Kumpulan Soal dan Pembahasan Soal Ujian Nasional (UN) Fisika SMA Part 1 - Mesin Karnot dan Hukum Kedua Termodinamika
Friday, 24 February 2017
gammafisblog.blogspot.com - Kali ini kita akan mempelajari salah satu materi fisika yaitu "Mesin Karnot dan Hukum Kedua Termodinamika". Disini kita akan membahas mengenai mesin kalor yang berkerja secara siklik, mesin, efisiensi mesin karnot, hukum kedua termodinamika dan entropi.
Pada artikel Sebelumnya Tentang "Hukum Pertama Termodinamika"
Hukum Pertama Termodinamika menjelaskan tentang hukum kekekalan energi dimana kalor dan usaha dapat menyebabkan terjadinya perubahan energi dalam sistem (atau menjelaskan tentang konversi energi).
Pada hukum pertama termodinamika antara kalor dan usaha tidak dibedakan, akan tetapi ada perbedaan antara kalor dan usaha.
Perbedaan ini disebabkan karena pada kenyataanya suatu hal yang mustahil bagi kita membuat suatu alat siklus yang dapat merubah sejumlah energi yang masuk berupa kalor sama dengan usaha yang dikeluarkan. atau dalam artian semua kalor dirubah menjadi usaha.
Yang memungkinkan adalah sebagian dari kalor diubah menjadi usaha. yang akan dibahas dalam mesin karnot.
Hukum Kedua Termodinamika
Dalam hukum pertama termodinamika tidak mementukan sebuah proses yang mana dapat terjadi secara spontan dan mana yang tidak. pada kenyataanya hanya konversi energi dan transver energi tertentu saja yang dapat terjadi di alam.
Hukum kedua termodinamika menentukan proses mana saja yang dapat terjadi dan tidak terjadi.
Hukum kedua termodinamika menyangkal tetang hukum kekekalan energi dimana pada kenyataanya dua buah benda dengan suhu yang berbeda saat kontak termal, energi selalu berpindah dari suhu yang tinggi kesuhu yang renda, tidak pernah terjadi kebalikkanya. atau benda jatuh dari keringgian tertentu lama kelamaan akan diam, tidak pernah bola yang diam kemudian memantul keketinggian tertentu.
Kumpulan Soal dan Pembahasan Soal Ujian Nasional (UN) Fisika SMA Part 1 - Mesin Karnot dan Hukum Kedua Termodinamika
 |
| Mesin Karnot |
Pada artikel Sebelumnya Tentang "Hukum Pertama Termodinamika"
Hukum Pertama Termodinamika menjelaskan tentang hukum kekekalan energi dimana kalor dan usaha dapat menyebabkan terjadinya perubahan energi dalam sistem (atau menjelaskan tentang konversi energi).
Pada hukum pertama termodinamika antara kalor dan usaha tidak dibedakan, akan tetapi ada perbedaan antara kalor dan usaha.
Perbedaan ini disebabkan karena pada kenyataanya suatu hal yang mustahil bagi kita membuat suatu alat siklus yang dapat merubah sejumlah energi yang masuk berupa kalor sama dengan usaha yang dikeluarkan. atau dalam artian semua kalor dirubah menjadi usaha.
Yang memungkinkan adalah sebagian dari kalor diubah menjadi usaha. yang akan dibahas dalam mesin karnot.
Hukum Kedua Termodinamika
Dalam hukum pertama termodinamika tidak mementukan sebuah proses yang mana dapat terjadi secara spontan dan mana yang tidak. pada kenyataanya hanya konversi energi dan transver energi tertentu saja yang dapat terjadi di alam.
Hukum kedua termodinamika menentukan proses mana saja yang dapat terjadi dan tidak terjadi.
Hukum kedua termodinamika menyangkal tetang hukum kekekalan energi dimana pada kenyataanya dua buah benda dengan suhu yang berbeda saat kontak termal, energi selalu berpindah dari suhu yang tinggi kesuhu yang renda, tidak pernah terjadi kebalikkanya. atau benda jatuh dari keringgian tertentu lama kelamaan akan diam, tidak pernah bola yang diam kemudian memantul keketinggian tertentu.
Mesin Karnot
Mesin karnot adalah suatu alat yang berkerja dalam proses siklik dimana alat ini menrima energi berupa kalor dan merubah atau mengeluarkanya sebagian dalam bentuk usaha/kerja.
Contonya pada mesin kendaraan bermotor. behan bakar berupa bensin/solar yang dibakar menghasilkan energi berupa kalor yang digunakan untuk melakukan usaha pada piston yang menghasilkan gerak.
Oleh karena kerja atau usaha dalam siklik, maka energi dalam awal sam dengan energi dalam akhir, sehingga perubahan energi dalam sama dengan Nol.
Akibat dari perubahan energi dalam pada proses siklik sama denagn Nol, maka berdasarkan hukum pertama termodinamika diperoleh bahwa "Usaha total yang dilakukan oleh mesin karnot sama dengan energi berupa kalor yang di transver atau yang dipindahkan ke mesin."
Contonya pada mesin kendaraan bermotor. behan bakar berupa bensin/solar yang dibakar menghasilkan energi berupa kalor yang digunakan untuk melakukan usaha pada piston yang menghasilkan gerak.
Oleh karena kerja atau usaha dalam siklik, maka energi dalam awal sam dengan energi dalam akhir, sehingga perubahan energi dalam sama dengan Nol.
Akibat dari perubahan energi dalam pada proses siklik sama denagn Nol, maka berdasarkan hukum pertama termodinamika diperoleh bahwa "Usaha total yang dilakukan oleh mesin karnot sama dengan energi berupa kalor yang di transver atau yang dipindahkan ke mesin."
 |
| Mesin Karnot dan Usaha |
Jika bahannya berupa gas, maka kerja total yang dilakukan pada satu siklus sama dengan luas daerah yang dibatasi oleh kurva.
"Efisiensi Termal e adalah rasio dari kerja/usaha total yang dilakukan oleh mesin dalam proses siklik atau dalam satu siklus dengan energi yang diserap pada suhu tinggi selama siklus kerja"
 |
| Usaha dan Efisiensi Termal Pada Mesin Karnot |
Proses Yang Terjadi dalam Mesin Karnot
Didalam mesin karnot terjadi empat proses siklik yaitu proses pengembanagn saat mesin menerima atau menyerap kalor pada suhu tinggi pada reservoar panas secara isotermal dan kemudian gas mengalami pengembangan kembali secara adiabatik dimana total kalor (Q = 0). Proses selanjutnya gas mengalami pemampatan dengan membuang sejumlah kalor pada reservoar dingin. Yang terakhir gas dimampatkan kembali secara adiabatik. |
| Proses Yang Terjadi Pada Mesin Karnot |
Contoh Soal
1. suatu mesin uap yang memiliki katel berkerja pada suhu 500K. Energi dari bahan bakar diserap oleh mesin uap dan mengubah air mejadi uap, yang kemudian uap menggerakkan piston. Suhu pada resesrvoar dingin mesin uap merupakan suhu udara luar kira-kira 300K . Berapakah efisisensi termal maksimum dari mesim uap tersebut...?A. 30 %
B. 40 %
C. 50 %
D. 60 %
E. 70 %
Jawabannya: B
Solusi:
Diketahui:
Th = 500 K
Tc = 300 K
Ditanya: e =...?
Jawab:
 |
| Efisiensi Mesin Uap |
2. Sebuah mesin uap memiliki efisiensi 30%. Jika mesin mengunakan suhu atmosfer pada reservoar dingin yaitu sebesar 300 K. berapakah suhu pada reservoar panas mesin ...?
A. 425 K
B. 426 K
C. 427 K
D. 428 K
E. 429 K
Jawabannya : E
Solusi:
Diketahui:
efisiensi mesin uap (e) = 30 %
Suhu pada reservoar dingin (Tc) = 300 K
Ditanya: Berapakah suhu pada reservoar panas mesin (Th) = ...?
Jawab:
 |
| Suhu Pada Reservoir Panas |
3. Sebuah mesin karnot berkerja di antara dua reservoir bersuhu 527 C dan 127 C. Jika severvoir pada suhu tinggi diturunkan menjadi 227 C, maka efisiensi mula-mula dan akhir mesin karnot adalah ...?
A. 30 % dan 20 %
B. 40 % dan 20 %
C. 50 % dan 20 %
D. 50 % dan 30 %
E. 60 % dan 40 %
Jawabannya : C
Solusi:
Diketahui:
Th = 527 C = 527 + 273 = 800 K
Tc = 127 C = 127 + 273 = 400 K
Th' = 227 C = 227 + 273 = 500 K
Ditanya : Efisiensi awal dan akhir mesin karnot =...?
Jawab:
 |
| Efisiensi Mesin Karnot |
4. Sebuah mesin karnot berkerja pada suhu antara 800 K dan 450 K, serta membuang energi panas sebesar 1 Kj setiap siklusnya. Usaha mesin karnot setiap siklusnya adalah :...?
A. 0.79 kj
B. 1.00 Kj
C. 1.43 Kj
D. 1.72 Kj
E. 2.05 Kj
Jawabannya : A
Solusi :
Diketahui:
Th = 800 K
Tc = 450 K
Kalor yang dibuang (Qc) = 1 Kj
Ditanya: Usaha atau kerja mesin karnot dalam setiap siklus (W) =...?
Jawab:
 |
| Usaha pada Mesin Karnot |
5. Perhatikangrafik P - V untuk mesin karnot seperti pada gambar!
Jika mesin mengambil panas 1.000 J, maka banyaknya panas yang diubah menjadi usaha adalah ...?
A. 400 J
B. 600 J
C. 1.000 J
D. 1.500 J
E. 2.500 J
Jawabannya : A
Solusi:
Diketahui:
Th = 1.000 K
Tc = 600 K
Qh = 1.000 J
Ditanya : Banyak Kalor yang diubah mwnjadi usaha (W) =...?
Jawab:
 |
| Usaha atau kerja |
6. Perhatikangrafik P - V untuk mesin karnot seperti pada gambar!
Jika mesin mengambil panas 1.500 J, maka banyaknya panas yang diubah menjadi usaha adalah ...?
A. 300 J
B. 500 J
C. 750 J
D. 1.500 J
E. 2.000 J
Jawabannya : C
Solusi:
Diketahui:
Th = 900 K
Tc = 450 K
Qh = 1.500 J
Ditanya : Banyak Kalor yang diubah mwnjadi usaha (W) =...?
Jawab:
 |
| Tranformasi Kalor-Usaha |
7. Sebuah mesin karnot berkerja pada suhu antara 600 K dan 400 K. Jika mesin melakukan kerja sebesar 500 J, seperti pada gambar !
Dari grafik P-V tersebut. Tentukan kalor yang diserap oleh mesin tiap siklusnya ...?
A. 500 J
B. 1.000 J
C. 1.500 J
D. 2.000 J
E. 2.500 J
Jawabannya:
Solusi:
Diketahui:
Th = 600 K
Tc = 400 K
W = 500 J
Ditanya: Kalor yang diserap (Qh) =...?
Jawab:
 |
| Kalor yang diserap |
Itulah artikel tentang "Kumpulan Soal dan Pembahasan Soal Ujian Nasional (UN) Fisika SMA Part 1 - Mekanika (Gerak Lurus dan Gerak Melingkar)". Terimakasi sudah berkunjung, Mohon masukkannya agar artikel ini dapat lebih baik lagi dan Tetap semangat dalam belajar.