Lks Fisika Xi - Termodinamika 501d2u

RANGKUMAN MATERI TERMODINAMIKA Termodinami ka adalah suatu cabang dalam il mu fisika yang mempelaj ari kelakuan gas ditinj au dari perubahan ener ginya, yaitu melibatkan ener gi dal am gas (U), usaha yang diakukan pada gas atau oleh gas (W) dan kal or yang dilepaskan gas atau diteri ma gas ( Q)

HUKUM I TERMODINAMIKA . Hukum ini menguhubungkan antara Usaha yang dilakukan oleh/pada gas (W), kalor yang masuk/keluar (Q) dan perubahan energi dalam gas (ΔU). Hubungan ini dinyatakan sbb. :

U  Q  W

Catatan untuk tanda : ΔU akan bertanda positif jika terjadi kenaikan suhu (ΔU negatif jika suhu turun) Q akan bertanda positif jika gas menerima kalor dari luar (Q negatif jika gas melepas kalor) W akan bertanda positif jika gas melakukan usaha (W negatif jika usaha dilakukan pada gas)

USAH A Usaha yang dilakukan oleh gas secara umum bisa dirumuskan sebagai : 𝑉1

𝑊 = ∫ 𝑃. 𝑑𝑉 𝑉2

Usaha j uga bisa dihitung melalui luas daerah di bawah kur va P -V

ENERGI DALAM Energi dalam Gas adalah jumlah energi kinetik seluruh molekul gas yang terdapat di dalam wadah tertutup. Energi dalam gas, U, merupakan hasil kali sejumlah N molekul gas dengan energi kinetik tiap molekul Ek. Ener gi dalam gas hanya ditentukan oleh suhu gas tersebut, yang dir umuskan : Rumus Umum ==> U = N ̅̅̅̅ 𝐸𝐾 = N f (½ k T) = f ½ n R T = f ½ N k T Untuk gas monoatomik ==> (f = 3) ; U = 3N (½ k T) = 3/2 n R T = 3/2 N k T Untuk gas diatomik

==> 1. Pada suhu ± 250 K ==> U = 3/2 N k T (hanya gerakan secara translasi saja) 2. Pada suhu ± 500 K ==> U = 5/2 N k T (ditambah dengan gerak rotasi) 3. Pada suhu ±1000 K ==> U = 7/2 N k T (ditambah dengan gerak vibrasi)

KALOR JENIS GAS. Suhu suatu gas dapat dinaikkan dalam kondisi yang bermacam-macam bisa pada volume konstan atau tekanannya konstan atau kedua-duanya berubah. Pada setiap kondisi ini kapasitas panas gas (panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu gas sebesar satu derajat) adalah berlainan. Dengan kata lain suatu gas mempunyai bermacam-macam kapasitas panas. Tetapi hanya dua macam yang mempunyai arti praktis yaitu : - Kapasitas panas pada volume konstan disebut - Kapasitas panas pada tekanan konstan disebut Cv

Kapasitas panas gas ideal pada tekanan konstan selalu lebih besar dari pada kapasitas panas gas ideal pada volume konstan, dan selisihnya sebesar konstanta gas umum (universal) yaitu : - cv = nR = kapasitas panas jenis ( kalor jenis ) gas ideal pada tekanan konstan. cv = kapasitas panas jenis ( kalor jenis ) gas ideal pada volume konstan. Berdasarkan teori kinetik gas kita dapat menghitung panas jenis gas ideal,sebagai berikut: a. Untuk gas beratom tunggal ( monoatomik ) diperoleh bahwa :

c

P



5 nR 2

c

V



3 nR 2





c c

P

 1,67

V

b. Untuk gas beratom dua ( diatomik ) diperoleh bahwa :

3 nR 2 5 CV  nR 2 7 CV  nR 2

CV 

;

; ;

5 nR 2 7 C P  nR 2 9 C P  nR 2







c c

 

suhu rendah ( 250 K )

 

suhu sedang ( 500 K )

 

suhu tinggi ( 1000 K )

P

 konstanta Laplace

V

PROSES - PROSES PADA HUKUM TERMODINAMIKA Ada 4 proses khusus pada gas, yaitu : 1. Proses pada tekanan tetap (isobarik) 2. Proses pada volume tetap (isokhorik) 3. Proses pada suhu tetap (isotermik) 4. Proses tanpa terjadi perubahan kalor (adiabatik)

1. Hukum I Termodinamika untuk Proses Isobarik Pada proses ini gas dipanaskan dengan tekanan tetap.

sebelum dipanaskan

sesudah dipanaskan

Dengan demikian pada proses ini berlaku persamaan Boyle-GayLussac

V1 V2  T1 T2 Jika grafik ini digambarkan dalam hubungan P dan V maka dapat grafik sebagai berikut :

Pemanasan

Pendinginan

Rumus-rumus energi yang berlaku pada proses isobarik adalah :

W  P.V  P(V2  V1 ) 3 ∆𝑈 = 𝑛. 𝑅(𝑇2 − 𝑇1 ) 2 Q=W+ U 2. Hukum I Termodinamika untuk Proses Isokhorik ( Isovolumik ) Pada proses ini volume Sistem konstan. ( lihat gambar )

Sebelum dipanaskan.

Sesudah dipanaskan.

Dengan demikian dalam proses ini berlaku Hukum Boyle-Gay Lussac dalam bentuk :

P1 P2  T1 T2 Jika digambarkan dalam grafik hubungan P dan V maka grafiknya sebagai berikut :

Pemanasan

Pendinginan

Rumus-rumus energi yang berlaku pada proses isokhorik adalah : W = 0 (karena tidak ada perubahan volume) 3 ∆𝑈 = 𝑛. 𝑅(𝑇2 − 𝑇1 ) 2 Q = ΔU 3. Hukum I termodinamika untuk proses Isothermik. Selama proses suhunya konstan. ( lihat gambar )

Sebelum dipanaskan.

Sesudah dipanaskan.

Oleh karena suhunya tetap, maka berlaku Hukum BOYLE. P1 V2 = P2 V2 Jika digambarkan grafik hubungan P dan V maka grafiknya berupa :

Karena suhunya konstan T2 = T1 maka :  U = 0 ( Usaha dalamnya nol ) Rumus-rumus energi yang berlaku pada proses isotermik adalah : 𝑉2 𝑊 = 𝑛. 𝑅. ln 𝑉1 ΔU = 0 (karena tidak ada perubahan suhu) Q=W

4. Hukum I Termodinamika untuk proses Adiabatik. Selama proses tak ada panas yang masuk / keluar sistem jadi Q = 0

Sebelum proses

Selama/akhir proses

oleh karena tidak ada panas yang masuk / keluar sistem maka berlaku Hukum Boyle-Gay Lussac

PV PV 1 1  2 2 T1 T2 Jika digambarkan dalam grafik hubungan P dan V maka berupa :

Pengembangan Catatan : Grafik P-V adiabatik lebih curam daripada grafik P-V isotermik Rumus-rumus energi yang berlaku pada proses isokhorik adalah : Karena  Q = 0 maka :  U = - W

3 ∆𝑊 = 𝑛. 𝑅(𝑇1 − 𝑇2 ) 2 Bila  W negatif ( -W = sistem ditekan ) usaha dalam sistem (  U ) bertambah. Sedangkan hubungan antara suhu mutlak dan volume gas pada proses adibatik, dapat dinyatakan dengan persamaan : T.V-1 = konstan atau T .V1-1 = T .V -1 1

2

2

Usaha yang dilakukan pada proses adiabatik adalah : W = m . cv ( T 1 - T 2 )

atau

W=

P1 .V1

1

( V2-1 - V1-1 )

Juga berlaku persamaan : P1.V1 = P2.V2

PENERAPAN HUKUM I TERMODINAMIKA . PENGERTIAN SIKLUS . Suatu pesawat yang dapat mengubah seluruh kalor yang diserapnya menjadi usaha secara terus menerus belum pernah kita jumpai. yang ada hanya pengubahan kalor menjadi usaha melalui satu tahap saja. Misalnya : proses isothermis. Agar sistem ini dapat bekerja terus-menerus dan hasilnya ada kalor yang diubah menjadi usaha, maka harus ditempuh cara-cara tertentu. Perhatikan gambar di bawah ini.

- Mulai dari ( P1 , V1 ) gas mengalami proses isothermis sampai ( P2 , V2 ). - Kemudian proses isobarik mengubah sistem dari ( P2 , V2 ) sampai ( P2 , V1 ). - Akhirnya proses isobarik membuat sistem kembali ke ( P1 , V1 ). Usaha yang dilakukan sama dengan luas bagian gambar yang diarsir proses seperti yang ditunjukkan pada gambar diatas disebut : SIKLUS. Pada akhir proses sistem kembali ke keadaan semula. Ini berarti pada akhir siklus energi dalam sistem sama dengan energi dalam semula. Jadi untuk melakukan usaha secara terus menerus, suatu siklus harus melakukan usaha secara terus menerus, suatu siklus harus bekerja dalam suatu siklus.

EFISIENSI MESIN. Mengubah tenaga panas menjadi tenaga mekanik pertama-tama selalu memerlukan sebuah mesin, misalnya : mesin uap, mesin bakar atau mesin diesel. Pengalaman-pengalaman dengan mesin-mesin yang terdapat dalam praktek membawa kita kepada hukum Termodinamika II yang ringkasnya sebagai berikut : “ Adalah Tidak Mungkin Dapat Suatu Mesin Yang Bekerja Dalam Lingkaran Yang Tidak Menimbulkan Efek Lain Selain Daripada Mengambil Panas Dari Suatu Sumber Dan Merubah Panas Ini Seluruhnya Menjadi Usaha “.

Dalam hukum II Termodinamika akan dibahas perubahan kalor menjadi energi mekanik melalui sebuah mesin, dan ternyata belum ada sebuah mesinpun yang dapat mengubah sejumlah kalor menjadi energi mekanik seluruhnya.

Sebuah mesin diberi energi berupa kalor Q1 pada suhu tinggi T1, sehingga mesin melakukan usaha mekanik W. Energi yang dibuang berupa kalor Q2 pada suhu T2, maka effisiensi mesin adalah :

Energi yang bermanfaat Energi yang dim asukkan W Q2  Q1    Q2 Q2 Q   ( 1  1 )  100% Q2

 

Siklus Carnot Dan Efesiensinya. Siklus Carnot. Siklus carnot yang disebut siklus ideal ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Siklus Carnot dibatasi oleh garis lengkung isotherm dan dua garis lengkung adiabatik. Hal ini memungkinkan seluruh panas yang diserap ( input panas ) diberikan pada satu suhu panas yang tinggi dan seluruh panas yang dibuang ( panas output ) dikeluarkan pada satu suhu rendah.  Kurva ab dan cd masing-masing adalah kurva pengembangan dan pemampatan isoteremis.  Kurva bc dan da masing-masing adalah kurva pengembangan dan pemampatan adiabatik. Menurut Carnot untuk effisiensi mesin carnot berlaku pula :

  ( 1

T1 )  100% T2

Sebenarnya tidak ada mesin yang mempunyai effisiensi 100 % dan dalam praktek effisiensi mesin kurang dari 50 %.

SIKLUS MESIN BAK AR. Siklus mesin bakar atau lebih umum disebut siklus Otto di tunjukkan pada gambar di bawah ini.

Siklus Otto dibatasi oleh dua garis lengkung adiabatik dan dua garis lurus isokhorik. Dimulai dari titik a, maka :  Kurva ab dan cd masing-masing adalah kurva pemampatan dan pengembangan adiabatik.  Garis lurus bc dan da masing-masing adalah garis lurus untuk pemanasan dan pendinginan isokhorik.

SIKLUS MESIN DIESEL. Siklus untuk mesin diesel ditunjukkan pada gambar di atas ini. Siklus pada mesin diesel dibatasi oleh dua garis lengkung adiabatik dan satu garis lurus isobarik serta satu garis lurus isokhorik.

Dimulai dari titik a, maka :  Kurva ab dan cd masing-masing adalah kurva pemampatan dan pengembangan adiabatik.  Garis lurus bc adalah garis lurus pemanasan isobarik.  Garis lurus cd adalah garis lurus pendinginan isokhorik.. SIKLUS MESIN UAP . Siklus mesin uap yang juga disebut siklus Rankine ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Siklus ini dibatasi oleh dua garis lengkung adiabatik dan dua garis lurus isokhorik. hanya saja pada mesin uap ini terdapat proses penguapan dan pengembunan.

Mula-mula air dalam keadaan cair dengan suhu dan tekanan rendah di titik a. - kurva ab adalah kurva pemampatan secara adiabatik dengan tekanan yang sama dengan tekanan di dalam periuk pendingin. - garis cd adalah proses pengubahan air menjadi uap. - Garis de adalah prosers pemanasan sehingga suhu uap sangat tinggi. - Kurva ef adalah proses pengembangan secara adiabatik. - garis fa adalah proses pengembunan sehingga kembali ke keadaan awalnya.

PERUMUSAN KELVIN-PLANK TENTANG HUKUM II TERMODINAMIKA Pada dasarnya perumusan antara Kelvin dan Plank mengenai suatu hal yang sama, sehingga perumusan keduanya dapat digabungkan dan sering disebut : Perumusan Kelvin-Plank Tentang Hukum Ii Term odinam ika. Perumusan Kelvin-Plank secara sederhana dapat dinyatakan sebagai berikut : “Tidak Mungkin Membuat m esin Yang Kerjanya Sem ata-Mata Menyerap Kalor Dari Sebuah Reservo ir Dan Mengubahnya Menjadi Usaha” Sebagai contoh marilah kita perhatikan proses yang sebenarnya terjadi pada motor bakar dan motor bensin.  Mula-mula campuran uap bensin dan udara dimasukkan ke dalam silinder dengan cara menarik penghisap.  Kemudian penghisap ditekan, dengan demikian campuran tadi dimampatkan sehingga temperatur dan tekanannya naik.  Campuran tadi kemudian dibakar dengan loncatan bunga api listrik. Proses pembakaran ini menghasilkan campuran dengan temperatur dan tekanan yang sangat tingi, sehinga volume campuran tetap (proses isokhorik)  Hasil pembakaran tadi mengembang, mendorong penghisap, sedangkan tekanan dan temperaturnya turun, tetapi masih lebih tinggi dari tekanan dan temperatur di luar.  Katub terbuka, sehingga sebagian campuran itu ada yang keluar sedangkan penghisap masih tetap ditempatnya.  Akhirnya penghisap mendorong hampir seluruhnya campuran hasil pembakaran itu keluar.

PERUMUSAN CLAUSIUS TENTANG HUKUM II TERMODINAMIKA . Perumusan Clausius tentang hukum II Termodinamika secara sederhana dapat diungkapkan sebagai berikut : “Tidak Mungkin Membuat Pesawat Yang Kerjanya Hanya Menyerap Dari Reservoir Bertem peratur Rendah Dan Mem indahkan Kalor Itu Ke Reservoi r Yang Bersuhu Tinggi, Tanpa Disertai Perubahan Lain . Sebagai contoh marilah kita lihat proses pada lemari pendingin (lemari es) yang bagannya pada gambar di bawah ini.

   

Zat cair di dalam wadahnya pada tekanan tinggi harus melalui saluran yang sempit, menuju ke ruang yang lapang (Avoporator). Proses ini disebut : Proses Joule-Kelvin. Tiba di ruang yang lapang, temperatur dan tekanan zat cair tadi berkurang, dan zat cair juga menguap. Untuk menguap maka zat cair ini memerlukan kalor yang diserap dari reservoir T 2 (suhu reservoir dingin = suhu benda yang akan didinginkan). Kemudian uap pada tekanan rendah ini masuk ke dalam kompresor, dimampatkan, sehingga tekanannya dan temperaturnya naik. Temperatur uap ini lebih tingi dari temperatur reservoir T1 (temperatur suhu tingi) dan T1 > T2 Di dalam kondensor uap ini memberikan kalor pada reservoir T1. Sebagai reservoir T1 dapat digunakan udara dalam kamar atau air. Zat yang sering dipakai pada pesawat pendingin adalah : Amoniak. Pada proses ini selain pemindahan kalor dari reservoir dingin T 2 ke reservoir T1, terjadi pula perubahan usaha menjadi kalor yang ikut dibuang di T1.

SOAL-SOAL ESSAY 1. Kapasitas panas jenis Nitrogen pada volume tetap adalah 7,14 x 102 J/kg 0K. Carilah kapasitas panas jenisnya pada tekanan tetap. Diketahui massa molekul Nitrogen 28 gram/mol dan konstanta umum gas R = 8,317 J/mol0K 2. Hitunglah kalor jenis gas Argon beratom satu pada volume tetap bila kalor jenisnya pada tekanan tetap 5,23 x 102 J/kg 0K = 1,67



3. Sejenis gas bertekanan 8 atm berada dalam wadah yang memiliki volume 300 liter. Hitunglah usaha luar yang dilakukan gas jika a) Gas memuai pada tekanan tetap sehingga volumenya menjadi 2 kali semula b) Gas dimampatkan pada tekanan tetap sehingga volumenya menjadi satu per tiga kali semula 4. Tentukanlah usaha yang dilakukan gas untuk proses berikut : P (Pa) A

6 5

B

1

V (dm3) 100

500

700

P (Pa)

B

60

A

40

V (dm3) 100

500

700

5. Tentukanlah proses yang terjadi pada siklus berikut ini P (Pa)

A

5

C

B

1

V (dm3) 200

400 500

P (Pa)

8

A

C

B

4

V (dm3) 50

200 300

5. Gas Nitrogen yang massanya 5 kg suhunya dinaikkan dari 100 C menjadi 1300 C pada tekanan tetap. Tentukanlah : a. Kalor yang diterima gas b. Penambahan energi dalam c. Usaha luar yang dilakukan. 6. Satu mol karbon monoksida dipanaskan dari 150 C menjadi 160 C pada tekanan tetap. Bila massa molekul karbon monoksida adalah 28,01 gram/mol = 1,038 x 103 J/kg 0K dan  = 1,4 Tentukanlah : a. Penambahan energi dalam. b. Usaha luar yang dilakukan. 7. Suatu gas yang massanya 3 kg dinaikkan suhunya dari -200 C menjadi 800 C melalui proses isokhorik. Hitunglah penambahan energi dalam gas! 8. Satu mol karbon monoksida dipanaskan dari 150 C menjadi 160 C pada volume tetap. Massa molekulnya 28,01 gram/mol. = 1,03 x 103 J/kg. 0 K dan  = 1,40 . Hitunglah penambahan energi dalam.

9. Satu mol gas pada tekanan 4 atm dan volumenya 0,6 L memiliki energi dalam 182 J. Pada keadaan akhirnya tekanan gas menjadi 3 atm, volumenya 1,6 L dan energi dalamnya 364 J. Untuk ketiga lintasan ABC dan ADC dan AC, seperti pada gambar, hitunglah : a) Usaha yang dilakukan gas b) Perpindahan kalor dalam proses P (atm)

4

3

A

B

D

C V (L)

0,6

1,6

10. Gas Ideal sebanyak 2 mol dengan tekanan 4 atsmosfer volumenya sebesar 8,2 liter. Gas ini mengalami proses isokhorik sehingga tekanannya menjadi 8 atsmosfer. Bila diketahui R = 0,08207 liter. atm/mol. 0 C ; tentukanlah : a. Usaha yang dilakukan. b. Kalor yang ditambahkan. 11. Suatu volume gas Nitrogen sebesar 22,4 liter pada tekanan 105 N/m2 dan suhu 00 C dimampatkan secara adiabatik sehingga volumenya menjadi 1/10 volume mulamula. Carilah : a. Tekanan akhirnya. b. Suhu akhirnya. c. Usaha luar yang dilakukan. Diketahui pula bahwa Mr = 28 gram/mol  = 1,4 12. Lima molekul gas Neon pada tekanan 2 x 105 Nm-2 dan suhu 270 c dimampatkan secara adiabatik sehingga volumenya menjadi 1/3 dari volume mula-mula. Bila  = 1,67, Mr = 20,2 gram/mol. Tentukan : a. Tekanan akhir pada proses ini. b. Temperatur akhir. c. Usaha luar yang dilakukan.

13. Suatu gas ideal dengan = 1,5 dimampatkan secara adiabatik sehingga volumenya menjadi 21 kali dari volume mula-mula. Bila pada awal proses tekanan gas 1 atm, tentukanlah tekanan gas pada akhir proses. 14. Gas oksigen dengan tekanan 76 cm Hg dimampatkan secara adiabatik sehingga volumenya menjadi 23 volume mula-mula. Bila gas Oksigen adalah gas diatomik dan R = 8,317 J/mol 0K ; Tentukanlah tekanan akhir gas tersebut. 15. Gas sebanyak 2 mol menjalani garis tertutup (1), (2) dan (3). Proses 2-3 berupa pemampatan isotermik. Hitunglah untuk tiap-tiap bagian garis tertutup itu :

a. Usaha oleh gas. b. Kalor yang ditambahkan pada gas. c. Perubahan energi dalamnya. 16. Pada suatu proses tertentu diberikan panas sebanyak 500 kalori ke sistem yang bersangkutan dan pada waktu yang bersamaan dilakukan pula usaha mekanik sebesar 100 joule terhadap sistem tersebut. Berapakah tambahan energi dalamnya ? 17. Diagram di bawah ini menunjukkan tiga proses untuk suatu gas ideal, di titik 1 suhunya 600 0K dan tekanannya 16 x 105 Nm-2 sedangkan volumenya 10-3m3 . Dititik 2 volumenya 4 x 10-3m3 dari proses 1-2 dan 1-3 salah satu berupa proses isotermik dan yang lain adiabatik.  = 1,5

a. Diantara proses 1-2 dan 1-3 yang manakah proses isotermik dan mana adiabatik ? b. Hitung tekanan di titik 2 dan 3 c. Hitung suhu dititik 2 dan 3 d. Hitung volumenya di titik 3 pada proses itu. 18. Sej enis gas ideal menj alani suatu siklus perubahan ABCD seperti ditunj ukkan pada gambar di ba wah. P (x 105 N/m2)

1,8

0,5

D

C

B

A

V (L) 0,2

0,5

Lengkapi tabel beri kut yang masih kosong : ΔU (J) Q (J) W (J) A  B -50 B  C 25 C  D 140 D  A 45

19. Sebuah mesin pemanas menggerakkan gas ideal monoatomik sebenyak 0,1 mol menurut garis tertutup dalam diagram P-V pada gambar di bawah ini. Proses 2-3 adalah proses adiabatik.

a. Tentukanlah suhu dan tekanan pada titik 1,2 dan 3. b. Tentukanlah usaha total yang dilakukan gas. 20. Sebuah mesin Carnot yang reservoir suhu tingginya pada 127 oC menyerap 100 kalori dalam tiap-tiap siklus pada suhu ini dan mengeluarkan 80 kalori ke reservoir suhu rendah. Tentukanlah suhu reservoir terakhir ini. 21. Berapakah effisiensi suatu mesin yang menerima 200 kalori dari sebuah reservoir bersuhu 400 oK dan melepaskan 175 kalori ke sebuah reservoir lain yang bersuhu 320 o K. Jika mesin tersebut merupakan mesin carnot berapakah effisiensinya. 22. Hitunglah efisiensi ideal dari suatu mesin Carnot yang bekerja antara 100 oC dan 400 o C. 23. Sebuah mesin carnot yang menggunakan reservoir suhu rendah pada 7 oC, daya gunanya 40 %. Kemudian daya gunanya diperbesar 50 %. Berapakah reservoir suhu tingginya harus dinaikkan. 24. Mesin Carnot bekerja di antara dua reservoir panas yang bersuhu 400 oK dan 300oK. Jika dalam tiap siklus, mesin menyerap panas sebanyak 1.200 kalori dari reservoir yang bersuhu 400 oK, maka berapakah panas yang dikeluarkan ke reservoir yang bersuhu 300 oK. 25. Sebuah mesin carnot bekerja diantara 450 o C dan 50oC. Berapakah efisiensinya ?

SOAL-SOAL PILIHAN GANDA 1. Grafik hubungan antara tekanan (P) dan volume (V) dari suatu gas ideal dalam ruang tertutup yang melakukan usaha terbesar adalah .....

A. B. C. D. E.

1 2 3 4 5

2. Dari 5 grafik hubungan tekanan (p) terhadap volume (V) gas di bawah yang melakukan usaha terbesar adalah grafik ..........

A. B. C. D. E.

I II III IV V

3. Lima grafik berikut ini menunjukkan hubungan antara tekanan (p) dan volume (V suatu gas) Proses isobarik ditunjukkan oleh grafik ......

A. B. C. D. E.

I II III IV V

4. Perhatikan grafik hubungan tekanan (p) terhadap volume (v) gas berikut ini. Jika V1 = 100 cm3 dan usaha yang dilakukan gas dari keadaan (1) ke keadaan adalah 40 joule maka nilai V2 adalah ........

A. B. C. D. E.

100 cm³ 200 cm³ 300 cm³ 400 cm³ 500 cm³

5. Perhatikan pernyataan-pernyataan berikut! (1) Pada proses isokhorik, gas tidak melakukan usaha (2) Pada proses isobarik, gas selalu mengembang. (3) Pada proses adiabatik, gas selalu mengembang. (4) Pada proses isotermik, energi dalam gas tetap. Pernyataan yang sesuai dengan konsep termodinamika adalah A. (1) dan (2) B. (1), (2); dan (3) C. (1) dan (4) D. (2), (3) dan (4) E. (3) dan (4) 6. Perhatikan grafik p - V suatu gas di atas! Bila gas ideal melakukan proses ABC, maka usaha total yang dilakukan gas adalah ........ A. 5 Joule B. 5 x 104Joule C. 2 x 105Joule D. 2,5 x 105Joule E. 5 x 105Joule

7. Sejumlah gas ideal pada sebuah mesin Carnot menjalani siklus ABCDA seperti gambar di atas. Efisiensi mesin Carnot tersebut adalah ........ A. 10 % B. 20 % C. 25 % D. 30 % E. 35 %

8. Jika sejumlah gas melakukan usaha dengan proses adiabatik maka gas tersebut ........ A. Suhunya tetap B. Suhunya berkurang C. Energi dalamnya berubah D. Volumenya berkurang E. Tekanannya bertambah

9. Sejumlah gas dalam ruang tertutup mengalami serangkaian proses yang dilukiskan dalam grafik P V berikut ini. Rangkaian proses yang menghasilkan usaha terkecil ditunjukan oleh grafik ........

A. B. C. D. E.

(1) (2) (3) (4) (5)

10. Sejumlah gas ideal dipanaskan secara isobarik, maka: (1) selama proses volume gas berkurang (2) selama proses suhu gas naik (3) selama proses usaha gas nol (4) selama proses energi dalam gas bertambah Pernyataan di atas yang benar adalah ........ A. (1), (2), (3) B. (1), (3) C. (2), (4) D. (4) saja E. (1), (2), (3), (4) 11. Sebanyak 5 mol gas Hidrogen berada pada keadaan suhu sedang. Apabila R = 8,31 J/mol K, maka besar kapasitas kalor pada tekanan tetap adalah ........ A. 20,775 J/K B. 62,325 J/K C. 103,875 J/K D. 145,425 J/K E. 186,975 J/K 12. Suhu tinggi reservoir mesin Carnot 500 K dan efisiensinya 60%. Agar efisiensi mesin Carnot ini, menjadi 80% maka suhu tinggi reservoir mesin Carnot menjadi ........ A. 200 K B. 500 K C. 1000 K D. 1500K E. 2000 K

13. Sebuah mesin Carnot bekerja di antara dua reservoir panas 487° C dan reservoir dingin 107° C. Jika mesin tersebut menyerap kalor 800 joule dari reservoir panas, maka jumlah kalor yang dibuang dari mesin adalah ....... A. 200 Joule B. 300 Joule C. 800 Joule D. 1200 Joule E. 400 Joule 14. Sebuah mesin Carnot bekerja pada suhu reservoir antara 300 K dan 750 K. Efisiensi mesin tersebut adalah ........ A. 80 % B. 75 % C. 70 % D. 65 % E. 60 % 15. Mesin Carnot bekerja pada suhu reservoir tinggi 327°C jika efisiensi mesin 50% maka kalor dibuang ke reservoir bersuhu ........ A. 300°C B. 164°C C. 127°C D. 57°C E. 27°C 16. Suatu mesin carnot bekerja di antara suhu 600 K dan 300 K dan menerima masukkan kalor 1000 joule (diperlihatkan pada gambar di bawah). Usaha yang dilakukan mesin dalam satu siklus adalah ........ A. 300 J B. 400 J C. 500 J D. 600 J E. 700 J

17. Efisiensi mesin Carnot yang tiap siklusnya menyerap kalor pada suhu 600°K dan membuang kalor pada suhu T2°K adalah 50%, maka nilai T2 = ........ A. 300°C B. 240°C C. 127°C D. 27°C E. 0°C 18. Sebuah mesin Carnot yang memiliki efisiensi 40% menggunakan reservoir panas yang bersuhu 727°C. Tentukan suhu reservoir dingin ........ A. 327°C B. 357°C

C. 400°C D. 600°C E. 627°C 19. Grafik P-V dari sebuah mesin Carnot terlihat pada gambar di bawah! Jika mesin menyerap kalor 800 J, maka usaha yang dilakukan adalah ........

A. B. C. D. E.

105,5 J 252,6 J 336,6 J 466,7 J 636,7 J

20. Energi kalor tidak semuanya dapat diubah seluruhnya menjadi energi mekanik atau usaha, sebagian akan terbuang. Pernyataan ini dikenal sebagai .... A. hukum Termodinamika B. hukum Kekekalan energi C. hukum Termodinamika II D. hukum Joule E. hukum Thompson 21. Kegiatan siklus yang menggambarkan proses adiabatik adalah .... A. BC dan CD B. CD dan DA C. DA dan AB D. DA dan BC E. CD dan AB

22. Jika volume gas diperbesar 2 kali volume semula dan ternyata energi dalamnya menjadi 4 kali semula, tekanan gas tersebut menjadi .... A. 4 kali B. 2 kali C. ½ kali D. ¼ kali E. konstan 23. Suatu sistem mengalami proses adiabatik. Pada sistem dilakukan usaha 100 J. Jika perubahan energi dalam sistem adalah ΔU dan kalor yang diserap sistem adalah Q maka ... A. ΔU = - 1000 J

B. C. D. E.

ΔU = 100 J ΔU = 0 Q = 10 J ΔU + Q = - 100 J

24. Bila gas ideal dalam ruang tertutup diberi kalor sehingga mengembang secara isotermal, maka : (1) Gas melakukan usaha luar (2) Usaha luarnya seb anding dengan tekanannya (3) Energi dalamnya tetap (4) Kecepatan rata-rata partikelnya berkurang Pernyataan yang benar adalah : A. (1), (2) dan (3) B. (1) dan (3) C. (2) dan (4) D. (4) saja E. (1), (2), (3) dan (4) 25. Perhatikan pernyataan-pernyataan berikut : (1) Pada proses isokhorik gas tidak melakukan usaha (2) Pada proses isobarik gas selalu mengembang (3) Pada proses adiabatik gas selalu mengembang (4) Pada proses isotermik energi dalam gas tetap Pernyataan yang sesuai dengan konsep termodinamika adalah : A. (1) dan (2) B. (1), (2) dan (3) C. (1) dan (4) D. (2), (3) dan (4) E. (3) dan (4)