Soal Fisika : Isobarik,Isotermal, Isokhorik, dan adiabatik

A. ISOKHORIK

     1. Kalor sebanyak 3000 Joule ditambahkan pada sistem dan system melakukan usaha 2500 Joule pada lingkungan. Perubahan energi dalam sistem adalah ……

Pembahasan :

Diketahui          : Kalor (Q)         = + 3000 Joule

                          Usaha (W)       = + 2500 Joule

Ditanya             : Perubahan energi dalam

Jawab               :

                        Hukum I Termodinamika :

                                    ΔU = Q – W

            Aturan tanda      :

ü  Q posiitif jika kalor ditambahkan pada sistem

ü  W positif jika sistem melakukan usaha pada lingkungan

ü  Q negatif jika kalor dilepaskan sistem

ü  W negatif jika lingkungan melakukan usaha pada sistem

Perubahan energi dalam system :

                        ΔU = 3000 – 2500 Joule

                        ΔU = 500 Joule

Energy dalam sistem bertambah 500 Joule.

    2. Kalor sebanyak 2000 Joule ditambahkan pada sistem dan lingkungan melakukan usaha 2500 Joule pada sistem. Perubahan energi dalam sistem adalah…..

Pembahasan :

Diketahui          : Kalor (Q)         = + 2000 Joule

                          Usaha (W)       = - 2500 Joule

Ditanya             : Perubahan Energi dalam system

Jawab               :

                                    ΔU = Q – W

                                    ΔU = 2000 – (-2500) Joule

                                    ΔU = 2000 + 2500 Joule

                                    ΔU = 4500 Joule

            Energi dalam sistem bertambah 4500 Joule.

   3.Kalor sebanyak 2000 Joule dilepaskan sistem dan lingkungan melakukan usaha 3000 Joule pada sistem. Perubahan energi dalam sistem adalah ….

Pembahasan :

Diketahui          : Kalor (Q)         = - 2000 Joule

                          Usaha (W)       = - 3000 Joule

Ditanya             : Perubahan energi dalam sistem

Jawab               :

                                    ΔU = Q – W

                                    ΔU = -2000 – (-3000)

                                    ΔU = - 2000 + 3000

                                    ΔU = 1000 Joule

            Energi dalam sistem bertambah 1000 Joule

                                                                 B. ISOBARIK

    1. Sejumlah gas ideal menjalani proses  isobarik sehingga suhunya menjadi dua kali semula. Maka volumenya menjadi n kali semula, dengan n adalah ….

Pembahasan :

System gas adalah Isobarik berarti tekanan tetap, keadaan awal gas, Volume = v  dan suhu = T

Keadaan akhir gas, suhu = 2 kali keadaan semula T’ = 2 T  dan Volume = V’

Sehingga berlaku :

                                      = 

                        V’ = VT’ / T

                        V’ = (V.2T) / T

                        Maka, V’ = 2 V (2 kali semula)

USAHA LUAR PADA SISTEM ISOBAR

2. Suatu gas volumenya 0.5 m³ perlahan-lahan dipanaskan pada tekanan tetap hingga volumenya menjadi 2 m³. Jika usaha luar gas tersebut 3 × 10⁵ Joule. Maka tekanan gas adalah ….

Pembahasan :

Usaha pada proses Isobar, karena terjadi perubahan volume maka berlaku :

            W          = P. dV

                        W         = P (V₂ – V₁)

            3 × 10⁵   = P (2 – 0.5)

            P            = 2 × 10⁵ Nm^-2

   3. Grafik tekanan (P) – Volume (V) gas yang mengalami proses isobarik. Usaha yang dilakukan oleh gas pada proses AB adalah …

P (Nm^-2)

        5×10⁵

                            2                       6           V (m³)

Pembahasan :

Diketahui          : Tekanan (P)                = 5 × 10⁵ N/m²

                          Volume awal (V₁)         = 2 m³

                          Volume akhir (V₂)         = 6 m³

Ditanya             : Usaha yang dilakukan pada proses AB

Jawab               :

                        W         = P (V₂ – V₁)

                        W         = (5 × 10⁵) (6-2)

                        W         = (5 × 10⁵) (4)

                        W         = 20 × 10⁵

                                                W         = 2 × 10⁶ Joule 

                                                                    C. ADIABATIK

    1. Suatu sitem mengalami proses Adiabatik. Pada system dilakukan usaha 100 Joule. Jika perubahan energy dalam system adalah ΔU dan kalor yang diserap system adalah Q. maka..

Pembahasan :

Pada proses Adiabatik, berlaku :

dQ = NOL, karena terjadi pertukaran kalor

dU = - W, Karena dQ = 0 bisa diasumsikan menjadi dU + dQ = - 100 Joule.

2.     

    2. Tiga mol gas memuai secara isothermal pada suhu 27⁰C, sehingga volumenya berubah dari 20 cm³ menjadi 50 cm³. Hitunglah besar usaha yang dilakukan gas tersebut!

Pembahasan :

Diketahui          : n   = 3 mol

                          R   = 8,314 J/mol K

                          T   = 27⁰C + 273 = 300 K

                          V₁ = 2 × 10^-5 m³

                          V₂ = 5 × 10^-5m³

Ditanya             : W….?

Penyelesaian     :

            W         = nRT In

                        = (3) (8,314) (300) In    

                        = 6.852,94 Joule

 3.    Hitunglah efisiensi ideal dari suatu mesin Carnot yang bekerja antara 100⁰C dan 400⁰c.

Pembahasan :

Diketahui          : T₂       = 100⁰C = 373,15 ⁰K

                          T₁       = 400⁰C = 673,15 ⁰K

Ditanya             : Ƞ = ….?

Penyelesaian     :

            Jadi, efisiensi ideal yang bekerja pada mesin tersebut sebesar 45%.