kJ
c. 1,38 kJ
d. 2,76 kJ
e. 8,28 kJ
Diketahui:
N = 1024 molekul
f = 3 (gas monoatomik memiliki derajat
kebebasan 3)
T = 400 K
k = 1,38 x 10-23 J/K
Ditanya: U (energi dalam)?
Diketahui:
P = 106 Pa
n = 10 mol
ΔT = (T2-T1) = (0°C-(-20°C)) = 20°C
Q = 4 kJ = 4000 J
R = 8,31 J/K mol
Ditanya: Perubahan energi dalam (ΔU) dan
besar usaha (W)?
Jawab:
Cari perubahan energi dalam dengan
persamaan.
ΔU = (3/2) n.R.ΔT
ΔU = (3/2). 10. 8,31. 20
ΔU = 2493 J
Jawab:
U = (3/2) N.k.T
U = (3/2). 1024. 1,38 x 10-23 . 400
U = 8280 J
U = 8,28 kJ (Jawaban: E)
9). Sejumlah gas ideal mengalami ekspansi
sehingga volumenya menjadi dua kali
semula, ternyata energi dalam gas menjadi
empat kali semula. Tekanan gas tersebut
akan menjadi...
a. tetap
b. 2 kali
c. 4 kali
d. 8 kali
e. 16 kali
Diketahui:
V1 = 1V
V2 = 2V
U1 = 1U ----> T1 = T
U2 = 4U ---> Jika Energi dalam dinaikkan,
jika menurut rumus (N.f.(1/2).k.T), maka
yang termasuk di dalamnya juga dinaikkan.
--> Termasuk T (suhu)
berarti T2 = 4T
Ditanya: P (tekanan gas)?
Jawab:
Memakai persamaan.
(P1.V1) / T1 = (P2.V2) /T2
(P1 .1) / 1 = (P2 . 2) / 4
P1 = (P2 . 2) / 4 -----> pindah 4 ke ruas kiri
4P1 = 2P2
P2 = 4P1/2
P2 = 2P1
Berarti tekanan gas tersebut akan menjadi 2
kali lipat dari tekanan awalnya (Jawaban: B)
10). Dua mol gas monoatomik mendapatkan
kalor sebanyak 1297,14 joule secara
isokhorik. Jika R = 8,13 J/mol K, tentukan
perubahan suhu gas tersebut...
a. 75 K
b. 52 K
c. 50 K
d. 35 K
e. 20 K
Diketahui:
Isokhorik = volume tetap
n = 2 mol
f = 3 (gas monoatomik dengan derajat
kebebasan 3)
Q = 1297,14
R = 8,13 J/mol K
Ditanya: ΔT (perubahan suhu)?
Jawab:
Q = (f/2) n.R.ΔT
1297,14 = (3/2). 2 . 8,13 . ΔT
1297,14 = 24,39 . ΔT
ΔT = 1297,14 / 24,39
ΔT = 53,1 K (Jawaban yang mendekati
adalah (B))
11). Mesin Carnot mengambil 1.000 kkal
dari reservoir 627°C dan mengeluarkannya
pada reservoir 27°C. Banyaknya kalor yang
dikeluarkan reservoir suhu rendah adalah...
a. 43,1 kkal
b. 330 kkal
c. 600 kkal
d. 666,7 kkal
e. 956,9 kkal
Diketahui:
Q1 = 1000 kkal
T1 = 627°C = 627 + 273 = 900 K
T2 = 27°C = 27 + 273 = 300 K
Ditanya: Q2 (kalor yang dikeluarkan
reservoir suhu rendah)?
Jawab:
Q2/Q1 = T2/T1
Q2 / 1000 = 300 / 900
Q2 = (300 x 1000) / 900
Q2 = 300000 / 900
Q2 = 333,33 kkal (Jawaban yang mendekati
adalah: (B))
12). Mesin Carnot menerima kalor dari
reservoir bersuhu tinggi 900 K dan
melepaskannya pada reservoir bersuhu
rendah 495 K. Efisiensi mesin Carnot
tersebut adalah...
a. 40%
b. 45%
c. 50%
d. 55%
e. 80%
Diketahui:
T1 = 900 K
T2 = 495 K
Ditanya: η (efisiensi mesin Carnot)?
Jawab:
η = (1 - (T2/T1) x 100%
η = (1 - (495/900) x 100%
η = ((900/900) - (495/900)) x 100%
η = 405/900 x 100% (100% = 100/100 = 1,
jadi bisa diabaikan)
η = 405/900
η = 0,45
η = 45/100 atau sama saja dengan 45%
(Jawaban: B)
13). Sebuah mesin Carnot yang
menggunakan reservoir suhu tinggi bersuhu
800 K memiliki efisiensi sebesar 40%. Agar
efisiensinya naik menjadi 50%, suhu
reservoir suhu tinggi harus dinaikkan
menjadi...
a. 900 K
b. 960 K
c. 1.000 K
d. 1.180 K
e. 1.600 K
Diketahui:
T1 = 800 K
η1= 40% = 0,4
η2 = 50% = 0,5
Ditanya: T1 (suhu reservoir tinggi saat
efisiensi menjadi 50%)?
Jawab:
tentukan suhu reservoir rendah (T2) pada
efisiensi 40%.
η = (1 - (T2/T1)) x 100%
0,4 = (1 - (T2/800)) x 100% ----> 100% =
100/100 = 1, jadi bisa dihilangkan karena
dikalikan satu hasilnya tetap sama.
0,4 = 1 - (T2/800)
T2/800 = 1 - 0,4
T2 / 800 = 0,6
T2 = 480 K
Lalu tentukan suhu reservoir tinggi
menggunakan T2 yang diperoleh untuk η
=50%.
η = (1 - (T2/T1)) x 100%
0,5 = (1 - (480/T1))
480/T1 = 1 - 0,5
480/T1 = 0,5
T1 = 480/0,5
T1 = 960 K (Jawaban: B)
14). Sejumlah gas ideal mengalami siklus,
seperti pada gambar berikut.
Dalam satu sekon dapat terjadi lima siklus.
Daya yang dihasilkan per siklus adalah...
a. 80 watt
b. 200 watt
c. 400 watt
d. 800 watt
e. 1000 watt
Diketahui:
Lihat pada gambar di buku.
Ditanya: Daya yang dihasilkan?
Jawab:
*Usaha dari A ke B bertanda positif karena
arah proses ke kanan. Karena bidangnya
menyerupai luas trapesium, maka memakai
luas trapesium.
Wab = 1/2 (400 + 200 kPa) 4 L
Wab = 1/2 (600) 4
Wab = 1/2 . 2400
Wab = 1200 J
*Usaha dari B ke C bertanda negatif karena
arah proses ke kiri. Karena bidangnya
menyerupai persegi panjang, maka memakai
luas persegi panjang.
Wbc = - 200 kPa x 4 L
Wbc = -800 J
*Usaha dari C ke A sama dengan nol karena
dengan sumbu V tidak dapat membentuk
bidang (luasnya = 0)
Usaha keseluruhan proses adalah = 1200 +
(-800) + 0 = 400 J
Jika tekanan gas adalah 2 atm, tentukan
usaha luar gas tersebut! (1 atm = 1 x
105 Pa)
Pembahasan
Dalam satu sekon dapat terjadi 5 siklus.
Daya yang dihasilkan per siklus adalah 400
Watt (400 Joule/sekon) -> (Jawaban: C)
15). Suhu di dalam ruang mesin pendingin 3°C dan suhu udara luar 27°C. Setiap detik,
kalor yang dilepaskan mesin pendingin
adalah 450 J. Besarnya daya listrik rata-rata
yang dibutuhkan oleh mesin pendingin
tersebut adalah...
a. 25 watt
b. 50 watt
c. 90 watt
d. 150 watt
e. 900 watt
Diketahui:
T1 = -3°C = -3 + 273 = 270 K
T2 = 27°C = 27 + 273 = 300 K
Q1 = 450 J/detik
2). 1,5 m3 gas helium yang bersuhu 27oC
dipanaskan secara isobarik sampai 87oC.
Jika tekanan gas helium 2 x 105 N/m2 , gas
helium melakukan usaha luar sebesar....
Pembahasan
Ditanya: Daya listrik rata-rata?
Jawab:
Kita cari dulu usahanya.
W/Q1 = (T2/T1) - 1
W/Q1 = (300/270) - (270/270)
W/Q1 = 30/270
W/Q1 = 1/9
W = (1/9) x Q1
W = (1/9) x 450
W = 50 J
Lalu cari dayanya.
P = W/t
P = 50 J/1s
P = 50 Watt (Jawaban: B)
1. Suatu gas memiliki volume awal 2,0
m3 dipanaskan dengan kondisi isobaris
hingga volume akhirnya menjadi 4,5 m3.
3). (2000/693) mol gas helium pada suhu
tetap 27oC mengalami perubahan volume
dari 2,5 liter menjadi 5 liter. Jika R = 8,314
J/mol K dan ln 2 = 0,693 tentukan usaha
yang dilakukan gas helium!
Pembahasan
mengalami proses termodinamika
ditunjukkan seperti gambar berikut!
Usaha yang dilakukan gas helium pada
proses ABC sebesar....
Pembahasan
4). 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....
Pembahasan
6). Suatu mesin Carnot, jika reservoir
panasnya bersuhu 400 K akan mempunyai
efisiensi 40%. Jika reservoir panasnya
bersuhu 640 K, efisiensinya.....%
Pembahasan
5). Diagram P−V dari gas helium yang
7). Delapan mol gas ideal dipanaskan pada
tekanan tetap sebesar 2 × 105 N/m2 sehingga
volumenya berubah dari 0,08 m3 menjadi
0,1 m3. Jika gas mengalami perubahan
energi dalam gas sebesar 1.500 J, berapakah
kalor yang diterima gas tersebut.
Pembahasan
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)(103 3
m ) = (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)(103 3
m ) = (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 (QH) = 2000 Joule
Kalor yang dibuang (QL) = 1200 Joule
Usaha yang dihasilkan mesin (W) = 2000 –
1200 = 800 Joule
Ditanya : Efisiensi mesin kalor (e)
Jawab :
Rumus efisiensi mesin kalor :
e = W / QH = 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 (TH) = 960 K
Suhu rendah (TL) = 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 (TH) = 800 Kelvin
Suhu rendah (TL) = 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 (TH) = 727oC + 273 = 1000 K
Ditanya : Tentukan suhu reservoir dingin
Jawab :
Suhu reservoir adalah 600–273 = 327oC
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 (TH) = 600 Kelvin
Suhu rendah (TL) = 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 (TL) = 400 K
Suhu tinggi (TH) = 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.
Usaha Yang Dilakukan Gas
Gambar. Ketika gas ideal di dalam silinder
dipanaskan,pada tekanan tetap
Tinjaulah silinder yang berisi gas dan
mempunyai pengisap yang dapat
bergerak tanpa gesekan. Gas ini akan
mengerjakan gaya pada pengisap itu.
Jika luas pengisap adalah A dan
tekanan gas adalah p, maka besarnya
gaya yang dikerjakan oleh gas pada
pengisap itu adalah F = pA. Usaha W
yang dilakukan oleh gas dapat dihitung
dengan persamaan :
W = Fs
W = (pA) Δs
Oleh karena A Δs = ΔV, persamaan usaha
yang dilakukan gas dapat ditulis menjadi :
W
=
p
ΔV
p = tekanan gas (N/m2),
ΔV = perubahan volume (m3), dan
W = usaha yang dilakukan gas (joule).
Nilai W dapat berharga positif atau negatif
bergantung pada ketentuan berikut.
a. Jika gas memuai sehingga perubahan
volumenya berharga positif, gas (sistem)
tersebut dikatakan melakukan usaha yang
menyebabkan
volumenya
bertambah.
Dengan demikian, usaha W sistem berharga
positif.
b. Jika gas dimampatkan atau ditekan
sehingga perubahan volumenya berharga
negatif, pada gas (sistem) diberikan usaha
yang
menyebabkan
volume
sistem
berkurang. Dengan demikian, usaha W pada
tersebut sistem ini bernilai negatif.
Grafik Tekanan terhadap Volume
Gambar. (a) Grafik P–V suatu gas yang
mengalami pemuaian (melakukan
ekspansi)
(b) Grafik P–V suatu gas yang mengalami
pemampatan (diberi kompresi)
Usaha yang dilakukan oleh sistem dapat
ditentukan melalui metode grafik. Pada
Gambar a dapat dilihat bahwa proses
bergerak ke arah kanan (gas memuai). Hal ini
berarti V2 > V1 atau ΔV > 0 sehingga W
bernilai positif (gas melakukan usaha
terhadap lingkungan). W sama dengan luas
daerah di bawah kurva yang diarsir (luas
daerah di bawah kurva p –V dengan batas
volume
awal
dan
volume
akhir).
Selanjutnya perhatikan Gambar b. Jika
proses bergerak ke arah kiri (gas
memampat), V2 < V1 atau ΔV < 0 sehingga
W bernilai negatif (lingkungan melakukan
usaha terhadap gas).
W = – luas daerah di bawah kurva p–V yang
diarsir.
Contoh Soal 1.
Suatu gas dengan volume 0,5 m kubik,
perlahan-lahan dipanaskan pada tekanan
tetap 4 x 105 N/mpersegi, sehingga
volumenya menjadi 2 mkubik. Tentukan
besar usaha yang dilakukan gas !
Jawab :
W = p (V2 - V1) =4 x 105 (2 - 0,5 ) = 6 x
105
Contoh soal 2
Diagram P−V dari gas helium yang
mengalami proses termodinamika
ditunjukkan seperti gambar
berikut! Usaha yang dilakukan gas
helium pada proses ABC sebesar....
A. 660 kJ
B. 400 kJ
C. 280 kJ
D. 120 kJ
E. 60 kJ
(Sumber Soal : UN Fisika 2010 P04 No.
17)
Jawab :
W = luas daerah di bawah grafik
WAC = WAB + WBC
WAC = 0 + (2 x 105)(3,5 − 1,5) = 4 x 105 = 400
kJ
Contoh Soal 4 :
Suatu gas dipanaskan pada tekanan tetap
sehingga memuai, seperti terlihat pada
gambar.
Tentukanlah usaha yang dilakukan gas. (1
atm = 105 N/m2)
Jawaban :
Diketahui: p = 4 atm, V1 = 0,3 L, dan V2 =
0,5 L.
1 liter = 1 dm3 = 10–3 m3
W = p ( ΔV) = p (V2 – V1)
W = 4 × 105 N/m2 (0,5 L – 0,2 L) × 10–3 m3 =
120 Joule.
Proses Termodinamika
Jika variabel keadaan gas mengalami
perubahan, maka dikatakan gas tersebut
sedang mengalami proses termodinamika.
Ada beberapa proses termodinamika, tetapi
yang akan kita bahas adalah proses isotermal,
isokorik,
isobarik
dan
adiabatis.
a.
Proses
Isobarik
Proses isobarik adalah proses perubahan
variabel keadaan sistem pada tekanan
konstan. Dari kenyataan tersebut kita dapat
melukiskan grafik hubungan antara tekanan p
dan volume V seperti gambar berikut :
D. 480 kJ
E. 660 kJ
Jawaban : V1 = 1,5 m3 ;T1 = 27oC = 300 K;
T2 = 87oC = 360 K; P = 2 x 105 N/m2
W = PΔV
Mencari V2 :
V / =V /
2 T2
1 T1
V2 = ( V1/T1 ) x T2 = ( 1,5/300 ) x 360 = 1,8 m3
W = PΔV = 2 x 105(1,8 − 1,5) = 0,6 x 105 = 60
x 103= 60 kJ
Usaha proses isobarik dapat ditentukan dari
luas kurva di bawah grafik P – V
W
=
p
(Va
Vb)
Contoh
Soal
1:
Suatu gas memiliki volume awal 2,0
m3 dipanaskan dengan kondisi isobaris
hingga volume akhirnya menjadi 4,5 m3. Jika
tekanan gas adalah 2 atm, tentukan usaha
luar
gas
tersebut!
5
(1 atm = 1,01 x 10 Pa)
Pembahasan
Data :
V2 = 4,5 m3
V1 = 2,0 m3
P = 2 atm = 2,02 x 105 Pa
Isobaris → Tekanan Tetap
W = P (ΔV)
W = P(V2 − V1)
W = 2,02 x 105 (4,5 − 2,0) = 5,05 x 105 joule
Contoh Soal. 2
1,5 m3 gas helium yang bersuhu 27oC
dipanaskan secara isobarik sampai 87oC.
Jika tekanan gas helium 2 x 105 N/m2 , gas
helium melakukan usaha luar sebesar....
A. 60 kJ
B. 120 kJ
C. 280 kJ
b. Proses Isotermal
Isotermal berasal dari bahasa Yunani yang
berarti proses perubahan gas dengan suhu
tetap. Gambar di bahai ini memperlihatkan
bahwa tekanan dan volume sistem berubah
sepanjang garis lintasan, sedangkan
temperaturnya tetap. Karena T konstan,
maka
PV = nRT = C = konstan
Perhatikan grafikk pada Gambar berikut.
Pada proses ini berlaku hukum Boyle.
PaVa = PbVb
Karena suhunya tetap maka pada proses
isotermis ini tidak terjadi perubahan energi
dalam ΔU = 0. Sedang usahanya dapat
dihitung dari luas daerah di bawah
kurva, besarnya seperti berikut.
Contoh soal 1
2000/693 mol gas helium pada suhu tetap
27oC mengalami perubahan volume dari 2,5
liter menjadi 5 liter. Jika R = 8,314 J/mol K
dan ln 2 = 0,693 tentukan usaha yang
dilakukan gas helium!
Jawaban :
n = 2000/693 mol
V2 = 5 L
V1 = 2,5 L
T = 27oC = 300 K
Usaha yang dilakukan gas :
W = nRT ln (V2 / V1)
W = (2000/693 mol) ( 8,314 J/mol K)(300 K) ln
( 5 L / 2,5 L )
W = (2000/693) (8,314) (300) (0,693) = 4988,4
joule
Contoh Soal 2 :
Sepuluh mol gas helium memuai secara
isotermal pada suhu 47 °C sehingga
volumenya menjadi dua kali volume mulamula. Tentukanlah usaha yang dilakukan
oleh gas helium.
Jawaban :
Diketahui: T = 47 °C = (47 + 273) K = 320
K dan V2 = 2V1.
Usaha yang dilakukan gas pada proses
isotermal:
W = n RT ln (V2/V1) = (10 mol) ( 8,31
J/mol)(320 K) ln (2V2/V1) = 26.592 ln 2 =
18.428 joule
Contoh Soal 3 :
Suatu gas ideal mengalami proses siklus
seperti grafik p – V berikut.
Tentukanlah:
a. usaha gas dari A ke B,
b. usaha gas dari B ke C,
c. usaha gas dari C ke A, dan
d. usaha netto gas dalam satu siklus.
Jawaban :
Diketahui: pA = pB = 3 × 105 Pa, pC = 1 ×
105 Pa, VA = 2 L, dan VB = VC = 6 L.
a. Proses A ke B adalah proses isobarik.
Usaha dari A ke B dapat dihitung
dengan persamaan
WAB = p(VB – VA)WAB = 3 × 105 Pa (6 – 2) ×
10–3 m3 =
1.200
joule
b. Proses B ke C adalah proses isokhorik.
Oleh
karena
VC
=
VB,
usaha yang dilakukan gas WBC = 0
c. Proses dari C ke A adalah isotermal. Oleh
karena pC:VC = pA:VA,
usaha dari C ke A adalah : WCA = nRT ln
(VA/VC) = pCVC ln (VA/VC) = pAVA ln
(VA/VC) (ingat: pV = nRT)
WCA = (1 × 105 N/m2)(6 × 10–3 m3)ln 3/6 = –
415,8 joule
d. Usaha netto gas dalam satu siklus ABCA :
Wsiklus = WAB + WBC + WCA = 1.200 joule +
0 + (–415,8 joule) = 784,2 joule
Contoh Soal 4 :
Suatu gas yang volumenya 1,2 liter perlahanlahan dipanaskan pada tekanan tetap 1,5 ×
105 N/m2hingga volumenya menjadi 2 liter.
Berapakah usaha yang dilakukan gas?
Jawaban :
Diketahui: V1 = 1,2 L, V2 = 2 L, dan p = 1,5
× 105 N/m2.
1 liter = 1 dm3 = 10–3 m3
Usaha yang dilakukan gas pada tekanan tetap
(isobarik) adalah
W = p (V2 – V1) = (1,5 × 105 N/m2) (2 – 1,2)
×
10–3 m3 =
120
joule
Proses Isokhorik
Proses isokhorik atau isovolumetrik
adalah proses perubahan variabel
keadaan sistem pada volume konstan.
Dari pernyataan tersebut kita dapat
melukiskan grafik hubunganantara
tekanan dan volum konstan. Dari
pernyataan tersebut, kita dapat
melukiskan grafik hubungan antara
tekanan dengan volume (p - V) sperti
gambar :
Menurut Hukum Gay-Lussac proses
isokhorik pada gas dapat dinyatakan dengan
persamaan :
p/T = konstan, atau, p1/T1 = p2/T2
Oleh karena perubahan volume dalam proses
isokhorik ΔV = 0 maka usahanya W = 0.
d. Proses Adiabatik
Proses adiabatik adalah proses di mana
tidak ada kalor yang masuk atau keluar
sistem, Q = 0.
Proses ini dapat dilakukan dengan cara
mengisolasi sistem menggunakan bahan
yang tidak mudah menghantarkan kalor atau
disebut juga bahan adiabatik. Adapun, bahanbahan yang bersifat mudah menghantarkan
kalor disebut bahan diatermik.
Proses adiabatik ini mengikuti persamaan
Poisson sebagai berikut
p Vγ = konstan, atau , p1 V1γ = p2 V2γ
Oleh karena persamaan gas ideal dinyatakan
sebagai pV = nRT maka Persamaan (9–4)
dapat ditulis :
T1V1(γ –1) = T2 V2(γ –1)
dengan γ = CP/CV = konstanta Laplace,
dan CP/CV > 1. CP adalah kapasitas kalor gas
pada tekanan tetap dan CV adalah kalor gas
pada volume tetap.
Dari kurva hubungan p – V tersebut, Anda
dapat mengetahui bahwa:
1) Kurva proses adiabatik lebih curam
daripada kurva proses isotermal.
2) Suhu, tekanan, maupun volume pada
proses adiabatik tidak tetap.
Oleh karena sistem tidak melepaskan atau
menerima kalor, pada kalor sistem proses
adiabatik Q sama dengan nol. Dengan
demikian, usaha yang dilakukan oleh sistem
hanya mengubah energi dalam sistem
tersebut. Besarnya usaha pada proses
adiabatik tersebut dinyatakan dengan
persamaan berikut.
W= 3/2 nRT−T = 3/2 (p1 V1 − p2 V2)
Contoh Soal 1 :
Usaha sebesar 2 × 103 J diberikan secara
adiabatik untuk memampatkan 1 mol gas
ideal monoatomik sehingga suhu mutlaknya
menjadi 2 kali semula. Jika konstanta umum
gas R = 8,31 J/mol K, tentukanlah suhu awal
gas.
Jawaban :
Diketahui: W = 2 × 103 J, T2 = 2T1, dan n = 1
mol.
W = 3/2 n R (T2 – T1) = 3/2 n R (2T1 – T1)
W = 3/2 n R T1
T1 = 2W / 3nR = 2(2 x 103 joule) / 3 x 1 mol
x
8,31
J/molK
=
642
K
Contoh Soal 2:
Sebuah mesin memiliki rasio pemampatan 12
: 1 yang berarti bahwa setelah pemampatan,
volume gas menjadi 1/12 volume awalnya.
Anggap bahan bakar bercampur udara pada
suhu 35 °C, tekanan 1 atm, dan γ = 1,4. Jika
proses pemampatan terjadi secara adiabatik,
hitunglah tekanan pada keadaan akhir dan
suhu campuran.
Jawaban :
Diketahui: V2 = 1/12 V1, T1 = 35 + 273 =
308 K, dan p1 = 1 atm.
Untuk menentukan tekanan akhir p2,
gunakan rumus :
p2 = 32,4 atm.
Suhu campuran atau suhu akhir T2 diperoleh
sebagai berikut :
T2 = 308 K (12)1,4 – 1 = 308 K (12)0,4 = 832
K = 559 °C
Soal No. 6
Suatu mesin Carnot, jika reservoir panasnya bersuhu
400 K akan mempunyai efisiensi 40%. Jika reservoir
panasnya bersuhu 640 K, efisiensinya.....%
A. 50,0
B. 52,5
C. 57,0
D. 62,5
E. 64,0
(Sumber Soal : SPMB 2004)
Pembahasan
Data pertama:
η = 40% = 4 / 10
Tt = 400 K
Cari terlebih dahulu suhu rendahnya (T r) hilangkan
100 % untuk mempermudah perhitungan:
η = 1 − (Tr/Tt)
4 / 10 = 1 − (Tr/400)
(Tr/400) = 6 / 10
Tr = 240 K
Data kedua :
Tt = 640 K
Tr = 240 K (dari hasil perhitungan pertama)
η = ( 1 − Tr/Tt) x 100%
η = ( 1 − 240/640) x 100%
η = ( 5 / 8 ) x 100% = 62,5%
Soal No. 7
Sebuah mesin Carnot yang menggunakan reservoir
suhu tinggi bersuhu 800 K mempunyai efisiensi
sebesar 40%. Agar efisiensinya naik menjadi 50%,
maka suhu reservoir suhu tinggi dinaikkan
menjadi....(UMPTN 90)
A. 900 K
B. 960 K
C. 1000 K
D. 1180 K
E. 1600 K
Pembahasan
Rumus efisiensi (tanpa %)
Data dari Efisiensi pertama,
Tt = 800 K
η = 40% = 0,4 → (1 − η) = 0,6
Dari sini diperoleh suhu rendah Tr
Dari data efisiensi kedua,
η = 50% = 0,5 → (1 − η) = 0,5
Tr = 480 K
Suhu tingginya:
Soal No. 8
Sebuah mesin Carnot bekerja pada pada suhu tinggi
627°C memiliki efisiensi 50%. Agar efisiensi
maksimumnya naik menjadi 70% pada suhu rendah
yang tetap, maka suhu tingginya harus dinaikkan
menjadi....
A. 1500°C
B. 1227°C
C. 1127°C
D. 1073°C
E. 927°C
Soal No. 9
Perhatikan gambar berikut ini!
Jika kalor yang diserap reservoir suhu tinggi adalah
1200 joule, tentukan :
a) Efisiensi mesin Carnot
b) Usaha mesin Carnot
c) Perbandingan kalor yang dibuang di suhu rendah
dengan usaha yang dilakukan mesin Carnot
d) Jenis proses ab, bc, cd dan da
Pembahasan
a) Efisiensi mesin Carnot
Data :
Tt = 227oC = 500 K
Tr = 27oC = 300 K
η = ( 1 − Tr/Tt) x 100%
η = ( 1 − 300/500) x 100% = 40%
b) Usaha mesin Carnot
η = W/Q1
4/10 = W/1200
W = 480 joule
c) Perbandingan kalor yang dibuang di suhu rendah
dengan usaha yang dilakukan mesin Carnot
Q2 = Q1 − W = 1200 − 480 = 720 joule
Q2 : W = 720 : 480 = 9 : 6 = 3 : 2
d) Jenis proses ab, bc, cd dan da
ab → pemuaian isotermis (volume gas bertambah,
suhu gas tetap)
bc → pemuaian adiabatis (volume gas bertambah,
suhu gas turun)
cd → pemampatan isotermal (volume gas berkurang,
suhu gas tetap)
da → pemampatan adiabatis (volume gas berkurang,
suhu gas naik)
Soal No. 10
Sejumlah gas ideal mengalami proses seperti gambar
berikut.
Proses yang menggambarkan adiabatis dan isokhorik
berturut-turut ditunjukkan pada nomor...(UN Fisika
2013)
A. 1 – 2 dan 3 – 4
B. 1 – 2 dan 4 – 5
C. 2 – 3 dan 1 – 2
D. 2 – 3 dan 1 – 2
E. 2 – 3 dan 3 – 4
Pembahasan
Adiabatis : proses dimana tidak ada kalor masuk atau
keluar. Ciri garisnya melengkung curam. Seperti
garis 2 - 3.
Isokhorik : proses pada volume tetap. Garisnya yang
tegak lurus sumbu V. Bisa 5 - 1, juga 3 - 4.
Pilihan yang ada sesuai adiabatis dan isokhoris
adalah 2 - 3 dan 3 - 4.
Soal No. 11
Pembahasan
Data mesin pendingin
Tr = − 13°C = (− 13 + 273) K = 260 K
Tt = 27°C = 300 K
Qr = 1300 j
W = ....
Suatu gas ideal mengalami proses siklus seperti pada
gambar P − V di atas. Kerja yang dihasilkan pada
proses siklus ini adalah....kilojoule.
A. 200
B. 400
C. 600
D. 800
E. 1000
Pembahasan
W = Usaha (kerja) = Luas kurva siklus = Luas bidang
abcda
W = ab x bc
W = 2 x (2 x 105) = 400 kilojoule
Soal No. 12
Sebuah mesin pendingin memiliki reservoir suhu
rendah sebesar −15°C. Jika selisih suhu antara
reservoir suhu tinggi dan suhu rendahnya sebesar
40°C, tentukan koefisien performansi mesin tersebut!
Pembahasan
Data mesin
Tr = − 15°C = (− 15 + 273) K = 258 K
Tt − Tr = 40°C
Cp =....
Soal No. 13
Sebuah kulkas memiliki suhu rendah − 13°C dan
suhu tinggi 27°C. Jika kalor yang dipindahkan dari
reservoir suhu rendah adalah 1300 joule, tentukan
usaha yang diperlukan kulkas!
Rumus koefisien performansi jika diketahui usaha
dan kalor
Dimana
W = usaha yang diperlukan untuk memindahkan
kalor dari suhu rendah
Qr = kalor yang dipindahkan dari suhu rendah
Sehingga jika digabung dengan rumus dari no
sebelumnya diperoleh: