Standart
Kompetensi
3.
Menerapkan konsep termodinamika dalam mesin kalor
Kompetensi Dasar
3.2 Menganalisis perubahan keadaan
gas ideal dengan menerapkan hukum termodinamika
Indikator
1.
Mendefinisikan termodinamika
2. Memformulasikan Hukum I Termodinamika
3. Menyebutkan proses-proses termodinamika
4. Menjelaskan hukum II Termodinamika
5. Mendeskripsikan prinsip kerja mesin kalor, mesin pendingin, dan mesin
carnot
TERMODINAMIKA
Ø Definisi Termodinamika
Termodinamika
adalah ilmu yang membahas tentang suhu, kalor, dan usaha mekanik pada gas
(sistem).
Sistem adalah
sejumlah gas yang terdapat dalam wadah tertutup.
Ø
Hukum I Termodinamika
Hukum I
Termodinamika berkaitan dengan hukum kekekalan energi untuk suatu sistem yang
sedang melakukan pertukaran energi dengan lingkungan.
Q =
U + W
Keterangan:
Q = kalor
(Joule)
W = Usaha (J)
Catatan
W positif jika
sistem melakukan usaha (kerja)
W negatif jika
sistem menerima usaha (kerja)
Q positif jika
sistem menerima kalor Q
negatif jika sistem melepas kalor
Ø
Proses-proses Termodinamika
§
Persamaan
keadaan isobarik
§
Usaha
sistem
W = P
V = P (V2 – V1)
Artinya “usaha yang dilakukan sama dengan luas di
bawah grafik P – V yang diarsir”
§
Kalor
sistem
Q =
U + P
V
§
Persamaan
keadaan isokhorik
§
Usaha
sistem
W = 0
Artinya “tidak ada usaha yang dilakukan oleh gas”.
§
Kalor
sistem
Karena
usaha (W = 0) maka:
Q =
U
Isotermik (suhu konstan)
§
Persamaan keadaan isothermik
P V = Konstan
P1 V1 =
P2 V2
§
Usaha
sistem
W = n R T ln
§
Kalor
sistem
Q = W
§
Persamaan
keadaan adiabatik
P1
= P2
dengan
§
Usaha
sistem
W =
(P1 V1 - P2 V2)
§
Kalor
sistem
Karena
kalor (Q = 0) maka:
Artinya “tidak ada kalor yang masuk dan keluar sistem”.
Pada
proses adiabatik lebih curam daripada proses isotermal
1.
Delapan
mol gas ideal dipanaskan pada tekanan tetap sebesar 2 x 105 N/m2,
sehingga volumenya berubah dari 0,08 m3 menjadi 0,1 m3.
Jika gas mengalami perubahan energi dalam gas sebesar 1.500 J, berapakah kalor
yang diterima gas tersebut? (5.500 J)
2.
Gas dipanaskan pada
tekanan tetap 2 x 105 Pa sehingga volumenya berubah dari 2 m3
menjadi 6 m3 seperti grafik di bawah. Hitung besar usaha yang
dilakukan oleh gas.(8 x 105
J)
1. Suatu sistem mengalami proses isobarik, pada sistem
dilakukan usaha sebesar 100 J. Jika kalor yang diserap sistem adalah 150 J.
Berapakah perubahan energi dalam sistem?
2. Suatu gas yang volumenya 0,4 m3 perlahan-lahan
dipanaskan pada tekanan tetap hingga volumenya menjadi 0,8 m3. Jika
usaha luar gas tersebut adalah 2 x 105 J, maka tekanan gas
adalah.....
a. 5 x 105 Pa c.
2 x 105 Pa e.
105 Pa
b. 5 x 104 Pa d.
2 x 104 Pa
3.
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
d. Usaha netto gas dalam satu siklus
Ø
Hukum II Termodinamika
Hukum
II Termodinamika dapat dinyatakan sebagai berikut:
§
Tidak mungkin membuat mesin kalor yang dapat menyerap kalor dari
reservoir panas dan mengubah seluruhnya menjadi usaha.
§
Tidak mungkin membuat mesin pendingin yang dapat menyerap kalor dari
reservoir bersuhu
rendah dan membuangnya ke reservoir bersuhu tinggi tanpa
bantuan usaha dari luar.
Ø
Mesin Kalor, Mesin Pendingin, dan Siklus Karnot
Mesin Kalor
Aliran
kalornya dari reservoir bersuhu tinggi ke reservoir bersuhu rendah dengan
menghasilkan usaha.
Kalor
yang digunakan mesin adalah:
W = Q1 – Q2
Efisiensi
mesin kalor adalah perbandingan antara usaha yang dilakukan W dengan kalor yang
diserap Q1 (suhu tinggi).
Persamaan
efisiensi mesin kalor yaitu:
Mesin Pendingin
Koefisien
daya guna (kinerja) mesin pendingin adalah perbandingan antara kalor yang
dipindahkan dari reservoir bersuhu rendah Q2 terhadap usaha yang
dibutuhkan W.
Persamaan
koefisien daya guna, yaitu:
Siklus Karnot
§
Siklus
adalah gabungan beberapa proses untuk kembali ke keadaan awal dan terjadi terus
menerus
§
Siklus karnot
adalah siklus termodinamika yang ideal yang terdiri atas dua proses isotermik
dan dua proses adiabatik
§
Mesin
yang menggunakan siklus karnot adalah mesin carnot, yaitu mesin ideal yang
mempunyai efisiensi maksimum
§
Siklus
karnot hanya merupakan siklus teoritik saja. Penggambaran perubahan kalor
menjadi usaha pada mesin carnot.
§
Persamaan
efisiensi mesin carnot dalam Q1 dan Q2 sama persis dengan
efisiensi mesin kalor yang telah dinyatakn sebelumnya yaitu:
§
Pada
siklus karnot berlaku hubungan
sehingga efisiensi mesin carnot dalam suhu
mutlak yaitu:
Keterangan:
Q1
= kalor yang diserap (J) Q2
= kalor yang dilepas (J)
T1
= suhu pada reservoir bersuhu tinggi (K)
T2
= suhu pada reservoir bersuhu rendah (K)
|
Apa bedanya mesin
kalor sama mesin carnot ya?
§ Mesin kalor merupakan mesin yang
sebenarnya, yaitu mesin yang digunakan di dalam kehidupan nyata.
§ Mesin carnot merupakan mesin ideal
yang hanya ada di dalam teori.
|
Contoh Soal
1. Sebuah mesin menerima kalor sebesar 2.500 kalori dan
kerja yang dapat dilakukan hanya sebesar 1.000 kalori, maka efisiensi mesin
tersebut? (40%)
2. Mesin carnot dengan suhu T1 = 600 K dan T2
= 300 K, kalor yang diterima dari T1 adalah 5.000 J, maka berapa
efisiensi mesin? (50%)
Kaji Soal
1. Sebuah mesin mempunyai efisiensi 25%, dan mesin tersebut
menerima kalor sebesar 10 kalori. Maka usaha yang dilakukannya adalah?
a. 1, 5 kalori c.
3, 5 kalori e. 5,
5 kalori
b. 2, 5 kalori d.
4, 5 kalori
a. 300 J c.
600 J
b. 400 J d.
700 J
c. 500 J
3. Sebuah mesin carnot menerima 2.000 J dari reservoir panas
dan melepas 1.750 J pada reservoir dingin. Dengan demikian efisiensi mesin
tersebut adalah......
a. 6,25% c.
12,5% e.
87,5%
b. 10% d.
25%
4. Sebuah mesin carnot yang menggunakan reservoir suhu
tinggi 727 oC mempunyai efisiensi 30%. Maka reservoir suhu rendahnya
adalah?
a. 327 oC c.
417 oC e.
509 oC
b. 373 oC d.
427 oC
KAJI SOAL UN
1.
Perhatikan
faktor-faktor yang dialami gas ideal berikut ini!
(2) Terjadi perubahan energi dalam (3) suhu tetap
(3) Volume tetap (4)
tidak melakukan usaha
Yang terjadi pada proses isotermik
adalah..... (UN)
a.
(1) saja c.
(3) saja e.
(2) dan (4)
b.
(2) saja d.
(1) dan (3)
2.
Sejumlah gas
ideal menjalani proses isotermik sehingga tekanan menjadi 2 kali tekanan semula
maka volumenya menjadi.... (UN)
a. 4 kali semula c.
½ kali semula e. tetap
b. 2 kali semula d.
¼ kali semula
3.
Suatu gas ideal dalam ruang tertutup mengalami proses isokhorik sehingga:
(1) Volume tetap (3)
tekanannya berubah
(2) Suhunya berubah (4) gas melakukan usaha
Pernyataan yang benar adalah..... (UN)
a.
(1), (2), (3) dan (4) c.
(2) dan (3) e. (3)
dan (4)
b.
(1), (2) dan (3) d.
(2) dan (4)
4.
Mesin carnot bekerja pada suhu tinggi 600 K untuk menghasilkan kerja
mekanik. Jika mesin menyerap kalor 600 J dengan suhu rendah 400 K, usaha yang
dihasilkan adalah.... (UN)
a.
120 J c.
135 J e.
200 J
b.
124 J d.
148 J
5.
Perhatikan
grafik P-V untuk mesin Carnot seperti gambar.
Jika mesin memiliki efisiensi 57 % maka banyaknya
panas yang dapat diubah menjadi usaha adalah… (UN Fisika 2008)
a. 0,57 Q1 c. 0,32 Q1 e. 0,21 Q1
b. 0,37 Q1 d. 0,27 Q1
6. Mesin Carnot bekerja pada suhu tinggi
600 K, untuk menghasilkan kerja mekanik. Jika mesin menyerap kalor 600 J dengan
suhu rendah 400 K, maka usaha yang dihasilkan adalah.... (UN Fisika 2009)
a. 120 J c.
135 J e.
200 J
b. 124 J d.
148 J
7.
Perhatikan grafik P – V
mesin Carnot di samping!
Jika kalor yang diserap (Q1) =10.000 joule maka besar usaha yang dilakukan mesin Carnot adalah ... (UN Fisika 2009)
Jika kalor yang diserap (Q1) =10.000 joule maka besar usaha yang dilakukan mesin Carnot adalah ... (UN Fisika 2009)
a. 1.500 J c. 5000 J e. 8000 J
b. 4.000 J d. 6000 J
ü
Banun,
Choirul dan Supriyana. 2013. FRESH UPDATE
TOP NO 1. FISIKA SMA/MA (Kelas 1, 2, 3). Jakarta. Wahyumedia.
Tata Cara Download
- Masuk pada postingan
- Lihat dibagian bawah tempat download yang di sediakan
- Makan akan masuk kedalam safelink-niszk
- tunggu sekitar 10 detik
- Maka akan langsung redirect ke link download tersebut.
