CONTOH SOAL DAN JAWABAN MATERI TERMODINAMIKA
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
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)
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
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
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 10-23 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)?
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...
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
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...
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
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
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
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 10-23 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)?
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...
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
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...
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
Tidak ada komentar:
Posting Komentar