Termodinamika.doc

Nama anggota: 1. Alfin Zahra Firdausi (02) 2. Eliyah Nor Afidah (15) 3. Ella Ayu Pratiwi (16) 4. Jell Helmansyah (21) 5. Maya Mahasrani (27) Kumpulan soal-soal bab Termodinamika . 1. 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 (Tr) 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%

2. 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 (Sumber Soal : UN Fisika 2009 P04 No. 18)

Pembahasan η = ( 1 − Tr / Tt ) x 100 % Hilangkan saja 100% untuk memudahkan perhitungan : η = ( 1 − 400/600) = 1/3 η = ( W / Q1 ) 1/3 = W/600 W = 200 J

3. 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)

4. 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)

5. 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)

6. 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))

7. 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)

8. 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)

9. 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 wat b. 50 wat c. 90 wat d. 150 wat e. 900 wat Diketahui: T1 = -3°C = -3 + 273 = 270 K T2 = 27°C = 27 + 273 = 300 K Q1 = 450 J/detik 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 Wat (Jawaban: B)

10.

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 DAFTAR PUSTAKA

htp://davidboyweb.weebly.com/latihan-soal--jawaban-termodinamika-kelas-xi.html htp://sekolahbagiilmu.blogspot.com/2017/11/jawaban-soal-uk-bab-7-fisika-kelas-xi.html?m=1 htp://fiskadiana.blogspot.com/2015/04/usaha-dan-proses-termodinamika.html?m=1