Rangkuman Materi Termodinamika Kelas 11
Termodinamika
Merupakan cabang ilmu fisika yang membahas hubungan panas/kalor dan usaha yang dilakukan oleh panas/kalor tersebut
Usaha sistem terhadap lingkungan
Persamaan usaha yang dilakukan gas dapat ditulis sebagai berikut:
W = p ∆V = p (V2 – V1)
Keterangan :
p = tekanan gas (N/m2)
∆V = perubahan volume (m3)
W = usaha yang dilakukan gas (joule)
Perubahan energi dalam
Perubahan energi dalam ∆U tidak bergantung pada proses bagaimana keadaan sistem berubah, tetapi hanya bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir sistem tersebut.
Hukum termodinamika
Hukum I Termodinamika
Hukum I termodinamika menyatakan bahwa jumlah kalor pada suatu sistem sama dengan perubahan energi dalam sistem ditambah usaha yang dilakukan oleh sistem
Q = ∆U + W
Perjanjian tanda untuk Q dan W sebagai berikut :
- Jika sistem melakukan usaha terhadap lingkungan maka W bertanda positif.
- Jika sistem menerima usaha dari lingkungan maka W bertanda negatif.
- Q bertanda positif jika sistem menerima kalor dari lingkungan
- Q bertanda negatif jika sistem memberikan kalor kepada lingkungan
Proses Termodinamika
Proses Isokhorik
yaitu proses termodinamika yang terjadi pada gas dalam keadaan volum tetap.
Berlaku:
Usaha W= 0 maka Q = ΔU sehingga Q = 3/2 nRT (T2-T1)
Proses Isobarik
yaitu proses termodinamika yang terjadi pada gas keadaan tekanan tetap.
berlaku persamaan.
Usaha W
W=P(V2 – V1)
Perubahan energi dalam ΔU
ΔU= 3/2 P(V2 -V1)
Sehingga
Q= 5/2 P(V2-V1)
Proses Isotermik
merupakan proses termodinamika yang terjadi pada gas keadaan suhu tetap.
berlaku persamaan.
Usaha W
Perubahan energi dalam ΔU = 0 maka kalor Q = W
Proses Adiabatik
merupakan proses termodinamika yang berlangsung tanpa adanya pertukaran kalor antara sistem dan lingkungan.
berlaku persamaan.
Usaha W
Karena Q = 0 sehingga
ΔU = -W
y = konstanta Laplace
Kapasitas Kalor
Merupakan banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikan suhu gas sebesar 1oC, dinyatakan dengan persamaan:
Kapasitas kalor gas dapat dibedakan menjadi dua yaitu kapasitas kalor pada tekanan tetap (Cp) dan pada volume tetap (Cv)
Pada proses isokhorik
Qv = ∆U
Pada proses isobarik
Qp = ∆U + p∆V
Diperoleh:
Mesin Carnot dan Mesin Pendingin
Mesin Carnot
Sebuah mesin Carnot memiliki empat langkah dalam pengoprasiannya. Berikut urutan keempat langkah proses yang terjadi dalam siklus Carnot.
- Pada langkah pertama, gas mengalami ekspansi isotermal. Reservoir suhu tinggi menyentuh dasar silinder dan jumlah beban di atas piston dikurangi. Selama proses ini berlangsung, temperatur sistem tidak berubah, namun volume sistem bertambah. Dari keadaan 1 ke keadaan 2, sejumlah kalor (Q1) dipindahkan dari reservoir suhu tinggi ke dalam gas.
- Pada langkah kedua, gas berubah dari keadaan 2 ke keadaan 3 dan mengalami proses ekspansi adiabatik. Selama proses ini berlangsung, tidak ada kalor yang keluar atau masuk ke dalam sistem. Tekanan gas diturunkan dengan cara mengurangi beban yang ada di atas piston. Akibatnya, temperatur sistem akan turun dan volumenya bertambah.
- Pada langkah ketiga, keadaan gas berubah dari keadaan 3 ke keadaan 4 melalui proses kompresi isotermal. Pada langkah ini, reservoir suhu rendah (200 K) menyentuh dasar silinder dan jumlah beban di atas piston bertambah. Akibatnya tekanan sistem meningkat, temperaturnya konstan, dan volume sistem menurun. Dari keadaan 3 ke keadaan 4, sejumlah kalor (Q2) dipindahkan dari gas ke reservoir suhu rendah untuk menjaga temperatur sistem agar tidak berubah.
- Pada langkah keempat, gas mengalami proses kompresi adiabatik dan keadaannya berubah dari keadaan 4 ke keadaan1. Jumlah beban di atas piston bertambah. Selama proses ini berlangsung, tidak ada kalor yang keluar atau masuk ke dalam sistem, tekanan sistem meningkat, dan volumenya berkurang.
Mesin Carnot adalah mesin efisien yang bekerja dalam suhu reservoir tinggi dan suhu reservoir rendah. Oleh karena itu, suatu mesin Carnot memiliki efisiensi. Rumus efisiensi mesin Carnot sebagai berikut.
keterangan:
ŋ = efisiensi mesin kalor
T2 = suhu pada reservoir rendah (K)
T1 = suhu pada reservior tinggi (K)
W = usaha (Joule)
Q1= kalor yang diserap (Joule)
Q2 = kalor yang dilepas (Joule)
Mesin Pendingin
Prinsip kerja mesin pendingin contohnya lemari es dan penyejuk ruangan yaitu mengalirkan kalor keluar dari lingkungan sejuk ke lingkungan hangat. Sistem menerima kerja sebesar W dan menyerap kalor dengan suhu reservoir rendah T2 sebesar Q2 serta membuang sejumlah kalor yang lebih besar ke reservoir suhu tinggi T1 sebesar Q1. Untuk kerja dari mesin pendingin dapat ditentukan melalui koefisiensi performansi Kp.
Keterangan :
Kp = koefisiensi performansi
T2 = suhu pada reservoir rendah (K)
T1 = suhu pada reservior tinggi (K)
W = usaha (Joule)
Q1= kalor yang diserap (Joule)
Q2 = kalor yang dilepas (Joule)
Contoh Soal Termodinamika Pembahasan & Jawaban Kelas 11
- 101 watt
- 102 watt
- 103 watt
- 104 watt
- 105 watt
PEMBAHASAN :
Diketahui:
4 siklus = 2 detik,
maka 1 siklus = 0,5 detik
Q1 = 2000 J
Q2 = 1500 J
W = 2000 – 1500
W = 500 J
P = W/t
P = 500/0,5
P = 1000 watt = 103 watt
Jawaban : C
- 300 K
- 450 K
- 480 K
- 1.200 K
- 1.800 K
- 1.200 Joule
- 1.300 Joule
- 1.400 Joule
- 1.500 Joule
- 1.600 Joule
- 2550 J
- 3760 J
- 4750 J
- 5730 J
- 6250 J
- 3.000 J
- 4.000 J
- 4.800 J
- 6.000 J
- 8.000 J
- RTV
- RT lnV
- 2RT
- RT ln 2
- RT ln (2V)
- 20,5 %
- 25 %
- 70,25 %
- 90,7 %
- 100 %
- 76 0C
- 91 0C
- 170 0C
- 100 0C
- 364 0C
- 40%
- 50%
- 60%
- 67%
- 75%
- 100 kJ
- 140 kJ
- 200 kJ
- 260 kJ
- 320 kJ
- W
- 2W
- 3W
- 4W
- 6W
PEMBAHASAN :
Pernyataan I : Gas idel yang volumenya mengembang akan melakukan usaha dengan persamaan W = P∆V
Pernyataan II : Usaha yang di lakukan gas tidak sebanding dengan perubahan tekanan tetapi hanya sebanding dengan tekanan.
Jawaban : E
- 20 Joule
- 15 Joule
- 10 Joule
- 5 Joule
- 4 Joule
- 250 K
- 300 K
- 350 K
- 400 K
- 500 K
- 30% dan 20%
- 40% dan 20%
- 50% dan 20%
- 50% dan 30%
- 60% dan 40%
- 3 x 105 N/m2
- 4 x 105 N/m2
- 5 x 105 N/m2
- 6 x 105 N/m2
- 7 x 105 N/m2
PEMBAHASAN :
Diketahui:
V1 = 2 m3
V2 = 4 m3
W = 6 x 105 J
Maka untuk menghitung besar tekanan pada keadaan isobaric sebagai berikut:
Jawaban : A

- 4 : 3
- 5 : 6
- 2 : 3
- 2 : 1
- 1 : 1
PEMBAHASAN :
Diketahui:
Keadaan I:
P1 = 25 N/m2
V11 = 10 m3
V12 = 30 m3
Keadaan II:
P2 = 25 N/m2
V21 = 20 m3
V22 = 50 m3
Maka, menghitung besar perbandingan usaha luar gas keadaan I dan II sebagai berikut:
Jawaban : B
- 11.215 J
- 12.444 J
- 25.669 J
- 18.349 J
- 15.331 J
PEMBAHASAN :
Diketahui:
Massa Nitrogen = 280 gr
T tetap = 470 C = (47 + 273) K = 320 K
V2 = 0,5 V1
BM nitrogen = 28
ln 0,5 = – 0,69
R = 8,31 J/mol K
Maka besar kerja luar gas dapat dihitung sebagai berikut:
Besar kerja luar gas bernilai negatif berarti sistem menerima kerja luar.
Jawaban : D
- 17,21 x 105 N/m2
- 18,11 x 105 N/m2
- 12,63 x 105 N/m2
- 16,67 x 105 N/m2
- 17,17 x 105 N/m2
PEMBAHASAN :
Diketahui:
V1 = 6 x 10-2 m3
V2 = 5 x V1 = 5 x (6 x 10-2 m3 ) = 30 x 10-2 m3
W = 4 x 105 J
Maka, besar tekanan gas adalah:
Jawaban : D
- 1 x 102 J
- 12 x 102 J
- 0 J
- 2 x 102 J
- 3 x 102 J
PEMBAHASAN :
Diketahui:
T1 = 250C
T2 = 400C
P = 15 Pa
Maka besar usaha luar gas dapat dihitung sebagai berikut:
W = pΔV
Sistem dalam keadaan isokhorik (volume tetap) ΔV = 0 maka:
W = p. 0 = 0
Jawaban : C
- 650 K
- 609 K
- 500 K
- 550 K
- 450 K
PEMBAHASAN :
Diketahui:
V1 = 100 cm3 = 100 x 10-6 m3
T1 = 470 C = (47 + 273)K = 320 K
P1 = 1 Atm = 1 x 105 N/m2
V2 = 20 cm3 = 20 x 10-6 m3
γ = 1,4
Maka, untuk menghitung suhu akhir udara adalah
Jawaban : B
- Q = 0
- ΔU = – 15 J
- ΔU + Q = – 150 J
- ΔU = 150 J
- ΔU = -10 J
PEMBAHASAN :
Diketahui:
W = – 150 J
Q = 0 (proses dalam sistem secara adiabatik)
Maka, berdasarkan hukum I Termodinamika adalah:
ΔU + W = Q
ΔU = – W
ΔU = – (- 150 J)
ΔU = 150 J
Jawaban : D
- 7.553,79 J
- 8.766,98 J
- 9.876,99 J
- 9.998,89 J
- 10.234,66 J
PEMBAHASAN :
Diketahui:
Mol gas monoatomik (n) = 4 mol
T awal (T1) = 30oC = (30 + 273) K = 303 K
Tekanan Awal (P1) = 4 x105 Pa
Tekanan akhir (P2) = 6 x 105 Pa
R = 8,31 J/mol K
Menentukan suhu akhir setelah proses isokhorik berlangsung
Menentukan energi dalam berdasarkan hukum I Termodinamika
ΔU = QV = CV DT = 3/2 nRDT = 3/2 nr(T2 – T1)
ΔU = 3/2 (4 mol)(8,31 J/mol K) (454,5 – 303)K = 7.553,79 J
Jawaban : A
- 45 m3
- 54 m3
- 63 m3
- 72 m3
- 85 m3
PEMBAHASAN :
Diketahui:
Volume awal (V1) = 10 m3
Suhu awal (T1) = 27oC = (27 + 273) K = 300 K
Tekanan awal (P1) = 8 x 105Pa
Suhu akhir (T2) = 0oC (STP) = (0 + 273)K = 273 K
Tekanan akhir (P2) = 1 atm (STP) = 1,01 x 105 Pa
Maka volume gas pada keadaan standar (STP) adalah
Jawaban : A
- 550 C
- 770 C
- 660 C
- 440 C
- 330 C
PEMBAHASAN :
Diketahui:
T1 = 2270 C = (227 + 273)K = 500 K
η = 30%
Maka untuk menghitung suhu pada reservoir rendah sebagai berikut:
T2 = (1 – h) x T1= (1 – 0,3) x 500 K
T2 = 0,7 x 500 K = 350 K
Satuan kelvin kita ubah menjadi celcius, sebagai berikut:
T = (350 – 273)0 C = 770 C
Jawaban : B
- 34 %
- 23 %
- 13,5 %
- 11,2%
- 28,57%
PEMBAHASAN :
Diketahui:
Kalor pada reservoir panas, Q1 = 3.500 J
Kalor pada reservoir dingin, Q2 = 2.500 J
Maka, besar efisiensi mesin carnot dapat dihitung sebagai berikut:
Jawaban : E
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
PEMBAHASAN :
Diketahui:
suhu di luar, T1 = 270 C = (27 + 273) K = 300 K
suhu di dalam T2 = -120 C = (-12 + 273) K = 261 K
maka, besar koefisien performansi kulkas dapat dihitung sebagai berikut:
Jawaban : C
- 756.009 J
- 778.996 J
- 961.595 J
- 911.008 J
- 877.221 J
PEMBAHASAN :
Diketahui:
T2 = – 50 C = (- 5 + 273) K = 268 K
T1 = 280 C = (28 + 273) K = 301 K
P = 300 watt
Rentang waktu refrigerator menggunakan listrik (t) = 1 jam = 3.600 sekon
Menentukan kalor penggunaan listrik refrigerator selama 1 jam
Q1 = P . t
. = 300 watt . 3.600 sekon
. = 1.080.000 J
Menentukan besar kalor yang dikeluarkan dari refrigerator selama 1 jam
Jawaban : C
- – 300 C
- – 200 C
- – 290 C
- – 150 C
- – 240 C
PEMBAHASAN :
Diketahui:
T1 = 260 C → (26 + 273)K = 299 K
Kp = 5
Maka untuk menghitung T2 sebagai berikut:
Merubah satuan derajat kelvin ke derajat Celsius:
(249 – 273) 0 C = – 240 C
Jawaban : E
- 100 J
- 92 J
- 89 J
- 84 J
- 96 J
PEMBAHASAN :
Diketahui:
V1 = 1,5 x 10-5 m3
V2 = 4,5 x 10–5 m3
P = 205 N/m2
Maka usaha yang dilakukan gas dapat dihitung sebagai berikut:
W = P(V2 – V1)
= 205 (4,5 x 10-5 – 1,5 x 10-5)
= 205 (3 x 10-5)
= (32 x 105) x (3 x 10-5)
= 96 J
Jawaban : E

- 6 x 105 J
- 2 x 105 J
- 5 x 105 J
- 9 x 105 J
- 4 x 105 J
PEMBAHASAN :
Diketahui:
W = P(V2 – V1)
Perhatikan grafik berikut ini!
WAB = PAB (VB – VA)
= 2 x 105 (3 – 3)
= 0 J
WBC = PBC (VC – VB)
= 4 x 105 (4,5 – 3)
= 4 x 105 (1,5)
= 6 x 105 J
Maka usaha total dapat dihitung sebagai berikut:
WTotal = WAB + WBC
= (0) + (6 x 105)
= 6 x 105 J
Jawaban : A

- Isokhoris
- Isobaris
- Isotermis
- Adiabatis
- Siklus tertutup
PEMBAHASAN :
Grafik di atas menunjukan proses isobaris, yaitu proses perubahan keadaan sistem pada tekanan konstan. Berlaku rumus W = P(V2 – V1).
Jawaban : B
- Terjadi pemampatan gas
- Sistem menerima usaha
- Usaha bersifat netral
- Sistem tidak melakukan usaha
- Dalam sistem gas mengembang
PEMBAHASAN :
Usaha bernilai positif atau negatif bergantung pada, sebagai berikut:
- Jika sistem melakukan usaha, maka DV bernilai positif. Usaha pada sistem menjadi positif. Dalam hal ini gas mengembang.
- Jika sistem menerima usaha, maka DV bernilai negatif. Usaha pada sistem menjadi negatif. Dalam hal ini gas dimampatkan.
Jawaban : E
- Berlaku rumus ΔU = Q – W
- Perubahan energi dalam dipengaruhi oleh kalor dan usaha
- W positif jika sistem melakukan usaha
- ΔU negatif jika energi dalam naik
- Q negatif jika sistem melepas panas
PEMBAHASAN :
Hukum 1 Termodinamika dapat ditulis secara matematis sebagai berikut:
ΔU = Q – W atau Q = ΔU + W
Keterangan:
ΔU = perubahan energi dalam
+ energi dalam naik
(-) energi dalam turun
Q = jumlah kalor
+ sistem menerima panas
(-) sistem melepas panas
W = usaha sistem
+ sistem melakukan usaha
(-) sistem menerima usaha
Jawaban : D
- 966 J/K
- 060 J/K
- 542 J/K
- 120 J/K
- 897 J/K
PEMBAHASAN :
Diketahui:
M = 30 gr/mol
CV = 636 J/K
R = 8,314 J/mol.K
Maka kapasitas kalor gas nitrogen pada tekanan tetap dapat dihitung sebagai berikut:
Jawaban : B
- 33,3 %
- 28 %
- 35 %
- 42,1 %
- 50 %
PEMBAHASAN :
T1 = 327 + 273 = 600 K
T2 = 127 + 273 = 400 K
Maka efisiensi mesin kalor dapat dihitung sebagai berikut:
Jawaban : A
- 800 K
- 650 K
- 900 K
- 580 K
- 750 K
PEMBAHASAN :
η1 = 50% = 0,5
η2 = 60% = 0,6
T1 = 600 K
Jawaban : E
Membantu banget makasih ya