Kumpulan Soal dan Pembahasan Soal Ujian Nasional (UN) Fisika SMA Part 1 - Gas Ideal (Hukum Pertama Termodinamika)
Thursday 23 February 2017
gammafisblog.blogspot.com - kali ini kita akan mempelajari tetang "gas ideal". Dimana tinjauan gas ideal dilihat dari skala makrokopis, seperti Volume (V), Tekanan (P) dan Suhu (T). Disini kita akan mempelajari besaran besaran tersebut dalam menjesakan tentang Gas. Pada kenyataanya gas tidak ada yang ideal, tetapi mendekati keadaan ideal. Gas dengan kerapatannya yang rendah disebut sebagai gas ideal. Persamaam keadaan dapat digunakan untuk menjelaskan tentang Gas Ideal.
Dalam berbagai eksperimen yang telah dilakukan, banyak gas yang menunjukan sifat bahwa ketika tekanan mendekati nol, nilai PV/nT mendekat nilai R yang sama untuk semua gas. Sehingga R disebut sebagai konstanta gas universal.
"Gas ideal adalah suatu kondisi dimana nilai dari PV/nT adalah Konstan", Gas ideal di tunjukan dalam persamaan keadaan. (PV = nRT)
Untuk memudahkan kita dalam menentukan jumlah gas dalam suatu volume tertentu maka digunakan sebuah istilah, yaitu jumlah mol gas (n) dimana (n = m/M) atau dalam jumalah molenkul total (n = N/NA).
Baca Juga : Bunyi Hukum Boyle, Rumus, Contoh Soal dan Penjelasan Lengkap Serta Penerapannya dalam Kehidupan Sehari-Hari
Dengan mengunakan definisi gas ideal, kita bandingkan persamaan keadaan gas ideal dengan persamaan diatas. Ingan persamaan keadan diperoleh dari hasil eksperimen yang begitu panjang.
Hasil ini menunjukana bahawa suhu sebanding dengan energi kinetik rata-rata.
Dari persamaan tersebut maka kita peroleh hubungan energi kinetik translasi molekul gas dengan suhu:
Dari sini dapat kita simpulkan bahwa energi kinetik translasi rata-rata gas persatuan molekul adalah 3/2 k_b T. Maka diperoleh :
Jadi, setiap derajat kebebasan menyumbangkan 1/2 k_b T kepada energi sistem, dimana derajat kebebsan yang dapat diperoleh dari gerak translasi, rotasi dan vibrasi (getaran) molekul gas ini disebut dengan teorema ekipartisi energi.
Energi kinetik translasi total dari N molekul gas adalah N molekul dikalikan dengan energi kinetik rata-rata permolekul gas.
Dari persamaan diatas dapat kita lihat hubungan antara energi kinetik rata-rata molekul gas berbanding lurus dengan suhunya. artinya pergerakan molekul gas akan meningkat seiring dengan meningkatnya suhu.
Merupakan kasus khusus dari hukum kekekalan energi. Hukum pertama termodinamika berbicara tentang perubahan energi dalam berupa kalor dan usaha. hukum pertama termodinamika merupakan suatu hukum yang dapat diaplikasi dalam banya keadaan atau proses yang menjadi penghubung antara keadaan mikrokopis dan makrokopis.
Pada kenyataanya kita tidak dapat mengukur besarnya energi dalam secara tunggal dalam suatu sistem, kita hanya dapat mengukur perubahan energi dalam dari sistem. jadi perubahan energi dalam sistem dapat berupa kalor atau usaha ataupun keduanya.
Hukum Pertama Termodinamika Menyatakan bahwa "ketika sistem mengalami perubahan dari suatu keadan kekeadaan yang lain" maka besarnya perubahan energi dalam yang terjadi pada sistem adalah:
Jika sistem terisolasi maka tidaka ada energi yang dapat keluar ataupun masuk kedalam sistem artnya tidak terjadi pelapasan atau penyerapan energi antara sistem dan lingkungan. Sehingga pada keadaan terisolasi tiada ada perubahan energi berupa kalor dan usaha, Maka energi dalam sistem konstan. Artinya bahwa energi dalam awal sama dengan energi dalam akhir.
dE = W (dinmana dE adalah perubahan energi dalam)
dari hasil diatas menujikan behwa ketika gas dikomprsesi secara adiabatik sehingga usaha pada sistem bernilai positif, maka perubahan energi dalam bernilai positif pula dan suhu gas dalam sistem meningkat akibat proses kompresi secara adiabatik. Sebaliknya ketika gas di ekspansi secara adiabatik maka usaha yang dilakukan gas bernilai negatif sehingga mengakibatkan suhu gas menurun secara adiabatik.
Proses adiabatik sangatlah penting dalam bidang teknik seperti proses ekspansi gas pada mesin kendaran misalnya pada piston kendaran pada proses pembakaran.
W = - P (Vf - Vi) (kadaan dimana tekanan konstan atau proses isobarik)
Proses Isovolumetrik
adalah proses dimana volume sistem dijaga agar tetap konstan.
dE = Q (Proses Isovolumetrik)
dari persamaan diatas disimpulkan bahwa ketika energi berupa kalor ditambahkan edalam sistem dimana volume sistem dijaga agar tetap dalam keadaan konstan, maka energi yang masuk kesistem akan tetap berada di dalam sistem, sebagai suatu peningkatan energi dalam sistem. contonya ketika kaleng cat semprot di bakar, maka energi berupa kalor akan tetap masuk kedalam sistem sehingga mengakibatkan suhu dan tekanan sistem mengkat hingga kaleng cat dapat meledak karena tidak mampu menahan peningkatan tekan dari dalam sistem.
Proses Isotermal
adalah suatu keadaan dimana proses terjadi pada suhu konstan.
A. P1 : P2 = 1 : 2
B. P1 : P2 = 1 : 3
C. P1 : P2 = 2 : 1
D. P1 : P2 = 3 : 2
E. P1 : P2 = 9 : 2
(Ujian Nasional 2013/2014)
Jawabannya: B
Solusi:
Diketahui:
V1 = V
P1 = P
T1 = T
T2 = 3/2 T
V2 = 1/2 V
Ditanya: Perbandingan P1 : P2 =...?
Jawab:
2. Didalam ruang tertutup suhu suatu gas 27 drajat Selsius, Tekanan 1 atm, dan volume 0.5 liter. jika suhu gas denaikan menjadi 327 drajat Selsius dan tekanan gas menjadi 2 atm, volume gas akan menjadi ... Liter ? (Ujian Nasional 2011/2012)
A. 1
B. 0.5
C. 0.25
D. 0.125
E. 0.0625
Jawabannya: B
Solusi:
Diketahui:
T1 = 27 C = 27 + 273 = 300 K
P1 = 1 atm = 1 .10^5 N/m2
V1 = 0.5 Liter
T2 = 327 C = 327 + 273 = 600 K
P2 = 2 atm = 2. 10^5 N/m2
Ditanya : Volume akhir gas =...?
Jawab:
3. Gas dalam ruang tertutup bersuhu 42 drajat Selsius dan tekanan 7 atm serta volumenya 8 L. Apabila gas dipanasi samapai 87 drajat Selsius, tekan naik sebesar 1 atm, maka volume gas adalah :...?
A. Berkurang 10%
B. tetap
C. Berkurang 20%
D. Bertambah 20%
E. bertambah 12%
Jawabannya: B
Solusi:
Diketahui:
T1 = 42 C = 42 + 273 = 315 K
P1 = 7 atm = 7.10^5 N/m2
V1 = 8 Liter
T2 = 87 C = 87 + 273 = 360 K
P2 = naik 1 atm = 8 atm = 8.10^5 N/m2
Ditanya: Volume Akhir Gas =...?
4. Suatu gas ideal dengan volume 1 liter pada suhu 27 drajat Selsius mengalami pemanasan secara isobarik pada tekanan 3 atm (1 atm = 10^5 N/m2) hingga suhu 117 drajat Selsius. Bila Kapasitas kalor gas ideal 8.0 J/K, maka volume akhir gas ideal dan perubahan energi dalam berturut-turut adalah :...?
A. 1.3 Liter dan 630 joule
B. 1.3 Liter dan 720 joule
C. 1.5 liter dan 630 joule
D. 1.5 Liter dan 630 joule
E. 1.8 Liter dan 630 joule
Jawabannya: A
Solusi:
Diketahui:
V1 = 1 Liter
T1 = 27 C = 27 + 273 = 300 K
P = 3 atm
T2 = 117 C = 117 + 273 = 390 K
C = 8.0 J/K
Ditanya : Volume akhir dan perubahan energi dalam gas ideal =...?
Jawab:
Itulah Sekilas pembahasan mengenai "Kumpulan Soal dan Pembahasan Soal Ujian Nasional (UN) Fisika SMA Part 1 - Gas Ideal (Hukum Pertama Termodinamika)". Jika ada kesalahan silahkan dikoreksi agar artikel ini dapat menjadi sempurna. Terimakasi atas kunjungan teman-teman semua.
Kumpulan Soal dan Pembahasan Soal Ujian Nasional (UN) Fisika SMA Part 1 - Gas Ideal (Hukum Pertama Termodinamika)
Apa Gas Ideal ?
Coba kita melakukan eksperimen kecil. Sekarang kita misalkan suatu gas ideal dikurung dalam sebuah wadah dimana volume wadah dapat berubah, seperti piston. Jika kita mengasumsikan bahwa wadah tidak bocor, maka tidak ada gas yang keluar sehingga massa (atau jumlah mol) gas dalam keadaan konstan. Pada eksperimen ini kita akan memperoleh beberapa informasi : Pertama ketika gas dijaga suhunya agar tetap konstan dan kemudian piston ditekan (Tekanan diperbesar) maka volume akan mengecil, artinya bahwa tekana gas berbanding terbalik dengan volume (Yang dikenal denga Hukum Boyle). Kedua ketika tekana gas dijaga agar tetap konstan maka volume gas berbanding lurus dengan suhu gas (Hukum Charles dan Gay-Lussac). Eksperimen sederhana ini disimpulkan dalam persamaan keadaan. (PV = nRT)Dalam berbagai eksperimen yang telah dilakukan, banyak gas yang menunjukan sifat bahwa ketika tekanan mendekati nol, nilai PV/nT mendekat nilai R yang sama untuk semua gas. Sehingga R disebut sebagai konstanta gas universal.
"Gas ideal adalah suatu kondisi dimana nilai dari PV/nT adalah Konstan", Gas ideal di tunjukan dalam persamaan keadaan. (PV = nRT)
Untuk memudahkan kita dalam menentukan jumlah gas dalam suatu volume tertentu maka digunakan sebuah istilah, yaitu jumlah mol gas (n) dimana (n = m/M) atau dalam jumalah molenkul total (n = N/NA).
Hukum Boyle - Gay-Lussac - Charles
Pada persamaan keadan untuk gas ideal diperoleh bahwa:
PV/T = konstan.
Keterangan:
P adalah tekan gas ideal (Pa atau atm)
V adalah volume gas ideal (Liter)
T adalah suhu gas ideal (K)
Keadan ini terjadi ketika tidak ada gas yang dapat keluar atau masuk kedalam sistem. artinya jumlah molekul gas konstan. sehingga PV/T = Konstan.
Keadan Isobarik.
Pertama Keadan dimana tekanan Gas konstan atau yang dikenal denga proses isobarik. Pada keadan tekanan konstan, maka volume (V) sebanding dengan suhu (T) artinya ketika suhu gas bertambah pada tekan konstan maka volume gas akan menngkat atau dalam kata lain gas mengalami pemuaian atau terjadi ekspansi volum. Sebaliknya ketika suhu gas berkurang maka molekil molekul gas akan menyusut sehingga volume gas pun berkurang.
|
| Keadaan Isobarik |
Keadan Isovolumetrik (atau Isokhorik)
Keadan kedua dimana volume gas dijaga agar tetap konstan yang dikenal dengan proses isokhorik. Pada keadaan volume konstan maka keadaan makrokopis gas yang lain akan berubah dimana tekanan gas akan berbading lurus dengan suhu gas ideal. Contohnya ketika botol parvum yang volume konstan dinaikan suhunya maka molekul gas yang ada didalam botol parvum akan bertumbukan sehingga tekan gas akan meningkat, hal ini yang menyebabkan botol parvum akan meledak ketika dibakar karena tekana gas meningkat dan terus mendorong dinding-dinding parvum. Dapat disimpulkan bahwa ketika suhu gas meningkat maka tekana gas akan meningkat pula begitupun sebaliknya.
 |
| Keadaan Isobarik |
Keadan Isotermik
Keadan ketiga dimana suhu gas dijaga agar tetep konstan. Pada suhu tetep keadan makrokopis gas seperti tekanan dan volume akan berubah dan saling berkaitan. berdasarkan hasil eksperimen menyatakan bahwa tekanan gas berbanding terbalik dengan volume, Artinya bahwa ketika suatu gas ditekan atau dimampatkan maka volume gas akan berkurang. Sebeliknya ketika tekana kecil maka volume gas akan meningkat.
 |
| Keadaan Isotermik |
Baca Juga : Bunyi Hukum Boyle, Rumus, Contoh Soal dan Penjelasan Lengkap Serta Penerapannya dalam Kehidupan Sehari-Hari
Energi Kinetik Rata-Rata Gas Ideal
Hubungan Antara Tekanan dan Energi Kinetik Molekul : dimana tekanan suatu gas sebanding dengan jumlah molekul gas persatuan volume sebanding dengan energi kinetik rata rata dari molekul. |
| Hubungan Tekanan dan Energi kinetik gas ideal |
Dengan mengunakan definisi gas ideal, kita bandingkan persamaan keadaan gas ideal dengan persamaan diatas. Ingan persamaan keadan diperoleh dari hasil eksperimen yang begitu panjang.
 |
| Persamaan Keadaan Gas Ideal |
Dari persamaan tersebut maka kita peroleh hubungan energi kinetik translasi molekul gas dengan suhu:
 |
| Energi Kinetik rata-rata |
 |
| Energi Kinetik Translasi |
Energi kinetik translasi total dari N molekul gas adalah N molekul dikalikan dengan energi kinetik rata-rata permolekul gas.
 |
| Energi Kinetik Rata-rata permolekul |
Rangkuman
 |
| Rangkuman Energi Kinetik Rata-Rata Gas Ideal |
Hukum Pertama Termodinamika
 |
| Hukum Pertama Termodinamika |
Merupakan kasus khusus dari hukum kekekalan energi. Hukum pertama termodinamika berbicara tentang perubahan energi dalam berupa kalor dan usaha. hukum pertama termodinamika merupakan suatu hukum yang dapat diaplikasi dalam banya keadaan atau proses yang menjadi penghubung antara keadaan mikrokopis dan makrokopis.
Pada kenyataanya kita tidak dapat mengukur besarnya energi dalam secara tunggal dalam suatu sistem, kita hanya dapat mengukur perubahan energi dalam dari sistem. jadi perubahan energi dalam sistem dapat berupa kalor atau usaha ataupun keduanya.
Hukum Pertama Termodinamika Menyatakan bahwa "ketika sistem mengalami perubahan dari suatu keadan kekeadaan yang lain" maka besarnya perubahan energi dalam yang terjadi pada sistem adalah:
Jika sistem terisolasi maka tidaka ada energi yang dapat keluar ataupun masuk kedalam sistem artnya tidak terjadi pelapasan atau penyerapan energi antara sistem dan lingkungan. Sehingga pada keadaan terisolasi tiada ada perubahan energi berupa kalor dan usaha, Maka energi dalam sistem konstan. Artinya bahwa energi dalam awal sama dengan energi dalam akhir.
Aplikasi Hukum Pertama Termodinamika
Proses adiabatik
adalah suatu keadaan dimana tidak adanya pertukanan energi berupa kalor yang mesuk ataupun yang keluar dari sistem. Sehingga Q = 0. Proses adiabatik terjadi ketika sistem dalam keadaan terisolasi denga baik atau melakukan proses perubahan secara cepat sehingga memungkinkan kalor yang berpindah kecil sehingga dapat diabaikan. dengan mengaplikasikan hukum pertama termodinamika sehingga pada proses adiabatik diperoleh bahwa "Perubahan Energi dalam sistem sama dengan usaha yang diberikan pada sistem".dE = W (dinmana dE adalah perubahan energi dalam)
dari hasil diatas menujikan behwa ketika gas dikomprsesi secara adiabatik sehingga usaha pada sistem bernilai positif, maka perubahan energi dalam bernilai positif pula dan suhu gas dalam sistem meningkat akibat proses kompresi secara adiabatik. Sebaliknya ketika gas di ekspansi secara adiabatik maka usaha yang dilakukan gas bernilai negatif sehingga mengakibatkan suhu gas menurun secara adiabatik.
Proses adiabatik sangatlah penting dalam bidang teknik seperti proses ekspansi gas pada mesin kendaran misalnya pada piston kendaran pada proses pembakaran.
Proses Isobarik
adalah suatu keadaan dimana proses yang terjadi pada gas dalam keadaan tekana konstan. proses ini terjadi jika piston dilepas secara bebas sehingga proses selalu terjadi adalam keadaan setimbang dimana gaya total dari gaya yang mendorong piston keatas diimbangi oleh gaya berat piston ditambah gaya tekanan atmosfer yang menekan kebawah. Sehingga dala proses ini kalor dan usaha tidak bernilai nol dan usaha yang yang diberikan pada gas dalam proses isobar adalah :W = - P (Vf - Vi) (kadaan dimana tekanan konstan atau proses isobarik)
Proses Isovolumetrik
adalah proses dimana volume sistem dijaga agar tetap konstan.
dE = Q (Proses Isovolumetrik)
dari persamaan diatas disimpulkan bahwa ketika energi berupa kalor ditambahkan edalam sistem dimana volume sistem dijaga agar tetap dalam keadaan konstan, maka energi yang masuk kesistem akan tetap berada di dalam sistem, sebagai suatu peningkatan energi dalam sistem. contonya ketika kaleng cat semprot di bakar, maka energi berupa kalor akan tetap masuk kedalam sistem sehingga mengakibatkan suhu dan tekanan sistem mengkat hingga kaleng cat dapat meledak karena tidak mampu menahan peningkatan tekan dari dalam sistem.
Proses Isotermal
adalah suatu keadaan dimana proses terjadi pada suhu konstan.
 |
| Rkspansi Isotermal dari Gas Ideal |
Contoh Soal
1. Suatu gas ideal yang menempati ruang dengan Volume V, Tekanan P dan suhu T. Jika suhu gas dinaikkan menjadi 3/2 T dan volume menjadi 1/2 V maka perbandingan tekanan awal dengan tekan akhir gas adalah ...?A. P1 : P2 = 1 : 2
B. P1 : P2 = 1 : 3
C. P1 : P2 = 2 : 1
D. P1 : P2 = 3 : 2
E. P1 : P2 = 9 : 2
(Ujian Nasional 2013/2014)
Jawabannya: B
Solusi:
Diketahui:
V1 = V
P1 = P
T1 = T
T2 = 3/2 T
V2 = 1/2 V
Ditanya: Perbandingan P1 : P2 =...?
Jawab:
2. Didalam ruang tertutup suhu suatu gas 27 drajat Selsius, Tekanan 1 atm, dan volume 0.5 liter. jika suhu gas denaikan menjadi 327 drajat Selsius dan tekanan gas menjadi 2 atm, volume gas akan menjadi ... Liter ? (Ujian Nasional 2011/2012)
A. 1
B. 0.5
C. 0.25
D. 0.125
E. 0.0625
Jawabannya: B
Solusi:
Diketahui:
T1 = 27 C = 27 + 273 = 300 K
P1 = 1 atm = 1 .10^5 N/m2
V1 = 0.5 Liter
T2 = 327 C = 327 + 273 = 600 K
P2 = 2 atm = 2. 10^5 N/m2
Ditanya : Volume akhir gas =...?
Jawab:
 |
| Volume Akhir Gas |
3. Gas dalam ruang tertutup bersuhu 42 drajat Selsius dan tekanan 7 atm serta volumenya 8 L. Apabila gas dipanasi samapai 87 drajat Selsius, tekan naik sebesar 1 atm, maka volume gas adalah :...?
A. Berkurang 10%
B. tetap
C. Berkurang 20%
D. Bertambah 20%
E. bertambah 12%
Jawabannya: B
Solusi:
Diketahui:
T1 = 42 C = 42 + 273 = 315 K
P1 = 7 atm = 7.10^5 N/m2
V1 = 8 Liter
T2 = 87 C = 87 + 273 = 360 K
P2 = naik 1 atm = 8 atm = 8.10^5 N/m2
Ditanya: Volume Akhir Gas =...?
 |
| Volume Akhir Gas |
4. Suatu gas ideal dengan volume 1 liter pada suhu 27 drajat Selsius mengalami pemanasan secara isobarik pada tekanan 3 atm (1 atm = 10^5 N/m2) hingga suhu 117 drajat Selsius. Bila Kapasitas kalor gas ideal 8.0 J/K, maka volume akhir gas ideal dan perubahan energi dalam berturut-turut adalah :...?
A. 1.3 Liter dan 630 joule
B. 1.3 Liter dan 720 joule
C. 1.5 liter dan 630 joule
D. 1.5 Liter dan 630 joule
E. 1.8 Liter dan 630 joule
Jawabannya: A
Solusi:
Diketahui:
V1 = 1 Liter
T1 = 27 C = 27 + 273 = 300 K
P = 3 atm
T2 = 117 C = 117 + 273 = 390 K
C = 8.0 J/K
Ditanya : Volume akhir dan perubahan energi dalam gas ideal =...?
Jawab:
 |
| Volume dan Energi dalam Gas ideal |
Itulah Sekilas pembahasan mengenai "Kumpulan Soal dan Pembahasan Soal Ujian Nasional (UN) Fisika SMA Part 1 - Gas Ideal (Hukum Pertama Termodinamika)". Jika ada kesalahan silahkan dikoreksi agar artikel ini dapat menjadi sempurna. Terimakasi atas kunjungan teman-teman semua.