CONTOH SOAL DAN PENYELESAIAN TERMODINAMIKA

Soal dan Penyelesaian Fisika SMA - Contoh Soal dan Penyelesaian Termodinamika. Kita sudah pernah membahas soal-soal Termodinamika pada artikel Soal dan Penyelesaian Hukum Termodinamika Buku kelas XI SMA, dan kali ini kita lengkapi dengan Contoh Soal dan Penyelesaian Termodinamika.

Mari kita mulai;
CONTOH SOAL DAN PENYELESAIAN TERMODINAMIKA

---

1. Sebanyak 0,1 m³ jumlah gas monoatomik bersuhu 300 K mengalami proses isobarik pada tekanan 10⁵ N/m²sehingga volumenya menjadi 0,3 m³. Bila Konstanta gas umum (R) = 25/3 J/mol.K, Tentukanlah besar:
a. Jumlah mol gas;
b. Temperatur pada saat volume 0,3 m³;
c. usaha pada proses;
d. kalor yang diperlukan;
e. Kapasitas kalor pada tekanan tetap !
Jawaban Fisika Pak Dimpun:
a. Jumlah mol gas; $$\\PV=nRT \\ n=\frac{PV}{RT} \\ n=\frac{10^5\times 0,1}{\frac{25}{3}(300)}\\n=\frac{10^2}{25}=4\text{ mol}$$ b. Temperatur saat volume 0,3 m³; $$\\\frac{P_1.V_1}{T_1}=\frac{P_2V_2}{T_2}\\T_2=\frac{V_2}{V_1}T_1=3\times 300\\T_2=900\text{ K}$$ c. Usaha pada proses; $$\\W=\int{PdV} \\ W=P(V_2-V_1) \\ W=10^5(0,2) \\ W=2\times 10^4\text{ Joule}$$ d. Kalor yang diperlukan; $$\\\Delta Q=\Delta U+W \\ \Delta Q=\frac{3}{2}nR\Delta T+W \\ \Delta Q=\frac{3}{2}(4)\frac{25}{3}(900-300)+2\times 10^4 \\ \Delta Q=50(600)+2\times 10^4 \\ \Delta Q=5\times 10^4\text{ Joule}$$ e. Kapasitas kalor pada tekanan tetap; $$\\\Delta Q={C_p}dT {C_p}=\frac{\Delta Q}{dT} \\ {C_p}=\frac{5\times 10^4}{600} \\ {C_p}=\frac{5}{6}\times 10^2\text{ (Joule/K)}$$

---

2. Suatu gas monoatomik mengalami proses isokhorik yang memiliki keadaan awal tekanan 10⁵ N/m² ,temperatur 300 K, volume 0,2 m³. Kemudian besar tekanan berubah menjadi 2 x 10⁵ N/m². Tentukanlah besar :
a. Jumlah mol gas;
b. temperatur pada tekanan 2 x 10⁵ N/m²;
c. usaha pada proses isokhorik ini;
d. kalor yang diperlukan pada proses isokhorik;
e. Kapasitas kalor pada volume tetap !
Jawaban Fisika Pak Dimpun:
a. Jumlah mol gas
$$\\PV=nRT\\ n=\frac{PV}{RT}\\ n=\frac{10^5\times 0,2}{\frac{25}{3}(300)}=\frac{2\times 10^2}{25}\\n=8\text{ mol}$$ b. Temperatur pada tekanan 2 x 10⁵ N/m²
$$\\\frac{P_1.V_1}{T_1}=\frac{P_2V_2}{T_2}\\ T_2=\frac{P_2}{P_1}T_1\\T_2=\frac{2\times 10^5}{10^5}300\\T_2=600\text{ K}$$ c. Usaha pada proses isokhorik
$$\\W=\int{PdV}\\ dV=0; W=0$$ d. Kalor pada proses
$$\\\Delta Q=\Delta U+W\\ \Delta Q=\Delta U=\frac{3}{2}nR\Delta T\\\Delta Q=\frac{3}{2}(8)\frac{25}{3}(600-300)\\\Delta Q=3\times 10^4\text{ Joule}$$ e. Kapasitas kalor pada proses isokhorik
$$\\\Delta Q={C_v}dT\\ {C_v}=\frac{\Delta Q}{dT}\\{C_v}=\frac{3\times 10^4}{(300)}=100\text{ J/K}$$

---

3. Suatu gas monoatomik mengalami proses isotermis. Tekanan awal 2 x 10⁵N/m² bertemperatur 400 K, volume 0,1 m³. Tekanan berubah menjadi 10⁵ N/m². Tentukanlah :
a.Jumlah mol gas;
b.Volume pada tekanan 10⁵ N/m²;
c.usaha pada proses isotermis ini;
d.kalor yang diperlukan pada proses ini !
Jawaban Fisika Pak Dimpun:
a. Jumlah mol gas
$$\\PV=nRT\\ n=\frac{PV}{RT}\\ n=\frac{2\times 10^5\times 0,1}{\frac{25}{3}(400)}=\frac{2\times 10^2\times 3}{100}\\n=6\text{ mol}$$ b. Volume pada tekanan 10⁵ N/m²
$$\\P_1.V_1=P_2V_2\\ V_2=\frac{P_1}{P_2}V_1\\V_2=2\times 0,1=0,2\text{ }{{\text{m}}^{3}}$$ c. Usaha pada proses
$$\\W=\int{PdV}\\ W=nRT\ln \frac{V_2}{V_1}\\ W=(6)(\frac{25}{3})(400)\ln \left( \frac{0,2}{0,1} \right)\\ W=2\times 10^4\ln 2\\W=13862,9\text{ Joule}$$ d. kalor yang dibutuhkan
$$\\\Delta Q=\Delta U+W\\ \Delta Q=\frac{3}{2}nR\Delta T+13862,9\\ \Delta Q=\frac{3}{2}nR(0)+13862,9\\\Delta Q=13862,9\text{ Joule}$$

---

4. Suatu gas monoatomik mengalami proses adiabatik, dengan keadaan awal bertekanan 2 x 10⁵ N/m² , temperatur 600 K, volume gas 0,1 m³. Besar volume berubah menjadi 0,2 m³ . Tentukan :
a.Jumlah mol gas;
b.Besar temperatur pada saat Volume gas 0,2 m³;
c.Besar usaha pada proses adiabatis ini;
d.Besar kalor pada proses adiabatis ini !
Jawaban Fisika Pak Dimpun:
a. Menentukan jumlah mol gas
$$\\PV=nRT\\ n=\frac{PV}{RT}\\ n=\frac{2\times 10^5\times 0,1}{\frac{25}{3}(600)}=\frac{200}{50}\\ n=4\text{ mol}$$ b. Temperatur pada saat volume gas 0,2 m³
$$\\T_1V_{1}^{\gamma -1}=T_2V_{2}^{\gamma -1}\\ T_2={{\left( \frac{V_1}{V_2} \right)}^{\frac{5}{3}-\frac{3}{3}}}T_1\\ T_2={{\left( \frac{1}{2} \right)}^{\frac{2}{3}}}600\\ T_2=378\text{ K}$$ c. Usaha pada proses adiabatis ini
$$\\Delta Q=\Delta U+W\\ W=-\Delta U\\ W=-\frac{3}{2}nR\Delta T\\ W=-\frac{3}{2}\times 4\times \frac{25}{3}(600-378)\\ W=11100\text{ Joule}$$

---

5. Dalam suatu tangki terdapat gas ideal volume 3 liter, tekanan 2 atm (1atm = 10⁵ N/m²), suhu 27^oC, gas kemudian dipanaskan suhunya menjadi 127^oC pada tekanan tetap. Jika kapasitas kalor gas 20 J/K, maka volume akhir gas dan perubahan energi dalam gas masing-masing adalah ....
Jawaban Fisika Pak Dimpun:
$$\\\frac{P_1.V_1}{T_1}=\frac{P_2V_2}{T_2}\\ V_2=\frac{T_2}{T_1}V_1\\ V_2=\frac{400}{300}3\\ V_2=4\text{ L}\\ \Delta Q={C_p}dT\\ \Delta Q=\Delta U+PdV\\ \Delta U={C_p}dT-PdV\\ \Delta U=20\times 100-2\times 10^5\times 1\times {10^{-3}}\\ \Delta U=2000-200\\ \Delta U=1800\text{ Joule}$$

---

6. Perhatikan pernyataan-pernyataan berikut:

1. Selama berlangsung proses, suhunya konstan
2. Perubahan energi dalamnya nol
3. Kalor yang masuk ke dalam sistem digunakan seluruhnya untuk melakukan usaha luar
4. Tekanan berbanding terbalik dengan volume

Jika suatu gas ideal mengalami proses isotermal, pernyataan yang benar ditunjukkan oleh nomor.... 
A. (1) dan (3) 
B. (2) dan (4)
C. (3) dan (4)
D. (1), (2) dan (3) 

E. (1), (2), (3) dan (4) 
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Gas ideal mengalami proses isotermal, maka perubahan suhu sama dengan NOL, sehingga:

1. Selama berlangsung proses, suhunya konstan (benar)
2. Perubahan energi dalamnya nol (benar):  $$\begin{align*}&\Delta U=\frac{3}{2}Nk\Delta T\\&\Delta T =0, \textrm{ maka }\Delta U =0 \end{align*}$$
3. Kalor yang masuk ke dalam sistem digunakan seluruhnya untuk melakukan usaha luar (benar):  $$\begin{align*}&Q=\Delta U+W\\&\Delta U =0, \textrm{ maka }Q =W \end{align*}$$
4. Tekanan berbanding terbalik dengan volume (benar): $$\begin{align*}&P_{1}.V_{1} = P_{2}.V_{2} \end{align*}$$

---

7. Perhatikan data berikut:

1. Suhunya berubah
2. Volumenya tetap
3. Tekanannya berubah
4. Usahanya nol

Akibat yang ditimbulkan jika suatu gas ideal dalam ruang tertutup mengalami proses isokhorik ditunjukkan oleh nomor... 
A. (1) dan (3) 
B. (2) dan (4) 

C. (3) dan (4) 

D. (1), (2) dan (3) 

E. (1), (2), (3) dan (4) 
Jawaban Fisika dari Pak Dimpun:
Gas ideal dalam ruang tertutup mengalami proses isokhorik maka perubahan volume sama dengan NOL, sehingga:

1. Suhunya berubah (benar):  $$\begin{align*}&\frac{P_{1}}{T_1} = \frac{P_{2}}{T_2} \end{align*}$$
2. Volumenya tetap (benar)
3. Tekanannya berubah (benar)  $$\begin{align*}&\frac{P_{1}}{T_1} = \frac{P_{2}}{T_2} \end{align*}$$
4. Usahanya nol (benar): $$\begin{align*}&W=P.\Delta V\\&\Delta V =0, \textrm{ maka }W =0 \end{align*}$$

Barangkali yang anda cari ada di sini: 
Soal Dan Penyelesaian Hukum Termodinamika Buku Kelas 11 SMA