Contoh Soal Termodinamika beserta Pembahasannya untuk Kelas 11 SMA

Melihat materi termodinamika di SMA, banyak siswa merasa takut karena bingung dengan rumusnya yang beragam.

Padahal, kamu bisa mempelajari konsepnya kemudian mengerjakan contoh soal termodinamika beserta pembahasannya untuk menguji pemahaman. 🌡️🔥

Ingin tahu sejauh mana pemahamanmu pada materi termodinamika di kelas 11? Simak artikel berikut ini.

Contoh Soal Termodinamika beserta Pembahasannya

Baca Juga :

Contoh Soal Hukum Kirchoff 1 dan 2 beserta Rumus dan Pembahasannya untuk Bahan Belajar

Termodinamika menjadi materi pada mata pelajaran fisika yang wajib kamu pelajari di bangku kelas 11 SMA. Materi ini mengkaji hubungan panas, kerja, dan energi terkait dengan perubahan panas menjadi kerja.

Penerapan termodinamika sangat erat dengan kehidupan sehari-hari, lho. Misalnya pada prinsip mesin pendingin di kulkas. Adanya freon akan menyerap kalor dari dalam kulkas (bagian dingin), kemudian melepaskan kalor tersebut ke luar ruangan.

Selain itu, termodinamika juga bisa kamu temukan ada cara kerja mesin mobil yang menyerap kalor dari pembakaran bensin berupa panas, kemudian mengubah sebagian menjadi usaha mekanik agar roda mobil dapat berputar. Perlu kamu ketahui bahwa tidak ada mesin yang 100% efisien, sesuai Hukum II Termodinamika.

Baca Juga :

10 Contoh Soal Asas Black Fisika Kelas 11 SMA dan Pembahasannya dengan Rumus

Ada tiga jenis sistem termodinamika:

1. Sistem terbuka: terdapat pertukaran massa dan energi dengan lingkungan. Contoh: lautan
2. Sistem tertutup: terdapat pertukaran energi tapi tidak massa. Contoh: greenhouse
3. Sistem terisolasi: tidak ada pertukaran massa maupun energi. Contoh: tabung gas yang terisolasi, termos air panas

Saat belajar termodinamika, kamu juga wajib menguasai empat proses utama berikut ini:

• Isobarik: proses pada tekanan tetap (P tetap) | W = P·ΔV | Hukum I: ΔU = Q − W
• Isokhorik: proses pada volume tetap (V tetap), usaha = 0 | W = 0 | Hukum I: ΔU = Q
• Isotermal: proses pada suhu tetap (T tetap) | W = nRT ln(V₂/V₁) | Hukum I: ΔU = 0, Q = W
• Adiabatik: proses tanpa pertukaran kalor dengan lingkungan (Q = 0) | W = −ΔU | Hukum I: ΔU = −W

Efisiensi Mesin Carnot:

η = (1 − T₂/T₁) × 100%

Baca Juga :

8 Contoh Soal Hukum Bernoulli dan Penyelesaiannya dengan Rumus

Keterangan:
T₁ = suhu reservoir panas (Kelvin)
T₂ = suhu reservoir dingin (Kelvin)
Suhu wajib dalam satuan Kelvin (K = °C + 273)

Hubungan kalor, usaha, dan efisiensi:

η = W/Q₁ = (Q₁ − Q₂)/Q₁

Sekarang, sudah siap untuk mengerjakan contoh soal termodinamika beserta pembahasannya?

Soal 1

Proses Isobarik

Suatu gas memiliki volume awal 2,0 m³ dipanaskan dengan kondisi isobarik hingga volume akhirnya menjadi 4,5 m³. Apabila tekanan gas adalah 2 atm, berapa usaha luar yang dilakukan gas tersebut? (1 atm = 1,01 × 10⁵ Pa)

Diketahui:
V₁ = 2,0 m³
V₂ = 4,5 m³
P = 2 atm = 2 × 1,01 × 10⁵ = 2,02 × 10⁵ Pa
Ditanya: W
Jawab:
W = P × ΔV
W = P × (V₂ − V₁)
W = 2,02 × 10⁵ × (4,5 − 2,0)
W = 2,02 × 10⁵ × 2,5
W = 5,05 × 10⁵ joule
Karena V₂ > V₁, gas memuai maka gas melakukan usaha terhadap lingkungan (W bernilai positif).

Soal 2

Proses Isokhorik

Sejumlah gas dalam ruang tertutup menerima kalor sebesar 3.000 J pada proses isokhorik. Berapa perubahan energi dalam gas tersebut?

Diketahui:
Q = +3.000 J (menerima kalor)
Proses isokhorik maka V tetap dan W = 0
Ditanya: ΔU
Jawab:
ΔU = Q − W
ΔU = 3.000 − 0
ΔU = 3.000 J
Seluruh kalor yang diterima digunakan untuk menaikkan energi dalam gas karena tidak ada usaha yang dilakukan.