Contoh Soal Termodinamika beserta Pembahasannya untuk Kelas 11 SMA

Soal 3

Hukum I Termodinamika

Sebuah sistem menerima kalor sebesar 800 J dari lingkungan dan melakukan usaha 500 J terhadap lingkungan. Berapa perubahan energi yang terjadi dalam sistem?

Diketahui:
Q = +800 J (sistem menerima kalor)
W = +500 J (sistem melakukan usaha)
Ditanya: ΔU
Jawab:
ΔU = Q − W
ΔU = 800 − 500
ΔU = 300 J
Energi dalam sistem bertambah 300 J.

Baca Juga :

23 Soal PAT Kenaikan Kelas Sejarah Indonesia Kelas 11 SMA Semester 2 Kurikulum Merdeka

Soal 4

Proses Adiabatik

Gas mengalami proses adiabatik dan menerima usaha dari luar sebesar 2.000 J. Berapa perubahan energi yang terjadi di dalam gas?

Diketahui:
Karena proses adiabatik, maka Q = 0
Gas menerima usaha dari luar maka W = −2.000 J (tanda negatif artinya usaha dilakukan pada sistem)
Ditanya: ΔU
Jawab:
ΔU = Q − W
ΔU = 0 − (−2.000)
ΔU = +2.000 J
Energi dalam gas meningkat karena menerima usaha dari lingkungan.

Soal 5

Efisiensi Mesin Carnot

Sebuah mesin Carnot bekerja di antara reservoir panas bersuhu 400°C dan reservoir dingin bersuhu 100°C. Berapa efisiensi mesin tersebut?

Diketahui:
T₁ = 400°C = 673 K
T₂ = 100°C = 373 K
Ditanya: η
Jawab:
η = (1 − T₂/T₁) × 100%
η = (1 − 373/673) × 100%
η = (1 − 0,554) × 100%
η ≈ 44,6%
Artinya, dari kalor yang diserap hanya 44,6% yang dapat diubah menjadi usaha. Sisanya dibuang ke reservoir dingin.

Soal 6

Mesin Carnot: Mencari Usaha

Suatu mesin kalor bekerja pada reservoir panas bersuhu 1.500 K dan reservoir dingin 750 K. Jika mesin menyerap kalor sebanyak 2.000 J, berapakah usaha maksimum yang dapat dilakukan?

Diketahui:
T₁ = 1.500 K
T₂ = 750 K
Q₁ = 2.000 J
Ditanya: W
Jawab:
Cari efisiensi terlebih dahulu:
η = (1 − T₂/T₁) = 1 − 750/1.500 = 1 − 0,5 = 0,5 → 50%
Setelah itu, cari usaha:
W = η × Q₁
W = 0,5 × 2.000
W = 1.000 J

Soal 7

Mesin Carnot: Mencari Kalor yang Dibuang

Dari soal 6 di atas, berapa kalor yang dibuang ke reservoir dingin (Q₂)?

Jawab:
Q₂ = Q₁ − W
Q₂ = 2.000 − 1.000
Q₂ = 1.000 J
Cara lain untuk menyelesaikannya:
Q₂ = Q₁ × (T₂/T₁)
= 2.000 × (750/1.500)
= 1.000 J

Soal 8

Analisis Proses Isobarik

Sebuah balon berisi gas ideal dipanaskan secara isobarik pada tekanan 1,5 × 10⁵ Pa. Volume gas berubah dari 3 m³ menjadi 5 m³. Apabila kalor yang diberikan sebesar 4,5 × 10⁵ J, maka perubahan energi dalam gas adalah…
A. 1,5 × 10⁵ J
B. 2,0 × 10⁵ J
C. 3,0 × 10⁵ J
D. 4,5 × 10⁵ J
E. 6,5 × 10⁵ J

Jawaban: A
Pembahasan:
W = P × ΔV = 1,5 × 10⁵ × (5 − 3) = 3,0 × 10⁵ J
ΔU = Q − W = 4,5 × 10⁵ − 3,0 × 10⁵ = 1,5 × 10⁵ J
Jangan lupa untuk menghitung usaha yang dilakukan karena seringkali banyak yang langsung menjawab D (menyamakan ΔU = Q) karena lupa menghitung W.

Soal 9

Proses Adiabatik dan Analisis Arah Usaha

Gas dalam silinder mengalami kompresi adiabatik. Piston menekan gas sehingga gas menerima usaha sebesar 3.500 J. Pernyataan yang tepat di bawah ini adalah…
A. Suhu gas turun karena tidak ada kalor masuk
B. Energi dalam gas berkurang 3.500 J
C. Energi dalam gas bertambah 3.500 J
D. Kalor yang dilepas gas sama dengan 3.500 J
E. Usaha yang dilakukan gas terhadap lingkungan adalah 3.500 J

Jawaban: C
Pembahasan:
Pada proses adiabatik, Q = 0
Gas menerima usaha dari luar maka W = −3.500 J (tanda negatif karena usaha dilakukan pada sistem)
ΔU = Q − W
= 0 − (−3.500)
= +3.500 J artinya energi dalam bertambah
suhu gas justru naik (bukan turun)