Materi dan Pembahasan Soal Termodinamika Kelas 11 SMA

Pengertian Termodinamika

Jadi, ilmu ini menggambarkan usaha untuk mengubah kalor atau perpindahan energi yang disebabkan perbedaan suhu menjadi energi serta sifat-sifat pendukungnya. Termodinamika berhubungan erat dengan fisika energi, panas, kerja, entropi dan kespontanan proses.

Selain itu, Termodinamika juga berhubungan dengan mekanika statik. Cabang ilmu Fisika ini mempelajari suatu pertukaran energi dalam bentuk kalor dan kerja, sistem pembatas dan lingkungan. Aplikasi dan penerapan Termodinamika bisa terjadi pada tubuh manusia, peristiwa meniup kopi panas, perkakas elektronik, Refrigerator, mobil, pembangkit listrik dan industri, adalah peristiwa Termodinamika yang paling dekat dengan kehidupan sehari-hari.

Sistem Termodinamika

Sistem termodinamika adalah bagian dari jagat raya yang diperhitungkan. Sebuah batasan yang nyata atau imajinasi memisahkan sistem dengan jagat raya, yang disebut lingkungan. Klasifikasi sistem termodinamika berdasarkan pada sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan materi, kalor dan entropi antara sistem dan lingkungan.

Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan:

Sistem tertutup

Terjadi pertukaran energi antara panas dan Energi tetapi tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup di mana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan. Apakah suatu sistem terjadi pertukaran panas, kerja atau keduanya biasanya dipertimbangkan sebagai sifat pembatasnya:

Pembatas Adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas

Pembatas Rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.

Sistem terisolasi

Tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.

Sistem terbuka

Terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda dengan lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebut permeabel. Samudra merupakan contoh dari sistem terbuka.

Dalam kenyataan, sebuah sistem tidak dapat terisolasi sepenuhnya dari lingkungan, karena pasti ada terjadi sedikit pencampuran, meskipun hanya penerimaan sedikit penarikan gravitasi. Dalam analisis sistem terisolasi, energi yang masuk ke sistem sama dengan energi yang keluar dari sistem.

Keadaan Termodinamika

Ketika sistem dalam keadaan seimbang dalam kondisi yang ditentukan, ini disebut dalam keadaan pasti atau keadaan sistem.

Untuk keadaan termodinamika tertentu, banyak sifat dari sistem dispesifikasikan. Properti yang tidak tergantung dengan jalur di mana sistem itu membentuk keadaan tersebut, disebut fungsi keadaan dari sistem. Bagian selanjutnya dalam seksi ini hanya mempertimbangkan properti, yang merupakan fungsi keadaan.

Jumlah properti minimal yang harus dispesifikasikan untuk menjelaskan keadaan dari sistem tertentu ditentukan oleh Hukum fase Gibbs. Biasanya seseorang berhadapan dengan properti sistem yang lebih besar, dari jumlah minimal tersebut.

Pengembangan hubungan antara properti dari keadaan yang berlainan dimungkinkan. Persamaan keadaan adalah contoh dari hubungan tersebut.

Hukum Dasar Termodinamika

Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika, yaitu:

Hukum Awal atau Zeroth Law Termodinamika

Hukum awal menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya. Hukum ini dimasukkan setelah hukum pertama.

Hukum Pertama Termodinamika

Hukum yang sama juga terkait dengan kasus kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup, sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem. Hukum ini dapat diuraikan menjadi beberapa proses, yaitu proses dengan Isokhorik, Isotermik, Isobarik, dan juga adiabatik.

Hukum kedua Termodinamika

Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Tidak ada bunyi untuk hukum kedua termodinamika yang ada hanyalah pernyataan kenyataan eksperimental yang dikeluarkan oleh kelvin-plank dan clausius.

Pernyataan clausius: tidak mungkin suatu sistem apapun bekerja sedemikian rupa sehingga hasil satu-satunya adalah perpindahan energi sebagai panas dari sistem dengan temperatur tertentu ke sistem dengan temperatur yang lebih tinggi.

Pernyataan kelvin-planck: tidak mungkin suatu sistem beroperasi dalam siklus termodinamika dan memberikan sejumlah netto kerja kesekeliling sambil menerima energi panas dari satu reservoir termal.

Hukum ketiga Termodinamika

Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.

Soal Dan Pembahasan Termodinamika

1. Dua benda berada dalam kesetimbangan termal apabila memiliki . . .

A. Suhu sama

B. Massa sama

C. Tekanan sama

D. Jumlah partikel sama

E. Energi sama

Saat energi kalor kedua benda sama, maka aliran energi tidak akan terjadi. Keadaan inilah yang disebut dengan kesetimbangan termal.

Jawaban E

2. Sejumlah gas ideal monoatomik mula-mula memiliki volume 250 cc/kmol dan tekanan 120 kPa. Jika dipanaskan dengan tekanan tetap sehingga mengembang. Misalkan konstanta gas universal dinyatakan sebagai R J/molK. Jika pada proses itu temperatur gas naik sebesar 38,4/R Kelvin. Maka volume akhir gas tersebut adalah ...

A. 420 cc

B. 367 cc

C. 343 cc

D. 320 cc

E. 297 cc

SBMPTN 2016

Gas ideal merupakan gas yang partikel-partikelnya tidak memiliki volume dan tidak saling tarik-menarik. Persamaannya:

P V = n R T

Pada soal diketahui,

V₁ = 250 cc/kmol,

P = 120 kPa,

R = R J/molK,

T₂ = 38,4/R Kelvin,

maka:

Jawaban D

3. Sebuah tabung berisi gas memiliki volume 1 liter. Mula-mula tabung bersuhu 20°C. Jika tabung tersebut mempunyai lubang untuk mengatur agar tekanannya tetap, berapakah perbandingan banyaknya gas sebelum dan setelah dipanaskan menjadi bersuhu 35°C dengan diatur agar tekanannya tetap?

Gas ideal merupakan gas yang partikel-partikelnya tidak memiliki volume dan tidak saling tarik-menarik. Persamaannya:

P V = n R T

Pada soal diketahui,

V₁ = 1 liter,

T₁ = 20°C = 293 K,

T₂ = 35°C = 308 K,

Ditanyakan : N₁/N₂ = ..?

maka:

V₁/T₁ = V₂/T₂

1/293 = V₂/308

V₂ = 1,05 liter

Untuk menentukan perbandingan banyak gas, gunakan persamaan umum gas ideal

P V = N K T

karena P dan K tetap maka :

V/NT = Konstan

V₁/N₁T₁ = V₂/N₂T₂

1 /N₁ . 293 = 1,05 /N₂ . 308

N₁/N₂ ≋ 1

Jadi,n besar perbandingannya mendekati 1

Share :