Materi dan pembahasan soal termodinamika

Materi termodinamika

PROSES-PROSES DALAM TERMODINAMIKA

Proses Isobarik

Yaitu proses dalam termodinamika yang terjadi pada tekaan tetap.



Keterangan:
W = usaha (Joule)
P = tekanan (Pa)
V2 = volume kedua (m³)
V1 = volume pertama (m³)

Proses Isotermik

Yaitu proses dalam termodinamika yang terjadi pada suhu tetap.

Proses Isokhorik

Yaitu proses dalam termodinamika yang terjadi pada volume tetap.

Proses adiabatik

Proses dalam termodinamika tanpa disertai perpindahan kalor.

HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA

Keterangan:
ΔU = perubahan energi dalam (Joule)
Q = kalor (Joule)
W = usaha (Joule)

MESIN CARNOT

Keterangan:
E = efisiensi mesin Carnot
W = usaha (J)
Q1 = kalor yang masuk/diserap mesin (J)
Q2 = kalor yang dilepas/dibuang mesin (J)
T2 = suhu rendah (K)
T1 = suhu tinggi (K)

Contoh soal termodinamika dan pemahasannya

Pembahasan soal usaha termodinamika

Nomor 1
Proses pemanasan suatu gas ideal digambarkan seperti grafik P-V berikut ini!

Besar usaha yang dilakukan gas pada siklus ABC adalah....
A. 4,5 J
B. 6,0 J
C. 9,0 J
D. 12,0 J
E. 24,0 J

Pembahasan:
Diketahui:
P1 = 2 . 10⁶ Pa
P2 = 5 . 10⁶ Pa
V1 = 1 cm³ = 10^-6 m³
V2 = 4 cm³ = 4 . 10^-6 m³
Ditanya: W
Jawab:
a. Terlebih dahulu hitung WAB.
WAB = P1 (V2 – V1) = 2 . 10⁶ (4 . 10^-6 – 10^-6)
WAB = 6 J
b. Menghitung WBC.
WBC = 0 J (proses isokhorik)
c. Menghitung W.
W = WAB + WBC = 6 J + 0 J = 6 J
Jawaban: B

Nomor 2
Dari grafik P-V dibawah, besar usaha pada proses I dan II berbanding sebagai...

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

Pembahasan:
a. Terlebih dahulu hitung WI.
WI = 20 (40 – 10) = 20 . 30 = 600
b. Menghitung WII.
WII = 15 (60 – 20) = 15 . 40 = 600
c. Menghitung WI : WII.
WI : WII = 600 : 600 = 1 : 1
Jawaban: E

Nomor 4
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 tinggi.
E.Tekanan dan volume tidak mengalami perubahan.

Pembahasan:
Proses isotermik adalah proses termodinamika dengan suhu yang tetap.
Jawaban: A

Pembahasan soal mesin Carnot

Nomor 5
Perhatikan grafik siklus Carnot ABCDA dibawah ini!

Berdasarkan data pada grafik, efisiensi mesin Carnot adalah...
A. 10 %
B. 20 %
C. 25 %
D. 30 %
E. 35 %

Pembahasan:
Diketahui:
T1 = 500 K
T2 = 350 K
Ditanya: E
Jawab:

Nomor 6

Pada grafik P-V mesin Carnot berikut diketahui reservoir suhu tinggi 600 K dan suhu rendah 400 K.
Jika usaha yang dilakukan mesin W, maka kalor yang dikeluarkan pada suhu rendah adalah...
A. W
B. 2 W
C. 3 W
D. 4 W
E. 6 W

Pembahasan:
Diketahui:
T1 = 600 K
T2 = 400 K
Ditanya: Q2 = ...
Jawab:


Nomor 7
Pada grafik P-V mesin Carnot di bawah ini diketahui usaha yang dilakukan 7.200 J.

Besar kalor yang dilepas sistem adalah...
A. 21.600 J
B. 18.400 J
C. 10.800 J
D. 3.600 J
E. 1.800 J

Pembahasan:
Diketahui:
T1 = 900 K
T2 = 300 K
W = 7.200 J
Ditanya: Q2 = ...
Jawab:

Nomor 8
Sebuah mesin menyerap panas sebesar 2.000 J dari suatu reservoir suhu tinggi dan membuangnya sebesar 1.200 J pada reservoir suhu rendah. Efisiensi mesin itu adalah...
A. 80 %
B. 75%
C. 60 %
D. 50 %
E. 40 %

Pembahasan:
Diketahui:
Q1 = 2.000 J
Q2 = 1.200 J
Ditanya: E = ...
Jawab:


Nomor 9
Perhatikan grafik P-V dibawah ini.

Jika kalor yang diserap (Q1) =10.000 joule maka 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:
Diketahui:
T1 = 800 K
T2 = 400 K
Q1 = 10.000 J
Ditanya: W = ...
Jawab:
Terlebih dahulu hitung efisiensi mesin E.

Menghitung W.
W = E . Q1 = ½ . 10.000 J = 5.000 J
Jawaban: C

Lainnya:
Gajah menurut orang buta
Lakukan dimanapun kita berada
Menanam kejujuran