−
−
2 1 2 1 2
T T T T InT
Usaha pada proses termodinamika
Proses isobarik W = .p∆V
Proses isokhorik W = nol
Proses isotermik
1
log 2
. . 3 ,
2 V
T V R n W =
Mesin Carnot bekerja diantara reservoir suhu tinggi (T1) dan reservoir suhu rendah (T2). Siklus Carnot terdiri dari dua proses isotermik dan dua proses adiabatik.
Usa ha per siklus W =Q1 −Q2 Efisiensi mesin
% 100 ) 1 (
% 100
1 2
1
T x x T
Q
W = −
η
=SOAL – SOAL TERMODINAMIKA
1. Suatu gas ideal yang mengalami proses isobarik, maka:
(1) suhu gas berubah (2) jumlah partikel gas tetap (3) tekanan gas tetap
Jawaban yang benar adalah ....
a. (l) dan (2) b, (l) dan(3) c. (2) dan (3) d. (2) saja
e. (1), (2), dan (3)
2. Dari diagram-diagram hubungan tekanan P terhadap volume V berikut, proses yang menghasilkan kerja ditunjukkan oleh diagram ....
3. Untuk menaikkan suhu 3 mol helium sebesar 2°C pada tekanan tetap, diperlukan usaha sebesar ... J. (R = 8,31 J mol-1 K-1
a. 8,310 d. 33,24 ) b. 16,62 e. 49,86 c. 24,93
4. Dari diagram hubungan P terhadap V di bawah ini, besar usaha yang dilakukan gas selama proses adalah ... J
a. 0,3 b. 0,7 c. 1,0 d. 1,2 e. 1,4
5. Suatu gas menyerap kalor dari lingkungan sebesar 100 kalori. Pada saat yang sama, gas menerima usaha sebesar 200 kalori. Perubahan energi dalam gas adalah. . . .
a. 100 joule d. 420 joule b. 240 joule e. 720 joule c. 300 joule
6. Suatu gas volumenya 2 x 10-2 m3 . Volume gas tersebut dinaikkan menjadi 5 kali lipat dari volume semula. Jika gas melakukan usaha sebesar 5.103 J, maka tekanan gas adalah ...
Nm-2 a. 5,00 x 10.
2 d. 6,50 x 104
b. 6,25 x 10
4 e. 7,00 x 105
c. 6,25 x 10
5
7. Reservoir dari suatu mesin Carnot bersuhu 500 K dan 2.000 K. Jika kalor yang diserap mesin sebesar 5.000 J, usaha yang dilakukan mesin tersebut adalah ... joule,
a. 1.250 d. 5.250
b. 1.500 e. 5.500 c. 3.750
8. Suatu mesin menggunakan reservoir suhu tinggi 800 K dan mempunyai efisiensi 25 %.
Untuk menaikkan efisiensi mesin menjadi 50 %, suhu reservoir tinggi harus dinaikkan menjadi ... K.
a. 1.100 d. 1.400
b. 1.200 e. 1.500 c. 1.300
9. Mesin Carnot mengambil panas sebesar 1.000 kalori dari sumber panas yang bersuhu 1.000 K dan melepas panas pada lingkungan yang bersuhu 800 K. Usaha yang dilakukan mesin adalah ... kalori.
a. 200 d. 800
b. 240 e. 900 c. 400
10. Suatu gas ideal mengalami proses seperti ditunjukkan pada gambar. Usaha yang dilakukan gas tersebut adalah
a. 9,0 x 105J d. 2,0 x 106
b. l,0 x 10 J
6J e. 2,5 x 106
c. l,5 x 10 J
6J
11. Di antara lima mesin Carnot berikut yang mempunyai efisiensi mesin terbesar adalah
Suhu tinggi
reservoir (A) Kalor yang discrap (J) Usaha
mesin (J)
a. 500 1000 500
b. 600 900 300
c. 700 1.000 800
d. 800 2.000 1.600
e. 900 300 100
12. Usaha yang dilakukan lingkungan pada suatu gas yang mengalami pemampatan dari 20 m menjadi 15 m pada tekanan 2 atm adalah . . . a. 2,0 x 105 d. 1,5 x 10
b. 2,5 x 10
6 5 e. 2,5 x 10 c. 1,0 x l0
6 6
13. Mesin Carnot bekerja di antara suhu 527oC dan 277o
a. 30 % d. 31,25 %
C. Jika kaior yang diberikan dari tandon suhu tinggi sebesar 2 kJ, eflsiensi mesin adalah ....
b. 30,25 % e. 35,01 % c. 31,15%
14. Suatu gas ditekan ke atas sehingga suhunya tetap, sebesar 27°C, seperti ditunjukkan pada gambar. Selama kompresi pada gas telah dilakukan usaha sebesar 650 J.
Perubahan entropi yang dialami gas adalah
a. 2,72 d. -2,40
b. 2,20 e. -2,72
c. -2,20
15. Grafik hubungan tekanan terhadap volume di bawah ini yang menunjukkan proses iso-barik adalah ....
16. Mesin Carnot menyerap 3000 Kkal panas dari reservoir pada 627° C da melepas ke suhu 27°
C. Kerja yang dilakukan mesin adalah ....
a. 4,2 x 106 J b. 8,4 x 106 J c. 16,8 x 106 J d. 25,2 x 106 J e. Nol
17. Masin Carnot beroperasi pada suhu rendah 27°C dengan perbandingan energi yang dibuang dengan usaha yang dilakukan mesin
3. 2 W Q2
− Agar perbandingan ini diperkecil menjadi 1/4 maka suhu reservoir suhu tinggi dinaikkan sebesar....
a. 300 K b. 500 K c. 750 K d. 1000 K e. 1500 K
18. Sejumlah gas mengalami siklus seperti gambar berikut.
Usaha gas tiap siklus adalah ....
a. 400 Joule b. 720 Joule c. 1000 Joule d. 600 Joule e. 800 Joule
19. Perhatikan siklus mesin carnot berikut ini.
Efisiensi mesin tersebut adalah ...
a. 100%
b. 75%
c. 60%
d. 50%
e. 40%
20. Sebuah mesin Carnot yang menggunakan reservoir suhu tinggi bersuhu 800 K mempunyai efisiensi sebesar 40%. Agar efisiensinya naik naik menjadi 50%, maka suhu reservoir suhu tinggi dinaikkan menjadi… K.
a. 900 b. 960 c. 1000 d. 1180 e. 1600
21. Suatu sistem mengalami proses adiabatik. Pada sistem dilakukan usaha 100 J. Jika perubahan energi dalam sistem adalah ∆U dan kalor yang diserap sistem adalah Q, maka….
a. ∆U = –100J b. ∆U = 100J c. ∆U = 0J d. Q = 100J e. ∆U + Q = –100J
22. Sebuah mesin kalor bekerja pada reservoir suhu rendah 270 C dan reservoir suhu tinggi t10
dari 25 % menjadi 50 % dengan menaikkan suhu t
C akan ditingkatkan efisiensi maksimumnya
1 menjadi t2. Berapa 0C kah t1 dan t2
a. 400 K dan 600 K ?
b. 127 K dan 327 K c. 4000 C dan 6000
d. 327 C
0 C dan 1270
e. 127 C
0 C dan 3270 C
23. Suatu mesin carnot jika reservoir penasnya bersuhu 400 K mempunyai efisiensi 40%. Jika reservoir panasnya bersuhu 640 K efisiensinya menjadi … .
a. 40%
b. 50%
c. 52,5%
d. 57%
e. 62,5%
24. Pernyataan yang menyalahi ketentuan hukum termodinamika
a. suhu nol kelvin tak dapat dicapai oleh langkah nyata yang terhingga
b. efisiensi siklus termodinamika selalu lebih kecil dari satu
c. kalor tak dapat berpindah spontan dari suhu rendah ke suhu tinggi tanpa usaha luar
d. siklus termodinamika tak dapat mengubah kalor seluruhnya menjadi usaha
e. pada proses adiabatik (tersekat total) tak mungkin terjadi perubahan suhu
25. Sebuah Carnot engine dengan suhu tinggi 527°C dan suhu rendah 27°C menghasilkan usaha tiap siklus sebesar 5 kJ. Kalor yang terbuang tiap siklusnya adalah ... kJ.
a. 2 b. 3 c. 6 d. 8 e. 9
26. Suatu gas ideal dalam silinder tertutup mengalami proses perubahan tekanan dan volumeenya seperti pada gambar. Usaha luar yang dilakukan gas tersebut pada siklus ABCDA adalah … P (105 N/m2)
a. 106 b. 8 . 10 Joule
5
c. 6 . 10 Joule
5
d. 4 . 10 Joule
5
e. 2 . 10 Joule
5 Joule
A B
D C
1 4
2 4
27. Sebuah mesin carnot bekerja dengan meng-gunakan resrvoir bersuhu tinggi 800 K dan reservoir bersuhu rendah 300 K. Bila mesin tersebut menyerap kalor dari reservoir bersuhu tinggi 10.000 Joule, maka usaha yang dihasilkan mesin adalah … .
a. 4.000 Joule b. 6.000 Joule c. 8.000 Joule d. 10.000 Joule e. 12.000 Joule
28. Suatu sistem mengalami proses adiabatik. Pada sistem dilakukan usaha 200 Joule. Jika perubahan energi dalam sistem adalah ∆U dan kalor yang diserap sistem adalah … .
a. ∆U = -200 J b. ∆U = 200 J c. ∆U = 0 J d. Q = 200 J e. ∆U + Q = 200 J
29. Sebuah mesin pendingin yang menyerap kalor 300 Joule. Setiap siklusnya memerlukan sebesar 400 Joule. Efisiensi mesin pendingin tersebut sebesar … .
a. 125%
b. 100%
c. 75%
d. 50%
e. 25%
30. Jika reservoir suhu tinggi 500 K, maka efisiensi maksimum mesin 60%. Agar efisiensi menjadi 80%, suhu reservoir suhu tinggi harus menjadi
… . a. 900 K b. 960 K c. 1000 K d. 1180 K e. 1600 K
31. Suatu mesin kalor lebih baik jika prinsip kerjanya berdasarkan … .
a. proses adiabatik
b. proses isotermik c. proses siklus reversibel d. proses isobarik
e. proses isokorik
32. Suatu gas ideal mula-mula volumenya 2 liter, kemudian diberi kalor sebesar 500 Joule sehingga volumenya menjadi 4 liter. Jika proses berlang-sung secara isobarik dengan tekanan 2.105 N/m2
a. tekanan akan turun , maka … .
b. energi dalam naik 100 Joule c. usahanya 300 Joule
d. energi dalamnya tetap
e. kalor yang diserap diubah semuanya menjadi usaha
33. Sebuah mesin menyerap energi kalor 720 joule dari reservoir tinggi dan melepaskan kalor 144 joule pada reservoir rendah efisiensi itu adalah
… . a. 20%
b. 60%
c. 75%
d. 80%
e. 90%
34. Dalam Hukum I Termodinamika, berlaku beberapa ketentuan seperti di bawah ini, kecuali... .
a. pada proses adiabatik ∆W = -∆U b. pada proses isokhorik ∆Q = ∆U c. pada proses isokhorik W = ∆U d. pada proses adiabatik ∆Q = O e. pada proses isokhorik W = O
35. Sebuah mesin carnot menggunakan reservoir suhu tinggi 727 °C dengan efisiensi 30%. Agar efisiensinya meningkat menjadi 50% maka reservoir suhu tingginya harus dijadikan … .
a. 1017,8 °C b. 1163,2 °C c. 1127 °C d. 1211,7 °C e. 1400 °C
36. Hukum II Termodinamika dinyatakan sebagai berikut :
1. kalor tidak dapat berpindah dari suhu rendah ke suhu tinggi tanpa dikenai usaha 2. tidakmungkin ada mesin yang mengubah
kalor, seluruhnya menjadi energi mekanik 3. tidak mungkin sebuah mesin memiliki
efisiensi 100%
4. energi kinetik tidak dapat dimusnahkan, melainkan hanya berubah bentuk
Pernyataan yang benar adalah... . a. 1, 2, dan 3
b. 1 dan 3 c. 2 dan 4 d. hanya 4 e. 1, 2, 3, dan 4
37. Suatu mesin menerima 200 kalori dari sebuah reservoir bersuhu 400 K, dan melepaskan 175 kalori ke sebuah reservoir lain yang suhunya 320 K. Efisiensi mesin itu adalah ... .
a. 12,5%
b. 14,3 % c. 20,0 % d. 25,0 % e. 87,5 %
38. Gas ideal monoatomik mula-mula tekanannya 105 N/m2 dan suhunya 27oC, mempunyai volume 3 m3. Gas ini kemudian mengalami proses isokhorik hingga tekanannya menjadi 1,5 x 105 N/m2 dilanjutkan proses isobarik sampai volumenya menjadi 4,5 m2
a. 0
39. Suatu mesin bakar menyerap kalor 400 K dan melepas 3500 kalori ke sebuah reservoir lain yang bersuhu 320 K. Efisiensi mesin tersebut besarnya … .
40. Dari grafik tekanan terhadap volume suatu gas ideal di bawah, apabila suhu gas mula-mula di A 87o
C, maka suhu gas pada akhir proses di C adalah … .
41. Mesin carnot yang kerjanya reservoir suhu tinggi 527o
a. 600
C mempunyai efisiensi 60%. Agar efisiensinya menjadi 80%, maka reservoir suhu tinggi harus dinaikkansebesar … .
o
42. Suatu gas ideal di ruang tertutup mengalami proses yang siklusnya seperti gambar di bawah.
Jika suhu di A 200 K maka :
Pernyataan yang benar adalah … . a. 1, 2, 3
b. 1, 3 c. 2, 4 d. 4 e. 1, 2, 3, 4
43. Suatu mesin carnot yang bekerja pada suhu 27oC dan 227oC digunakan untuk memutar generator yang menghasilkan tegangan keluarannya 220 volt. Jika setiap detik mesin
carnot tersebut menyerap kalor 5000 joule, maka daya maksimum keluarannya adalah … .
a. 1 KW b. 1,5 KW c. 2 KW
d. 2,2 KW e. 4 KW
44. Efisiensi maksimum yang dapat dicapai mesin kalor yang bekerja antara suhu 100oC dan 400o
a. 25,5 % C adalah … . b. 40 %
c. 44,5 %
d. 75 % e. 75,5 %