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 Sekolah Menengan Atas, 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 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;\[\\PV=nRT \\ n=\fracPVRT \\ n=\frac10^5\times 0,1\frac253(300)\\n=\frac10^225=4\text mol\] b. Temperatur saat volume 0,3 m3;\[\\\fracP_1.V_1T_1=\fracP_2V_2T_2\\T_2=\fracV_2V_1T_1=3\times 300\\T_2=900\text K\] c. Usaha pada proses;\[\\W=\intPdV \\ W=P(V_2-V_1) \\ W=10^5(0,2) \\ W=2\times 10^4\text Joule\] d. Kalor yang diperlukan;\[\\\Delta Q=\Delta U+W \\ \Delta Q=\frac32nR\Delta T+W \\ \Delta Q=\frac32(4)\frac253(900-300)+2\times 10^4 \\ \Delta Q=50(600)+2\times 10^4 \\ \Delta Q=5\times 10^4\text Joule\] e. Kapasitas kalor pada tekanan tetap;\[\\\Delta Q=C_pdT
C_p=\frac\Delta QdT \\ C_p=\frac5\times 10^4600 \\ C_p=\frac56\times 10^2\text (Joule/K)\]
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
\[\\PV=nRT\\ n=\fracPVRT\\ n=\frac10^5\times 0,2\frac253(300)=\frac2\times 10^225\\n=8\text mol\] b. Temperatur pada tekanan 2 x 105 N/m2
\[\\\fracP_1.V_1T_1=\fracP_2V_2T_2\\ T_2=\fracP_2P_1T_1\\T_2=\frac2\times 10^510^5300\\T_2=600\text K\] c. Usaha pada proses isokhorik
\[\\W=\intPdV\\ dV=0; W=0\] d. Kalor pada proses
\[\\\Delta Q=\Delta U+W\\ \Delta Q=\Delta U=\frac32nR\Delta T\\\Delta Q=\frac32(8)\frac253(600-300)\\\Delta Q=3\times 10^4\text Joule\] e. Kapasitas kalor pada proses isokhorik
\[\\\Delta Q=C_vdT\\ C_v=\frac\Delta QdT\\C_v=\frac3\times 10^4(300)=100\text J/K\]
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
\[\\PV=nRT\\ n=\fracPVRT\\ n=\frac2\times 10^5\times 0,1\frac253(400)=\frac2\times 10^2\times 3100\\n=6\text mol\] b. Volume pada tekanan 105 N/m2
\[\\P_1.V_1=P_2V_2\\ V_2=\fracP_1P_2V_1\\V_2=2\times 0,1=0,2\text \textm^3\] c. Usaha pada proses
\[\\W=\intPdV\\ W=nRT\ln \fracV_2V_1\\ W=(6)(\frac253)(400)\ln \left( \frac0,20,1 \right)\\ W=2\times 10^4\ln 2\\W=13862,9\text Joule\] d. kalor yang dibutuhkan
\[\\\Delta Q=\Delta U+W\\ \Delta Q=\frac32nR\Delta T+13862,9\\ \Delta Q=\frac32nR(0)+13862,9\\\Delta Q=13862,9\text Joule\]
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
\[\\PV=nRT\\ n=\fracPVRT\\ n=\frac2\times 10^5\times 0,1\frac253(600)=\frac20050\\ n=4\text mol\] b. Temperatur pada saat volume gas 0,2 m3
\[\\T_1V_1^\gamma -1=T_2V_2^\gamma -1\\ T_2=\left( \fracV_1V_2 \right)^\frac53-\frac33T_1\\ T_2=\left( \frac12 \right)^\frac23600\\ T_2=378\text K\] c. Usaha pada proses adiabatis ini
\[\\Delta Q=\Delta U+W\\ W=-\Delta U\\ W=-\frac32nR\Delta T\\ W=-\frac32\times 4\times \frac253(600-378)\\ W=11100\text Joule\]
5. Dalam suatu tangki terdapat gas ideal volume 3 liter, tekanan 2 atm (1atm = 105 N/m2), suhu 27oC, gas kemudian dipanaskan suhunya menjadi 127oC 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:
\[\\\fracP_1.V_1T_1=\fracP_2V_2T_2\\ V_2=\fracT_2T_1V_1\\ V_2=\frac4003003\\ V_2=4\text L\\ \Delta Q=C_pdT\\ \Delta Q=\Delta U+PdV\\ \Delta U=C_pdT-PdV\\ \Delta U=20\times 100-2\times 10^5\times 1\times 10^-3\\ \Delta U=2000-200\\ \Delta U=1800\text Joule\]
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 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;\[\\PV=nRT \\ n=\fracPVRT \\ n=\frac10^5\times 0,1\frac253(300)\\n=\frac10^225=4\text mol\] b. Temperatur saat volume 0,3 m3;\[\\\fracP_1.V_1T_1=\fracP_2V_2T_2\\T_2=\fracV_2V_1T_1=3\times 300\\T_2=900\text K\] c. Usaha pada proses;\[\\W=\intPdV \\ W=P(V_2-V_1) \\ W=10^5(0,2) \\ W=2\times 10^4\text Joule\] d. Kalor yang diperlukan;\[\\\Delta Q=\Delta U+W \\ \Delta Q=\frac32nR\Delta T+W \\ \Delta Q=\frac32(4)\frac253(900-300)+2\times 10^4 \\ \Delta Q=50(600)+2\times 10^4 \\ \Delta Q=5\times 10^4\text Joule\] e. Kapasitas kalor pada tekanan tetap;\[\\\Delta Q=C_pdT
C_p=\frac\Delta QdT \\ C_p=\frac5\times 10^4600 \\ C_p=\frac56\times 10^2\text (Joule/K)\]
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
\[\\PV=nRT\\ n=\fracPVRT\\ n=\frac10^5\times 0,2\frac253(300)=\frac2\times 10^225\\n=8\text mol\] b. Temperatur pada tekanan 2 x 105 N/m2
\[\\\fracP_1.V_1T_1=\fracP_2V_2T_2\\ T_2=\fracP_2P_1T_1\\T_2=\frac2\times 10^510^5300\\T_2=600\text K\] c. Usaha pada proses isokhorik
\[\\W=\intPdV\\ dV=0; W=0\] d. Kalor pada proses
\[\\\Delta Q=\Delta U+W\\ \Delta Q=\Delta U=\frac32nR\Delta T\\\Delta Q=\frac32(8)\frac253(600-300)\\\Delta Q=3\times 10^4\text Joule\] e. Kapasitas kalor pada proses isokhorik
\[\\\Delta Q=C_vdT\\ C_v=\frac\Delta QdT\\C_v=\frac3\times 10^4(300)=100\text J/K\]
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
\[\\PV=nRT\\ n=\fracPVRT\\ n=\frac2\times 10^5\times 0,1\frac253(400)=\frac2\times 10^2\times 3100\\n=6\text mol\] b. Volume pada tekanan 105 N/m2
\[\\P_1.V_1=P_2V_2\\ V_2=\fracP_1P_2V_1\\V_2=2\times 0,1=0,2\text \textm^3\] c. Usaha pada proses
\[\\W=\intPdV\\ W=nRT\ln \fracV_2V_1\\ W=(6)(\frac253)(400)\ln \left( \frac0,20,1 \right)\\ W=2\times 10^4\ln 2\\W=13862,9\text Joule\] d. kalor yang dibutuhkan
\[\\\Delta Q=\Delta U+W\\ \Delta Q=\frac32nR\Delta T+13862,9\\ \Delta Q=\frac32nR(0)+13862,9\\\Delta Q=13862,9\text Joule\]
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
\[\\PV=nRT\\ n=\fracPVRT\\ n=\frac2\times 10^5\times 0,1\frac253(600)=\frac20050\\ n=4\text mol\] b. Temperatur pada saat volume gas 0,2 m3
\[\\T_1V_1^\gamma -1=T_2V_2^\gamma -1\\ T_2=\left( \fracV_1V_2 \right)^\frac53-\frac33T_1\\ T_2=\left( \frac12 \right)^\frac23600\\ T_2=378\text K\] c. Usaha pada proses adiabatis ini
\[\\Delta Q=\Delta U+W\\ W=-\Delta U\\ W=-\frac32nR\Delta T\\ W=-\frac32\times 4\times \frac253(600-378)\\ W=11100\text Joule\]
5. Dalam suatu tangki terdapat gas ideal volume 3 liter, tekanan 2 atm (1atm = 105 N/m2), suhu 27oC, gas kemudian dipanaskan suhunya menjadi 127oC 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:
\[\\\fracP_1.V_1T_1=\fracP_2V_2T_2\\ V_2=\fracT_2T_1V_1\\ V_2=\frac4003003\\ V_2=4\text L\\ \Delta Q=C_pdT\\ \Delta Q=\Delta U+PdV\\ \Delta U=C_pdT-PdV\\ \Delta U=20\times 100-2\times 10^5\times 1\times 10^-3\\ \Delta U=2000-200\\ \Delta U=1800\text Joule\]
Post a Comment (0)