Hukum Ke-1 Dan Ke-2 Termodinamika

HUKUM KE-1 TERMODINAMIKA

Soal:1.

Dalam dua percobaan terpisah, suatu gas helium memiliki keadaan awal yang sama (A) dankeadaan akhir yang sama (B) akan tetapi prosesnya berbeda. Percobaan pertama mengikuti jalur yang terdiri dari proses isokhorik dan proses isobarik sedangkan percobaan kedua mengikuti jalurPenyelesaianPada jalur tersebut proses yang melakukan usaha adalah proses isobarik sedangkan proses isokhorik tidak menghasilakan usaha, sehinggaWa = WV + WP = 0 + (91 kPa)(106 48) x 10-3 m3 = 5,3 kJ.

SumberTim Redaksi Dorling Kindersley. 1997. Jendela IPTEK, Cetakan Pertama. Jakarta: Balai Pustaka.

2. 1,5 m3 gas helium yang bersuhu 27oC dipanaskan secara isobarik sampai 87oC. Jika tekanan gas helium 2 x 105 N/m2 , gas helium melakukan usaha luar sebesar.PenyelesaianData :V1 = 1,5 m3T1 = 27oC = 300 KT2 = 87oC = 360 KP = 2 x 105 N/m2W = PVMencari V2 :V2/T2 = V1/T1V2 = ( V1/T1 ) x T2 = ( 1,5/300 ) x 360 = 1,8 m3W = PV = 2 x 105(1,8 1,5) = 0,6 x 105 = 60 x 103 = 60 kJSumberTim Redaksi Dorling Kindersley. 1997. Jendela IPTEK, Cetakan Pertama. Jakarta: Balai Pustaka.

3. 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)PenyelesaianData :V2 = 4,5 m3V1 = 2,0 m3P = 2 atm = 2,02 x 105 PaIsobaris Tekanan TetapW = P (V)W = P(V2 V1)W = 2,02 x 105 (4,5 2,0) = 5,05 x 105 jouleSumberTim Redaksi Dorling Kindersley. 1997. Jendela IPTEK, Cetakan Pertama. Jakarta: Balai Pustaka.

4. B Suatu gas dalam wadah silinder tertutup mengalami proses seperti pada gambar.Tentukan usaha yang dilakukan oleh gasuntuk (a) proses AB, (b) proses BC

Penyelesaian(a) Usaha dari A ke B sama dengan luas ABDE dan bertanda positif karena arah proses ke kanan (VB > VA).WAB = luas ABDE = AB x BD = (100 25) L x (300 kPa)WAB = (75 x 10-3 m3)(300 x 103)Pa = 22.500 J.(b) Usaha dari B ke C sama dengan negatif luas BCED proses ke kiri (VC VD).WBC = - luas BCED = - (CE + BD) EDWBC = - (100 + 300) kPa x (100 25) LWBC = - (400) x 103 Pa x 75 x 10-3m3 = -15.000 J.SumberSaripudin, A., D. Rustiawan K., dan A. Suganda. 2009. Praktis Belajar Fisika 1 : untuk Kelas XI Sekolah Menengah Atas / Madrasah Aliyah Program Ilmu Pengetahuan Alam. Pusat Perbukuan Departemen Nasional, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. p. 234.

5. Suatu sistem berupa 0,12 mol gas ideal dihubungkan dengan reservoir termal untuk menjaga suhu konstan ( isotermal) pada 9,8C. Sistem memiliki volume awal V1 = 1,3 L dan melakukan usaha W = 14 J. Berapakah volume akhir V2

Penyelesaian:

Diketahui n = 0,12 mol, T =9,8 +273 = 283 K, V1 = 1,3 x10-3, dan R =8,31 J/mol K.

atau Volume akhir V2 = 1,05 V1 = 1,05 x 1,3 L =1,4 LSumber Tim Redaksi Dorling Kindersley. 1997. Jendela IPTEK, Cetakan Pertama. Jakarta: Balai Pustaka.

6. Suatu sistem menyerap kalor Q dari lingkungan sebesar 1500 J. Tentukanlah perubahan energi dalam U bila sistem melakukan usaha 2200 J terhadap lingkungan ?

Penyelesaian:Sesuai dengan perjanjian tanda, maka Q = +1500 J (sistem menerima kalor) dan W =+2200 (sistem melakukan usaha). Hukum pertama termodinamika menyatakan:U = Q W = 1500 2200 =-700 J.Tanda negatif untuk U berarti energi dalam sistem berkurang sebesar 700 J.Sumber Ir.Ainie Khuriati R.S.,DEA.2007.TERMODINAMIKA Jurusan Fisika FMIPA Universitas Dipogegoro.Semarang. Universitas Dipogegoro.

7.

Dalam diagram PV pada gambar ditunjukkan beberapa lintasan (proses) termodinamika. Pada lintasan ab sistem menerima kalor sebesar 150 J, dan pada proses bd sistem menyerap kalor sebesar 600 J. V Tentukanlah (a) perubahan energi dalam untuk proses ab,(b) perubahan energi dalam untuk proses abd,Penyelesaian(a) Tidak ada perubahan volume selama proses ab,sehingga Wab = 0. Kalor Qab = 150 J (sistemmenyerap kalor), maka _Uab =_Uab = Qab Wab =150 0 =150 J.

(b) Proses bd terjadi pada tekanan tetap, sehingga usaha luar sama denganWbd = P(V2 V1) = (8,0x104Pa)(5,0x10-3 m3 2,0x10-3 m3) = 240 J.

Total usaha untuk proses abd sama denganWabd = Wab + WBD = 0 +240 =240 JTotal kalor untuk proses abd sama denganQabd =Qab + Qbd = 150 +600 =750 J.Perubahan energi dalam untuk proses abd sama denganU abd = Qabd Wabd = 750 240 = 510 J.Sumber Ir.Ainie Khuriati R.S.,DEA.2007.TERMODINAMIKA Jurusan Fisika FMIPA Universitas Dipogegoro.Semarang. Universitas Dipogegoro.

HUKUM KE-2 TERMODINAMIKA

Soal :1. Sebuah refrigator memiliki rating COP 4. Ruangan beku yang diinginkan membutuhkanlaju pendinginan puncak sebesar 30000 Kj/Jam. Berapakah besarnya motor ( dalam daya kuda) yang dibutuhkan untuk refrigator tersebut ?Jawab : Defenisi dari COP untuk refrigator adalah COPR = Ql/WnetMaka daya netto yang dibutuhkan adalah

Sumber : Buku Termodinamika Schaum

2. Suatu mesin kalor menghasilkan usaha 2000 Joule dan membuang kalor sebanyak 5000 Joule dalam satu siklus. Efisiensi mesin tersebut adalahPembahasanDiketahui:Usaha yang dihasilkan mesin (W) = 2000 JouleKalor yang dibuang (QL) = 5000 JouleKalor yang diserap (QH) = 2000 + 5000 = 7000 JouleDitanya: Efisiensi mesin kalor (e)Jawab:


3. Sebuahmesin Carnotbekerja dalam suatu siklus antara727oC dan 127oC. Mesin tersebut menyerap kalor 6000 Joule pada reservoirsuhu tinggi. Efisiensi mesin dan usaha yang dilakukan oleh mesin dalam satu siklus adalahPembahasanDiketahui:Suhu tinggi (TH) = 727oC + 273 = 1000 KSuhu rendah (TL) = 127oC + 273 = 400 KKalor yang diserap (QH) = 6000 JouleDitanya: Efisiensi (e) dan usaha (W) yang dilakukan oleh mesin dalam satu siklusJawab:Efesiensi mesin carnot


4. Sebuah mesin kalor di operasikan berdasarkan siklus carnot dengan efesiensi 75 persen. Berapakah COP yang dimiliki sebuag refrigator yang dioperasikan dengan siklus yang sama ? temperatur rendahnya adalah 0o CJawab :Efesiensi dari mesin kalor tersebut diberikan melalui

Maka, COP dari refrigator tersebut adalah


5. Grafik P-V dari sebuah siklus Carnot terlihat seperti gambarberikut. Jikakalor yang dilepas ke lingkungan 3.000 Joule, maka kalor yang diserap sistem adalah

Diketahui:Suhu rendah (TL) = 500 KSuhu tinggi (TH) = 800 KKalor yang dilepaskan (Q2) = 3000 JouleDitanya: Kalor yang diserap sistem (Q1)Jawab:Efisiensi mesin Carnot:

Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot:W = e Q1W = (3/8)(Q1)8W/3 = Q1Q2= Q1 WQ2= 8W/3 3W/3Q2= 5W/33Q2= 5WW = 3Q2/5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800Kalor yangdiserap sistem:Q1= W + Q2= 1800 + 3000 = 4800 Joule


6. Pada grafik P-V mesin Carnot berikut diketahui reservoirsuhu tinggi 600 K dan suhu rendah 400 K. Jikausahayang dilakukan oleh mesin adalah W, maka kalor yang dikeluarkan pada suhu rendah adalah

Diketahui:Suhu rendah (TL) = 400 KSuhu tinggi (TH) = 600 KDitanya: Kalor yang dikeluarkan pada suhu rendah (Q2)Jawab:Efisiensi mesin Carnot:Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot :W = e Q1Keterangan : W = usaha yang dilakukan mesin, e = efisiensi mesin, Q1= kalor yang diserap mesin.W = (1/3)(Q1)3W = Q1Kalor yang dikeluarkan pada suhu rendah:Q2= Q1 WQ2= 3W WQ2= 2W


7. Perhatikan grafiksiklus Carnot ABCDA di bawah ini. Berdasarkan data pada grafik, efisiensi mesin carnotadalah

Pembahasan :Diketahui:Suhurendah (TL) = 350 KSuhu tinggi(TH) = 500 KDitanya: Efisiensi mesin Carnot (e) Jawab:Efisiensi mesin Carnot :


Hukum Ke-1 Dan Ke-2 Termodinamika

Documents

Transcript of Hukum Ke-1 Dan Ke-2 Termodinamika