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;
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 dikala volume 0,3 m3;
c. perjuangan 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 dikala 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 mempunyai keadaan awal tekanan 105 N/m2 ,temperatur 300 K, volume 0,2 m3. Kemudian besar tekanan berkembang menjadi 2 x 105 N/m2. Tentukanlah besar :
a. Jumlah mol gas;
b. temperatur pada tekanan 2 x 105 N/m2;
c. perjuangan pada proses isokhorik ini;
d. kalor yang diharapkan 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 berkembang 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 diharapkan 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 berkembang menjadi 0,2 m3 . Tentukan :
a.Jumlah mol gas;
b.Besar temperatur pada dikala Volume gas 0,2 m3;
c.Besar perjuangan 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 dikala 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 27oC, gas lalu dipanaskan suhunya menjadi 127oC pada tekanan tetap. Jika kapasitas kalor gas 20 J/K, maka volume selesai gas dan perubahan energi dalam gas masing-masing yaitu ....
Jawaban Fisika Pak Dimpun:
\[\\\frac{P_1.V_1}{T_1}=\frac{P_2V_2}{T_2}\\ V_2=\frac{T_2}{T_1}V_1\\ V_2=\frac{400}{300}3\\ V_2=4\text{ L}\\ \Delta Q={C_p}dT\\ \Delta Q=\Delta U+PdV\\ \Delta U={C_p}dT-PdV\\ \Delta U=20\times 100-2\times 10^5\times 1\times {10^{-3}}\\ \Delta U=2000-200\\ \Delta U=1800\text{ Joule}\]
Mari kita mulai;
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 dikala volume 0,3 m3;
c. perjuangan 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 dikala 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 mempunyai keadaan awal tekanan 105 N/m2 ,temperatur 300 K, volume 0,2 m3. Kemudian besar tekanan berkembang menjadi 2 x 105 N/m2. Tentukanlah besar :
a. Jumlah mol gas;
b. temperatur pada tekanan 2 x 105 N/m2;
c. perjuangan pada proses isokhorik ini;
d. kalor yang diharapkan 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 berkembang 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 diharapkan 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 berkembang menjadi 0,2 m3 . Tentukan :
a.Jumlah mol gas;
b.Besar temperatur pada dikala Volume gas 0,2 m3;
c.Besar perjuangan 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 dikala 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 27oC, gas lalu dipanaskan suhunya menjadi 127oC pada tekanan tetap. Jika kapasitas kalor gas 20 J/K, maka volume selesai gas dan perubahan energi dalam gas masing-masing yaitu ....
Jawaban Fisika Pak Dimpun:
\[\\\frac{P_1.V_1}{T_1}=\frac{P_2V_2}{T_2}\\ V_2=\frac{T_2}{T_1}V_1\\ V_2=\frac{400}{300}3\\ V_2=4\text{ L}\\ \Delta Q={C_p}dT\\ \Delta Q=\Delta U+PdV\\ \Delta U={C_p}dT-PdV\\ \Delta U=20\times 100-2\times 10^5\times 1\times {10^{-3}}\\ \Delta U=2000-200\\ \Delta U=1800\text{ Joule}\]
Post a Comment (0)