SOAL TERMODINAMIKA DAN PEMBAHASAN

Soal termodinamika beserta pembahasan

1. Soal UTBK 2019 fisika
Tentang Usaha Termodinamika

Proses siklus A - B - C - A Suatu gas Ideal monoatomik sebanyak n mol mengalami proses termodinamika seperti ditunjukkan pada gambar. proses AB adalah proses isotermik. jika T addalah suhu gas ketika dalam keadaa A dan konstanta gas umum sama dengan R. kerja yang dilakukan gas pada proses CA adalah....
A. nRT  -  P1 . V1
B. - nRT  - P1 . V1
C. - nRT  +   P2 . V1
D. nRT  +  P1 . V1
E. nRT - P2 . V1
Kunci jawaban: E
penyelesaian / pembahasan:

PROSES C KE A

W = P . ΔV
W = P₂ . V1 - P2 . V2

W = n R T - P2 . V1

Soal UN FISIKA 2019 tentang mesin carnot
2. mesin Carnot di bawah!

Suhu Tl > T2 dan efisiensi mesin mula-mula 20%. Bila efisiensi mesin ditingkatkan menjadi 60% maka suhu Tl menjadi Tl' danT2 menjadi T2' dengan besar masing-masing ....

A. T1' = Tl dan T2' = 2T2 
B. T1' = TI dan T2' = 3T2

c. T2' =T2 dan TI' = 2TI

D. T2' = T2 dan T1' = 5/2 T1

E. T1' = T1 dan T2' = 5/2 T2
Kunci jawaban: C
Pembahasan:
T1' ( 1 - η' ) = T1 (1 - η)
T1' (1 - 0,6) = T1 (1 - 0,2)
T1' . 0,4 = T1 . 0,8
T1' = 2 T1

3.   0,5 m³ gas dipanaskan pada proses isobaris volumenya menjadi 2 m³. Jika usaha luar gas tersebut 3 × 10⁵ joule besar tekanan gas sekarang adalah . . . .
a. 6 × 10⁵ N/m²
b. 2 × 10⁵ N/m²
c. 1,5 × 10⁵ N/m²
d. 8 × 10⁵ N/m²
e. 3 × 10⁵ N/m²

jawab:

W = P . ΔV

3 × 10⁵ = P . (2 – 0,5)

P = 2 × 10⁵ N/m²

4.  Sebuah tabung berisi gas monoatomik kemudian dipompakan gas yang sama sehingga tekanannya berubah menjadi 3 kali vulome semula. Besar perubahan energi dalam gas tersebut jika proses isotemis adalah . . . .
a. nol                                d. 6 kali semula
b. 1,5 kali semula           e. 9 kali semula
c. 3 kali semula
jawab: C

5.  Hukum I Termodinamika menyatakan bahwa . . . .
a. kalor tidak dapat masuk ke dalam dan ke luar dari suatu sistem
b. energi adalah kekal
c. energi dalam adalah kekal
d. suhu adalah tetap
e. sistem tidak mendapat usaha dari luar
jawab: C

6.  Dua bejana A dan B volumenya sama berisi udara yang suhu dan massanya sama.  bejana A dipanaskan secara isobaris sedangkan udara di dalam bejana B dipanaskan pada proses isokhoris. Jika besar kalor yang diberikan pada bejana A dan B  sama maka . . . .
a. kenaikan suhu udara di A dan di B sama
b. perubahan energi dalam di A dan di B sama
c. kenaikan suhu udara di A lebih kecil dari di B
d. kenaikan suhu udara di A lebih besar dari di B
e. salah semua

jawab: C

pada bejana B usaha bernilai nol karena proses isokhoris (V = tetap) sehingga kalor spenuhnya untuk perubahan energi dalam ( suhu), sedangkan pada bejana A kalor sebagian berubah menjadi usaha dan energi dalam. Jadi suhu di B lebih besar.

7.  Sejumlah gas ideal dengan massa tertentu mengalami pemampatan secara adiabatik. jika W adalah kerja yang dilakukan oleh sistem (gas) dan ΔT adalah perubahan suhu dari sistem maka berlaku keadaan . . . .
a. W = 0, ΔT > 0        d. W < 0, ΔT > 0
b. W = 0, ΔT < 0        e. W < 0, ΔT = 0
c. W > 0, ΔT = 0

jawab: E ( saat sistem melakukan kerja W bernilai NEGATIF dan PERUBAHAN SUHU NOL)

8.  Sebuah mesin Carnot bekerja di antara  2 reservoir bersuhu tinggi 527 °C dan suhu rendah 127 °C. Jika reservoir suhu tinggi diturunkan menjadi 500 K, maka efisiensi awal dan terakhir adalah . .
a. 20% dan 30%
b. 20% dan 40%
c. 20% dan 50%
d. 30% dan 50%
e. 50% dan 20%
jawab: E

9.  Sebuah mesin Carnot yang menggunakan reservoir suhu tinggi 800 K mempunyai efisiensi sebesar 40%. Agar efisiensinya naik menjadi 50%, suhu reservoir suhu tinggi dinaikkan menjadi . .
a. 900 K     d. 1.180 K
b. 960 K     e. 1.600 K
c. 1.000 K

JAWAB = B

T1‘ (1 – η‘) = T1 ( 1 – η)

T1‘ (1 – 0,5) = T1 ( 1 – 0,4)

T1‘ . 0,5 = 800 . 0,6

T1‘ = 960 k

10. Sebuah mesin bekerja pada reservoir bersuhu tinggi 500 K dan reservoir bersuhu rendah 350 K. Mesin tersebut menghasilkan usaha sebesar 104 joule. Efisiensi mesin tersebut adalah . . . .
a. 30 %      d. 66 %
b. 33 %      e. 70 %
c. 42 %
Pembahasan :


11.  Suatu mesin menyerap 150 kalori dari reservoir 400 K dan melepas 90 kalori ke reservoir bersuhu 200 K. Efisiensi mesin tersebut adalah . . . .
a. 30 %      d. 60 %
b. 40 %      e. 80 %
c. 50 %
Pembahasan :

Soal termodinamika no. 12 (SBMPTN 2016)
12. Sejumlah gas ideal monoatomik mula-mula memiliki volume 250 cc/kmol dan tekanan 120 kpa. jika dipanaskan dengan tekanan tetap sehingga mengembang. Misalkan konstanta gas universal dinyatakan sebagai R J. Mol/K. Jika pada proses itu temperatur gas naik sebesar 38,4/R kelvin. Maka volume akhir gas tersebut adalah?

 A.420 cc

B.367 cc

C.343 cc

D.320 cc

E.297 cc

jawab:

13. Soal tetmodinamika no. 13 (SBMPTN 2016)

13. Gas argon dapat dianggap sebagai gas ideal. Gas itu mula-mula mempunyai energi dalam E¡ dan temperatur T¡. Gas tersebut mengalami proses dengan melakukan usaha W, amelepaskan energi senilai Q, dan keadaan akhir energi dalam Ef serta temperature Tf. Apa simpulan proses tersebut?

A. Gas mengalami proses isobarik dan Tf < T¡
B. Gas mengalami proses adiabatik dan Tf < T¡
C. Gas mengalami proses isokhorik dan Tf 

D. Gas mengalami proses isotermal dan Tf = T¡
E. Gas mengalami proses isokhorik dan Tf = T¡

Jawab: D

Dalam grafik Ei = Ef (energy dalam tetap) sehingga proses yang terjadi adalah isothermal (D)