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 da
Pembahasan
a) Efisiensi mesin Carnot
Data :
Tt = 227oC = 500 K
Tr = 27oC = 300 K
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)
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)
Penyelesaian:
V2 = 4,5 m3
V1 = 2,0 m3
P = 2 atm = 2,02 x 105 Pa
Isobaris → Tekanan Tetap
W = P (ΔV)
W = P(V2 − V1)
W = 2,02 x 105 (4,5 − 2,0) = 5,05 x 105 joule
3.Gas hydrogen dipanaskan dari suhu 300 K sampai 312 K dalam bejana yang bebas hingga memuai. Kalor yang dibutuhkan dalam proses itu 24kJ. Tentukan kapasitas kalor hydrogen!
a.3.000 j/k c.10000 j/k e. 15000 j/k
b.500 j/k d. 2.000 j/k
cara :
Diketahui:∆T=312K–300K=12K
Qp = 24 kJ = 24.000 J
Ditanyakan : Cp ?
Jawab :
4. 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....
a.50 kj c.70 kj e.60 kj
b.100 kj d. 20 kj
cara:
V1 = 1,5 m3
T1 = 27oC = 300 K
T2 = 87oC = 360 K
P = 2 x 105 N/m2
W = PΔV
Mencari V2 :
V2/T2 = V1/T1
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
5.Suatu gas dalam ruang tertutup melepaskan kalor ke lingkungan sebesar 1.000 kalori dan melakukan usaha 2.000 joule. Berapakah perubahan energy dalam gas? (1 kalori = 4,2 J)
a. 6.200 j c. 7000 j e. 5.670 j
b. 5.200 j d. 6.890 j
cara:
Diketahui :
Q = -1.000 kalori = -4.200 J
W = +2.000 J
Ditanyakan : ∆U
Jawab:
∆U = Q –W
= -4.200 J – (+2.000 J)
= -6.200 J
6.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 c. 135 J e. 200 J
b. 124 J d. 148 J
cara :
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
7. 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 c. 280 kj e. 60 kj
b. 400 kJ d. 120 kj
cara:
WAC = WAB + WBC
WAC = 0 + (2 x 105)(3,5 − 1,5) = 4 x 105 = 400 kJ
8. Suatu mesin Carnot, jika reservoir panasnya bersuhu 400 K akan mempunyai efisiensi 40%. Jika reservoir panasnya bersuhu 640 K, efisiensinya.....%
a. 50,0 c. 57,0 e .64,0
b. 52,5 d. 62,5
cara:
Data pertama:
η = 40% = 4 / 10
Tt = 400 K
Cari terlebih dahulu suhu rendahnya (Tr) hilangkan 100 % untuk mempermudah perhitungan:
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%
9. Sejumlah gas ideal mengalami proses seperti gambar berikut.
Proses yang menggambarkan adiabatis dan isokhorik berturut-turut ditunjukkan pada nomor...
a. 1 – 2 dan 3 – 4
b. 1 – 2 dan 4 – 5
c. 2 – 3 dan 1 – 2
d. 2 – 3 dan 1 – 2
e. 2 – 3 dan 3 – 4
Pembahasan
Adiabatis : proses dimana tidak ada kalor masuk atau keluar. Ciri garisnya melengkung curam. Seperti garis 2 - 3.
Isokhorik : proses pada volume tetap. Garisnya yang tegak lurus sumbu V. Bisa 5 - 1, juga 3 - 4.
Pilihan yang ada sesuai adiabatis dan isokhoris adalah 2 - 3 dan 3 - 4.
10. 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
a. 5000 joule c. 4988,4 joule e.5609.0 joule
b. 4678,9 joule d. 5612,0 joule
cara:
n = 2000/693 mol
V2 = 5 L
V1 = 2,5 L
T = 27oC = 300 K
Usaha 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
Tidak ada komentar:
Posting Komentar