A. Usaha pada Proses isobaric B. Usaha pasa isothermal c.Usaha pada Proses Isokhorik D.Usaha pada Proses Adiabatik E.Salah Semua
(Sumber Soal : UN Fisika 2009 P04 No. 18) η = ( 1 − Tr / Tt ) x 100 % Hilangkan saja 100% untuk memudahkan perhitungan :
Usaha yang dilakukan gas helium pada proses ABC sebesar…. (Sumber Soal : UN Fisika 2010 P04 No. 17) WAC = 0 + (2 x 105)(3,5 − 1,5) = 4 x 105 = 400 kJ
(Sumber Soal : UMPTN 1995) V2 = ( V1/T1 ) x T2 = ( 1,5/300 ) x 360 = 1,8 m3 W = PΔV = 2 x 105(1,8 − 1,5) = 0,6 x 105 = 60 x 103 = 60 kJ Jawablah pertanyaan dibawah ini!
a. Usaha pada Proses Isotermal Proses isotermal adalah suatu proses perubahan keadaan gas pada suhu tetap. b. Usaha pada Proses isobarik Proses isobarik adalah proses perubahan keadaan sistem pada tekanan konstan. c. Usaha pada Proses Isokhorik Proses isokhorik adalah proses perubahan keadaan sistem pada volume konstan. d. Usaha pada Proses Adiabatik Proses adiabatik adalah suatu proses perubahan keadaan gas di mana tidak ada kalor (Q) yang masuk atau keluar dari sistem (gas).
Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 1Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7 THERMODINAMIKA FISIKA KELAS XI PENYUSUN SUDIRO SMA Negeri 83 Jakarta@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 2Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7 DAFTAR ISIPENYUSUN ............................................................................................................................................. 2DAFTAR ISI ............................................................................................................................................ 3GLOSARIUM ........................................................................................................................................... 4PETA KONSEP....................................................................................................................................... 2PENDAHULUAN ................................................................................................................................... 3A. Identitas Modul........................................................................................................... 3B. Kompetensi Dasar....................................................................................................... 3C. Deskripsi Singkat Materi ............................................................................................ 3D. Petunjuk Penggunaan Modul...................................................................................... 3E. Materi Pembelajaran ................................................................................................... 4KEGIATAN PEMBELAJARAN 1 ....................................................................................................... 5USAHA, HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA DAN KAPASITAS PANAS ................... 5A. Tujuan Pembelajaran .................................................................................................. 5B. Uraian Materi.............................................................................................................. 5C. Rangkuman ............................................................................................................... 12D. Penugasan Mandiri ................................................................................................... 15E. Latihan Soal .............................................................................................................. 15F. Penilaian Diri ............................................................................................................ 17KEGIATAN PEMBELAJARAN 2 .....................................................................................................18HUKUM TERMODINAMIKA KEDUA, SIKLUS CARNOT DAN ENTROPI.........................18A. Tujuan Pembelajaran ................................................................................................ 18B. Uraian Materi............................................................................................................ 18C. Rangkuman ............................................................................................................... 24D. Penugasan Mandiri ................................................................................................... 25E. Latihan Soal .............................................................................................................. 25F. Penilaian Diri ............................................................................................................ 28EVALUASI .............................................................................................................................................29DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................................34@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 3Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7 GLOSARIUMIsokhorik : Suatu proses perubahan keadaan gas di mana tidak adaIsothermal perubahan volume (volume konstan)IsobarikAdiabatik : Suatu proses perubahan keadaan gas di mana tidak adaEnergi perubahan suhu (suhu konstan)Energi dalam : Suatu proses perubahan keadaan gas di mana tidak adaKapasitas Kalor perubahan volume (tekanan konstan)Thermodinamika : Suatu proses perubahan keadaan gas tanpa ada tenaga yang masuk atau yang keluar sistem : Kemampuan untuk melakukan usaha : Jumlah energi (energi kinetik translasi, rotasi dan vibrasi serta energi potensial listrik) yang dimiliki oleh seluruh molekul gas dalam wadah tertentu. : Kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat sebesar 1 kelvin. : cabang ilmu fisika yang mempelajari hukum-hukum dasar dan membahas konversi energi termal menjadi usaha yang bermanfaat@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 4Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7 PETA KONSEP@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 2Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7 PENDAHULUANA. Identitas ModulMata Pelajaran : FisikaKelas : XIAlokasi Waktu : 12 JPJudul Modul : TermodinamikaB. Kompetensi Dasar 3. 7 Menganalisis perubahan keadaan gas ideal dengan menerapkan Hukum Termodinamika 4.7 Membuat karya/model penerapan Hukum I dan II Termodinamika dan makna fisisnyaC. Deskripsi Singkat Materi Apa kabar peserta didik Indonesia yang hebat, selamat bertemu kembali dalam Modul Pembelajaran kali ini. Semoga kalian selalu sehat, tetap semangat, dan tidak mudah menyerah dalam menghadapi segala kesulitan. Percalyaah bahwa kesulitan yang kalian hadapi akan semakin memperkuat diri kalian untuk menjadi genenerasi hebat dan unggul dalam segala hal. Tahukah kalian bahwa belajar Fisika merupakan salah satu pembiasan agar kalian bisa menyelesaikan permasalahan-permasalahan makro dan mikro. Betapa hebatnya Pelajaran Fisika ini. Karena dengan ilmu Fisika banyak misteri baru terungkap yang selama ini seolah- olah menjadi rahasia Sang Pencipta. Itulah sebabnya kita sebagai makhluk harus tetap tunduk pada aturan sang pencipta. Pada modul Fisika kali ini akan diungkap hal-hal yang berhubungan dengan Termodinamika yang mencakup : usaha, hukum-hukum termodinamika, kapasitas kalor, entropi, proses pada mesin kalor. Sebelum mempelajari modul kali ini ada pra syarat yaitu Anda harus sudah memahami dan menguasai modul sebelumnya tentang Teori Kinetik Gas. Banyak sekali manfaat yang diperoleh dari pelajaran atau materi tentang Termodinamika dalam kehidupan sehari-hari, dari lokomotif ketel uap sampai alat pendingin. Itulah sebabnya bahwa materi Termodinamika menjadi bagian yang penting untuk dipelajari dan dibuatkan Modul pembelajaran.D. Petunjuk Penggunaan Modul Agar kalian bisa memahami modul ini secara tuntas, maka bacalah modul ini secara runut dengan langkah-langkah sebagai berikut : 1. Baca Glosarium pada modul supaya paham kata kunci dan istilah-istilah yang akan digunakan dalam modul. 2. Pelajari dan pahami peta materi yang disajikan dalam setiap modul untuk memberikan gambaran awal apa yang akan dipelajari. 3. Pelajari dan pahami tujuan yang tercantum dalam setiap kegiatan pembelajaran.@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 3Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7 4. Pelajari uraian materi secara sistematis dan mendalam dalam setiap kegiatan pembelajaran, diulangi lagi membacanya sampai benar-benar paham. 5. Untuk mengingat kembali materi secara ringkas maka baca rangkuman sebelum mengerjakan Uji Kompetensi. 6. Lakukan uji kompetensi di setiap akhir kegiatan pembelajaran untuk mengetahui tingkat penguasaan materi. 7. Lakukan Penilaian diri sendiri tentang penguasaan materi modul dengan jujur 8. Jika sudah paham lanjutkan pertemuan berikutnya. 9. Kerjakan soal-soal evaluasi untuk mengukur ketuntasan belajar menggunakan modul ini.E. Materi Pembelajaran Modul ini terbagi menjadi 2 kegiatan pembelajaran dan di dalamnya terdapat uraian materi, contoh soal, soal latihan dan soal evaluasi Kegiatan Pertama dilakukan 8 jam pelajaran dan Kegiatan Kedua 4 Jam Pelajaran. Pertama : Usaha, Hukum Pertama Termodinamika, dan Kapasitas Kalor Kedua : Hukum Termodinamika Kedua, siklus Carnot dan Entropi@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 4Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7 KEGIATAN PEMBELAJARAN 1USAHA, HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA DAN KAPASITAS PANASA. Tujuan Pembelajaran Setelah kegiatan pembelajaran 1 ini Anda diharapkan dapat : 1. Memahami pengertian Usaha oleh sistem. 2. Menganalisis usaha tekanan tetap 3. Menganalisis usaha pada suhu tetap 4. Menganalisis usaha pada Volume tetap 5. Menganalisis proses adiabatik 6. Menganalisis Hukum Pertama Termodinamika 7. Menganalisis kapasitas kalorB. Uraian Materi Termodinamika adalah cabang fisika yang mempelajari hukum-hukum dasar dan membahas konversi energi termal menjadi usaha yang bermanfaat. Dalam termodinamika, kumpulan benda-benda yang diperhatikan disebut sistem, sedangkan semua yang ada disekitar sistem disebut lingkungan.UsahaKita sudah mempelajari tentang usaha pada semester lalu. Apabila melakukan usaha padasuatu sistem, maka kita memindahkan tenaga kita ke sistem. Sekarang kita akanmembahas usaha pada gas.Perhatikan Gambar (1) sebuah tabung yang terpasang dengan rapat, tutup tabung bisadigeser, kita asumsikan tidak ada gesekan. Tabung berisi gas. Bila tutup tabung kita gerakkanmaka volume akan berubah, tekanan atau suhu, atau keduanya akan berubah, sesuai denganpersamaan keadaan gas. Begitu juga dengan gambar tabung di atas. Jika diberi kalor daribawah maka suhunya berubah. Tutupds Tabung atau Piston yang bisa digeser Gambar 1 Sebuah tabung yang diisi gas. Luas piston atau penghisap adalah A. Piston dapat bergeser sebesar ds. ds bisa ke atas atau ke bawah. Tekanan dalam tabung dapat menggerakkan pistonApabila diatur suhunya dengan cara dipanasi, maka tekanan semakin tinggi dan gas akanmengembang secara perlahan serta memberikan tekanan pada tutup tabung. Gaya yangdiberikan gas pada tutup tabung adalah PA, dengan A adalah luas tutup. Jika tutup bergesersejauh ds maka usaha yang dilakukan gas pada tutup yaitu dW adalah: dW = Fds = PAdx = PdV@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 5Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7 Dari persamaan gas kita tahu perubahan P akan diikuti V atau T atau keduanya. Demikian juga perubahan V akan diikuti perubahan T, V atau keduanya. Kita bisa mengatur agar salah satu dari besaran V, P atau T konstan. Kita bisa mengetahui keadaan gas dengan mengetahui dua besaran. Misalkan kedua besaran itu adalah P dan V, maka kita dapat menyatakan keadaan gas dengan diagram P berbanding V. Tiap titik pada diagram menyatakan keadaan tertentu dari gas. Bila proses terjadi pada tekanan tetap kita bisa mencari usaha yang dilakukan gas menggunakan Persamaan (1), bila proses terjadi tidak pada tekanan konstan maka usaha adalah luasan daerah di bawah diagram PV. Proses Termodinamika Gas yang berada dalam ruang tertutup dapat diubah keadaanya dengan melalui beberapa proses, yang disebut proses termodinamika, yaitu : 1. Proses Isobarik Yaitu proses yang berlangsung pada tekanan tetap (tekanan sama). Grafik tekanan gas (P) terhadap volume (V) adalah sebagai berikut : P (Pa) P V1 V2 V (m3) Dari grafik di atas pada tekanan yang sama (P1 = P2), volume gas berubah dari V1 menjadi V2. Usaha yang dilakukan gas pada proses isobar adalah : W = P.V = P.(V2 – V1) W = n.R.(T2 – T1) W = luas daerah yang diarsir Karena tekanan sama dan suhu berubah dari T1 menjadi T2, maka berlaku hukum Charles : W = usaha gas (J) P = tekanan gas (Pa) V1 = volume gas mula-mula (m3) V2 = volume gas akhir (m3) T1 = suhu gas mula-mula (K) T2 = volume gas akhir (K)@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 6Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7 2. Proses Isovolume (isokhorik) Yaitu proses yang berlangsung pada volume tetap (volume sama). Grafik tekanan gas (P) terhadap volume (V) adalah sebagai berikut : P (Pa) P2 P1 V V (m3)Dari grafik di atas pada volume yang sama (V1 = V2), tekanan gas berubah dari P1 menjadiP2. Usaha yang dilakukan gas pada proses isovolume adalah sama dengan nol. W = P.V = P.(V2 – V1) = 0Karena tekanan sama dan suhu berubah dari T1 menjadi T2, maka berlaku hukum Gay-Lussac : 1 = 2 1 2 P1 = tekanan gas mula-mula (m3) P2 = tekanan gas akhir (m3) T1 = suhu gas mula-mula (K) T2 = volume gas akhir (K)3. Proses Isotermik Yaitu proses yang berlangsung pada suhu tetap (suhu sama). Grafik tekanan gas (P) terhadap volume (V) adalah sebagai berikut : P (Pa)P1P2 V2 V (m3) V1@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 7Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7 Dari grafik di atas pada suhu yang sama (T1 = T2), volume gas berubah dari V1 menjadi V2 dan tekananya berubah dari P1 menjadi P2. Usaha yang dilakukan gas pada proses isothermal adalah : W = nRT ln ( ) n = mol R = tetapan gas umum R = 8314 J/kmoloK =8,314 J/moloK = 0,082 liter.atm/moloK) T = suhu gas (K) Sesuai dengan persamaan gas umum bahwa nilai : n.R.T = P.V Karena tekanan sama dan suhu berubah dari T1 menjadi T2, maka berlaku hukum Boyle :4. Proses Adiabatik Yaitu proses perubahan keadaan gas dimana tidak ada kalor yang masuk maupun kalor yang keluar dari sistem (Q = 0). Grafik tekanan gas (P) terh adap volume (V) adalah sebagai berikut : P (Pa) PP2 VV VDari grafik di atas pada suhu yang sama (T1 = T2), volume gas berubah dari V1 menjadiV2 dan tekananya berubah dari P1 menjadi P2. Usaha yang dilakukan gas pada prosesisothermal adalah : W= n.R.(T1-T2) W= atauKarena tekanan sama dan suhu berubah dari T1 menjadi T2, maka berlaku hukumPoisson : atau 8 = tetapan laplace.@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMENModul Fisika Kelas XI KD. 3.7Contoh Soal :1. 4 liter gas ideal pada tekanan 2 atm dipanaskan sehingga volumenya mengembang dengan tekanan konstan sampai mencapai 6 l. Berapa usaha yang dilakukan oleh gas?Penyelesaian :Diketahui : P1 = 2 atm, V2 = 6 l Usaha untukV = 4 l, Tekanan TetapJawab : W = P.Δ VUsaha pada tekanan konstanW = P.Δ VW= 2. (6-4)W= 4 atm.l2. Sebuah sistem terdiri atas 4 kg air pada suhu 73 °C, 30 kJ usaha dilakukan pada sistem dengan cara mengaduk, dan 10 kkal panas dibuang. (a) Berapakah perubahan tenaga internal sistem? (b) Berapa temperatur akhir sistem? Penyelesaian : Diketahui :m = 4 kg, T1 = 73° C = 273 + 73 = 346 K 1 kal = 4,2 jouleJawab : Kalian masih ingat tentangUsaha yang dilakukan W = -30 kJ, kalor yang keluar kalor yang diperlukan untukQ = -10 kkal mengubah suhu sistem bukan? Q = mcΔT = -10 . 4,2 kJ = -42,0 kJ.Tenaga internal sistem adalah :ΔU = Q - W = -42,0 kJ + 30 kJ = - 12 kJQ = mcΔTKarena Q bernilai negatif maka suhu menjadi turun.ΔT = 11,8 kJ/((4,18kJ/kg°C)(1,5)) = 1,88°Jadi, suhu akhir sistem adalah 73 - 1,88 = 71,12 °CHukum Pertaman TermodinamikaHukum pertama termodinamika sebenarnya adalah kekekalan tenaga yang menghubungkanantara usaha yang dilakukan pada sistem,panas yang ditambahkan atau dikurangkan, dantenaga dalam sistem.Hukum pertama termodinamika menyatakan:Panas yang ditambahkan pada suatu sistem sama dengan perubahan energiinternal sistem ditambah usaha yang dilakukan oleh sistem.Jika usaha dilakukan oleh sistem pada lingkungan misalkan gas mengembang sehinggavolume tabung membesar maka usaha W bertanda positif (+). Jika usaha dilakukan padasistem, misalkan volume mengecil maka dilakukan usaha pada sistem atau W bertandanegatif (-). Jika positif artinya panas diberikan kepada sistem, Q bertanda negatif jika panaskeluar dari sistem.@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 9Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7Kita telah mempelajari berbagai proses dan usaha tiap proses. Untuk proses isobarik usahayang dilakukan gas adalah maka hukum termodinamika pertama menjadi:Pada proses isothermik usaha yang diakukan gas adalah karena suhukonstan maka energi dalamsistem juga konstan atau ΔU = 0. Hukum termodinamika pertama menjadi:Pada proses isokhorik,usaha yang dilakukan gas adalah nol, maka Q = ΔU. Dengan demikiansemua kalor yang masuk digunakan untuk menaikkan tenaga dalam sistem.Kapasitas Kalor GasKapasitas kalor merupakan kemampuan gas untuk menyerap atau melepas kalor tiap satuansuhu. Jadi kapasitas kalor adalah jumlah kalor yang diperlukan (Q) untuk menaikkan suhugas (T) sebesar 1 Kelvin. C=C = kapasitas kalor (J/K)Q = kalor (J)T = perubahan suhu (K)Kapasitas kalor gas monoatomik1. Kapasitas Kalor pada volum tetap (Cv) Pada volume tetap V = 0 atau W = 0, sehingga Q = 3 nRT 2 Jadi : CV = =2. Kapasitas Kalor pada tekanan tetap (Cp) Pada tekanan tetap W = P.V = n.R.T dan U = 3 nRT , sehingga : 2 Q = U + W Q = 3 nRT + nRT 2 Q = 5 nRT 2 Cp = =@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 10Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7 Hubungan antara Cv dan Cp adalah : Cp – Cv = n.R danCp = kapasitas kalor pada tekanan tetap (J/K)Cv = kapasitas kalor pada volume tetap (J/K) = tetapan LaplaceKapasitas kalor gas diatomikKapasitas kalor untuk gas diatomik dan poliatomik tergantung pada derajat kebebasan.• pada suhu rendah ( 250oC) Cv = dan Cp =• pada suhu sedang ( 500oC) Cv = dan Cp =• pada suhu rendah ( 1000oC) Cv = dan Cp =Oleh karena itu, tetapan Laplace untuk gas monoatomik dan diatomik adalah :• untuk gas monoatomik = Cp = 5 = 1,67 Cv 3• untuk gas diatomik = Cp = 7 = 1, 4 Cv 5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 11Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7C. Rangkuman 1. Termodinamika adalah cabang fisika yang mempelajari hukum-hukum dasar dan membahas konversi energi termal menjadi usaha yang bermanfaat. 2. Kumpulan benda-benda yang diperhatikan disebut sistem, sedangkan semua yang ada disekitar sistem disebut lingkungan.3. Gas yang berada dalam ruang tertutup dapat diubah keadaanya dengan melalui beberapa proses, yang disebut proses termodinamika.4. Proses Isobarik Yaitu proses yang berlangsung pada tekanan tetap . Usaha yang dilakukan gas pada proses isobar adalah : W = P.V = P.(V2 – V1) W = n.R.(T2 – T1) W = luas daerah yang diarsirdan berlaku :5. Proses Isovolume (isokhorik) Yaitu proses yang berlangsung pada volume tetap Usaha yang dilakukan gas pada proses isovolume adalah sama dengan nol. W = P.V = P.(V2 – V1) = 0Dan berlaku6. Proses Isothermal Yaitu proses yang berlangsung pada suhu tetap Usaha yang dilakukan gas pada proses isothermal adalah : W = n.R.T.LnDan berlaku@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 12Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7 7. Proses Adiabatik Yaitu proses perubahan keadaan gas dimana tidak ada kalor yang masuk maupun kalor yang keluar dari sistem (Q = 0). Usaha yang dilakukan gas momoatomik pada proses isothermal adalah : W = n.R.(T1-T2) atau W=dan berlaku : atau = tetapan laplace.8. Hukum Pertama TermodinamikaPada proses isotermik usaha yang diakukan gas adalah karena U = 0, makaQ =W. Pada proses isokhorik, usaha yang dilakukan gas adalah nol, maka Q = ΔU. Dengandemikian semua kalor yang masuk digunakan untuk menaikkan tenaga dalam sistem. Padaproses adibatik tidak terjadi pertukaran kalor (Q = 0), maka U = - W9. Kapasitas kalor merupakan kemampuan gas untuk menyerap atau melepas kalor tiap satuan suhu. Jadi kapasitas kalor adalah jumlah kalor yang diperlukan (Q) untuk menaikkan suhu gas (T) sebesar 1 Kelvin. C=10. Tetapan Laplace untuk gas monoatomi dan diatomik adalah :• untuk gas monoatomik • Untuk gas diatomik = Cp = 5 = 1,67 = Cp = 7 = 1, 4 Cv 3 Cv 5@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 13Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7Contoh Soal1. Sebanyak 4 liter gas ideal pada tekanan 2 atm dipanaskan sehingga volumenya mengembang dengan tekanan konstan sampai mencapai 6 l. Berapa usaha yang dilakukan oleh gas?Penyelesaian :Diketahui : Usaha untuk Tekanan TetapV = 4 l, P1 = 2 atm, V2 = 6 l W = P.Δ VJawab :Usaha pada tekanan konstanW = P.Δ VW= 2. (6-4)W= 4 atm.l2. Sebuah sistem terdiri atas 4 kg air pada suhu 73 °C, 30 kJ usaha dilakukan pada sistem dengan cara mengaduk, dan 10 kkal panas dibuang. (a) Berapakah perubahan tenaga internal sistem? (b) Berapa temperatur akhir sistem?Penyelesaian : 1 kal = 4,18 JDiketahui : Kalian masih ingat tentang kalor yang diperlukan untukm = 4 kg, T1 = 73° C = 273 + 73 = 346 K mengubah suhu sistem bukan? QJawab :Usaha yang dilakukan W = -30 kJ, kalor yang keluar = mcΔTQ = -10 kkal = -10 . 4,18 kJ = -41,8 kJ.Tenaga internal sistem adalah :ΔU = Q - W = -41,8 kJ + 30 kJ = -11,8 kJQ = mcΔTKarena Q bernilai negatif maka suhu menjadi turun.ΔT = 11,8 kJ/((4,18kJ/kg°C)(1,5))= 1,88°Jadi, suhu akhir sistem adalah 73 - 1,88 = 71,12 °C@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 14Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7D. Penugasan Mandiri Setelah mempelajari hukum pertama termodinamika, Anda tidak boleh puas sebelum mengetahui penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. Coba perhatikan gambar berikut ! Termos Gambar 2. Thermos yang dapat menyimpan air panas Dirumah Anda pasti ada termos atau alat untuk menyimpan air panas. Jika termos diisi air panas dan tidak dibuka maka air didalam termos akan tetap panas untuk beberapa hari. Jelaskan konsep ini dengan menggunakan Hukum Pertama Termodinamika .E. Latihan Soal 1. Sebuah tabung tertutup yang volumenya 600 liter berisi gas bertekanan 6 atm. Hitung usaha yang dilakukan oleh gas jika pada tekanan tetap gas memampat sehingga volumenya menjadi ½ kali semula ! 2. 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) 3. Sebanyak 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.... 4. Sebanyak 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!@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 15Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7Pembahasan Soal Latihan :1. Penyelesaian : Data P = 6 atm = 6.105 Pa V1 = 600 liter = 600.10-3 = 0,6 m3 V2 = 300 liter = 0,3 m3Pada proses isobar,W = P. (V2 – V1)W = 6.105.(0,3-0,6)= -180.000 J = -180 kJ2. Penyelesaian : Data : V2 = 4,5m3 V1 = 2,0 m3 P = 2 atm = 2,02 x 105 Pa Isobaris → Tekanan TetapW = P (ΔV)W = P(V2 − V1)W = 2,02 x 105 (4,5 − 2,0) = 5,05 x 105 joule3. Penyelesaian :Data :V1 = 1,5 m3T1 = 27oC = 300 K T2 = 87oC = 360 K P = 2 x 105 N/m2W = PΔVMencari V2 : 2 = 1 2 1 2 = 1 x 2 1 1,5 2 = 100 x 360 2 =1,8 m3W = PΔV = 2 x 105(1,8 − 1,5) = 0,6 x 105 = 60 x 103 = 60 kJ4. Penyelesaian :Data :n = 2000/693 molV2 = 5 L , V1 = 2,5 LT = 27oC = 300 KUsaha yang dilakukan gas :W = nRT ln (V2 / V1)W = (2000/693 mol) ( 8,314 J/mol K)(300 K)ln ( 5 L / 2,5 L )W = (2000/693) (8,314) (300) (0,693) = 4988,4 joule@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 16Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7F. Penilaian Diri Jawablah pertanyaan di bawah ini dengan jujur, sesuai dengan kemampuan kalian. Cara menjawabnya adalah dengan memberikan centang (√) di kolom yang disediakan.No Pertanyaan Ya Tidak Keterangan1 Saya mampu memahami pengertian usaha oleh Sistem2 Saya mampu menjelaskan pengertian usaha pada tekanan tetap3 Saya mampu menjelaskan pengertian usaha pada suhu tetap4 Saya mampu menjelaskan pengertian usaha pada volume tetap5 Saya mampu menganalisis proses adiabatic6 Saya mampu menganalisis HukumPertama Termodinamika7 Saya mampu menganalisis kapasitas kalorKeterangan:Apabila kalian menjawab pernyataan jawaban Ya, berarti telah memahami dan menerapkansemua materi. Bagi yang menjawab tidak silahkan mengulang materi yang terkait.@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 17Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7 KEGIATAN PEMBELAJARAN 2 HUKUM TERMODINAMIKA KEDUA, SIKLUS CARNOT DAN ENTROPIA. Tujuan Pembelajaran Setelah kegiatan pembelajaran 2 ini diharapkan 1. Memahami hokum kedua Termodinamika 2. Menganalisis siklus Termodinamika 3. Menganalisis prinsip kerja mesin kalor 4. Menganalisis prinsip kerja mesin pemanas 5. Menganalisis prinsip kerja mesin pendingin 6. Menganalisis siklus mesin Carnot 7. Menganalisis entropi pada siklus reversible.B. Uraian Materi Hukum Termodinamika Kedua Hukum II termodinamika membatasi perubahan energi yang dapat terjadi dan yang tidak dapat terjadi. Hukum II termodinamika dapat dinyatakan dalam berbagai cara : 1. Pendapat Kelvin-Plank Kalor tidak mungkin diubah seluruhnya menjadi usaha. 2. Pendapat Clausius (pernyataan mesin kalor) Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam suatu siklus mengambil kalor dari reservoir suhu rendah dan memberikan pada reservoir suhu tinggi tanpa memerlukan usaha dari luar. 3. Pernyataan aliran kalor Kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya. 4. Pernyataan entropi Total entropi semesta tidak berubah ketika proses reversibel terjadi dan bertambah ketika proses irreversibel terjadi. Mesin Kalor Mesin kalor adalah suatu alat yang mengubah tenaga panas menjadi tenaga mekanik. Misalnya dalam mobil energi panas hasil pembakaran bahan bakar diubah menjadi energi gerak mobil. Kalian tahu ada gas yang dibuang dari knalpot mobil disertai panas. Tidak semua energi panas dapat diubah menjadi energi mekanik, ada energi yang timbul selain energi mekanik. Contoh lain adalah mesin pembangkit tenaga listrik tenaga panas bumi yang digunakan untuk mengubah air menjadi uap. Uap dialirkan melalui sebuah turbin sehingga turbin bergerak dan memutar generator sehingga timbul tenaga listrik.Secara sistematik usaha mesin kalor adalah usaha yang dilakukan empat tahap secara siklus@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 18Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7SIKLUS TERMODINAMIKASiklus CarnotSiklus Carnot adalah proses dimana gas yang melakukan proses dapat dikembalikan ke keadaansemula (bersifat reversibel) tanpa kehilangan energi, sehingga gas dapat melakukan usahakembali. Mesin Carnot Tidak ada mesin yang bekerja di antara dua tandon panas yang tersedia yang dapat lebih efesien daripada mesin reversible yang bekerja di antara kedua tandon tersebutSiklus carnot disebut siklus ideal yang terdiri dari dua proses, yaitu :1. proses isotermik, yang terdiri dari proses pemuaian isotermis dan pemampatan isotermik2. proses adiabatik, yang terdiri dari proses pemuaian adiabatis dan pemampatan adiabatik. P (Pa)P1 Q1P2 T1P4P3 T2 Q2V1 V4 V2 V3 V (m3)Jika kita lihat siklus carnot terdiri dari 4 proses lengkap sebagai berikut :1. Proses pemuaian isotermal Gas yang mula-mula tekanannya P1, volumenya V1 melakukan proses pemuaian isotermal pada suhu T1 sehingga tekananya menjadi turun menjadi P2 dan volumenya naik menjadi V2. Pada proses ini sistem menyerap kalor Q1 dari reservoir suhu tinggi T1 dan melakukan usaha W1.2. Proses pemuaian adiabatik Gas yang tekanannya P2 volumenya V2 dan suhunya T1 melakukan proses pemuaian adiabatis sehingga tekannya turun menjadi P3, volumenya naik menjadi V3 dan suhunya turun menjadi T2 sambil melakukan usaha W2.3. Proses pemampatan isotermik Gas yang tekanannya P3 volumenya V3 melakukan proses pemampatan isotermis pada suhu T2, sehingga tekanannya naik menjadi P4, volumenya turun menjadi V4. Pada proses ini sistem menerima usaha W3 dan melepas kalor Q2 ke reservor bersuhu rendah T2.4. Proses pemampatan adiabatik Gas yang tekanannya P4 volumenya V4 m dan suhunya T2 mengalami proses pemampatan adiabatis, sehingga tekanannya kembali menjadi P1, volumenya kembali menjadi V1 dan suhunya menjadi T1 akibat dari sistem yang menerima usaha W4.@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 19Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7Siklus Carnot merupakan dasar dari mesin ideal, yaitu mesin yang efisiensi tertinggi yangdisebut dengan mesin Carnot.Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot adalah : W = Q1 – Q2 Karena , maka :W = usaha mesin Carnot (J)Q1 = kalor yang diserap dari reservor suhu T1Q2 = kalor yang dibuang pada reservoir suhu T2T1 = suhu tinggi (K)T2 = suhu rendah (K)Dalam prakteknya dikenal mesin kalor seperti motor bakar, diesel dan mesin uap. Padasiklus Otto terdiri dari proses adiabatis dan isokhorik, sedangkan pada siklus diesel terdiridari 3 proses, yaitu proses adiabatis, isobarik dan isokhorik.Efisiensi mesin Carnot adalah : = atau =Mesin Pendingin(Referigator)Refrigerator adalah mesin panas yang kerjanya berlawanan dengan sistem panas .Padarefrigerator usaha diberikan pada mesin untuk menyerap panas dari tandon dingin danmemberikan pada tandon panas. Mesin pendingin merupakan perlatan yang bekerja berdasarkanaliran kalor dari benda dingin ke benda panas dengan melakukan usaha pada sistem.Contoh mesin pendingin : lemari es (kulkas) dan pendingin ruangan (AC).Skema kerja mesin pendingin atau refrigertor ditunjukkan pada Gambar berikut . Kitamengusahakan sebanyak mungkin kalor Qd yang dipindahkan dengan melakukan kerja sekecilmungkin. Tandon panas QpGambar 4 :Prinsip kerja refrigerator untuk menyerap panas dari tandon dngin diperlukan usaha dari luar@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 20Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7Hukum termodinamika kedua untuk mesin pendinginSebuah refrigerator tidak mungkin bekerja secara siklis tanpamenghasilkan efek lain di luar serapan panas dari bendadingin ke benda panas.Mesin pendingin mempunyai koefisien daya guna (koefisien performasi) yang besarnya : Kp =Kp = koefisien performasi mesin pendinginQ2 = kalor yang diserap dari reservoir suhu T2Q1 = kalor yang diberikan pada reservoir suhu T1W = usaha yang diperlukan (J)T1 = suhu tinggi (K)T2 = suhu rendah (K)Hukum kedua termodinamika menyatakan adanya proses ireversible atau tidak dapatbalik. Proses reversibel sebenarnya menunjukkan adanya tenaga mekanis yang hilang. Semuaproses reversibel menuju ke ketidakteraturan. Misalkan sebuah kotak berisi gas kemudiankotak menumbuk dinding secara tidak elastis. Gerak gas dalam kotak menjadi tidak teratur,sehingga suhu gas naik. Gas menjadi kurang teratur dan kehilangan kemampuan untukmelakukan usaha.Besaran yang menunjukkan ukuran ketidakteraturan adalah entropi S. Entropi merupakansuatu fungsi yang tergantung pada keadan sistem. Entropi suatu sistem berubah dari satukeadaan ke keadaan yang lain dengan definisi:dQrev adalah panas yang harus ditambahkan pada sistem dalam suatu proses reversibel untukmembawa dari keadan awal ke keadaaan akhirnya, dQrev bernilai positif (+) jika panasditambahkan pada sistem dan bernilai negatif (-) jika panas diambil dari sistem.Mari kita melihat entropi sistem pada berbagai keadaan. Mari kita tinjau zat yang dipanaskanpada tekanan tetap dari temperatur T1 menjadi temperatur T2. Untuk menaikkan suhunyapanas yang diserap adalah dQ. Kaitan antara dQ dengan perubahan suhunya adalah:Hantaran panas antara dua sistem yang memiliki beda temperatur tertentu bersifat tak dapatbalik atau irreversibel. Entropi merupakan fungsi keadaan jadi tidak tergantung pada proses.Maka perubahan entropi pada sistem adalah:@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 21Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7Bila T2>T1 maka perubahan entropi positif, dan sebaliknya jika T2<T1 maka perubahanentropinya negatif.Sekarang kita tinjau pemuaian reversibel pada suhu tetap suatu gas yang memiliki suhu T darivolume V1 sampai V2. Karena suhu tetap maka tenaga internalnya nol dan Q = W. Usahadilakukan gas dan panas diserap sistem dari tandon pada temperatur T. Perubahan entropi gasadalah:Jika V2 lebih besar daripada V1 maka perubahan entropi gas bernilai positif. Pada proses inisejumlah panas Q meninggalkan tandon dan memasuki gas. Jumlah panas ini sama dengan usahayang dilakukan oleh gas. Perubahan entropi gas adalah positif, karena Q=W positif, tetapiperubahan entropi tandon negatif karena Q negatif atau Q keluardari tandon.Jadi totalperubahanentropi gas dan tandon adalah nol. Sistem gas dan tandon kita katakan sebagai semesta. Semestaadalah sistem dan lingkungannya. Dengan demikian kita bisa mengambilkesimpulan Pada proses reversibel, perubahan entropi semesta adalah nolBagaimana jika prosesnya tidak reversibel? Misalkan saja gas pada suhu T dan gas memuai secarabebas dari volume V1 menjadi V2. Pada pemuaian bebas tidak ada usaha yang dilakukan dantidak ada panas yang dipindah. Jadi kita biarkan gas memuai sendiri. Prosesnya tidak reversibel,maka kita tidak bisa mengunakan ΔdQ/T untuk mencari perubahan entropi gas. Akan tetapikarena keadaan awal sama dengan keadaan akhir pada proses isotermal maka perubahanentropiuntuk pemuaian bebas sama dengan perubahan entropi pada pemuaian isotermal. Makaperubahan entropi pada pemuaian bebas:Nilai V2 lebih besar dari V1 karena terjadi pemuaian bebas, maka perubahan entropi semestauntuk proses irreversibel bernilai positif, atau entropinya naik, maka kita bisa mengatakan padaproses irreversibel entropi semesta naik. Bagaimana jika volume akhir lebih kecil dari volumemula-mula? Bila ini terjadi maka entropi semesta akan turun, akan tetapi hal ini tak mungkinterjadi karena gas tidak bisa secara bebas menyusut dengan sendirinya menjadi volume yanglebih kecil. Maka kita sekarang bisa menyatakan hukum termodinamika kedua menjadi untuksembarang proses, entropi semesta tak pernah berkurang.@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 22Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7Contoh Soal :1. Sebuah mesin panas menyerap panas 250 J dari tandon panas, kemudian melakukan usaha dan membuang 150 J panas ke tandon dingin. Berapa efesiensi mesin?Penyelesaian :Diketahui :Qp =200 J, Qd =150 JJawab :Efesiensi mesin Ƞ = 1 − 150 Ƞ = 1 − 200 Ƞ = 1 − 0,75 Ƞ = 0,25 Ƞ = 25 %Jadi, efesiensi mesin adalah 25%2. Sebuah mesin uap bekerja di antara tandon panas 127 °C dan tandon dingin O°C. Berapa efesiensi maksimum mesin ini?Penyelesaian : Perhatikan satuan suhu dalam SI adalah K, jadiDiketahui : ubahlah selalu satuanTp = 123°C = 273°+127 = 400 K, Td = 0° = 273 K dalam suhu menjadi Kelvin.Jawab : Ƞ = 1 − Ƞ = 1 − 273 400 Ƞ = 1 − 0,68 Ƞ = 0,32 Ƞ = 32 %Efesiensi mesin Carnot adalah 32 %3. Mesin Carnot menyerap kalor kalor 50 kkal dari reservoir suhu 910 K dan melakukan usaha 3.104 J. Hitunglah : a. suhu reservoir dingin b. efisiensi mesin Penyelesaian : Q1 = 50 kkal = 50000 kal x 4,2 J = 21.104 J T1 = 910 K W = 3.104 Ja. W = Q1(1 − T2 ) T1 3.104 = 21.104.(1- T2 ) 910 T2 = 780 Kb. = W x 100 % = 3.104 x 100 % Q1 21.104 = 14,3%@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 23Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7C. Rangkuman 1. Hukum II termodinamika membatasi perubahan energi yang dapat terjadi dan yang tidak dapat terjadi. Hukum II termodinamika dapat dinyatakan dalam berbagai cara : a. Pendapat Kelvin-Plank Kalor tidak mungkin diubah seluruhnya menjadi usaha. b. Pendapat Clausius (pernyataan mesin kalor) Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam suatu siklus mengambil kalor dari reservoir suhu rendah dan memberikan pada reservoir suhu tinggi tanpa memerlukan usaha dari luar. c. Pernyataan aliran kalor Kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya. d. Pernyataan entropi Total entropi semesta tidak berubah ketika proses reversibel terjadi dan bertambah ketika proses irreversibel terjadi. 2. Mesin kalor adalah suatu alat yang mengubah tenaga panas menjadi tenaga mekanik. Misalnya dalam mobil energi panas hasil pembakaran bahan bakar diubah menjadi energi gerak mobil. 3. Siklus Carnot adalah proses dimana gas yang melakukan proses dapat dikembalikan ke keadaan semula (bersifat reversibel) tanpa kehilangan energi, sehingga gas dapat melakukan usaha kembali. 4. Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot adalah : W = Q1 – Q2 Karena , maka :5. Dalam prakteknya dikenal mesin kalor seperti motor bakar, diesel dan mesin uap. Pada siklus Otto terdiri dari proses adiabatis dan isokhorik, sedangkan pada siklus diesel terdiri dari 3 proses, yaitu proses adiabatis, isobarik dan isokhorik.6. Efisiensi mesin Carnot adalah : = atau =7. Refrigerator adalah mesin panas yang kerjanya berlawanan dengan sistem panas . Pada refrigerator usaha diberikan pada mesin untuk menyerap panas dari tandon dingin dan memberikan pada tandon panas. Mesin pendingin merupakan perlatan yang bekerja berdasarkan aliran kalor dari benda dingin ke benda panas dengan melakukan usaha pada sistem. Contoh mesin pendingin : lemari es (kulkas) dan pendingin ruangan (AC).8. Hukum kedua termodinamika menyatakan adanya proses ireversible atau tidak dapat balik. Proses reversibel sebenarnya menunjukkan adanya tenaga mekanis yang hilang.@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 24Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7 9. Besaran yang menunjukkan ukuran ketidakteraturan adalah entropi S. Entropi merupakan suatu fungsi yang tergantung pada keadan sistem. Entropi suatu sistem berubah dari satu keadaan ke keadaan yang lain. 10. Maka kita sekarang bisa menyatakan hukum termodinamika kedua menjadi untuk sembarang proses, entropi semesta tak pernah berkurang.D. Penugasan Mandiri Anda sudah mempelajari efisiensi. Dalam contoh disebutkan bahwa efisiensi merupakan perbandingan antara usaha yang dilakukan terhadap panas yang diserap pada tandon panas. Nah, setelah Anda memahami hal itu, apa yang akan Anda lakukan tentang efisiensi ? Buatlah langkah kerja yang sesuai dengan pengetahuan ini, yang bermanfaat bagi kehidupan manusia.E. Latihan Soal 1. Mesin Carnot bekerja pada suhu tinggi 600 K, untuk menghasilkan kerja mekanik. Jika mesin menyerap kalor 600 J dengan suhu rendah 400 K, Tentukan usaha yang dihasillkan oleh mesin! 2. Suatu mesin Carnot, jika reservoir panasnya bersuhu 400 K akan mempunyai efisiensi 40%. Jika reservoir panasnya bersuhu 640 K, tentukanlah efisiensi mesin sekarang! 3. Sebuah mesin Carnot yang menggunakan reservoir suhu tinggi bersuhu 800 K mempunyai efisiensi sebesar 40%. Agar efisiensinya naik menjadi 50%, berapakah suhu reservoir suhu tinggi sekarang? 4. Perhatikan gambar berikut ini! Jika kalor yang diserap reservoir suhu tinggi adalah 1200 joule, tentukan : a) Efisiensi mesin Carnot b) Usaha mesin Carnot c) Perbandingan kalor yang dibuang di suhu rendah dengan usaha yang dilakukan mesin Carnot d) Jenis proses ab, bc, cd dan da5. Sebuah mesin pendingin memiliki reservoir suhu rendah sebesar −15°C. Jika selisih suhu antara reservoir suhu tinggi dan suhu rendahnya sebesar 40°C, tentukan koefisien performansi mesin tersebut!@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 25Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7Pembahasan Soal : 1. Di ketahui : Tr = 400 K Tp = 600 K Ditanya W =….? Jawab η = ( 1 − Tr / Tt ) x 100 % Hilangkan saja 100% untuk memudahkan perhitungan : η = ( 1 − 400/600) = 1/3 η = ( W / Q1 ) 1/3 = W/600 W = 200 J 2. Diketahui : η = 40% = 4 / 10 Tt = 400 K Ditanya : berapakah efisiensinya jika suhu tinggi naik menjadi 640 K Penyelesaian : Cari terlebih dahulu suhu rendahnya (Tr) η = 1 − (Tr/Tt) 4 / 10 = 1 − (Tr/400) (Tr/400) = 6 / 10 Tr = 240 K Data kedua : Tt = 640 K Tr = 240 K (dari hasil perhitungan pertama) η = ( 1 − Tr/Tt) x 100% η = ( 1 − 240/640) x 100% η = ( 5 / 8 ) x 100% = 62,5% 3. Diketahui : Tt = 800 K η = 40% Ditanya : Jika efisiensi naik menjadi 50%, maka berapa suhu tingginya sekarang? Penyelesaian : Rumus efisiensi (tanpa %) Data dari Efisiensi pertama, 26 Tt = 800 K η = 40% = 0,4 → (1 − η) = 0,6 Dari sini diperoleh suhu rendah Tr Dari data efisiensi kedua, η = 50% = 0,5 → (1 − η) = 0,5 Tr = 480 K@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMENModul Fisika Kelas XI KD. 3.7 Suhu tingginya: 4. Diketahui : Tt = 227oC = 500 K Tr = 27oC = 300 K Q = 1200 J Ditanyakan : a. b. W c. Q2/W d. Jenis Proses Penyelesaian : a) Efisiensi mesin Carnot η = ( 1 − Tr/Tt) x 100% η = ( 1 − 300/500) x 100% = 40% b) Usaha mesin Carnot η = W/Q1 4/10 = W/1200 W = 480 joule c) Perbandingan kalor yang dibuang di suhu rendah dengan usaha yang dilakukan mesin Carnot Q2 = Q1 − W = 1200 − 480 = 720 joule Q2 : W = 720 : 480 = 9 : 6 = 3 : 2 d) Jenis proses ab, bc, cd dan da ab → pemuaian isotermis (volume gas bertambah, suhu gas tetap) bc → pemuaian adiabatis (volume gas bertambah, suhu gas turun) cd → pemampatan isotermal (volume gas berkurang, suhu gas tetap) da → pemampatan adiabatis (volume gas berkurang, suhu gas naik) 5. Data mesin Diketahui : Tr = − 15°C = (− 15 + 273) K = 258 K ; Tt − Tr = T = 40°C = 40 K Ditanya Cp =? Jawab :@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 27Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7F. Penilaian Diri Jawablah pertanyaan di bawah ini dengan jujur, sesuai dengan kemampuan kalian. Cara menjawabnya adalah dengan memberikan centang (√) di kolom yang disediakan.No Pertanyaan Ya Tidak Keterangan1 Saya mampu memahami hukum kedua Termodinamika2 Saya mampu menganalisis siklus Termodinamika3 Saya mampu menganalisis prinsip kerja mesin kalor4 Saya mampu menganalisis prinsip kerja mesin pemanas5 Saya mampu menganalisis prinsip kerja mesin pendingin6 Saya mampu menganalisis siklus mesin Carnot7 Saya mampu menganalisis entropi pada siklus reversibleKeterangan:Apabila kalian menjawab pernyataan jawaban Ya, berarti telah memahami dan menerapkansemua materi. Bagi yang menjawab tidak silahkan mengulang materi yang terkait.@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 28Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7 EVALUASIPilihlah salah satu jawaban yang paling tepat!1. Gas yang volumenya 0,5 m3 dipanaskan pada tekanan tetap hingga volumenya 2 m3. Jika usaha luar gas 3.105 J, maka tekanan gas adalah ... Pa A. 6.105 B. 2.105 C. 1,5.105 D. 0,6.105 E. 0,3.1052. Gas ideal melakukan proses seperti pada gambar berikut : P (105 Pa) 3 1 2 4 V (m3) Kerja yang dihasilkan pada proses tersebut adalah ... kJ A. 200 B. 400 C. 600 D. 800 E. 10003. Gas ideal pada suhu 300 K mengalami pemuaian adiabatik sehingga volumenya menjadi dua kali volume awalnya dan kemudian di panasi sampai tekanan kembali mencapai nilai awalnya. Suhu akhir gas adalah ... K A. 300 B. 400 C. 450 D. 500 E. 600@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 29Modul Fisika Kelas XI KD. 3.74. Perhatikan gambar berikut ! Sejumlah gas melakukan proses ABCDA. Jika suhu di titik C = 499 K, maka : 1) kalor yang diserap gas per siklus 20 J 2) usaha gas 6 J 3) perubahan energi dalam 2 J 4) suhu di titik A = 500 K Pernyataan yang benar adalah ... A. 1, 2, 3 B. 1, 3 C. 2, 4 D. 4 saja E. semua benar5. Gas menerima kalor 8000 kal menghasilkan usaha 14000 J. Perubahan energi dalamnya adalah ... J A. 19440 B. 20500 C. 21450 D. 22500 E. 242406. Sebuah mesin carnot bekerja pada suhu 300 K dan 750 K. Efisiensi mesin adalah ....% A. 80 B. 75 C. 70 D. 65 E. 607. Sebuah mesin Carnot mengambil kalor dari tandon bersuhu 400 K dan saat itu efisiensinya 40%. Jika reservoir panas dinaikkan menjadi 640 K maka efisiensi mesin berubah menjadi … A. 50 % B. 52,5 % C. 57% D. 62,5% E. 64 %@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 30Modul Fisika Kelas XI KD. 3.78. Mesin Kalor menyerap panas dari tandon bersuhu 800 K dengan efisiensi 40%. Agar efisiensi mesin menjadi 50%, berapakah suhu tandon panasnya ? A. 900 K B. 960 K C. 1000 K D. 1180 K E. 1600 K9. Mesin Carnot yang dioperasikan memiliki efisiensi 60% pada suhu reservoir pembuangan 270C. Tentukan kenaikan suhu reservoir kalor jika efisiensi mesin diharapkan mencapai 80%. A. 50 K B. 150 K C. 250 K D. 500 K E. 750 K10. Mesin Carnot menghasilkan usaha sebesar 6000 J dengan bekerja antara tandon bersuhu 300 K dan 800 K. Tentukan besar kalor yang dilepas mesin tersebut …. A. 2250 J B. 3600 J C. 3750 J D. 6000 J E. 9600 J11. 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.... A. 120 J B. 124 J C. 135 J D. 148 J E. 200 J12. Sebuah mesin Carnot bekerja pada reservoir suhu tinggi 600 K mempunyai efisiensi 40%. Supaya efisiensi mesin menjadi 75% dengan suhu reservoir rendah tetap maka reservoir suhu tinggi harus dinaikkan menjadi .... A. 480 K B. 840 K C. 900 K D. 1028 K E. 1440 K@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 31Modul Fisika Kelas XI KD. 3.713. Diagram P−V dari gas helium yang mengalami proses termodinamika ditunjukkan seperti gambar berikut! Usaha yang dilakukan gas helium pada proses ABC sebesar.... A. 660 kJ B. 400 kJ C. 280 kJ D. 120 kJ E. 60 kJ14. Suatu pesawat pendingin Carnot mempunyai koefisien kinerja 6,5. Jika reservoir yang tinggi 27°C, maka reservoir yang bersuhu rendah adalah.... A. −5 °C B. −8 °C C. −10 °C D. −12 °C E. −13 °C15. Perhatikan gambar berikut ! Suatu gas ideal mengalami proses siklus seperti pada gambar P − V di atas. Kerja yang dihasilkan pada proses siklus ini adalah....kilojoule. A. 200 B. 400 C. 600 D. 800 E. 1000@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 32Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7KUNCI JAWABAN1. B2. B3. E4. A5. A6. E7. D8. B9. B10. E11. E12. E13. B14. E15. B@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 33Modul Fisika Kelas XI KD. 3.7 DAFTAR PUSTAKAFrederick J. Bueche, Ph.D.1999. Physics Handbook, Student Edition, Hartwell Bratt Ltd., Lud: Sweden.Hewit.G.P, 1993. Fundamental of Physics Extended, Edisi 5, John Willet and Sons, Inc.Muis, Abdul,.2006. Perang Siasat Fisika Praktis, Jakarta : Kreasi Wacana. Grolier International, 2004.Nordling C. dan Osterman J. 1987. Conceptual Physics, Edisi 7. Harper Collins College Publisher.Tipler.P,2006. Fisika untuk Sains dan Teknik, Edisi Ketiga. Jakarta : Erlangga. @2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 34 |
Sebuah mesin Carnot mengambil kalor dari tandon bersuhu 400 K dan saat itu efisiensinya 40
Pos Terkait
Copyright © 2024 apacode Inc.
