Soal dan Pembahasan UPM 7.1 Termodinamika

 

Uji Prestasi Mandiri 7.1 Termodinamika

Soal Nomor 1
Petunjuk :

• Pada hukum pertama termodinamika berlaku persamaan $Q = W + \Delta U$.
• Dalam persamaan hukum pertama termodinamika ada aturan tanda positif dan negatif pada masing-masing besaran.
• Jika sistem menerima kerja maka nilai usahanya berharga negatif, begitu pula sebaliknya.
• Pada besaran kalor, jika sistem menerima kalor, maka nilai Q berharga positif.
• Usaha memiliki satuan SI berupa Joule. 1 kJ = 1000 J.

Suatu gas tertutup menyerap kalor 1,5 kJ. Jika gas juga dikenai usaha sebesar 2,5 kJ, maka berapakah perubahan energi dalamnya?

Diketahui :
$Q = 1,5 \ kJ = 1500 \ J$
$W = - 2,5 \ kJ = -2500 \ J$
 
Ditanya :
$\Delta \ U$ = ...?

Jawab :
$$\begin{aligned} \Delta U &= Q - W \\ &= 1500 - (-2500) \\ &= 4000 \ J \\ 7&= 4 \ kJ \end{aligned}$$

Soal Nomor 2
Petunjuk :

• Hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa jumlah kalor pada suatu sistem sama dengan perubahan energi dalam sistem tersebut ditambah usaha yang dilakukan oleh sistem.
• Dari pernyataan tersebut, maka berlaku persamaan Hukum I Termodinamika adalah $Q = W + \Delta U$.
• Dalam persamaan hukum pertama termodinamika ada aturan tanda positif dan negatif pada masing-masing besaran.
• Jika sistem melakukan kerja maka nilai usahanya berharga positif, begitu pula sebaliknya.
• Energi dalam pada sitem mengalami penambahan, sehingga berharga positif.
• Kalor memiliki satuan SI berupa Joule. 1 J = 0,001 kJ.

Seorang pekerja berat melakukan kerja sebesar $1,8 \times 10^5$ Joule. Jika orang tersebut diberi kalor sehingga energi didalamnya bertambah $1,2 \times 10^4$ Joule, maka tentukan besar kalor yang diberikan?

Diketahui :
$W = 1,8 \times 10^5 \ Joule$
$\Delta U = 1,2 \times 10^4 \ Joule$

Ditanya :
$Q$ = ...?

Jawab :
$$\begin{aligned} Q &= W + \Delta U \\ &= 1,8 \times 10^5  + 1,2 \times 10^4 \\ &= 1,8 \times 10^5  + 0,12 \times 10^5 \\ &= (1,8 + 0,12) \times 10^5 \\ &= 1,92 \times 10^5 \ Joule \\ &= 192 \ kJ \end{aligned}$$

Baca Juga :

Soal Latihan 7.1 s.d 7.4
Soal Latihan 7.5 s.d 7.7
Soal Latihan 7.8 s.d 7.9
Uji Prestasi Mandiri 7.1
Soal Latihan 7.10 s.d 7.12
Soal Latihan 7.13 s.d 7.14

Soal Nomor 3
Petunjuk :

• Persamaan hukum I Termodinamika adalah, $Q = W + \Delta U$, sehingga untuk menghitung energi dalamnya dapat menggunakan persamaan $\Delta U = Q - W$.
• Jika sistem menyerap kalor, maka nilai $Q$ nya berharga positif.
• Pada saat sistem melakukan usaha, nilai usahanya ($W$) berharga positif juga.
• Harga negatif pada energi dalam menunjukkan bahwa pada sistem suhunya mengalami penurunan.

Suatu sistem menyerap kalor 1200 Joule dari lingkungannya. Pada saat yang sama, sistem melakukan usaha 1500 Joule pada lingkungannya. Berapakah perubahan energi dalamnya?

Diketahui :
$Q = 1200 \ Joule$
$W = 1500 \ Joule$

Ditanya :
$\Delta U$ = ...?

Jawab :
$$\begin{aligned} \Delta U &= Q - W \\ &= 1200 - 1500 \\ &= -300 \ Joule \end{aligned}$$

Soal Nomor 4
Petunjuk :

• Persamaan hukum I Termodinamika adalah, $Q = W + \Delta U$, sehingga untuk menghitung energi dalamnya dapat menggunakan persamaan $\Delta U = Q - W$.
• Jika sistem menyerap kalor, maka nilai $Q$ nya berharga positif.
• Pada saat sistem melakukan usaha, nilai usahanya ($W$) berharga positif, sedangkan jika sistem dilakukan usaha maka usahanya bernilai negatif.

Dua gas ideal mempunyai energi dalam mula-mula sama besar. Pada masing-masing gas tersebut dialirkan panas sebesar 350 joule. Jika gas pertama dilakukan kerja sebesar 400 joule dan gas kedua melakukan kerja sebesar 200 joule, maka berapakah selisih peruahan energi dalam gas pertama dengan gas kedua?

Diketahui :
$Q_1 = Q_2 = 350 \ J$
$W_1 = -400 \ J$
$W_2 = 200 \ J$

Ditanya :
${\Delta U}_1 - {\Delta U}_2$ = ...?

Jawab :
$$\begin{aligned} {\Delta U}_1 &= Q_1 - W_1 \\ &= 350 - (-400) \\ &= 350 + 400 \\ &= 750 \ J \\ \\ {\Delta U}_2 &= Q_2 - W_2 \\ &= 350 - 200 \\ &= 150 \ J \\ \\ {\Delta U}_1 - {\Delta U}_2 &= 750 - 150 \\ &= 600 \ J \end{aligned}$$

Soal Nomor 5
Petunjuk :

• Gas melakukan usaha, menunjukkan bahwa besar usahanya berharga positif.
• Energi dalam pada sistem bertambah, sehingga $\Delta U$ nya berharga positif juga.
• Untuk menghitung besar kalor, maka dapat menggunakan persamaan hukum I Termodinamika, yaitu $Q = W + \Delta U$
• besar kalor berharga positif, menunjukkan sistem menyerap kalor.
• untuk menghitung kapasitas kalor, dapat menggunakan persamaan kalor yaitu $Q = C \cdot \Delta T$ atau $C = \frac{Q}{\Delta T}$.

Setelah menyerap kalor, sejumlah gas melakukan usaha sebesar $3 \times 10^5 \ J$ dan energi dalamnya bertambah $1,5 \times 10^5 \ J$. Jika suhu gas berubah sebesar $90^{\circ} \ C$, maka hitunglah kapasitas kalor gas tersebut.

Diketahui :
$W = 3 \times 10^5 \ J$
$\Delta U = 1,5 \times 10^5 \ J$
$\Delta T = 90^{\circ} \ C\ = 90 \ K$

Ditanya :
$C$ = ...?

Jawab :
$$\begin{aligned} Q &= W + \Delta U \\ &= 3 \times 10^5 + 1,5 \times 10^5 \\ &= 4,5 \times 10^5 \ J \\ \\ C &= \frac{Q}{\Delta T} \\ &= \frac{1,5 \times 10^5}{90} \\ &= 5 \times 10^3 \ J/K \\ \end{aligned}$$