< PreviousBab 9 Termodinamika213¯Usaha yang dilakukan gas pada tekanan konstan adalah W = P.'V= P (V2 – V1)(proses isobarik). Jika W bernilai positif maka sistem melakukan usaha terhadaplingkungan (V2 > V1), dan apabila W bernilai negatif maka sistem menerima usahadari lingkungan (V2 < V1).¯Usaha yang dilakukan oleh gas pada beberapa proses termodinamika adalah sebagaiberikut:a.proses isotermal:W=nRT ln¸¹·¨©§12VVb.proses isobarik:W=P.V'= P (V2 – V1)c.proses isokhorik:W=0d.proses adiabatik:J11.VP=J22.VPW=-23n.R(T2 – T1)¯Hukum I Termodinamika menyatakan perubahan energi dalam pada sistem yangtertutup merupakan selisih kalor yang diterima dengan usaha yang dilakukanoleh sistem.U'= Q – W atau Q = U' + WQ positif jika sistem menerima kalor dan negatif jika sistem melepas kalor.¯Kapasitas kalor (C ) adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkansuhu zat sebesar satu kelvin.C=TQ'Kapasitas kalor pada tekanan tetap untuk gas monoatomik dirumuskan:Cp=nR25Kapasitas kalor pada volume tetap untuk gas diatomik dirumuskan:Cv=23n.R¯Untuk gas diatomik, kapasitas kalor pada tekanan tetap dan kapasitas kalor padavolume tetap tergantung pada derajat kebebasannya.Suhu rendah:Cv= 23nRdanCp = 25nRSuhu sedang:Cv= 25nRdanCp = 27nRSuhu tinggi:Cv= 27nRdanCp = 29nR214Fisika XI untuk SMA/MAA.Pilihlah jawaban yang paling tepat!1.Di dalam ruang tertutup berisi gas ideal, mula-mula terjadi pemuaian secaraisotermal, kemudian dimampatkan secara isobarik akhirnya kembali ke keadaansemula secara adiabatik. Siklus proses tersebut pada grafik P - V adalah ... .a.d.b.e.c.¯Mesin kalor mengubah energi kalor menjadi usaha. Efisiensi mesin kalor adalahperbandingan antara usaha yang dilakukan dengan kalor yang diserap.K=u1100%WQ = u§·¨¸©¹21100%1QQUntuk mesin Carnot berlaku:K= u§·¨¸©¹21100%1TT¯Pada mesin pendingin terjadi aliran kalor dari reservoir dingin T2 ke reservoir panasT1 dengan melakukan usaha pada sistem. Koefisien daya guna (kinerja) mesinpendingin dirumuskan:Kp=WQ2 = 212QQQ = 212TTTPVPVPVPVPVUji KompetensiBab 9 Termodinamika2152.Di dalam ruang tertutup terdapat 2 mol gas yang volumenya 20 liter,tekanannya 3 atm (1 atm = 105 N/m3) dan suhunya 27 oC. Gas mengalamiproses isotermal sehingga volumenya menjadi 80 liter. Jika ln 4 = 1,386,maka usaha luar yang dilakukan gas adalah ... .(R = 8,31u10 J/mol.K)a.3.455 Jd.6.910 Jb.4.286 Je.7.093 Jc.5.417 J3.Suatu gas volumenya 5u10-2 m3 dinaikkan pada tekanan tetap sehinggamenjadi 4 kali semula. Jika usaha luar yang dilakukan gas sebesar 3u104 J,maka tekanan gas adalah ... .a.1,5u105 N/m2d.4,0u105 N/m2b.2,0u105 N/m2e.6,0u105 N/m2c.3,0u105 N/m24.Sejumlah gas ideal dengan massa tertentu mengalami pemampatan secaraadiabatik. Jika W adalah kerja yang dilakukan oleh sistem dan T'adalahperubahan suhu dari sistem, maka berlaku keadaaan ... .a.W = 0, T'> 0d.W < 0, T'> 0b.W = 0, T'< 0e.W < 0, T'< 0c.W > 0, T'= 05.Sejumlah gas ideal dipanaskan dengan volume konstan. Pernyataan berikut iniyang benar adalah ... .a.energi kinetik konstanb.momentum molekul gas konstanc.energi dalam gas bertambahd.energi dalam gas konstane.kalor yang diberikan pada gas digunakan untuk melakukan usaha6.Suatu sistem mengalami proses adiabatik, pada sistem dilakukan usaha 100 J.Jika perubahan energi dalam sistem adalah U' dan kalor yang diserap sistemadalah Q, maka ... .a.U'= -100 Jd.Q = 0b.U'= 10 Je.U'+ Q = -100 Jc.U'= 100 J7.Suatu turbin memakai uap dengan suhu awal 55 oC dan membuangnya padasuhu 35 oC. Efisiensi maksimum mesin tersebut adalah ... .a.33%d.63%b.43%e.73%c.53%8.Sebuah mesin Carnot yang menggunakan reservoir suhu tinggi 27 oCmempunyai efisiensi sebesar 30%, maka reservoir suhu rendahnya bersuhu ...a.166 Kd.246 Kb.183 Ke.273 Kc.210 K216Fisika XI untuk SMA/MA9.Sebuah mesin Carnot yang menggunakan reservoir suhu tinggi bersuhu 800 Kmempunyai efisiensi sebesar 40%. Agar efisiensinya naik menjadi 50%, makasuhu reservoir suhu tinggi dinaikkan menjadi ... .a.900 Kd.1.180 Kb.960 Ke.1.600 Kc.1.000 K10.Enam puluh gram balok es pada suhu 0 oC dan tekanan 1 atm meleburseluruhnya menjadi air. Jika kalor laten es 79,7 kal/g, maka perubahan entropies tersebut adalah ... .a.17,5 kal/Kd.5,8 kal/Kb.15,5 kal/Ke.4,8 kal/Kc.10,5 kal/KB.Jawablah dengan singkat dan benar!1.Suatu gas berada dalam tabung tertutup yang volumenya 500 liter dan tekanan4 atm (1 atm = 1u105 N/m3). Hitunglah usaha yang dilakukan oleh gas, jika:a.gas mengalami proses isobarik sehingga volumenya 4 kali volume semula,b.gas mengalami pemampatan isobarik sehingga volumenya menjadi setengahkali semula!2.Suatu gas ideal monoatomik beradadalam tabung tertutup. Keadaanmula-mula di A yang volumenya 2,5 m3,tekanan 105 N/m3, dan suhunya 250 Kseperti tampak pada grafik P - V disamping. Jika gas dipanaskan hinggavolumenya menjadi 10 m3 dan tekanan2u105 N/m3, hitunglah kalor yangdiserap oleh gas!3.Gas argon dengan volume 3 liter bertekanan 2 atm. Gas mengalami prosesadiabatik hingga volumenya menjadi 5 liter. Jika gas melakukan usaha sebesar80 joule, hitunglah tekanan akhir gas tersebut!4.Mesin Carnot dioperasikan antara dua reservoir kalor masing-masing suhunyaT1 dan T2 dengan T2>T1. Efisiensi mesin 40% dengan T1= 27 oC. Tentukanbesarnya perubahan T2 agar efisiensinya menjadi 60%!5.Gambar di samping adalah grafik P - Vpada mesin Carnot. Apabila usaha yangdilakukan sistem W = 3u105 J,berapakah kalor yang diserap mesin(Q1) tiap siklus?P (105 N/m3)V (m3)21ABPT1 = 900 KT2 = 600 KVUji Kompetensi Semester 2217A.Pilihlah jawaban yang paling tepat!1.Sebuah batang homogen panjang 5 mpada masing-masing ujungnya bekerjagaya sebesar 10 N membentuk sudut30o terhadap batang. Besar momenkopel gaya tersebut adalah ... .a.15 Nm sesuai arah jarum jamb.20 Nm sesuai arah jarum jamc.25 Nm sesuai arah jarum jamd.253 Nm sesuai arah jarum jame.50 Nm sesuai arah jarum jam2.Sebuah roda memiliki massa 40 kg dan diameter 120 cm, berputar dengankecepatan sudut 5 rad/s. Besar momentum sudutnya adalah … .a.24 kgm2/sd.60 kgm2/sb.30 kgm2/se.72 kgm2/sc.36 kgm2/s3.Dua buah benda A dan B masing-masing massanya 5 kg, dihubungkan olehbatang yang panjangnya 1 m (massa batang diabaikan). Jika pusat batangdigunakan sebagai sumbu putar, maka momen inersia di pusat batang tersebutadalah … .a.2,5 kgm2d.4,0 kgm2b.3,0 kgm2e.5,0 kgm2c.3,5 kgm24.Sebuah roda pejal jari-jarinya 20 cm dan massanya 5 kg. Pada roda itu bekerjamomen gaya sebesar 10 Nm. Besar percepatan sudut roda itu adalah … .a.0,1 rad/s2d.20 rad/s2b.5 rad/s2e.100 rad/s2c.10 rad/s25.Sebuah kelereng bermassa m dan diameter d,diletakkan di atas bidang datar dan dikerjakan gayadi tengah-tengahnya seperti gambar. Kelerengmenggelinding sempurna dengan kecepatan sudutpada saat t sebesar Z dan kecepatan linier v. Energikinetik kelereng pada saat t adalah … .a.222..20121Zdmmvd.222..2121Zdmmvb.222..10121Zdmmve.222..2321Zdmmvc.22.2121Zmmv10 N5 m10 N30o30oUji Kompetensi Semester 2218Fisika XI untuk SMA/MA6.Sebuah roda berbentuk silinder pejal berjari-jari 10 cm dan bermassa 5 kg.Jika roda tersebut diputar pada sumbunya dengan kecepatan sudut 5 rad/s,maka energi kinetiknya adalah … .a.0,3125 Jd.6,25 Jb.0,625 Je.31,25 Jc.3,125 J7.Batang homogen panjangnya 60 cmdan massanya 5 kg diputar melaluiporos yang berada di tengah-tengahbatang, seperti pada gambar. Besarkecepatan linier ujung batang adalah6 m/s. Besar energi kinetik rotasibatang itu adalah … .a.15 Jd.60 Jb.30 Je.90 Jc.45 J8.Sistem seperti pada gambar beradadalam kesetimbangan. Besar tegangantali AB adalah … .a.nolb.150 Nc.210 Nd.300 Ne.400 N9.Sistem seperti pada gambar berada dalamkeadaan setimbang. Jika g = 10 m/s2,tegangan tali T dan D adalah … .a.40 N dan 37ob.50 N dan 37oc.50 N dan 45od.50 N dan 53oe.60 N dan 37o10.Perhatikan gambar di samping! JikaAD = 1 m, CD = 0,2 m, massa batangdiabaikan, dan sistem dalam keadaansetimbang, maka harga x adalah … .a.0,15 md.0,30 mb.0,20 me.0,35 mc.0,25 m45o300 NBA30 NT4 kgDABCDFA = 30 NFC = 6 NFD = 12 NxUji Kompetensi Semester 221911.Batang AB homogen panjangnya l,bersandar pada dinding vertikal yanglicin. Jika berat batang w, sudutkemiringan T = 60o dan benda dalamkeadaan seimbang, maka koefisiengesekan antara batang di A denganalasnya pada saat itu adalah ... .a.321d.361b.331e.381c.34112.Suatu bidang datar homogen denganbentuk dan ukurannya seperti gambar.Koordinat titik berat bidang tersebutadalah ... .a.(4,3)d.(5,3)b.(4,4)e.(3,5)c.(3,4)13.Perhatikan gambar-gambar berikut!Benda-benda yang mengalami kesetimbangan labil adalah ... .a.P dan Sd.P, Q, dan Sb.Q dan Se.P, Q, R, dan Sc.Q dan R14.Koordinat titik berat bangun luasseperti gambar di samping adalah ... .a.(8, 8/7)b.(8, 12/7)c.(8, 18/7)d.(8, 26/7)e.(8, 30/7)PRSQy1210840481216xBAwTy10x2212220Fisika XI untuk SMA/MA15.Setengah bola homogen jari-jari r terletakpada lantai mendatar seperti padagambar. Jika bagian bawah dilubangiberupa kerucut yang jari-jari alas dantingginya = r, maka koordinat titik beratbidang tersebut adalah ... .a.r/8d.r/2b.r/6e.2r/3c.r/316.Apabila pipa barometer diganti dengan pipa luas penampangnya dua kalinya,maka pada tekanan udara luar 1 atm, tinggi air raksa dalam pipa adalah ... .a.19 cmd.114 cmb.38 cme.152 cmc.76 cm17.Suatu zat cair mempunyai kerapatan 1.020 kg/m3. Tekanan zat cair akan menjadi101% dari tekanan pada permukaan (tekanan atmosfer = 1,01u105 N/m2),pada kedalaman ... .a.9,8 cmd.10,2 cmb.10,0 cme.100 cmc.10,1 cm18.Sebuah bejana berbentuk seperti padagambar di samping. Maka pernyataanberikut yang tidak benar adalah ... .a.PA > PB > PCb.PA > PD > PCc.PA > PB = PEd.PA > PE > PCe.PA < PB < PC19.Perbandingan jari-jari pengisap kecil dan besar pada pompa hidrolik ialah 1 : 50.Jika berat beban yang diletakkan pada pengisap besar 4u104 N, maka gayaterkecil yang harus dilakukan pada pengisap kecil adalah ... .a.8 Nd.20 Nb.10 Ne.40 Nc.16 N20.Raksa pada bejana berhubunganmempunyai selisih 2 cm (massa jenis= 13,6 g/cm3). Kaki sebelah kiri berisizat cair yang tingginya 25 cm, berartimassa jenis zat cair itu adalah ... .a.800 kg/m3d.1.300 kg/m3b.1.030 kg/m3e.1.360 kg/m3c.1.088 kg/m3CBAED25 cm2 cmraksarrUji Kompetensi Semester 222121.Gambar di samping menunjukkansebuah benda yang terapung pada zatcair yang massa jenisnya 1.200 kg/m3.Bila diketahui bagian A adalah 51 daribenda, maka massa jenis bendatersebut adalah ... .a.600 kg/m3d.1.200 kg/m3b.960 kg/m3e.1.600 kg/m3c.1.000 kg/m322.Gejala di bawah ini yang tidak menunjukkan gejala kapilaritas adalah ... .a.kapur tulis menyerap tintab.air naik pada batang tumbuh-tumbuhanc.minyak naik pada sumbu kompord.naiknya air pada sumur bore.sistem penyerapan zat makanan oleh sel-sel darah kita23.Dua pipa kapiler A dan B dengan perbandingan garis tengah 1 : 2 dimasukkanke dalam air. Kenaikan air di dalam pipa adalah ... .a.1 : 2d.4 : 1b.1 : 4e.4 : 3c.2 : 124.Jika fluida mengalir di dalam sebuah pipa yang diameter dan ketinggianujungnya tidak sama, maka besaran yang konstan adalah ... .a.energi potensiald.kecepatanb.energi kinetike.debitc.tekanan25.Air mengalir melalui pipa yang bentuknyaseperti pada gambar. Bila diketahui luaspenampang di A dua kali penampang diB, maka vvAB sama dengan ... .a.41d.2b.21e.4c.126.Air mengalir di dalam pipa mendatar PQ. Kecepatan air di P dan Q masing-masing 311 m/s dan 3 m/s, jari-jari penampang pipa di P adalah 3 cm. Makajari-jari penampang pipa di Q serta jumlah air yang keluar dari lubang Qselama 1/S menit adalah ... .a.5 cm dan 75 literd.2 cm dan 72 literb.4 cm dan 74 litere.1 cm dan 70 literc.3 cm dan 73 literABvAvB222Fisika XI untuk SMA/MA27.Bak yang luas penampangnya dianggapsangat luas, mula-mula berisi air setinggi4 m. Lubang kebocoran di B yangluas penampangnya 0,8 cm2 berada1,5 m dari dasar bak (g = 9,8 m/s2).Debit air yang mula-mula memancardari lubang B adalah ... .a.5,0 u 10-4 m3/sd.5,6 u 10-4 m3/sb.5,2 u 10-4 m3/se.5,8 u 10-4 m3/sc.5,4 u 10-4 m3/s28.Sebuah pesawat terbang dapat terbang ke angkasa karena … .a.perbedaan tekanan dari aliran-aliran udarab.pengaturan titik berat pesawatc.gaya angkat dari mesin pesawatd.perubahan momentum dari pesawate.berat pesawat lebih kecil daripada berat udara yang dipindahkan29.Massa jenis suatu gas ideal pada suhu T dan tekanan P adalah U. Jika tekanangas dinaikkan menjadi 2P dan suhunya diturunkan menjadi 0,5T, maka massajenis gas adalah ... .a.4Ud.0,25Ub.2Ue.0,12Uc.0,5U30.Sejumlah gas ideal mengalami proses isobarik sehingga pada suhu kelvin menjadidua kali semula, maka volumenya menjadi n kali semula, dengan n adalah ... .a.4d.21b.3e.41c.231.Gas dalam tabung yang suhunya 27 oC dipanaskan pada volume tetap, hinggakecepatan rata-rata partikel gas menjadi dua kali semula. Hal ini menunjukkankenaikkan suhu gas tersebut sebesar ... .a.27 oCd.900 oCb.300 oCe.1.200 oCc.600 oC32.Pada suhu tinggi, gas diatomik dalam ruang tertutup mempunyai energi dalamsebesar ... .a.29nRTd.23nRTb.27nRTe.32nRTc.25nRT1,5 m4 mAirBNext >