Soal Termodinamika | Bimbel Jakarta Timur

Articles/pictures/videos in various disciplines such as mathematics, science and computational science. Explore advanced logical thinking, conceptual ability,  and enhance students understanding of science and mathematics, primary education, secondary education, higher education, teacher education,  and non-formal education

                                                                            

slider

Navigation

Soal Termodinamika

 


Termodinamika adalah ilmu yang mempelajari tentang kalor serta semua bentuk energi pada suatu sistem yaitu sejumlah gas yang terdapat dalam wadah tertutup.

1. Gas helium yang volumenya 1,8 m³ dan suhu 27℃ dipanaskan secara isobarik sampai suhunya 77℃. Jika tekanan gas tersebut 1,6 x 10⁵ N/m², maka gas helium melakukan usaha luar sebesar....

a. 20 KJ
b. 24 KJ
c. 36 KJ
d. 48 KJ

Pembahasan :
Diketahui : 
V₁ = 1,8 m³
T₁ = 27℃ + 273 = 300 K
T₂ = 77℃ + 273 = 350 K
P = 1,6 x 10⁵ N/m²
Ditanya : W ?
Jawab:
Isobarik = tekanan tetap
 V₁   V₂ 
 T₁      T₂ 
 1,8     V₂  
 300      350 
V₂ = 1,8 x 350 : 300 = 2,1 
W = P ΔV
    = 1,6 x 10⁵ (2,1 - 1,8)
    = 0,48 x 10
    = 48 KJ
Jawaban: d

2. Perhatikan grafik P-V berikut:

Pernyataan yang tidak benar tentang grafik tersebut adalah...
a. Usaha a → b adalah 2,25 J
b. Usaha b → c adalah 2,5 J
c. Usaha c → a adalah - 1,5 J
d. Usaha siklus adalah 0,75 J

Pembahasan:
Wab = luas trapesium = (1,0 + 2,0) N/m² x (2,5 - 1,0) m³ : 2 = 2,25 J
Wbc = 0 karena proses isokhorik (volume tetap)
Wca = P x ΔV = 1,0 x (1,0 - 2,5) = -1,5 J 
Wsiklus = luas segitiga = (2,5 - 1,0) x (2,0 - 1,0) : 2 = 0,75 J 
Jawaban: b

3. Sebanyak 0,5 mol gas yang volumenya 2,4 m³ diturunkan tekanannya secara isotermis dari 2,5 atm menjadi 2 atm. Usaha yang dilakukan gas adalah.....
a. 249,3 Joule
b. 294,3 Joule
c. 373,95 Joule
d. 379,75 Joule

Pembahasan:
Diketahui : n = 0,5 mol
                 V₁ = 2,4 
                 P₁ = 2,5 atm
                 P₂ = 2 atm
                 T = 27℃ = 27 + 273 = 300 K
Ditanya : W?
Jawab :
Isotermis, maka 
P₁ x V₁ = P₂ x V
2,5 x 2,4 = 2 x V
     6 = 2 x V
V₂ = 6 : 2 = 3 
W = n x R x T x ln (V₂/V₁)
= 0,5 x 8,31 x 300 x ln (3/2,4)
= 1246,5 x 0,2
= 249,3 Joule          
Jawaban: a

4. Sebuah bejana tertutup berisi 16 gram gas oksigen dengan suhu 87℃. Gas tersebut mengalami proses isokhorik. Jika konstanta umum gas R = 8,31 J/mol K, maka besarnya kapasitas kalor gas  adalah.....
a. 5,2 J/K
b. 7,29 J/K
c. 10,39 J/K
d. 12,6 J/K

Pembahasan:
Diketahui : m = 16 gram
                 T = 87℃ = 87 + 273 = 360 K
                 R = 8,31 J/mol K
Ditanya : W?
Jawab :
➢ Oksigen merupakan gas diatomik
➢ suhu 250 K - 500 K (suhu sedang)
n = massa/Mr
   = 16/ 32
   = 0,5 mol
Cv =⁵/₂ n R
     = ⁵/₂ x 0,5 x 8,31
     = 10,39 J/K
Jawaban: c

5. Sejumlah gas nitrogen dipanaskan dari suhu 300 K hingga 340 K. Jika nitrogen dipanaskan pada tekanan tetap, kalor yang diperlukan adalah 2,65 kJ, sedangkan jika dipanaskan pada volume tetap diperlukan 1,82kJ dan R = 8,31 J/mol K. Tentukan massa gas nitrogen yang dipanaskan!
a. 14 gram
b. 35 gram
c. 49 gram
d. 70 gram

Pembahasan:
Diketahui : ΔT = 340 K - 300 K = 40 K
                 Qp = 2,65 kJ
                 Qv = 1,82 kJ
                 R = 8,31 J/mol K
Ditanya : m?
Jawab :
Cp - Cv = n R
Qp - Qv = massa x R
ΔT    ΔT      Mr

2650 - 1820 = massa x 8,31
  40       40         28

66,25 - 45,5 = 8,31m
                         28    

m = 20,75 x 28 : 8,31
    = 70 gram
Jawaban: d

6. Sejumlah gas monoatomik berada dalam bejana berpiston dengan volume 10 liter dan tekanan 10⁵ Pa. Gas mengalami proses adiabatik sehingga volumenya menjadi 15 liter dan tekanan 0,4 x 10⁵ Pa. Usaha yang dilakukan sistem besarnya.....
a. 150 J
b. 300 J
c. 400 J
d. 600 J

Pembahasan:
Diketahui : V = 10 liter = 0,01 
                 P  = 10⁵ Pa
                 V₂ = 15 liter = 0,015  
                 P₂ =  0,4 x 10⁵ Pa
                 γ = ⁵/₃ (monoatomik)
Ditanya : W?
Jawab :
Proses adiabatik
W =    1    (P₁.V₁ - P₂.V₂)
        γ - 1
W =     1    (10⁵.0,01 - 0,4 x 10⁵. 0,015)
       ⁵/₃ -1
W =   1   (1000 - 600)
        ²/₃
W = ³/₂ . 400
W = 600 J
Jawaban: d

7. Usaha sebesar 2.000 joule diberikan secara adiabatik untuk memampatkan 0,75 mol suatu gas monoatomik sehingga suhunya naik menjadi 277℃. Jika konstanta umum gas R = 8,31 J/mol K, maka suhu awal gas adalah....
a. 27
b. 63
c. 127
d. 163

Pembahasan:
Diketahui : W = -2.000 J (usaha diberikan ke sistem)
                 n = 0,75 mol 
                 T₂ = 277℃ = 277 + 273 = 550 K
                 R = 8,31 J/mol K
Ditanya : T?
Jawab :
ΔU = - W
ΔU = ³/₂ n R (T₂ - T)
-(-2.000) = ³/₂ x 0,75 x 8,31 x (550 - T)
2.000 = 9,35 (550 - T)
2.000 : 9,35 = 550 - T₁ 
214 = 550 - T₁ 
T₁ = 550 - 214 = 336 K
T₁ = 336 - 273 = 63
Jawaban: b

8. Suatu sistem mengalami proses adiabatik. Pada sistem dilakukan usaha sebesar 100 joule. Pernyataan berikut yang benar adalah...
a. sistem menyerap kalor sebesar 100 Joule
b. sistem melepas kalor sebesar 100 Joule
c. terjadi perubahan energi dalam sebesar 100 Joule
d. tidak terjadi perubahan energi dalam

Pembahasan:
Proses adiabatik adalah suatu proses perubahan keadaan gas di mana tidak ada kalor yang masuk atau keluar sistem. 
Q = 0
W = - 100 J (dilakukan usaha pada sistem)
Q = ΔU + W
0 = ΔU - 100
ΔU = 100 J
Jawaban: c

9. Suatu gas ideal dengan γ = ⁵/₃ dimampatkan secara adiabatik. Volume gas berkurang menjadi ⅛ bagian. Perbandingan tekanan akhir terhadap tekanan awal adalah....
a. 1/32
b. 1/16
c. 4/1
d. 32/1

Pembahasan:
Diketahui : γ = ⁵/₃
                 V₂ =  V 
Ditanya : P₂/P?
Jawab :














Jawaban: d

10. Usaha sebesar 150 Joule dilakukan pada sebuah sistem. Sistem tersebut menyerap 75 kalori. Maka perubahan energi dalam yang terjadi adalah...
a. 225 J
b. 300 J
c. 465 J
d. 600 J

Pembahasan:
W = -150 J
Q = 75 kal = 75 x 4,2 J = 315 J 
Q = ΔU + W
315 = ΔU - 150
ΔU  = 315 + 150
ΔU  = 465 J
Jawaban: c

11. Suatu gas mengalami pemuaian dari 5,0 liter menjadi 6,8 liter pada tekanan tetap 2,5 x 10⁵ Pa. Selama proses pemuaian tersebut diberikan 400 J kalor. Perubahan energi dalam gas adalah...
a. - 50 J
b. - 25 J
c. 15 J
d. 50 J

Pembahasan:
Diketahui : V = 5 liter = 0,005 m³
                 V₂ = 6,8 liter = 0,0068 
                 P = 2,5 x 10⁵ Pa
                 Q = 400 J
Ditanya: ΔU?
Jawab :
W = P x ΔV
    = 2,5 x 10⁵ x (0,0068 - 0,005)
    = 2,5 x 10⁵ x 0,0018
    = 450 J
Q = ΔU + W
400 = ΔU + 450
ΔU  = 400 - 450 = -50 J
Jawaban: a

12. Suatu gas menempati  ruangan 2 m x 1 m x 2 m yang bersuhu 52℃ dan tekanan 1 atm. Jika 1 atm = 10⁵ Pa, maka jumlah partikel gas dalam ruangan tersebut adalah....
a. 4 10²⁵ partikel
b. 8,9 x 10²⁵ partikel
c. 10²⁶ partikel
d. 8,9 10²⁶ partikel
Pembahasan:
Diketahui : V = 2 m x 1 m x 2 m = 4 
                 T = 52℃ = 52 + 273 = 325 K
                 P = 1 atm = 10⁵ Pa
Ditanya: N?
Jawab:
P x V = N x k x T
10⁵ x 4 = N x 1,38 x 10⁻²³ x 325
10⁵ x 4 = N x 4,485 x 10⁻²¹
N = 8,9 x 10²⁵ partikel
Jawaban: b

13. Sebuah balon awalnya berisi 1 liter gas, lalu ditambahkan sehingga volume gas menjadi 1,5 liter. Massa di dalam balon berubah menjadi ⁴/₃ kali semula. Jika proses berlangsung pada suhu tetap, maka perbandingan tekanan akhir dengan tekanan awal adalah....
a. ²/₃
b. ⁴/₉
c. ⁸/₃
d. ⁸/₉

Pembahasan:
Diketahui : V = 1 liter 
                 V₂ = 1,5 liter 
                 m₂ = ⁴/₃ m
Ditanya: P₂/P?
Jawab :
 P₂V₂  =  nRT 
 P₁V      nRT

 P₂x1,5  =  m₂/Mr 
 P₁x1         m₁/Mr

 P₂x1,5  =  ⁴/₃m₁ 
 P₁x1            m

P₂ =   4 x 1  
P₁     3 x 1,5

P₂ =   4  
P₁     4,5

P₂ =   8  
P₁      9

Jawaban: d


14.  Sebuah ban mobil diisi udara sehingga volumenya bertambah 20% dari volume awalnya. Jika tekanan udara berkurang 25% dari tekanan awal, maka suhu mutlak akhirnya ....... dari suhu mutlak awal
a. bertambah 5% 
b. bertambah 10%
c. berkurang 5%
d. berkurang 10%

Pembahasan:
Diketahui : V₂ = 120% V = 1,2 V
                 P₂ = 75% P = 0,75 P                
Ditanya: T₂/T?
Jawab :
P₂ x VP x V
    T₂           T
0,75 P1,2 VP x V
           T₂                 T
0,9 =  1 
 T₂     T
T₂ = 0,9T₁ = 90%T
T₂ berkurang 10% dari T
Jawaban: d


15. Sebuah mesin Carnot menyerap kalor sebesar 2.000 kalori dari reservoir yang suhunya 427℃ dan melepaskan panas pada suhu 227℃. Usaha yang dihasilkan sebesar .... (1 kal = 4,2 joule)
a. 2100 J
b. 2400 J
c. 2800 J
d. 3200 J

Pembahasan:
Diketahui : Q₁ = 2.000 kal = 8.400 J
                 T = 427℃ = 427 + 273 = 700 K
                 T = 227℃ = 227 + 273 = 500 K     
Ditanya: W?
Jawab :









Jawaban: b

16. Sebuah mesin Carnot mempunyai efisiensi maksimum 40%. Jika suhu reservoir rendahnya 87℃, maka suhu reservoir tingginya adalah...
a. 127℃ 
b. 227
c. 327℃ 
d. 427℃  

Pembahasan:
Diketahui : η = 40% 
                 T = 87℃ = 87 + 273 = 360 K     
Ditanya: T?
Jawab :


















Jawaban: c

17. Sebuah mesin Carnot menghasilkan usaha ³/₅ kali kalor yang masuk, maka efisiensi mesin Carnot tersebut adalah....
a. 60%
b. 55%
c. 50%
d. 40%

Pembahasan:
Diketahui : W = ³/₅ Q                    
Ditanya: η ?
Jawab :
Q = Q₁ - W
Q = Q₁ - ³/₅ Q 
Q = ²/₅ Q₁ 








Jawaban: a

18. Sebuah mesin Carnot yang reservoir suhu tingginya 267℃ menghasilkan efisiensi 30%. Jika efisiensi mesin ingin ditingkatkan menjadi 40%, maka suhu reservoir tingginya harus diubah menjadi...
a. 227℃ 
b. 257
c. 327℃ 
d. 357℃  

Pembahasan:
Diketahui : T₁ = 267℃ = 267 + 273 = 540 K
                 η = 30% = 0,3
                 η' = 40% = 0,4   
Ditanya: T₁' ?
Jawab :













Jawaban: d

19. Suatu mesin Carnot mempunyai suhu reservoir 27℃ dan 327℃. Mesin tersebut digunakan untuk menggerakkan generator yang mempunyai tegangan luar 220 V. Jika mesin Carnot menyerap kalor sebesar 4.400 J setiap detik, maka kuat arus keluaran maksimum generator tersebut adalah...
a. 2 A
b. 5 A
c. 10 A
d. 12 A

Pembahasan:
Diketahui : T = 27℃ = 27 + 273 = 300 K 
                 T = 327℃ = 327 + 273 = 600 K
                 V = 220 V
                 Q = 4.400 J, t = 1 detik
Ditanya: I?
Jawab :
W carnot = W listrik
 Q₁ (1 - T₂) = V x I x t
            T 
4.400(1 - 300) = 220 x I x 1
               600
             2.200 = 220 I
                    I = 10 A
Jawaban: c

20. Mesin pendingin yang memiliki koefisien performansi 7 mengalirkan kalor dari suatu ruang pendingin lemari es ke lingkungan dengan suhu 47℃. Berapa suhu ruang pendingin lemari es?
a. -7
b. -3
c. 7
d. 10

Pembahasan:
Diketahui : k = 7
                 T = 47℃ = 47 + 273 = 320 K
Ditanya: T?
Jawab:
k =    T₂   
      T₁ - T
7 =     T₂    
      320 - T
2240 - 7T₂ = T
2240 = 8T
T₂ = 2240 : 8
T₂ = 280 K 
T₂ = 280 - 273 = 7 
Jawaban: c

21. Berapa besar usaha yang diperlukan oleh suatu mesin pendingin Carnot untuk memindahkan kalor sebesar 2 J dari gas helium pada suhu 4 K dan membuangnya ke dalam suatu ruang yang bersuhu kamar (298 K)?
a. 147 J
b. 149 J
c. 294 J
d. 298 J

Pembahasan:
Diketahui : Q₂ = 2 J
                 T₂ = 4 K
                 T = 298 K
Ditanya: W ?
Jawab:
 Q₂    T₂   
 W     T₁ - T
 2     4    
W     298 - 4
 2  =    4   
W       294
W = 294 x 2 :4
W = 147 J
Jawaban: a

22. Sebuah lemari es di dalamnya bersuhu -6℃ dan suhu di luar lemari es 27℃. Jika mesin pendinginnya mempunyai daya 220 watt, maka kalor yang diserap setiap menit adalah....
a. 890.000 J
b. 980.000 J
c. 106.000 J
d. 106.800 J

Pembahasan:
Diketahui : T₂ = -6℃ = -6 + 273 = 267 K
                 T = 27℃ = 27 + 273 = 300 K
                  P = 220 watt
                  t = 60 sekon
Ditanya: Q ?
Jawab:
W = P x t
    = 220 x 60
    = 13.200 J
 Q₂    T₂   
 W     T₁ - T

    Q₂    =     267    
13.200     300 - 267

    Q₂    =  267 
13.200       33
    Q₂    =  267 x 13200 
                     33
    Q₂    = 106.800 J
Jawaban: d

23. Sebuah kulkas memiliki suhu rendah -8 dan suhu tinggi 27℃. Berapa besar kalor yang dipindahkan dari reservoir suhu rendah jika diperlukan usaha sebesar 140 Joule?
a. 890 J
b. 980 J
c. 1060 J
d. 1068 J

Pembahasan:
Diketahui : W = 140 J
                 T₂ = -8 = -8 + 273 = 265 K
                 T = 27℃ = 27 + 273 = 300 K
Ditanya: Q ?
Jawab:
 Q₂    T₂   
 W     T₁ - T

  Q₂  =     265    
140     300 - 265

 Q₂  =  265 
140       35
Q₂    =  265 x 140 
                  35
    Q₂    = 1060 J
Jawaban: c

24. Sebuah refrigerator memiliki koefisien performansi 6,0. Mesin berada pada ruangan yang suhunya 28℃. Berapa suhu terendah yang dapat dicapai refrigerator tersebut?
a. -18 
b. -15 
c. -6 
d. -3℃ 

Pembahasan:
Diketahui : k = 6
                 T = 28℃ = 28 + 273 = 301 K
Ditanya: T?
Jawab:
k =    T₂   
      T₁ - T
6 =     T₂    
      301 - T
1806 - 6T₂ = T
1806 = 7T
T₂ = 1806 : 7
T₂ = 258 K 
T₂ = 258 - 273 = -15 
Jawaban: b

25. Kalor yang diberikan ke reservoir suhu tinggi suatu mesin pendingin adalah 1.050 Joule dan diperlukan usaha sebesar 150 Joule untuk memindahkan kalor. Berapa koefisien performansi mesin tersebut?
a. 5
b. 6
c. 7
d. 8

Pembahasan:
Diketahui : Q₂ = 1.050 J
                 W = 150 J
Ditanya: k ?
Jawab:
k =  Q₂ 
       W
k =  1050 
       150
k = 7
Jawaban: c

Demikian Soal Termodinamika dan pembahasannya, yang merupakan materi Fisika kelas 11.
MOHON UNTUK TIDAK DICOPY DAN DIPUBLIKASIKAN DI SITUS LAIN TANPA IZIN DAN MENCANTUMKAN SUMBER TULISAN.

SEMOGA BERMANFAAT




























Share
Banner

Diah Kusumastuti

Saya Diah Kusumastuti. sebagai pemilik Bimbel Jakarta Timur. Saya pecinta matematika, tetapi juga tertarik untuk ilmu pengetahuan lain seperti Fisika, Kimia, Biologi. Semakin kita belajar dan menggali ilmu semakin kita menyadari betapa luas ilmu Allah sekaligus membuat kita semakin ingin mengeksplor lebih banyak. Dengan blog ini saya ingin berbagi sedikit ilmu yang saya punya dan untuk terus membangkitkan semangat belajar para pembaca. Semoga apa yang saya tulis dalam blog ini dapat bermanfaat bagi yang membaca, juga menjadi tambahan ilmu dan amal jariah bagi saya.

Post A Comment:

0 comments:

Terimakasih atas komentar yang sopan, bijak, dan koreksinya (bilamana ada kesalahan, karena saya hanya manusia biasa yang tidak luput dari kesalahan) ^_^