bimbingan belajartemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_termodinamika.pdf · usaha, kalor...

43
BIMBINGAN BELAJAR DAN KONSULTASI PENDIDIKAN SERI : FISIKA S MA TERMODINAMIKA

Upload: others

Post on 25-Jul-2020

73 views

Category:

Documents


10 download

TRANSCRIPT

Page 1: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJARDAN KONSULTASI PENDIDIKAN

SERI : FISIKA SMA

TERMODINAMIKA

Page 2: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Page 3: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

Usaha, Kalor danEnergi Dalam

Page 4: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Usaha, Kalor dan Energi Dalam

Pendahuluan

Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan antarakalor dan energ mekanik

Termodinamika merupakan ilmu yang mempelajari tentangperpindahan energi saat sistem mengalami proses termodinamikadari suatu keadaan ke keadaan lain

Dalam termodinamika, kumpulan benda yang kita perhatikan disebutsistem, sedangkan semua yang ada di sekitar benda disebutlingkungan

Page 5: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Usaha

Usaha yang dilakukan oleh atau pada sistem adalah ukuran energiyang dipindahkan dari sistem ke lingkungan atau sebaliknya

Usaha oleh gas berbeda-beda tergantung pada keadaan gas. Terdapatempat keadaan gas yang mempengaruhi usaha, di antaranya isobarik, isokhorik, isotermik, dan adiabatik

Pada Proses Isobarik :

Proses isobarik merupakan proses per-ubahan keadaan gas saat tekanan tetap ∆P=0

Usaha yang dilakukan oleh lingkungan terhadap sistem :

∆W = P . ∆V∆W = perubahan usaha

P = tekanan

∆V = perubahan volume

Usaha, Kalor dan Energi Dalam

Page 6: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Pada Proses Isokhorik :

Proses isokhorik terjadi pada saat volume gas tetap

Usaha yang dilakukan oleh lingkungan terhadap sistem :

∆V = 0 ∆W = 0

Pada Proses Isotermik :

Proses isotermik terjadi pada saat suhu gas tetap

Usaha yang dilakukan oleh lingkungan terhadapsistem :

∆T = 0 ∆W = n R T ln (𝐕𝟐

𝐕𝟏)

Usaha, Kalor dan Energi Dalam

Page 7: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Pada Proses Adiabatik :

Pada proses adiabatik, gas tidak menyerap atau melepas kalor

Usaha yang dilakukan oleh lingkungan terhadap sistem :

W = n Cv (T2-T1)

𝐏𝟏𝐕𝟏Ɣ

= 𝐏𝟐𝐕𝟐Ɣ Ɣ =

𝐂𝐩

𝐂𝐕

n =jumlah mol

γ = tetapan Laplace

Cp = kapasitas kalor pada tekanan tetap

Cv = kapasitas kalor pada volume tetap

𝐓𝟏𝐕𝟏Ɣ−𝟏

= 𝐓𝟐𝐕𝟐Ɣ−𝟏

Usaha, Kalor dan Energi Dalam

Page 8: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Kalor

Kalor yang diserap atau diberikan oleh system gas untuk menaikkanatau menurunkan suhu uap kelvin disebut kapasitas kalor gas

Kalor timbul ketika energi dipindahkan akiba adanya perbedaansuhu

Q = m c ∆T

Q = C ∆T

c = kalor jenis zat (J/kgK)

C = kapasitas kalor (J/K)

Cv = kapasitas kalor pada volume tetap

Cp = kapasitas kalor pada tekanan tetap

Untuk gas monoatomik : Cv= 3/2 nR ; Cp = 5/2 nR

Untuk gas diatomik: suhu rendah, Cv = 3/2 nR ; Cp = 5/2 nR

suhu sedang, Cv = 5/2 nR ; Cp = 7/2 nR

suhu tinggi, Cv= 7/2 nR; Cp = 9/2 nR

Usaha, Kalor dan Energi Dalam

Page 9: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Energi Dalam

Gaya antar molekul pada gas ideal dapat diabaikan sehingga energidalam yang dimiliki zat hanya merupakan total energi kinetik dariseluruh molekul

Energi dalam gas diatomik berubah-ubah bergantung pada suhu

Gas monoatomik :∆U =

𝟑

𝟐n R (T2 – T1)

Gas Diatomik : Suhu Rendah :

∆U = 𝟑

𝟐n R (T2 – T1)

Suhu Sedang : ∆U = 𝟓

𝟐n R (T2 – T1)

Suhu Tinggi : ∆U = 𝟕

𝟐n R (T2 – T1)

Usaha, Kalor dan Energi Dalam

Page 10: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Sebanyak 6m3 gas berada dalam wadah bersuhu 27oC dan tekanan 5.104 Pa. Volumegas pada keadaan standar adalah…

A. 1,7 m3 B. 2,1 m3 C. 2,25 m3 D. 2,5 m3 E. 2,7 m3

Pembahasan :

T1 =27oC = 300K, p1 = 5.104 Pa, T2 = 0oC = 273 K, p2 = 1 atm = 1,01.105 Pa

Ditanya V2 = ?

Volume gas pada keadaan standar adalah :

Contoh Soal – Usaha, Kalor dan Energi Dalam

2

22

1

11

T

.Vp

T

.Vp

11

2

2

12 xV

T

Tx

p

pV

32,7mx6

300

273x

1,01x10

5x105

4

Jawaban : E

Page 11: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Sebuah silinder mesin diesel berisi udara dengan volume 90 cm3, pada suhu 27oC dantekanan 1 atm. Udara tersebut dimampatkan secara adiabatik sehingga volumenyamenjadi 15 cm3. Jika udara dianggap mengikuti sifat gas ideal dengan = 1,4 dan 1 atm= 1.105 N/m2, suhu akhir udara adalah….

A. 150 K B. 300 K C. 600 K D. 450 K E. 750 K

Pembahasan : Proses berlangsung adiabatik, maka berlaku :

T1V1y-1 = T2V2

y-1

1

1y

2 Tx V2

V1T

750K300x

15

9011,4

300x (6)0,4

Contoh Soal – Usaha, Kalor dan Energi Dalam

Jawaban : E

Page 12: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Suatu gas volumenya 5.10-2m3 dinaikkan pada tekanan tetap sehingga menjadi 4 kalisemula. Jika usaha luar yang dilakukan gas sebesar 3.104 J, maka tekanan gas adalah…

A. 1,5.105 N/m2 D. 4,0.105 N/m2

B. 2,0.105 N/m2 E. 5,0.105 N/m2

C. 3,0.105 N/m2

Pembahasan : V1 = 5.10-2m3, V2 = 4xV1 = 20.10-2m3, W = 3.104 J Ditanya p = ?

Proses isobarik, maka tekanan gas ditentukan : W = p.V

12 VV

Wp

25N/m2,0x10

2

4

5)x10(20

3x10

2

4

15x10

3x10

Contoh Soal – Usaha, Kalor dan Energi Dalam

Jawaban : B

Page 13: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Sebuah gas ideal dinaikkan suhunya secara isokhorik, dari 30oC menjadi 60oC. Jikatekanan gas mula-mula sebesar 10 Pa, maka usaha yang dilakukan gas tersebut….

A. 2.105 J D. 1.10 J

B. 1.105 J E. 0 J

C. 1,5.10 J

Pembahasan : T1 = 30oC, T2 = 60oC, P = 10 Pa

Usaha yang dilakukan gas pada proses isokhorik (V tetap) adalah

W = p.V V tetap V = 0

W = 0

Contoh Soal – Usaha, Kalor dan Energi Dalam

Jawaban : E

Page 14: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Perhatikan grafik hubungan tekanan (P) terhadap volume (V) gas berikut. Jika V1 =100cm3 dan usaha yang dilakukan gas dari keadaan (1) ke keadaan (2) adalah 40 J,maka nilai V2 adalah…

A. 100 cm3 D. 400 cm3

B. 200 cm3 E. 500 cm3

C. 300 cm3

Pembahasan :Usaha isobarik (tekanan konstan) :

W = p.V

40 = 2.105 x (V2 – 10-4)

V2 = 10-4 = 100 cm3

Contoh Soal – Usaha, Kalor dan Energi Dalam

Jawaban : A

Page 15: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Dari grafik P-V di bawah besar usaha gas pada proses I dan II berbanding sebagai…

A. 4 : 3 D. 1 : 2

B. 3 : 4 E. 1 : 1

C. 2 : 3

Pembahasan : Usaha isobarik (tekanan konstan ) : W = p. V

Perbandingan antara W1 dan W2 :

Jadi, perbandingan W1 dan W2 adalah = 1 : 1

20)15x(60

10)20x(40

W

W

2

1

1

1

600

600

Contoh Soal – Usaha, Kalor dan Energi Dalam

Jawaban : E

Page 16: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Perhatikan gambar berikut : Gas ideal melakukan proses perubahan tekanan (P)

terhadap volume (V). Usaha yang dilakukan oleh gas pada prosestersebut adalah..

A. 20 J D. 5 J

B. 15 J E. 4 J

C. 10 J

Pembahasan :Usaha yang dilakukan oleh gas tersebut adalah :

W = luas daerah di bawah kurva

= ½ x jumlah sisi sejajar x tinggi

= ½ (4Pa + 6 Pa) x (4x2)m3

= 10 J

Contoh Soal – Usaha, Kalor dan Energi Dalam

Jawaban : C

Page 17: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Dua mol gas monoatomik pada suhu 27oC dan tekanan 3.105 Pa mengalami prosesisokhorik hingga tekanannya menjadi 4.105 Pa. Bila tetapan gas umum 8,31 J/mol.K,maka perubahan energi dalam gas adalah…

A. 4.155 J B. 2,908 J C. 2.493 J D. 2.077 J E. 1.108 J

Pembahasan : Perubahan energi dalam proses isokhorik : U = n.R. T dengan T=T2 – T1

Dari hukum Boyle-Gay Lussac :

Jadi, perubahan energi dalam :

U = 3/2 x 2 x 8,31 x100 = 2.493 J

2

2

1

1

T

P

T

P 400KT2

2

55

T

4.10

300

3.10

Contoh Soal – Usaha, Kalor dan Energi Dalam

Jawaban : C

Page 18: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

HukumTermodinamika

Page 19: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Hukum I Termodinamika

Hukum I Termodinamika

Jika suatu sistem diberi kalor maka sistem akan melakukan usaha, tetapikalor yang diserap atau diberikan itu tidak seluruhnya

∆Q = ∆U + ∆W∆Q = jumlah kalor (J)

∆U = perubahan energi dalam (J)

∆W = usaha luar yang dilakukan (J)

Besar energi dalam dapat diukur dari selisih energi dalamsistem keadaan akhir dan energi dalam sistem keadaanawal

Energi dalam suatu sistem dapat berubah sehubungandengan kalor Q dan usaha W

∆U = U2 – U1

Q +/- = sistem menerima atau melepas kalor

Q = 0 = adiabatik

W +/- = sistem melakukan usaha atau dilakukan usaha

W = 0 = isokhorik

∆U +/- = penambahan atau pengurangan energi dalam

∆U = 0 = isotermik

Page 20: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Proses Dalam Termodinamika

Proses Isobarik

adalah proses perubahan gas dalam ruangan tertutup yang berlangsungpada tekanan tetap

∆Q = ∆U + P.∆V

Proses Isokhorik

adalah proses perubahan gas dalam ruang tertutup yang berlangsung pada volume tetap (∆V = 0)

∆Q = ∆U

Page 21: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Proses Adiabatik proses perubahan gas dalam ruang tertutup yang berlangsung

tanpa terjadinya perpindahan kalor antara sistem denganlingkungan (∆Q = 0)

∆U = -∆W

Proses Isotermik adalah proses perubahan gas dalam ruang tertutup yang

berlangsung pada suhu tetap (∆T = 0)

∆Q = n R T ln (𝐕𝟐

𝐕𝟏)

Proses Dalam Termodinamika

Page 22: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Formulasi Clausius

Tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kaloryang bekerja dalam suatu siklus yang mampumemindahkan kalor dari suatu benda dingin ke bendapanas tanpa memerlukan usaha dari luar

Formulasi Kelvin-Planck

Tidak mungkin untuk membuat mesin yang bekerja dalam suatusiklus yang dapat mengubah seluruh kalor yang diterimanya darisebuah sumber menjadi usaha mekanik

Hukum II Termodinamika

Page 23: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Mesin Pendingin

Mesin pendingin adalah mesin yang memindahkankalor dari benda dingin ke benda panas denganmelakukan usaha pada sistem

η = 𝑾

𝑸𝟐= (

𝐓𝟏

𝐓𝟐- 1) x 100%

Koefisien kinerja atau performansi adalahperbandingan kalor Q2 yang dipindahkan dari sumberdingin dengan usaha W yang dibutuhkan untukmemindahkan kalor itu

Cp = 𝟏

η=

𝐐𝟐

𝐖

Cp = koefisien kinerja atau performansi

Hukum II Termodinamika

Page 24: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Mesin Kalor

Mesin kalor adalah mesin yang melakukan pengubahan energi panasmenjadi usaha

Mesin ini menyerap kalor dari sumber panas lalu melakukan usahadan membuang kalor ke sumber dingin

Usaha yang dilakukan mesin sama dengan kalor yang digunakanmesin

W = Q1 – Q2

Efisiensi mesin kalor adalah nilai perbandingan antara usaha yang dilakukan dengan kalor yang diserap dari sumber bersuhu inggi selamasatu siklus

η = 𝑾

𝑸𝟏= 1 -

𝐐𝟐

𝐐𝟏x 100%

η = efisiensi mesin kalor

Q₁ = kalor yang diserap

Q₂ = kalor yang dibuang

Hukum II Termodinamika

Page 25: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Siklus Carnot

Mesin Carnot bekerja berdasarkan mesin Kalor reversible ideal yaitumesin yang dapat bekerja bolak-balik dengan dua sroses isotermik dandua proses adiabatik

η = 𝑾

𝑸𝟏= (1 -

𝐓𝟐

𝐓𝟏) x 100%

𝐐𝟐

𝐐𝟏=

𝐓2

𝐓1

Hukum II Termodinamika

Page 26: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Suatu sistem mengalami proses adiabatik dan dilakukan usaha 100J. Jika perbahanenergi dalam sistem adalah U dan kalor yang diserap sistem adalah Q, maka…

A. U = -100 J D. Q = 0

B. U = 10 J E. U + Q = -100 J

C. U = 100 J

Pembahasan :W = -100 J, proses secara adiabatik maka Q = 0

Menurut hukum I termodinamika :

U + W = Q

U = -W

U = -(-100 J)

U = 100 J

Contoh Soal - HukumTermodinamika

Jawaban : C

Page 27: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Dua mol gas monoatomik pada suhu 27oC dan tekanan 3.105 Pa mengalami prosesisokhorik hingga tekanannya menjadi 4.105 Pa. Bila tetapan gas umum 8,31 J/mol K,maka perubahan energi dalam gas adalah…

A. 4.155 J B. 2.908 J C. 2.493 J D. 2.077 J E. 1.108 J

Pembahasan : n = 2 mol, T1 = 27oC = 300K, p1 = 3.105 Pa, p2 = 4.105 Pa, R = 8,31 J/mol K

Ditanya U = ?

Proses isokhorik (V tetap) maka :

Berdasarkan hukum I termodinamika, maka pada proses ini berlaku :

U = Q

2

2

1

1

T

p

T

p

1

1

22 xT

p

pT

VCv.Δ2

3

400Kx3003.10

4.105

5

2,493J)TnR(T2

312 300)x(400(2)x(8,31)

Contoh Soal - HukumTermodinamika

Jawaban : C

Page 28: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Berikut ini diagram beberapa mesin kalor :

Jika Q1 > Q2 > dan W = usaha, maka yang sesuai mesin Carnot adalah diagram nomor…

A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 E. 5

Pembahasan :Mesin Carnot menyerap kalor dalam bentuk Q1 dan

mengeluarkan kalor dalam bentuk Q2 dan usaha W.

Jadi, grafik yang benar ditunjukkan oleh grafik nomor 1.

Contoh Soal - HukumTermodinamika

Jawaban : A

Page 29: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Efisiensi mesin Carnot yang tiap siklusnya menyerap kalor pada suhu 960oK danmembuang kalor pada suhu 576o K adalah…

A. 40 % D. 60 %

B. 50 % E. 80 %

C. 56 %

Pembahasan : Efisiensi mesin Carnot :

x100%T

T1η

1

2

40%x100%

960

5761

x100%

960

384

Contoh Soal - HukumTermodinamika

Jawaban : A

Page 30: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Suatu mesin Carnot menerima 2.000 J dari reservoir panas dan melepaskan 1.750 Jpada reservoir dingin. Dengan demikian efisiensi mesin itu adalah…

A. 6,25% B. 10% C. 12,5% D. 25% E. 87,5%

Pembahasan : Q1 = 2.000 J, Q2 = 1.750 J

Efisiensi mesin tersebut adalah :

x100%Q

QQη

1

21 12,5%x100%2000

17502000

Contoh Soal - HukumTermodinamika

Jawaban : C

Page 31: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Pada grafik P-V mesin Carnot di bawah ini, W=6.000 joule. Banyak kalor yang dilepasoleh mesin tiap siklus adalah…

A. 2.250 joule D. 6.000 joule

B. 3.000 joule E. 9.600 joule

C. 3.600 joule

Pembahasan : Efisiensi mesin Carnot :

Jadi, kalor yang dilepas (Q2) sebanyak :

Q2 = Q1 – W = 9.600 – 6.000 = 3.600 joule

x100%T

T1η

1

2

x100%Q1

62,5% x100%800

3001 x100%

800

500

9600jouleQ1x100%Q1

6000 62,5%

Q1

60000,625

Contoh Soal - HukumTermodinamika

Jawaban : C

Page 32: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Perhatikan grafik P-V berikut :

Jika kalor yang diserap (Q1) = 10.000 joule,

besar usaha yang dilakukan mesin Carnot adalah..

A. 1.500 J B. 4.000 J C. 5.000 J D. 6.000 J E. 8.000 J

Pembahasan : Usaha Carnot adalah :

W = Q1.

1

21

T

T1QW 5.000J

800

400110.000x

Contoh Soal - HukumTermodinamika

Jawaban : C

Page 33: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Carnot bekerja pada suhu reservoir tinggi 327oC. Jika koefisien mesin 50%, maka kalordibuang ke reservoir bersuhu…

A. 27oC B. 57oC C. 127oC D. 164oC E. 300oC

Pembahasan : T1=327oC=(327+273)K=600K, efisiensi carnot =50%.

Kalor yang dibuang mesin Carnot ke reservoir rendah bersuhu :

T2 = (1 - )xT1

= (1 – 0,5) x 600 K

= 300 K

= 27oC

x100%T

T1η

1

2

Contoh Soal - HukumTermodinamika

Jawaban : A

Page 34: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Sebuah lemari es memiliki suhu paling rendah -15oC. Jika suhu ruang di luar lemari es28oC, koefisien performanse lemari es tersebut adalah…

A. 5 B. 6 C. 7 D. 8 E. 9

Pembahasan : T1 = 28oC = (28 + 273)K = 301K, T2 = -15oC = 258 K

Koefisien performansi lemari es :

21

2

TT

TKp

5

258301

258

Contoh Soal - HukumTermodinamika

Jawaban : A

Page 35: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

Pendalaman Soal

Page 36: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Perhatikan gambar berikut :

Suatu gas ideal mengalami proses tertutup A B C A.

Dalam satu siklus, gas tersebut melakukan usaha sebesar…

A. 2,0.103 J B. 5,5.103 J C. 8,0.105 J D. -2,0.106 J E. -4,0.106 J

Pembahasan : Proses A B, proses ke arah kanan V2 > V1, maka WAB = (+)

Proses B C, WBC = 0 V = 0

Proses C A, proses ke arah kiri V2 > V1,

maka WCA = (-)

Usaha total siklus tersebut adalah :

WT = WAB + WBC + WCD

= ½ ((2,0+6,0)x105)x(20-10)+0+(6.105)x(10-20)

= -2,0.106

Jadi, gas tersebut melakukan usaha -2,0.106 J (negatif artinya sistem menerima kerja/usaha)

Pendalaman Soal – Usaha, Kalor dan Energi Dalam

Jawaban : D

Page 37: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Berikut adalah grafik P-V suatu gas di ruang tertutup yang mengalami berbagai proses.Bagian dari grafik yang menyatakan gas memperoleh usaha luar adalah…

A. AB D. DA

B. CD E. AC

C. BC

Pembahasan :

DA = proses isokhorik maka W = 0

BC = proses isokhorik maka W = 0

AB = proses isobarik maka W = P.V = P.(V2 – V1)

Jadi, Nilai W adalah (+) atau sistem melakukan usaha karena V2 > V1

CD = proses isobarik, maka W = P.V = P.(V2 – V1)

Jadi, nilai W adalah (-) atau sistem dikenai usaha karena V1 > V2

Pendalaman Soal – Usaha, Kalor dan Energi Dalam

Jawaban : B

Page 38: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Kerja yang dibutuhkan untuk menekan 160 gram oksigen secara isotermis pada suhu27oC hingga volumenya menjadi 0,1 volume awal adalah…..

A. 11,217 J B. 12.464 J C. 28.669 JD. 57.339 J E. 59.317 J

Pembahasan : BM oksigen =32, In=0,1 = -2,3 dan R = 8,31 J/mol K, Oksigen m = 160gr, V2=0,1V1,

T=27oC = (27+273)K = 300K (tetap) ditanya W = ?

W yang dibutuhkan pada proses isotermis adalah :

W = - 28.669 J x tanda negatif berarti sistem menerima kerja luar

Jadi, kerja yang dibutuhkan untuk menekan gas oksigen pada suhu tetap = 28.669 J

1

2

V

V n.R.T.ln W

1

2

V

VR.T.ln

BM

m

1

1

V

0,1Vln x 300 x 8,31x

32

160J -28.669

Pendalaman Soal – Usaha, Kalor dan Energi Dalam

Jawaban : C

Page 39: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Dibawah ini adalah diagram arus sejumlah mesin kalor :

Dari kelimanya yang memiliki efisiensi paling besar adalah gambar ke….

A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 E. 5

Pembahasan : Efisiensi mesin Carnot :

Jadi, yang mempunyai efisiensi paling besar gambar 1

x100%T

T1η

1

2

33,3%x100%300

100x100%

300

2001η1

25,0%x100%400

100x100%

400

3001η2

20,0%x100%500

100x100%

500

4001η3

16,7%x100%600

100x100%

600

5001η4

14,2%x100%700

100x100%

700

6001η5

Pendalaman Soal – Hukum Termodinamika

Jawaban : A

Page 40: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Pada gravik P-V mesin Carnot di bawah ini, W=6.000 joule. Banyak kalor yang dilepasoleh mesin tiap siklus adalah…

A. 3.105 J D. 6.105 J

B. 4.105 J E. 6.106 J

C. 5.105 J

Pembahasan : Efisiensi mesin Carnot :

x100%T

T1η

1

2

x100%Q1

33,3%x100%900

6001

x100%

900

300

joule6.10Q1 6x100%Q1

2.1033,3%

5

Q1

2.1033,3

7

Pendalaman Soal – Hukum Termodinamika

Jawaban : E

Page 41: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Suhu di dalam mesin pendingin -3oC dan suhu luarnya 27oC. Jika daya yang dipakaiuntuk mengakifkan mesin pendingin 250 W, besarnya panas yang dikeluarkan dariruangan setiap jamnya adalah…

A. 7.500 kJ B. 8.100 kJ C. 9.000 kJ D. 9.600 kJE. 9.500 kJ

Pembahasan : T2 = -3oC = 270K, suhu luar T1=300K, P= 250watt, t=3.600s.

Kalor (energi listrik) yang diserap mesin pendingin selama 1 jam :

Q1 = P.t = 250x 3.600 = 900.000 J

Besarnya panas/kalor yang dikeluarkan (Q2) dari ruangan :

1

1

22 xQ

T

TQ

810kJx900.000

300

270

Pendalaman Soal – Hukum Termodinamika

Jawaban : B

Page 42: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

BIMBINGAN BELAJAR & KONSULTASI PENDIDIKAN

Suhu tinggi reservoir mesin Carnot 500 K dan efisiensinya 60%. Agar efisiensi mesinCarnot itu menjadi 80%, maka suhu tinggi reservoir mesin Carnot itu menjadi

A. 375 K D. 1.500 K

B. 500 K E. 2.000 K

C. 1.000 K

Pembahasan : Efisiensi mesin Carnot : (suhu tinggi 500K, efisiensi 60%)

Untuk efisiensi 80% :

Jadi, suhu tinggi reservoir dinaikkan menjadi 1.000K

x100%T

T1η

1

2

x100%T

T1η

1

2

200KT2 x100%500

T160%

2

500

T10,6

2

1000KT1x100%T

200180%

1

1T

20010,8

Pendalaman Soal – Hukum Termodinamika

Jawaban : C

Page 43: BIMBINGAN BELAJARtemanbelajar.id/assets/collections/content/11_7_Termodinamika.pdf · Usaha, Kalor dan Energi Dalam Pendahuluan Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hubungan

SEMOGA MENJADI GENERASI YANG UNGGUL DAN SUKSES

TERIMA KASIH