Soal dan Pembahasan tentang termodinamika

1. 1.      Sebuah mesin carrnot bekerj diantara diantara dua reservoir bersuhu 527 C dan 127C . Jika reservoir pada suhu tinggi diturunkan menjadi 227C,maka efisiensi mula-mula dan akhir mesin carnot adalah...

a.       30% dan 20%

b.      40% dan 20%

c.      50% dan 20%

d.      50% dan 30%

e.       60% dan 40%

Pembahasan :

D1=th : 527 C =527+273=800K

      Tc : 127 C =127+273=400K

      Th’ : 227 C =227+273=500K

D2= Efisiensi awal dan akhir mesin ...?

D3=

2.2.   Sebuah mesin carnot bekerja pada suhu antara 800 K dan 450K,serta membuang energi panas sebesar 1Kj setiap siklusnya.usaha mesin carnot setiap siklusnya adalah ...

a.      0,79 kj

b.      1,00 kj

c.       1,43 kj

d.      1,72 kj

e.       2,05 kj

Pembahasan :

D1= th =800 K

      tc =450 K

      kalor Yang dibuang (Qc)=1Kj

D2= W...?

D3=

3.3. Sebuah mesin carnot bekerja pada suhu antara 600K dan 400K . Jika mesin melakukan kerja sebesar 500 J,seperti pada gambar !

dari grafikP-V tersebut. tentukan kalor yang diserap oleh mesin tiap siklusnya ...

a.       500 J

b.      1.000 J

c.      1.500 J

d.      2.000 J

e.       2.500 J

Pembahasan :

D1=th : 600 K

      Tc : 400 K

      W : 500 K

D2=Qh...?

D3=

4.4.       Didalam ruang tertutup suhu suatu gas 27 derajat celcius ,tekanan 1 atm,dan volume 0,5 liter.jika suatu gas dinaikkan menjadi 327 derajat celcius dan tekanan gas menjadi 2 atm,volume gas akan menjadi .... liter

a.       1

b.     0,5

c.       0,25

d.      0,125

e.       0,0625

Pembahasan :

D1=t1 : 27 C=27+273=300K

      P1 : 1 atm= 1.10^5 N/m2

      V1 : 0,5 liter

      T2 : 327 C=327+273=600 K

      P2 : 2 atm =2.10^5 N/m2

D2= volume akhir gas ...?

D3=

5.5.       Suatu gas ideal dengan volume 1 liter pada suhu 27 drajat celcius mengalami pemanasan secara isobarik pada tekanan 3 atm(1 atm= 10^5 N/m2) hingga suhu 117 derajat celcius. Bila kapasitor kalor gas ideal 8.0 J/K,maka volume akhir gas iddeal dan perubahan energi dalam berturut-turut adalah ....

a.      1,3 liter dan 630 joule

b.      1,3 liter dan 720 joule

c.       1,5 liter dan 630 joule

d.      1,5 liter dan 630 joule

e.       1,8 liter dan 630 joule

Pembahasan :

D1= v1 : 1 liter

      T1 : 27 C =27+273=300 K

      P =3 atm

      T2= 117 C =117+273=390 K

      C=8,0 J/K

D2=volume akhir dan perubahan energi dalam gas ideal....?

D3=

6.6.   1,5 m³ gas helium yang bersuhu 27^oC dipanaskan secara isobarik sampai 87^oC. Jika tekanan gas helium 2 x 10⁵ N/m² , gas helium melakukan usaha luar sebesar....
A. 60 kJ
B. 120 kJ
C. 280 kJ
D. 480 kJ
E. 660 kJ
pembahasan :

D1= V₁ = 1,5 m³

T₁ = 27^oC = 300 K; T₂ = 87^oC = 360 K; P = 2 x 10⁵ N/m²
 W = PΔV

D2= V₂ ...?

D3=^V₂/_T2 = ^V₁/_T1
V₂ = ( ^V₁/_T1 ) x T₂ = ( ^1,5/₃₀₀ ) x 360 = 1,8 m³
W = PΔV = 2 x 10⁵(1,8 − 1,5) = 0,6 x 10⁵ = 60 x 10³= 60 kJ 

7.7.    Suatu gas memiliki volume awal 2,0 m³ dipanaskan dengan kondisi isobaris hingga volume akhirnya menjadi 4,5 m³. Jika tekanan gas adalah 2 atm, tentukan usaha luar gas tersebut!
(1 atm = 1,01 x 10⁵ Pa)

a.       5,00 x 10⁵ 

b.      5,05 x 10⁵

c.       6,00 x 10⁵

d.      6,05 x 10⁵

e.      7,00 x 10⁵

Pembahasan                     
D1 :
V₂ = 4,5 m³
V₁ = 2,0 m³
P = 2 atm = 2,02 x 10⁵ Pa
Isobaris → Tekanan Tetap 

D2= w...?

D3=W = P (ΔV)
 W = P(V₂ − V₁)
 W = 2,02 x 10⁵ (4,5 − 2,0) = 5,05 x 10⁵ joule 

8.8.      Gas dalam ruang tertutup bersuhu 42 drjat celcius dan tekanan 7 atm serta volumenya 8 L. Apabila gass dipanasi sapai 87 drajat celcius,tekanan naik sebesar 1 atm,maka volume gas adalah ....

a.       Berkurang 10%

b.     Tetap

c.       Berkurang 20%

d.      Bertambah 20%

e.       Bertambah 12%

Pembahasan :

D1= T1=42C=42+273=315 K

P1= 7 atm=7.10^5 N/m2

V1=8 liter

T2=82 C=87+273=360 K

P2= naik 1 atm= 8 atm=8.10^5 n/M2

D2=voume akhir gas...?

D3=

9.9.  Sebuah mesin memiliki rasio pemampatan 12 : 1 yang berarti bahwa setelah pemampatan, volume gas menjadi 1/12 volume awalnya. Anggap bahan bakar bercampur udara pada suhu 35 °C, tekanan 1 atm, dan γ = 1,4. Jika proses pemampatan terjadi secara adiabatik, hitunglah tekanan pada keadaan akhir dan suhu campuran.

Pembahasan=
Diketahui: V₂ = 1/12 V₁, T₁ = 35 + 273 = 308 K, dan p₁ = 1 atm.

Untuk menentukan tekanan akhir p₂, gunakan rumus :

p₂ = 32,4 atm.

Suhu campuran atau suhu akhir T₂ diperoleh sebagai berikut :

T₂ = 308 K (12)^{1,4 – 1} = 308 K (12)^0,4 = 832 K = 559 °C

10.10. Suatu gas ideal mengalami proses siklus seperti grafik p – V berikut.

Tentukanlah: 

a. usaha gas dari A ke B,

b. usaha gas dari B ke C,

c. usaha gas dari C ke A, dan

d. usaha netto gas dalam satu siklus.

Pembahasan =

Diketahui: p_A = p_B = 3 × 10⁵ Pa, p_C = 1 × 10⁵ Pa, V_A = 2 L, dan V_B = VC = 6 L.

a. Proses A ke B adalah proses isobarik. Usaha dari A ke B dapat dihitung dengan persamaan   

W_AB = p(V_B – V_A)W_AB = 3 × 10⁵ Pa (6 – 2) × 10^–3 m³ = 1.200 joule
b. Proses B ke C adalah proses isokhorik. Oleh karena VC = VB,
usaha yang dilakukan gas WBC = 0 

c. Proses dari C ke A adalah isotermal. Oleh karena p_C:V_C = p_A:V_A, 

usaha dari C ke A adalah :  W_CA = nRT ln (V_A/V_C) = p_CV_C ln (V_A/V_C) = p_AV_A ln (V_A/V_C) (ingat: pV = nRT)

W_CA = (1 × 10⁵ N/m²)(6 × 10^–3 m³)ln 3/6 = – 415,8 joule 

d. Usaha netto gas dalam satu siklus ABCA : 

 W_siklus = W_AB + W_BC + W_CA = 1.200 joule + 0 + (–415,8 joule) = 784,2 joule