Pembahasan Soal Thermodinamika Kls 11 SMA


Mempelajari fisika memang asikk, apalagi ada pembahasan yang menyenangkan dalam bab Thermodinamika

semoga bermanfaat


1.     Perhatikan gambar berikut ini!
 

Jika kalor yang diserap reservoir suhu tinggi adalah 840 joule, tentukan :
a) Efisiensi mesin Carnot
b) Usaha mesin Carnot







Mesin Carnot terdiri dari dua proses isotermal dan dua proses adiabatik.
Mesin Carnot adalah mesin bakar yang menghasilkan usaha dari kalor yang diserap pada reservoir suhu tinggi dan dilepas pada reservoir suhu rendah.
Efisiensi mesin Carnot dihitung berdasarkan reservoir suhu tinggi (T₂) dan reservoir suhu rendah (T₁) atau kalor serap (Q₁) dan kalor lepas (Q₂).
Usaha (W) = kalor serap (Q₁) - kalor lepas (Q₂)

Diketahui
Reservoir suhu tinggi T₁ = 227⁰C
Reservoir suhu tinggi T₂ = 27⁰C
Kalor serap/masuk Q₁ = 840 joule

Ditanya :
Efisiensi mesin Carnot :
Penyelesaian :
Konversi satuan suhu menjadi Kelvin
T₁ = 227⁰C + 273 = 500 K
T₂ = 27⁰C + 273 = 300 K
Rumus efisiensi mesin Carnot


 




Substitusikan T₂ dan T₁

 


Diperoleh efisiensi mesin Carnot sebesar 0,4 atau 0,4 x 100% = 40%.

Berapa kalor yang dilepas (Q₂)?
 

Kalor yang dilepas atau kalor buang sebesar 540 joule.

Berapa usaha (W) yang dihasilkan?

W = Q₁ - Q₂

W = 840 – 540 = 300 J

2.   Untuk menghasilkan kerja mekanik sebuah Mesin Carnot bekerja pada suhu tinggi 800 K. Jika mesin menyerap kalor 400 J dan suhu rendahnya  600 K, hitung besar  usaha yang dihasilkan mesin tersebut.













Siklus Merupakan suatu rangkaian sedemikian rupa sehingga akhirnya kembali kepada keadaan semula.

Siklus carnot merupakan suatu siklus termodinamika yang melibatkan proses isotermal, isobarik, dan isokorik.

Pada siklus carnot :

Persamaan usaha yang dilakukan sistem adalah :
 


Persamaan efisiensi mesin adalah :
 



atau

 



Keterangan :

Q₁ : kalor pada suhu tinggi
Q₂ : Kalor pada suhu rendah
T₁ : Suhu resrvoi tinggi
T₂ : Suhu reservoir rendah

Diketahui:
Suhu pada reservoir suhu tinggi 
(T₁) = 600 K

Suhu pada reservoir suhu rendah 
(T₂) = 400 K
Kalor yang diserap (Q₁) = 800 J

Ditanya:
Usaha yang dihasilkan.
Jawaban:

Besar usaha yang dihasilkan, bisa dicari dengan cara sebagai berikut :

Efisiensi mesin
Besar efisiensi mesin tersebut adalah :
 
Besar usaha yang dilakukan
Besar usaha yang dilakukan mesin adalah :
 
  
Jadi besar usaha yang dilakukan mesin adalah 266,7 J.
3.   Suatu mesin Carnot, jika reservoir panasnya bersuhu 200 K akan mempunyai efisiensi 40%. Jika reservoir panasnya bersuhu 400 K,  berapa % efisiensinya.








TERMODINAMIKA
Mesin Carnot terdiri dari dua proses isotermal dan dua proses adiabatik.
Mesin Carnot adalah mesin bakar yang menghasilkan usaha dari kalor yang diserap pada reservoir suhu tinggi dan dilepas pada reservoir suhu rendah.
Efisiensi mesin Carnot dihitung berdasarkan reservoir suhu tinggi (T₂) dan reservoir suhu rendah (T₁) atau kalor serap (Q₁) dan kalor lepas (Q₂).
Keadaan pertama
η = 40 % = 0,4
T₁ = 200 K
T₂ = 120 K
Keadaan kedua
T₁' = 400 K ← diubah
T₂ = 120 K ← tetap
η' = ___?

4.   Diagram P−V dari gas helium yang mengalami proses termodinamika ditunjukkan seperti gambar berikut!
 







      Berapa Usaha yang dilakukan gas helium pada proses ABC.

Proses AB Isokhorik
Wab = 0

Proses BC Isotermik
Wbc = 2.10⁵. (3,5 - 1,5)
Wbc = 4.10⁵ J
Wbc = 400 kJ

Usaha pada proses ABC
W = Wab + Wbc
W = 0 + 400 kJ
W = 400 kJ

5.   Kondisi gas helium yang bersuhu 270C dipanaskan secara isobarik sampai 870C dan volumenya saat itu 2,0 m3. Jika tekanan gas helium 3 x 105 N/m2, berapa  usaha luar yang dilakukan oleh gas helium ….









TERMODINAMIKA
• Usaha oleh gas

p = 3×105 Pa
V1 = 1,5 m³
T1 = 27 °C = 300 K
T2 = 87 °C = 360 K
W = __?

Pers keadaan (isobarik)
 

Usaha oleh gas


6.   Kondisi gas helium pada suhu tetap 27oC mengalami perubahan volume dari 2,5 liter menjadi 5 liter. Jika jumlah mol = 3 mol dan R = 8,314 J/mol K serta ln 2 = 0,693 , besar usaha yang dilakukan gas helium…..







THERMODINAMIKA

DIK:
T=300K
V1=2,5 x 10-3 m3
n=3 mol
V2=5x10-3 m3
R=8,314 J/mol K

DIT: W

JAWAB:


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











THERMODINAMIKA

DIK:
P= 1,5 atm = 1,5x10-5 Pa
V1= 2,5 m3
V2= 4,5 m3

DIT:
W

JAWAB:


8.   2000/693 mol gas helium pada suhu tetap 27oC mengalami perubahan volume dari 2,5 liter menjadi 5 liter. Jika R = 8,314 J/mol K dan ln 2 = 0,693 tentukan usaha yang dilakukan gas helium!








THERMODINAMIKA

DIK:
n= 2000/693 mol
T1= 300 K
V1= 2,5x10-3 m3
v2= 5,0 x10-3 m3
R = 8,314 J/mol K
ln 2= 0,693

DIT: W
JAWAB:


9.   Mesin Carnot bekerja pada suhu tinggi 600 K, untuk menghasilkan kerja mekanik. Jika mesin menyerap kalor 600 J dengan suhu rendah 400 K, hitung besar  usaha yang dihasilkan mesin tersebut.






THERMODINAMIKA

DIK:
T1= 600 K
Q= 600 J
T2= 400 K

DIT: W

JAWAB :
EFESIENSI MESIN CARNOT












USAHA



Posting Komentar

0 Komentar