Pembahasan Soal Termodinamika


www.solusifisika.com
Solusi Soal Termodinamika  
1. Soal
Gas ideal monoatomik dalam sebuah wadah mengalami kompresi adiabatik. Mula - mula tekanan gas adalah 1 atmosfer, volume 1m3 dan suhunya 300 K. Bila setelah ekspansi suhunya menjadi 1200 K maka volume gas tadi di akhir kompresi adalah ? (UM UGM 2013)
A. 14m3
B. 18m3
C. 116m3
D. 132m3
E. 164m3
Pembahasan
Proses adiabatik
V1=1m3
T1=300K
V2=...?
T2=1200K
Gas monoatomik memiliki derajat kebebasan (f) = 3
Konstanta Laplace(γ)
γ=f+2f=3+23=53
T1V1γ1=T2V2γ1T1T2=(V2V1)γ13001200=(V21)531V2=18m3
Jawaban B
2. Soal
Pada gas ideal yang mengalami ekspansi isobarik pada tekanan tetap P, suhu gas berubah dari T1 ke T2. Jika volume gas T1 adalah V1 , besarnya usaha yang dilakukan pada ekspansi isobarik ini adalah ... (UTUL UGM 2016)
A. PV1T1(T2T1)
B. PV1T1T2
C. PV1T2(T2T1)
D. PV1T2T1
E. PV1T2T1T2+T1
Pembahasan
Isobarik
V1T1=V2T2
V2=V1T1T2
Usaha pada proses isobarik
W=PΔV=P(V2V1)
W=P(V1T1T2V1)=PV1T1(T2T1)
Jawaban A
3. Soal
Dua mol gas ideal mengalami ekspansi bebas sehingga volumenya menjadi 2,7 kali volume semula. Besarnya perubahan entropi gas adalah (konstanta gas universal R = 8,3 J/mol K) ( SIMAK UI 2010)
A. 2,0 J/K
B. 8,3 J/K
C. 10,3 J/K
D. 16,6 J/K
E. 18,3 J/K
Pembahasan
Entropi terjadi pada proses isotermal Q=W
W=nRTlnV2V1
Entropi
S=QTS=nRTlnV2V1TS=nRTlnV2V1S=2(8,3)ln2,7V1V1S=2(8,3)ln(2,7)S=16,6J/K
Jawaban D
4. Soal
Gas monoatomik sebanyak 2 mol mula - mula bersuhu 27  dan tekanannya 3×105Pa mengalami proses isokhorik sehingga tekanannya menjadi 4×105Pa. Besar perubahan energi dalam gas bila tetapan gas universal 8,31 J/mol K adalah (SIMAK UI 2010)
A. 1108 J
B. 2077 J
C. 2493 J
D. 2908 J
E. 4155 J
Pembahasan
n = 2 mol
T1=27C=300K
P1=3×105Pa
P2=4×105Pa
Isokhorik
P1T1=P2T23×105300=4×105T2T2=400K
Perubahan Energi Dalam
ΔU=32nRΔT
ΔU=32(2)(8,31)(400300)
ΔU=2493joule
Jawaban C
5. Soal

Sejumlah gas ideal melewati siklus EFGHE. Suhu di titik G = 320 K, maka.... (SIMAK UI 2010)
1) Perubahan energi dalam gas 0 J
2) usaha gas 24 J
3) kalor yang diserap gas setiap siklus 24 J
4) suhu di titik E = 600 K
Pembahasan
1) Karena siklus maka nilai perubahan energi dalam ΔU=0joule
2) Usaha (W) = Luas grafik = 24 Joule
3) Siklus  ΔU=0
      Q=W+ΔU=24+0=24joule
4) Suhu di titik E
    Proses GH - isobarik
VGTG=VHTH8320=4THTH=160K
    Proses HE - ishokorik
PHTH=PETE4160=10TETE=400K
Jawaban A (1,2,3)
6. Soal
Siklus dari sebuah mesin kalor ditunjukkan seperti gamar di atas.
Pernyataan yang BENAR adalah
1) proses BC adalah adiabatik
2) Temperatur gas di A dan D sama
3) Pada proses DA energi dalam gas makin kecil
4) Usaha pada proses AB adalah 800 J
Pembahasan
1) tidak bisa ditentukan karena volume C tidak diketahui
2) tidak bisa ditentukan karena volume D tidak diketahui
3) tidak bisa ditentukan karena volume D tidak diketahui
4) WAB=LuasgrafikABWAB=(4×105)×(53)×103WAB=800joule
Jawaban D
7. Soal
Gas ideal mula - mula pada tekanan 2N/m2  dan volume 10 liter. Gas tersebut mengembang secara isobarik hingga volumenya menjadi 20 liter. Jika usaha yang dilakukan gas tersebut digunakan untuk menggerakakan benda bermassa 4 kg yang mula - mula diam, benda akan bergerak dengan kecepatan? (UM UGM 2014)
A. 1 cm/s
B. 2 cm/s
C. 4 cm/s
D. 8 cm/s
E. 10 cm/s
Pembahasan
Diketahui
P1=P2=2N/m2
V1=10liter=10×103m3
V1=20liter=20×103m3
m=4kg
vo=0m/s
vt=......?
Isobarik, maka:
W=ΔEkP(V2V1)=12m(vt2vo2)2(2020)×103=12m(4)(v202)2×102=2v2v=101m/sv=10cm/s
Jawaban E
8. Soal
Gas A dan gas B tersusun atas molekul - molekul diatomik. Massa molekul gas A adalah 4 kali massa gas B. Dengan menganggap gas A dan gas B sebagai gas ideal, rasio energi kinetik rerata molekul gas A terhadap molekul gas B pada temperatur kamar adalah? (UM UGM 2016)
A. 1 : 1
B. 1 : 2
C. 1:2
D. 1:3
E. 1 : 4
Pembahasan
Gas A dan gas B berada pada temperatur kamar, maka kedua gas memiliki suhu yang sama TA=TB=T
Rasio energi kinetik Gas A dan Gas B
EkAEkB=TATB
EkAEkB=11
Jawaban A
9. Soal
Pada peristiwa memasak air menggunakan wadah terbuka, dengan menganggap sistem yang diamati adalah air di dalam wadah, pernyataan yang benar tentang kerja W, kalor Q, dan perubahan energi dalam  Eint adalah? (SBMPTN 2017)
A. W bertambah, Q bertambah, Eint bertambah
B. W bertambah, Q bertambah, Eint berkurang
C. W nol, Q berkurang, Eint bertambah
D. W berkurang, Q bertambah, Eint berkurang
E. W nol,Q bertambah, Eint bertambah
Pembahasan
Memasak air pada wadah terbuka suhu bertambah maka nilai energi dalam (Eint) bertambah dan nilai Q bertambah karena menerima kalor tetapi nilai W = bertambah karena volume naik.
Jawaban A
10. Soal
Sejumlah gas ideal monoatomik mula - mula memiliki tekanannya 120 kPa. Kemudian gas dipanasi pada tekanan tetap sehingga mengembang. Misalkan konstanta gas universal dinyatakan sebagai R J/mol K. Jika pada proses itu temperatur gas naik menjadi 38,4 /R kelvin dan usaha per kmol yang dilakukan gas untuk mengembang 8,4 J, maka volume mula - mula gas per kmol adalah? (SBMPTN 2016)
A. 210 cc
B. 225 cc
C. 235 cc
D. 240 cc
E. 250 cc
Pembahasan
Diketahui 
P=120kPa=120×103Pa
T2=38,4RK
W=8,4J
V1=....?
Maka :
W=nR(T2T1)8,4=(1)R(38,4RT1)T1=30RK
Volume awal
P1V1=nRT1V1=nRT1P1V1=(1)R(30/R120×103V1=250×103V1=250×106m3V1=250cc
Jawaban E
11. Soal
Sebuah silinder berpiston berisi gas ideal yang volumenya 2m3, tekanan 105Pa dan suhunya 300 K. Silinder itu kemudian disentuhkan pada tandon kalor yang suhunya dijaga tetap pada 900 K. Gas menjalani ekspansi pada tekanan tetap sehingga suhunya menjadi 900 K. Jika perubahan energi internalnya gas adalah 6×105J, maka berapakah kalor yang diserap oleh gas? (UTUL UGM 2019)
A. 0J
B. 4×105J
C. 6×105J
D. 8×105J
E. 10×105J
Pembahasan
Diketahui
Termodinamika
V1=2m3
$V_{2}= . . . . ?
T2=900K
ΔU=6×105J
Isotermal
V1T1=V2T22300=V2900V2=6m3
Maka Nilai Kalor
Q=W+ΔU
Q=P(V2V1)+ΔU
Q=105(62)+(6×105)
Q=10×105joule
Jawaban E
12. Soal
Suatu gas ideal monoatomik sebanyak n mol mengalami proses termodinamik seperti ditunjukkan gambar. Proses AB adalah proses isotermik, jika T kelvin adalah temperatur gas ketika berada dalam keadaan A dan konstanta gas umum sama dengan R J/mol. K, kerja yang dilakukan gas  pada proses CA adalah . . .  joule (UTBK 2019)
A. nRTpAVA
B. nRTpAVA
C. nRT+pAVA
D. nRT+pAVB
E. nRTpAVB
Pembahasan
Diketahui
Proses AB adalah isotermal
TA=TB=T 
Proses CA adalah isobarik
Usaha CA
WCA=nRTAnRTC
WCA=nRTPAVB
Jawaban E
13. Soal
Sejumlah gas argon mengalami proses kuasistatik dari keadaan A ke keadaan B kemudian ke keadaan C dan kembali ke keadaan A seperti ditunjukkan pada gambar. Anggaplah gas argon sebagai gas ideal. Sketsa  grafik temperatur gas sebagai fungsi volume pada proses AB yang mungkin adalah? (UTBK 2019)

Pembahasan
Diketahui
proses kuasistatik dari keadaan A ke keadaan B
Nilai W positif maka grafik T dan V yang sesuai adalah yang ditunjukan grafik D
atau menggunakan analisis matematika untuk grafik AB
V=x
P=y
y=mx+c
P=mV+c
PV=nRT
maka
PV=nRT(mV+c)V=nRTT=(mnR)V2+(cnR)VT=aV2+bV
maka hubungan grafik T dan V berbentuk persamaan kuadrat maka grafik berbentuk kurva dengan koefisien a positif. 
Jawaban D
14. Soal
Suatu gas ideal monoatomik yang berada di dalam ruang tertutup mula - mula tekanannya 2×106Pa dan volumenya 25 liter, kemudian menjalani proses isobarik sehingga volumenya berubah menjadi 10 liter. Gas lalu mengalami proses ishokhorik sehingga tekanannya berubah menjadi 5×106Pa, selanjutnya gas mengalami proses isotermik sehingga tekanan dan volumenya kembali ke posisi semula. Grafik yang sesuai dengan proses ini adalah?
Pembahasan
Diketahui Gambar

Termodinamika
Grafik (P,V) termodinamika
Dimulai dari  tekanannya 2×106Pa dan volumenya 25 liter
Proses Isobarik : volume menjadi 10 liter (grafik mendatar ke kiri)
Proses Isokhorik : volume menjadi 5×106Pa (grafik vertikal ke atas)
Proses Isotermal : volume menjadi 25 liter (grafik melengkung)
maka grafik yang sesuai adalah C
Jawaban C

15. Soal

Gas ideal monoatomic sebanyak n mol menjadi termodinamika dalam wadah yang volumenya tetap. Pada proses tersebut, gas menyerap kalor sebesar Q joule dan perubahan tekanan sebesar a Pa. Volume wadah sama dengan . . . . m3 (UTBK2021)

A. 2Q/a
B. Q/a
C. 2Q/3a
D. Q/2a
E. 2Q/5a

Pembahasan

V1=V2=V
ΔP=a
W=0
Kalor
Q=W+ΔU
Q=δU
Q=32nRΔT
Q=32(P2V2P1V1)
Q=32(P2VP1V)
Q=32(P2P1)V
Q=32aV
Q=23Qa
Jawaban C

16. Soal

Sejumlah gas ideal menjalani proses termodinamika sehingga volumenya berubah dari 2 m3 menjadi 1 m3. Proses terjadi pada tekanan tetap 1,5 kPa. Jika energi internal gas berkurang sebesar 2 kJ, energi panas yang diterima gas sama dengan . . . . J (UTBK 2022)
A. -3.500
B. 3.500
C. -2.500
D. 2.500
E. 4.500

Pembahasan
Diketahui
Tekanan tetap (isobarik)
P1=P2=P=1,5×103Pa
V1=2m3
V2=1m3
ΔU=2kJ=2000J
Ditanya Kalor?

Q=W+ΔUQ=P(V2V1)+ΔUQ=1,5×103(12)+(2000)Q=15002000Q=3500joule
Jawaban A

17. Soal

Satu mol gas ideal monoatomik mengalami proses seperti pada gambar.

Mula - mula gas mengalami proses isokhorik dengan volume sebesar V. Selanjutnya gas tersebut tidak mengalami perpindahan kalor dan akhirnya gas tersebut berada pada kondisi isobarik dengan tekanan P.
1. Kerja yang dilakukan gas selama proses AB sama dengan nol
2. Kalor yang diserap selama proses BC sama dengan kerja yang dilakukan gas
3. Kerja yang dilakukan gas selama proses CA sebesar PΔV
4. Kerja yagn dilakukan gas selama proses BC sebesar nRTln(V2V1)
Pernyataan yang benar untuk proses tersebut adalah?(UTUL UGM 2021)
A. 1, 2, dan 3
B. 1 dan 3
C. 2 dan 4
D. hanya 4
E. semua benar

Pembahasan

Diketahui:
AB : isokhorik (V1=V2)
WAB=0joule
BC : adiabatik
Q=0joule
W=ΔU=32nRΔT
CA : isobarik (P1=P2)
W=P(VAVC)=PΔV
Jawaban B

18. Soal

Sebuah silinder berpiston berisi gas ideal yang volumenya 2m3, tekanannya 106Pa  dan suhunya 300 K. Silinder itu kemudian disentuhkan pada tandon kalor yang suhunya dijaga tetap 900 K. Gas menjalani ekspansi pada tekanan tetap sehingga suhunya menjadi 900 K. Berapakah volume gas ideal pada akhir proses ekspansi? (UM UGM 2019)

A. 6m3
B. 5m3
C. 4m3
D. 3m3
E. 2m3

Pembahasan

Diketahui: isobarik
V1=2m3
P1=P2=106Pa
T1=300K
T2=900K
V2=....?
V1T1=V2T22300=V2900V2=2300(900)V2=6m3 
Jawaban A

19. Soal

Suatu gas ideal dengan volume 273cm3 mula - mula bersuhu 20C. Kemudian gas tersebut dipanaskan pada tekanan konstan hingga suhunya 30C. Petambahan volumenya adalah . . . .(UM UGM 2018)
A. 10cm3
B. 20cm3
C. 30cm3
D. 40cm3
E. 50cm3

Pembahasan

Diketahui: isobarik
V1=273cm3
T1=20C=293K
T2=30C=303K
ΔV=......?
ΔV=V2V1ΔV=T2T1(V1)V1ΔV=(T2T11)V1ΔV=(3032931)(273)ΔV=≈10cm3
Jawaban A

20. Soal

Suatu gas ideal mengalami proses ekspansi. Selama ekspansi energi dalamnya tidak berubah. Bila awalnya tekanannya adalah 1×105Pa dan volumenya 1m3, maka berikut ini adalah nilai tekanan dan volumenya yang mungkin bagi gas ideal tadi ?
A. P=1×105Pa,V=2m3
B. P=2×105Pa,V=1m3
C. P=2×105Pa,V=3m3
D. P=0,5×105Pa,V=2m3
E. P=0,1×105Pa,V=3m3

Pembahasan

Diketahui: isobarik
P1=1×105Pa dan V1=1m3
Energi dalam tidak berubah maka gas mengalami proses isotermal, maka:
P1V1=P2V21×105×1=P2V2P2V2=1×105
Maka nilai tekanan dan volume yang mungkin adalah P2=0,5×105Pa,V2=2m3
Jawaban D

21. Soal

Gas ideal (1,0 mol) bekerja di dalam mesin yg beroperasi pada siklus yang ditunjukkan pada gambar.

Proses BE dan DA bersifat reversibel dan adiabatik. Tentukan efisiensi mesin?
A. 25%
B. 50%
C. 75%
D. 80%
E. 85%

Pembahasan
Diketahui: Grafik
PCD.VCDPAB.VAB=nRTCDTABTCDTAB=PCD.VCDPABVABTCDTAB=Po32(16Vo8VoPo(2VoVo)T2T1=8Vo32VoT2T1=14
maka:
η=1T2T1
η=114
η=34
η=0,75
η=75
Jawaban C

22. Soal

Dua tabung kaca dengan volume sama dihubungkan dengan sebuah pipa sempit dan diisi dengan gas pada 0C dan tekanan 76 cmHg. Salah satu tabung kemudian ditempatkan dalam es yang sedang melebur dan tabung lainnya ditempatkan dalam kamar mandi yang suhunya dijaga tetap 62C. Berapa tekanan dalam tabung sekarang jika pemuaian tabung dan pemuaian volume pipa diabaikan.
A. 76,00 cm Hg
B. 80,50 cm Hg
C. 83,75 cm Hg
D. 87,25 cm Hg
E. 102,0 cm Hg

Pembahasan
Diketahui: 
Awal
T1=0C=273K
P1=76cmHg
T2=0C=273K
P2=76cmHg
Akhir
T1=0C=273K
P1=PcmHg
T2=62C=335K
P2=PcmHg
maka
n1+n2=n1+n2P1T1+P2T2=P1T1+P2T276273+76273=P273+P335152273=335+273273×335P=152×335608P=85,75cmHg
Jawaban D