Hukum Termodinamika – 1

Rumus : ∆U = Q – W

 

Dimana,

∆U = perubahan energi dalam (J)

Q = Kalor yang diterima atau dilepas (J)

W = usaha yang dilakukan / diterima (J)

Isobaris à tekanan tetap

Isotermis à suhu tetap (∆U = 0)

Isokhoris à volume tetap (W = 0)

Adiabatis à tidak terjadi perubahan kalor (Q = 0)

 

Catatan : siklus = daur sehingga ∆U = 0

 

Persamaan Gas

 

Boyle – Gay – Lussac

 

Adiabatis

Usaha, W  

    isobaris, W = P∆V

    isokhoris, W = 0 (Karena ∆V = 0)

catatan : ln 2 =  0,693

 

Siklus Carnot

Contoh soal dan Pembahasan

 

Soal : 01

Suatu gas memiliki volume mula – mula 2,0 m³ 

dipanaskan dalam kondisi isobaris, hingga volumenya 

menjadi 4,5 m³. Tekanan gas dijaga tetap pada nilai 2 atm. 

Tentukan nilai usaha yang diberikan ke lingkungan.           

( 1 atm = 1,01 x 10⁵ Pa)

 

Pembahasan :

Usaha, W :

 

Soal : 02 (UMPTN 1995)

Jika 1,5 m³ gas Helium pada suhu 27 ⁰C dipanaskan 

secara isobarik sampai 87 ⁰C. Dan tekanan gas Helium 

2 x 10⁵ N/m², maka gas Helium melakukan usaha luar …

A.  60 kJ

B.  120 kJ

C.  280 kJ

D.  480 kJ

E.  660 kJ

 

Pembahasan :

 

Maka usaha,

Kunci : A

 

 

Soal : 03

2000/693 mol gas Helium pada suhu 27 ⁰C 

mengalami perubahan volume dari 2,5 liter 

menjadi 5 liter. Jika tetapan R = 8,314 J/mol.K 

dan ln 2 = 0,693. Maka usaha yang dilakukan 

gas Helium.

 

Pembahasan :

 

Soal : 04 (UN Fisika 2009)

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 :

 

Reservoir suhu rendah, T₂ = 400 K

Reservoir suhu tinggi, T₁ = 600 K

Menyerap kalor, Q₁ = 600 J

 

Usaha, W = … ?

Pembahasan :

 

Kunci : E

 

Soal : 05

Diagram P – V dari gas Helium yang mengalami proses

termodinamika seperti yang ditunjukkan pada gambar

di bawah ini.

Usaha yang dilakukan gas Helium pada proses ABC …  

A.  660 kJ

B.  400 kJ

C.  280 kJ

D.  120 kJ

E.  60 kJ

 

Pembahasan :

 

Usaha oleh proses ABC,

Usaha pada AB, W_AB = 0

Karena volumenya tetap (∆V=0)

 

Usaha pada BC, W_BC tekanan tetap (Isobarik)

Maka usaha ABC,

 

Kunci : B

PERTEMUAN - 1 LISTRIK STATIS

 A.  Gaya dan Medan Listrik Statis

1.     Gaya listrik statis (gaya Coulomb)

“Gaya tarik – menarik atau gaya tolak – menolak antara dua muatan listrik statis adalah sebanding dengan perkalian kedua muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak pisah antara kedua muatan”

Secara matematis :

Contoh 1:

Dua muatan masing – masing 20µC dan 24µC terpisah pada

jarak 12 cm. Hitung besar gaya yang bekerja pada kedua muatan 

tersebut jika :

a)   Kedua muatan di letakkan di udara

b)  Kedua muatan di letakkan dalam bahan yang 

    memiliki permitivitas

relatif 3

Penyelesaian :

SERI PEMBAHASAN KALOR - 21

 Soal : 

Massa sebuah molekul nitrogen adalah empat belas kali massa molekul hidrogen. Molekul – molekul nitrogen tersebut pada suhu 294 K, akan mempunyai laju efektif yang sama dengan molekul hidrogen pada suhu …

A.    21 K

B.     31 K

C.     41 K

D.    51 K

E.     61 K

 

Pembahasan : 

Kedua sisi kiri dan kanan kita kuadratkan, 

Kunci : A

SERI PEMBAHASAN KALOR - 20

Soal : 

Dalam sebuah ruang berbentuk kubus berisi 20 cm terdapat 10⁸ partikel yang bergerak dengan laju efektif sebesar 10 m/s pada arah sumbu x, y, dan z. Jika massa rata – rata tiap partikel adalah 2 x 10 ^{– 6} gram, maka tekanan gas pada setiap sisi dinding kubus adalah … Pa.

A.    533,3

B.     633,3

C.     733,3

D.    833,3

E.     933,3

 

Pembahasan : 

Kunci : D 

 

SERI PEMBAHASAN KALOR - 19

Soal : 

Jika suhu gas ideal dalam ruangan tertutup dinaikan menjadi 4 kali suhu semula, maka laju efektif gerak partikel – partikelnya menjadi …

A.    ¼ kali semula

B.     ½ kali semula

C.     2 kali semula

D.    4 kali semula

E.     16 kali semula

 

Pembahasan : 

Kunci : C

 

SERI PEMBAHASAN KALOR - 18

 Soal :

Tabel berikut menunjukkan distribusi laju 10 buah molekul gas. 

Tentukan laju rms-nya. ( dalam satuan m/s).

A.    17,9

B.     27,9

C.     30,9

D.    35,9

E.     37,9

 

Pembahasan : 

Kunci : B

SERI PEMBAHASAN KALOR - 17

 Soal : 

Tentukan energi kinetik rata – rata 5 mol gas ideal

pada suhu 1.000 K. Jika gas tersebut adalah gas

diatomik …. 10 ^-20 J.

A.  1,83

B.   2,83

C.   3,83

D.  4,83

E.   5,83

 

Pembahasan : 

Gas diatomik pada suhu tinggi (1 000 K),

memiliki derajat kebebasan f = 7.

Maka energi kinetik rata – rata :

Kunci : D