Ringkasan materi dan pembahasan soal UN tentang termodinamika

RINGKASAN MATERI DAN PEMBAHASAN SOAL UN FISIKA TENTANG TERMODINAMIKA

Ringkasan materi dan pembahasan soal-soal ujian nasional fisika sma tentang termodinamika ini meliputi proses-proses termodinamika, hukum-hukum termodinamika dan mesin Carnot. Proses-proses termodinamika terdiri dari 4 macam yaitu proses isokhoris, proses isobaris, proses isotermis dan proses adiabatik. Pada bahasan mesin Carnot lebih ditekankan kepada bagaimana menentukan efisiensi mesin Carnot.

PROSES-PROSES DALAM TERMODINAMIKA

Proses Isobarik

Yaitu proses dalam termodinamika yang terjadi pada tekaan tetap.

Usaha pada proses isobarik

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 dalam termodinamika

Proses Isokhorik

Yaitu proses dalam termodinamika yang terjadi pada volume tetap.
Usaha pada proses isokhorik

Proses adiabatik

Proses dalam termodinamika tanpa disertai perpindahan kalor.
Usaha pada proses adiabatik

HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA

Proses dalam termodinamika

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

MESIN CARNOT

Kumpulan rumus efisiensi 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 DAN PEMBAHASAN TERMODINAMIKA


Nomor 1 (UN 2012)
Perhatikan faktor-faktor yang dialami gas ideal berikut ini!
1) terjadi perubahan energi dalam volume tetap
2) volume tetap
3) suhu tetap
4) tidak melakukan usaha
yang terjadi dalam proses isotermik adalah...
A. 1 saja
B. 2 saja
C. 3 saja
D. 1 dan 3
E. 2 dan 4

Pembahasan:
Proses isotermis merupakan proses dalam termodinamika dengan suhu tetap.
Jawaban: C

Nomor 2 (UN 2012)
Suatu gas ideal mengalami proses termodinamika seperti pada gambar dibawah ini!
Termodinamika
Dalam 1 siklus usaha yang dihasilkan adalah...
A. 1,0 x 105 joule
B. 1,5 x 105 joule
C. 3,0 x 105 joule
D. 4,0 x 105 joule
E. 6,0 x 105 joule

Pembahasan
Untuk menghitung usaha dalam satu siklus, hitung luas segitiga pada siklus tersebut!
W = 1/2 . 2 105 . 3 joule = 3,0 x 105 joule
Jawaban: C

Nomor 3 (UN 2013)
Perhatikan grafik siklus Carnot ABCDA dibawah ini!
Termodinika
Berdasarkan data pada grafik, efisiensi mesin Carnot adalah...A. 10 %
B. 20 %
C. 25 %
D. 30 %
E. 35 %

Pembahasan
Menghitung efisiensi mesin CarnotJawaban: D

Nomor 4
Grafik dibawah menunjukkan proses yang terjadi pada gas. Jika P0 = 6 . 105 Pa, V0 = 1,6 . 10-4 m3 dan V1 = 2,8 . 10-4 m3, maka usaha yang dilakukan gas adalah...
A. 90 J
B. 72 J
C. 63 J
D. 54 J
E. 45 J

Pembahasan
Menghitung usaha pada proses termodinamika
W = P (V2 - V1)
W = 6 . 105 Pa (2,8 . 10-4 m3 - 1,6 . 10-4 m3)
W = 7,2 10 J = 72 J
Jawaban: B

Nomor 5
Diagram P−V dari gas helium yang mengalami proses termodinamika ditunjukkan seperti gambar berikut!
Termodinamika
Usaha yang dilakukan gas helium pada proses ABC sebesar....
A. 660 kJ
B. 400 kJ
C. 280 kJ
D. 120 kJ
E. 60 KJ

Pembahasan
Untuk menghitung usaha dari grafik P-V diatas adalah dengan menghitung luas dibawah grafik yang berupa persegi panjang.
W = panjang . lebar = 2 m3. 2 10N/m2
W = 4 10J = 400.000 J = 400 J
Jawaban: B

Nomor 6
Pernyataan yang benar tentang proses termodinamika adalah...
A. Isobarik adalah proses perubahan gas pada tekanan tetap.
B. Isobarik adalah proses perubahan gas pada suhu tetap.
C. Isokhorik adalah proses perubahan gas pada tekanan tetap.
D. Isotermis adalah proses perubahan gas pada volume tetap.
E. Isokhorik adalah proses perubahan gas pada suhu tetap.

Pembahasan
Pernyataan yang benar adalah isobarik merupakan proses perubahan gas pada tekanan tetap.
Jawaban: A

Nomor 7
Sejumlah gas ideal mengalami proses isokhorik sehingga...
A. Semua molekul kecepatannya sama.
B. Pada suhu tinggi kecepatan rata-rata molekul lebih besar.
C. Tekanan gas menjadi tetap.
D. Gas tidak melakukan usaha.
E. Tidak memiliki energi dalam.

Pembahasan
Proses isokhorik merupakan proses termodinamika pada volume tetapi yang berarti usahan yang dilakukan nol.
Jawaban: D

Nomor 8
Grafik P-V dari sebuah siklus Carnot terlihat seperti gambar berikut!
Termodinamika
Jika kalor yang dilepas ke lingkungan 3000 J, maka kalor yang dilepas sistem adalah...
A. 3.000 J
B. 4.000 J
C. 4.800 J
D. 6.000 J
E. 8.000 J

Pembahasan
Hitung terlebih dahulu efisiensi.
Efisiensi mesin Carnot
Menghitung Q1.
Menghitung kalor mesin Carnot
Q1 = 3000 . 8/5 = 4800 J
Jawaban: C

Nomor 9
Perhatikan gambar!
Termodinamika
Sebuah mesin kalor bekerja dalam suatu siklus Carnot dari suhu tinggi ke suhu rendah. Jika mesin menyerap kalor Q1 dari suhu tinggi dan membuang kalor Q2, maka usaha yang dihasilkan dalam satu siklus adalah...
A. 0,6 kkal
B. 1,4 kkal
C. 22 kkal
D. 58 kkal
E. 80 kkal

Pembahasan
Hitung terlebih dahulu efisiensi.
Menghitung efiesiensi mesin carnot
Menghitung Usaha
W = E . Q1 = 22/80 . 80 kkal = 22 kkal
Jawaban: C

Nomor 10
Grafik P-V sebuah mesin Carnot terlihat seperti gambar berikut!
Termodinamika
Jika mesin menyerap kalor 800 J, maka usaha yang dilakukan adalah...
A. 105,5 J
B. 252,6 J
C. 336,6 J
D. 466,7 J
E. 636,7 J

Pembahasan
Hitung terlebih dahulu efisiensi.
rumus efiesiensi mesin carnot
Menghitung Usaha
W = E . Q1 = 7/12 . 800 J = 466,7 J
Jawaban: D

Nomor 11
Sebuah mesin bekerja dalam suatu mesin Carnot seperti gambar dibawah.
Termodinamika
Jika kalor yang terbuang 2000 J, besar usaha yang dihasilkan mesin adalah...
A. 800 J
B. 8.000 J
C. 12.000 J
D. 20.000 J
E. 80.000 J

Pembahasan
Hitung terlebih dahulu efisiensi.
rumus efiesiensi mesin carnot
Menghitung kalor yang masuk
Q1 = Q2 / (1 - E) = 2000 J / (1 - 4/5) = 10.000 J
Menghitung Usaha
W = E . Q1 = 4/5 . 10.000 J = 8.000 J
Jawaban: B

Nomor 12
Jika sebuah mesin Carnot menggunakan reservoir suhu tinggi 900 K dan mempunyai efisiensi 60% maka suhu yang rendah adalah...
A.       700 K
B.       400 K
C.       387oC
D.       360 K
E.        187 oC

Pembahasan
E = 1 - T2/T1
T2 = (1 - E) T1 = (1 - 0,6) 900 K = 360 K
Jawaban: D

Nomor 13
Suhu tinggi mesin Carnot 500 K dan efisiensinya 60%. Agar efisiensi mesin Carnot itu menjadi 80% maka suhu tinggi mesin Carnot menjadi...
A. 375 K
B. 500 K
C. 1000 K
D. 1500 K
E. 2000 K

Pembahasan
Hitung terlebih dahulu suhu rendah
T2 = (1 - E) T1 = (1 - 0,6) 500 K = 200 K
Menghitung T1
T1 = T2 / (1 - E) = 200 K / (1 - 0,8) = 200 K / 0,2 = 1000 K
Jawaban: C

Nomor 14
Proses pemanasan suatu gas ideal digambarkan seperti grafik P-V berikut ini!
Contoh soal usaha dalam termodinamika
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 15
Dari grafik P-V dibawah, besar usaha pada proses I dan II berbanding sebagai...
Contoh soal usaha dalam termodinamika
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 16
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

Nomor 17
Perhatikan grafik siklus Carnot ABCDA dibawah ini!
Siklus carnot
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:
Pembahasan soal efisiensi mesin Carnot
Nomor 18
Contoh soal mesin Carnot
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:
Pembahasan soal mesin Carnot

Nomor 19
Pada grafik P-V mesin Carnot di bawah ini diketahui usaha yang dilakukan 7.200 J.
contoh soal mesin Carnot
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:
Menghitung kalor mesin carnot
Nomor 20
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:

pembahasan soal efiensi mesin carnot
Nomor 21
Perhatikan grafik P-V dibawah ini.
Contoh soal usaha pada mesin carnot
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 usaha pada mesin carnot
Menghitung W.
W = E . Q1 = ½ . 10.000 J = 5.000 J
Jawaban: C
Ringkasan materi dan pembahasan soal UN tentang termodinamika Ringkasan materi dan pembahasan soal UN tentang termodinamika Reviewed by Johan Akhmadin on Sunday, August 30, 2015 Rating: 5
Powered by Blogger.