Menentukan besaran-besaran fisis yang terkait dengan tumbukan, impuls atau hukum kekekalan momentum
4. Proses Termodinamika a. Proses lsobarik
Proses ini merupakan proses termodinamika pada tekanan konstan. Usaha pada proses ini dapat dituliskan
W = p(V2 – V1) = p. ∆V b. Proses lsokhorik
Proses isokhorik merupakan proses yang terjadi pada volume konstan. Pada proses isokhorik, panas yang diberikan pada sistem digunakan untuk menaikkan energi dalam.
Usaha benilai nol (W = 0) ∆U = U2– U1 =Q
c. Proses lsotermik
Proses isotermik merupakan proses perubahan keadaan gas pada suhu konstan. Oleh karena suhu konstan, energi dalamnya bernilai tetap.
W = n R T ln V2/V1 d. Proses Adiabatik
Proses ini merupakan proses yang berlangsung tanpa ada perpindahan panas dari sistem ke lingkungannya. Proses ini juga tidak menerima panas dari lingkungannya (tidak ada kalor yang masuk atau keluar sistem).
Q = 0
“Pada saat gas dalam ruang tertutup diberi kalor maka kalor tersebut akan dimanfaatkan untuk melakukan usaha dan merubah energi dalamnya.”
Q = W + ΔU Keterangan
Q = perubahan kalor sistem
W = usaha sistem
ΔU = perubahan energi dalam
Untuk gas ideal monoatomik berlaku persamaan berikut. T Nk U T nR U 2 3 2 3
Standar Kompetensi Lulusan
Memahami konsep kalor dan prinsip konservasi kalor, serta sifat gas ideal, dan perubahannya yang menyangkut hukum termodinamika dalam penerapannya pada mesin kalor
Indikator
Latihan Soal
1.
Suatu gas ideal berada dalam suatu bejana tertutup dengan tekanan P, volume V, dan suhu T. Jika suatu saat suhu diubah menjadi 2 T, dan volumenya menjadi 3/2 V, maka perbandingan tekanan awal (P1) dengan tekanan akhir (P2) setelah V dan T diubah adalah....A. 1 : 3 B. 1 : 2 C. 2 : 3 D. 3 : 4 E. 4 : 3
2.
Gas oksigen dengan volume V, suhu T, dan tekanan P berada dalam silinder yang ditutup dengan klep. Bila klep ditekan, volume oksigen menjadi ¾ V suhu menjadi 3/2 T , maka perbandingan tekanan awal dan tekanan akhir gas adalah ....A. P1 : P2 = 1 : 2 B. P1 : P2 = 2 : 3 C. P1 : P2 = 3 : 2 D. P1 : P2 = 3 : 4 E. P1 : P2 = 4 : 3
3.
Sejumlah gas dalam ruang tertutup bertekanan 5 atm mengalami kenaikan suhu sebesar 100 oC dari suhu mula-mula 127 oC. Besar tekanan gas sekarang adalah … .A. 6,00 atm B. 6,25 atm C. 6,85 atm D. 7,00 atm E. 7,25 atm
4.
Perhatikan pernyataan berikut ini yang menunjukkan proses isokhorik gas ideal adalah … . 1) volumenya konstan 2) tekanan konstan 3) usahanya = 0 4) suhunya konstan A. 1, 2, dan 3 B. 1 dan 3 C. 2 dan 4 D. 4 E. 1, 2, 3, dan 45.
Terdapat gas ideal berada dalam ruang tertutup bersuhu 27oC memiliki tekanan 3 atm. Jika dikehendaki tekanan gas tersebut naik menjadi 1,5 kalinya, maka yang harus dilakukan adalah …A. menurunkan suhu menjadi setengahnya B. menurunkan suhu menjadi 0 oC
C. menaikkan suhu menjadi 150oC D. menurunkan suhu sebesar 150oC E. menaikkan suhu sebesar150 oC
6.
Perhatikan pernyataan berikut ini!1) Pada kondisi isokhorik tekanan gas tetap
2) Jarak antar partikel jauh lebih besar dibanding ukurannya 3) Hukum Newton tentang gerak tidak berlaku
4) Koefisien restitusi pada tumbukan antar partikel bernilai 1 Pernyataan yang menunjukkan sifat gas ideal adalah … . A. 1, 2, dan 3
B. 1 dan 3 C. 2 dan 4
D. 4
E. 1, 2, 3, dan 4
7.
Suatu gas ideal memiliki energi kinetik rata-rata partikelnya Ek pada suhu 127oC. Jika suhunya naik menjadi 527oC maka energi kinetiknya menjadi ....A. ¼ Ek B. ½ Ek C. Ek D. 2 Ek E. 4 Ek
8.
Terdapat gas ideal berada dalam ruang tertutup bersuhu 127 oC memiliki tekanan 4 atm. Jika dikehendaki tekanan gas tersebut turun 1 atm, maka yang harus dilakukan adalah … .A. menaikkan suhu menjadi 100oC B. menaikkan suhu sebesar 120 oC C. menurunkan suhu sebesar 100oC D. menurunkan suhu menjadi 120oC E. menurunkan suhu menjadi setengahnya
9.
Dalam suatu tangki terdapat gas ideal volume 4 liter, suhu 27 oC dan tekanan 3 atm (1 atm = 105 N.m-2). Gas mengalami proses pemanasan pada tekanan tetap sampai suhu 87 oC. Kapasitas kalor gas nilainya 9 J.K-1. Besar volume akhir gas dan perubahan energi dalam gas berturut-turut adalah ....10.
Dalam suatu tangki terdapat 3 liter gas ideal bertekanan 2 atm (1 atm = 105 N.m-2 ) suhu 27 oC Gas dipanaskan pada tekanan tetap sampai suhu 127 oC. Jika kapasitas kalor gas 6 J.K-1 volume akhir gas dan perubahan energi dalam masing-masing ....A. 7 liter; ΔU = 800 joule B. 5 liter; ΔU = 600 joule C. 5 liter; ΔU = 500 joule D. 4liter; ΔU = 400 joule E. 4 liter; ΔU = 200 joule
11.
Perhatikan grafik di samping dan pernyataan-pernyataan berikut!Pernyataan yang benar adaJah....
Usaha pada siklus termodinamika
Usaha yang dilakukan oleh sistem dalam satu siklus adalah
W = WAB + WBC
yang besarnya sama dengan luas daerah yang diarsir pada grafik P - V (luas
ABC). Apabila arah proses dalam siklus searah putaran jarum jam, maka usaha bernilai positif, dan bernilai negatif apabila arah proses berlawanan arah putaran jarum jam.
Latihan Soal
1. Perhatikan gambar!
Gas ideal melakukan proses perubahan tekanan (P)
terhadap volume (V). Usaha yang dilakukan Oleh gas pada proses tersebut adalah .... A. 20 joule B. 15 joule C. 10 joule D. 5 joule E. 4 joule
2. Proses pemanasan suatu gas ideal digambarkan seperti graik P-V berikut ini! Besar usaha yang dilakukan
gas pada siklus ABC adalah .... A.4,5 J
B. 6,0 J C. 9,0 J D.12,0 J E. 24,0 J
Standar Kompetensi Lulusan
Memahami konsep kalor dan prinsip konservasi kalor, serta sifat gas ideal, dan perubahannya yang menyangkut hukum termodinamika dalam penerapannya pada mesin kalor
Indikator
3. Diagram P – V dari gas helium yang mengalami proses termodinamika ditunjukkan seperti gambar berikut!
Usaha yang dilakukan gas helium pada proses ABC sebesar …. A. 660 kJ
B. 400 kJ C. 280 kJ D. 120 kJ E. 60 kJ
4. Sejumlah gas ideal dimampatkan melalui proses termodinamika dari keadaaan 1 ke keadaan 2 seperti
diperlihatkan pada grafik P-V berikut. Usaha yang dilakukan gas tersebut adalah ...
5. Perhatikan diagram P - V di samping! Usaha yang dihasilkan pada proses termodinamika tersebut dalam satu siklus adalah ....
A. 100 kJ B. 200 kJ C. 300 kJ D. 400 kJ E. 600 kJ
6. Sebuah mesin Carnot dengan reservoir suhu tinggi 640 K menyerap kalor sebesar 1250 kalori dengan cfisicnsi 20 %. Berupakah kalor yang diserap pada reservoir suhu tinggi bila efisiensi mesin naik menjadi 50 %? A. 1493 kal B. 2000 kal C. 2986kal D. 4125 kal E. 6500 kal
7. Sebuah mesin Camot menggunakan reservoir suhu tinggi 327 oC, mempunyai efisiensi 60%. Agar efisiensi mesin Carnot naik menjadi 80% dengan suhu rendahnya tetap, maka suhu tinggi mesin Camot harus diubah menjadi .... A. 300 K B. 450 K C. 480 K D. 1200 K E. 1800 K
8. Diagram di bawah ini merupakan siklus mesin kalor. Usaha yang dilakukan dari A sampai B adalah … . A.540 kPa B. 600 kPa C. 620 kPa D.680 kPa E. 700 kPa P (kPa) V (m3) 100 80 4 10 A B C
9. Sebuah mesin Carnot mengambil kalor 6000 J pada reservoir suhu tinggi 227oC dan melepas kalor pada suhu 27oC, maka usaha yang dilakukan mesin adalah ....
A.4200 J B. 3600 J C. 3200 J D.3000 J E. 2400 J
10.Perhatikan gambar berikut ini!
11. Usaha yang dilakukan oleh gas pada proses tersebut adalah … . A.24000 kJ
B. 18000 kJ C. 15000 kJ D.12000 kJ E. 9000 kJ
12.Diagram di bawah ini merupakan siklus mesin kalor. P (kPa) V (m3) 100 80 4 10 A B C
13.Usaha yang dilakukan pada siklus A ke C melalui B adalah … . A. 8,0.105 J
B. 7,5.105 J C. 6,8.105 J D. 6,2.105 J E. 5,4.105J
14.Diagram di bawah ini merupakan siklus mesin kalor.
Usaha yang dilakukan pada siklus BC dan CD masing-masing adalah … .joule. A. 2PoVo dan 6PoVo
B. 4PoVo dan –2PoVo C. 0 dan 4PoVo D. –2PoVo dan 0 E. 6PoVo dan 0
15.Perhatikan grafik P – V mesin Carnot di samping!
Jika kalor yang diserap (Q1) = 10.000 joule maka besar usaha yang dilakukan mesin Carnot adalah …. a. 1.500 J
b. 4.000 J c. 5.000 J d. 6.000 J e. 8.000 J
14.
Gambar P – V dari sebuah mesin Carnot terlihat seperti gambar berikut!Jika mesin menyerap kalor 800 J, maka usaha yang dilakukan adalah ….
a. 105,5 J d. 466,7 J b. 252,6 J e. 636,7 J c. 336,6 J
A. Pemanfaatan gelombang elektromagnetik