Soal Pilihan Ganda dan esay serta pembahasan tentang BAB Termodinamika
Soal
serta pembahasan tentang BAB Termodinamika
I.
PILIHAN GANDA
1.Suatu
gas memiliki volume awal 2,0 m3 dipanaskan dengan kondisi isobaris hingga
volume akhirnya menjadi 4,5 m3. Jika tekanan gas adalah 2 atm, tentukan usaha
luar gas tersebut!
(1
atm = 1,01 x 105 Pa)
Pembahasan
Data
:
V2
= 4,5 m3
V1
= 2,0 m3
P
= 2 atm = 2,02 x 105 Pa
Isobaris
→ Tekanan Tetap
W
= P (ΔV)
W
= P(V2 − V1)
W
= 2,02 x 105 (4,5 − 2,0) = 5,05 x 105 joule
2.
1,5 m3 gas helium yang bersuhu 27oC dipanaskan secara isobarik sampai 87oC.
Jika tekanan gas helium 2 x 105 N/m2 , gas helium melakukan usaha luar
sebesar....
A.
60 kJ
B.
120 kJ
C.
280 kJ
D.
480 kJ
E.
660 kJ
Pembahasan
Data
:
V1
= 1,5 m3
T1
= 27oC = 300 K
T2
= 87oC = 360 K
P
= 2 x 105 N/m2
W
= PΔV
Mencari
V2 :
V2/T2
= V1/T1
V2
= ( V1/T1 ) x T2 = ( 1,5/300 ) x 360 = 1,8 m3
W
= PΔV = 2 x 105(1,8 − 1,5) = 0,6 x 105 = 60 x 103 = 60 kJ
3.
2000/693 mol gas helium pada suhu tetap 27oC mengalami perubahan volume dari
2,5 liter menjadi 5 liter. Jika R = 8,314 J/mol K dan ln 2 = 0,693 tentukan
usaha yang dilakukan gas helium!
Pembahasan
Data
:
n
= 2000/693 mol
V2
= 5 L
V1
= 2,5 L
T
= 27oC = 300 K
Usaha
yang dilakukan gas :
W
= nRT ln (V2 / V1)
W
= (2000/693 mol) ( 8,314 J/mol K)(300 K) ln ( 5 L / 2,5 L )
W
= (2000/693) (8,314) (300) (0,693) = 4988,4 joule
4.Mesin
Carnot bekerja pada suhu tinggi 600 K, untuk menghasilkan kerja mekanik. Jika
mesin menyerap kalor 600 J dengan suhu rendah 400 K, maka usaha yang dihasilkan
adalah....
A.
120 J
B.
124 J
C.
135 J
D.
148 J
E.
200 J
Pembahasan
η
= ( 1 − Tr / Tt ) x 100 %
Hilangkan
saja 100% untuk memudahkan perhitungan :
η
= ( 1 − 400/600) = 1/3
η
= ( W / Q1 )
1/3
= W/600
W
= 200 J
5.
Diagram P−V dari gas helium yang mengalami proses termodinamika ditunjukkan
seperti gambar berikut!
Usaha yang dilakukan gas helium pada proses ABC sebesar....
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
WAC = WAB + WBC
WAC = 0 + (2 x
105)(3,5 − 1,5) = 4 x 105 = 400 kJ
6.Suatu mesin
Carnot, jika reservoir panasnya bersuhu 400 K akan mempunyai efisiensi 40%.
Jika reservoir panasnya bersuhu 640 K, efisiensinya.....%
A. 50,0
B. 52,5
C. 57,0
D. 62,5
E. 64,0
Pembahasan
Data pertama:
η = 40% = 4 / 10
Tt = 400 K
Cari terlebih
dahulu suhu rendahnya (Tr) hilangkan 100 % untuk mempermudah perhitungan:
η = 1 − (Tr/Tt)
4 / 10 = 1 −
(Tr/400)
(Tr/400) = 6 / 10
Tr = 240 K
Data kedua :
Tt = 640 K
Tr = 240 K (dari
hasil perhitungan pertama)
η = ( 1 − Tr/Tt) x
100%
η = ( 1 − 240/640)
x 100%
η = ( 5 / 8 ) x
100% = 62,5%
7.Perhatikan gambar
berikut ini!
Jika kalor yang diserap reservoir suhu tinggi adalah 1200 joule, tentukan :
Jika kalor yang diserap reservoir suhu tinggi adalah 1200 joule, tentukan :
a)
Efisiensi mesin Carnot
b)
Usaha mesin Carnot
c)
Perbandingan kalor yang dibuang di suhu rendah dengan usaha yang dilakukan
mesin Carnot
d)
Jenis proses ab, bc, cd dan da
Pembahasan
a)
Efisiensi mesin Carnot
Data
:
Tt
= 227oC = 500 K
Tr
= 27oC = 300 K
η
= ( 1 − Tr/Tt) x 100%
η
= ( 1 − 300/500) x 100% = 40%
b)
Usaha mesin Carnot
η
= W/Q1
4/10
= W/1200
W
= 480 joule
c)
Perbandingan kalor yang dibuang di suhu rendah dengan usaha yang dilakukan
mesin Carnot
Q2
= Q1 − W = 1200 − 480 = 720 joule
Q2
: W = 720 : 480 = 9 : 6 = 3 : 2
d)
Jenis proses ab, bc, cd dan da
ab
→ pemuaian isotermis (volume gas bertambah, suhu gas tetap)
bc
→ pemuaian adiabatis (volume gas bertambah, suhu gas turun)
cd
→ pemampatan isotermal (volume gas berkurang, suhu gas tetap)
da
→ pemampatan adiabatis (volume gas berkurang, suhu gas naik)
8. Perhatikan gambar di bawah ini!
Suatu gas ideal mengalami proses siklus seperti pada gambar P − V di atas. Kerja yang dihasilkan pada proses siklus ini adalah....kilojoule.
Suatu gas ideal mengalami proses siklus seperti pada gambar P − V di atas. Kerja yang dihasilkan pada proses siklus ini adalah....kilojoule.
A.
200
B.
400
C.
600
D.
800
E.
1000
Pembahasan
W
= Usaha (kerja) = Luas kurva siklus = Luas bidang abcda
W
= ab x bc
W
= 2 x (2 x 105) = 400 kilojoule
II.
PILIHAN GANDA
1. Suatu gas ideal berada di dalam wadah
bervolume 3 liter pada suhu 270C. Gas itu dipanaskan dengan tekanan tetap 1
atmosfer sampai mencapai suhu 2270C. hitung kerja yang dilakukan gas!
Penyelesaian:
Diketahui:
PA
= PB = 1 atm = 105 Pa
VA
= 3 liter = 3 x 10-3 m3
TA
= 273 + 27 = 300 K
TB
= 273 + 227 = 500 K
Ditanya:
W?
Jawab:
Pada
proses isobarik (tekanan tetap) berlaku:
VA/TA
= VB/TB
(3
x 10-3)/500 = VB/300
VB
= 5 x 103 m3
Sehingga,
W
= P (VB – VA) = (105) {(5x10-3) - (3x10-3)} = 202,6 J
2.
Tiga mol gas memuai secara isotermal pada suhu 270C, sehingga volumenya berubah
dari 20 cm3 menjadi 50 cm3. Hitung besar usaha yang dilakukan gas tersebut!
Penyelesaian:
Diketahui:
n
= 3 mol
R
= 8,314 J/mol K
T = 270C + 273 = 300 K
V1
= 2 x 10-5 m3
V2
= 5 x 10-5 m3
Ditanya:
W?
Jawab:
W
= n R T ln V2/V1 = (3) (8,314) (300) ln 5 x 10-5/2 x 10-5 = 6852,94 J
Komentar
Posting Komentar