Thermodinamika
_
1. Berapakah kecepatan molekul-molekul gas nitrogen pada suhu 300 K dan tekanan 25 cm Hg, jika massa jenis 1,251 gr/lt/
Diketahui:
T= 300 K
P = 25 cm Hg
Vrms?
Vrms = = = = 7,74 cm/s
2. Hitunglah kecepatan efektifmolekul molekul gas (massa jenis 10 kg/m3)yang berada dalam wadah bertekanan 12 105 N/m2.
Diketahui :
P= 12 105 N/m2
3
1022
Ditanyakan: v?
Jawaban :
10 = m/v
V= m/10
p.v = 1/3 N mv2
12 105 N/m3. m/10 kg/m3 = 1/3 Nmv2
12 x 104 m/s = 1/3 2,24 1022 v2
V= = m²/s²= 1,27 10ˉ⁸m²/s²
3. Volume sebuah tangki oksigen adalah 50 liter. Dengan dikeluarkannya sejumlah oksigen dari tangki tersebut, tekanan yang terbaca pada indicator berkurang dari 2,06 x 106 Pa menjadi 6,87 x 105 Pa, dan suhu gas yang tersisa dalam tangki berkurang dari 300 C menjadi 100C.
a. Berapakah jumlah oksigen mula-mula didalam tangki (dalam kg)?
b. Berapakah jumlah oksigen yang dikeluarkan
Jawaban :
Diketahuin: v = 50 lt = 0,05 m3
T1 = 300c = 303 K
T2 = 100 C = 283 K
Ditanyakan : a. m1?
b.n2?
Jawaban :
Ingat bahwa 1 atm = 1,01 x 105 Pa
Bila tekanan yang ditunjukkan indicator adalah 2,06 x 105 Pa maka tekanan total
p1 = 2,16 x 106 Pa
p2 = (6,87 x 106 + 1,01 x 105 )Pa= 7,88 x 105 Pa
Jumlah mol awal :
n 1 = p1V/RT1
n 1 =( 2,16 x 106 Pa)( 0,05 m3)/(8.314 J/mol K)(303 K)
= 42,9 mol
Jadi m1 = n x M
= 42,9 mol x 3 gr/mol
= 1373 gr = 1,373 kg
b.mol oksigen yang tersisa adalah :
n2 = p2V/RT2
n2 = (7,88 x 105 Pa)( ( 0,05 m3)/ (8.314 J/mol K)(283K)
n2 =16,8 mol
maka m2 = n2 x M
m2 = 16,8 mol x 32 gr/mol = 0,537 kg
4. Dari soal no (1) berapakah volume yang akan ditempati oksige yang dikeluarkan dari tangki tersebut pata tekanan 1 atm dan suhu 200 C?
Diketahui : n1 = 42,9 mol ; n2 = 16,8 mol
Ditanyakan : V ?
Jawaban : n = n1 – n2 = 42,9 mol – 16,8 mol = 26,1 mol
V = nRT/p
V = (26,1 mol)(8,314 J/mol K)(293 K)/(1,01 X 105 Pa)
V = 0,630 m3
5. Balok alumunium massa 0,5 kg bersuhu 100 0C dimasukan kedalam 1,0 kg air yanag bersuhu 20 , diketahui tidak ada kalor yang terlepas, berapakah suhu akhir alumunium dan air?
Dketahui :
Jika suhu akhir air da alumunium itu t, maka suhu alumunium berkurang sebesar (100 – t) sedangkan suhu air bertambah sebesar (t-200) .
mAl = 0,5 kg mA = 1,0 kg
cAl = 900 J/kg cA = 4200 J/kg
Ditanyakan : a. EAl ? b. EA ?
Jawaban :
a. EAl = mAl cAl (100-t)
EAl = 0,5 kg . 900 J/kg (100-t)
b. EA = mA cA (t-20)
EA = 1,0 kg. 4200 (t-20)
Berdasarkan hukum kekekalan tenaga maka EAl = E A
0,5 kg . 900 J/kg (100-t) = 1,0 kg. 4200 (t-20)
450 (100-t) = 4200 (t-20)
45000-450t = 4200t-84000
45000+84000= 4200t+450t
129000 = 4650 t
t= 129000/4650 = 27,7
6. Balok alumunium massa 2 kg dipanaskan oleh pemanasan listrik berdaya 90 W. Jika suhu balok alumunium naik 5 dan tidak ada kalor yang lepas ke lingkungan, maka berapa lama prose situ berlangsung?
Diketahui :
m = 2 kg
c= 900 W
t= 5
Ditanyakan : waktu?
Jawaban :
Kalor yang diberikan oleh pemanas berdaya P selama t adalah Q= Pt, dan itu (Pt) senilai dengan kalor yang diterima oleh alumunium untuk menaikan suhu sebesar 5 , Kalor yang diterima alumunium Q = m c (t2-t1) dan berhubung dengan kenaikan suhu (t2-t1)= 5 , sehingga dipenuhi hubungan
Pt = m c (t2-t1)
90 t = 2.900.5
90 t = 9000
t= 100 sekon
7. Berapakah nilai c pada air murni, apa maknanya dan apa pula manfaatnya?
Jawaban :
Air murni memiliki kapasitas kalor jenis © 4200 J/kg , ini memperlihatkan bahwa air murni memiliki kapasitas kalor jenis paling besar dibandingkan bahan yang lain, berarti air murni memiliki kemampuan menyimpanan kalor paling banyak disbanding bahan yang lain. Manfaatnya adalah sebagai bahan pendingin bersikulasi (cooling water), dipakai dalam radiator mobil selalu menggunakan air sebagai bahan pendingin bersikulasi.
8. Jelaskan mengapa siang hari terjadi angin laut dan angindarat terjadi pada malam hari?
Jawaban :
Karena pada siang hari, udara didarat dapat cepat panas seingga massa jenisnya kecil dan udara bergerak naik, sementara itu udara didekat permukaan didaratan yang lowong segera diisi udara yang berasal dari permukaan laut yang lebih dingin., dan inilah yang bias disebu angin laut. Sebaiknya, pada malam hari udara didarat lebih dingin dibandingkan udara di atas permukaan laut, ini berakibat udara di atas permukaan laut bergerak naik dan daerah yang ditinggalkan segera diisi oleh udara dari darst yang lebih dingin, peristiwa ini disebut angin darat. Jadi angin laut terjadi pada siang hari dan angin darat pada malam hari.
9. Jendela kaca diketahui memiliki nilai u=5,7 W/m2 .
a. Jelaskan pengertian itu.
b. Jelaskan mengapa kalau luas jendela diperbesar maka akan menyebabkan kalor yang masuk dan keluar dari rumah nilainya lebih besar? Bagaimana pula hal itu untuk jendela kaca berongga.
Jawaban :
a. Karena jendela kaca memiliki luas 1 m2 antara kedua permukaannya berselisih suhu 1 , terdapat aliran kalor secara konduksi dari permukaan suhu tingi ke rendah sebanyak 5,7 joule setiap sekonnya.
b. Jika luas jendela kecil, kalor yang berkonduksi pada selang waktu yang sama jumlahnya sedikit, sebab jumlah kalor yang berkonduksi lebih lebih sedikit lagi sebab dirongga tidak terjadi konduksi melainkan radiasi.
10. Mengapa freezer pada almari es selalu diletakan diruangan paling atas?
Jawaban ;
Udara yang keluar dari freezer sangat dingin sehingga partikel gas itu volumenya lebih kecil dari padapada tidak dingin, tetapi massanya tetap . Ini berarti partikel gas yang dingin bermassa jenis lebih besar, sehingga ‘tenggelam’ di medium udara tidak dingin, artinya udara dingin bergerak ke bawah dan menyebar keseluruh ruangan
11. Alumunium memiliki c = 900 J/kgK, apakah maknanya?
Jawaban :
Ini berarti diperlukan kalor kalor 900 joule untuk menaikan suhu 1 kelvi pada benda yang bermassa 1 kg.
12. Dari no 37, jika massanya 10 kg balok alumunium dari 100 didinginkan sehingga mencapai 50 , berapakah banyak kalor yang dilepas?
Dikerahui : c= 900 J/kg K
m = 10 kg
t2= 100
t1 = 50
Ditanyakan : Q
Jawaban :
Q = mc
Q= 10 kg. 900 J/kg K. (100-50) = 450000 joule
13. Berapakah niali U dari gas monoatom didalam wadah pada saat bersuhu T dan melibatkan n mol gas?
Jawaban :
Gas monoatom tidak melakuakan gerak rptasi maupun vibrasi sehingga r = v= 0. Selanjutnya derajat kebebasannya hanya disumbang oleh gerak translasi saja T = 3 itu berrti tenaga dalamnya U = n RT = n RT
14. Bagaiman pada nilai U dari soal no 39 bila diterapkan pada N buah molekul N2 didalam wadah saat bersuhu T?
Jawaban :
Pada peristiwa itu derajat kebebasan N2 disumbangkan pleh gerak rotasi
(f=2) dan vibrasi (f 2) dan translasi (f = 3) sehingga derajat kebebasan keseluruhan f=7 Akhinya diperoleh U = 7NT/2
15. Satu kilo gram es yang bersuhu -20 hingga bersuhu 100 . Berapa kalori untuk mengubag es menjadi air?
Kalor jenis es = 0,5kalori/gr. K
Kalor je nis air = 1 kalori/gr.K
Diketahui : t= -20
m = 1 kg = 1000 gr
C air = 1 kalori/gr.K
C es = 0,5 kalori/gr.K
Ditanyakan: Q?
Jawaban :
Tahap pertama untuk menaikan suhu es -20 menjadi 0
Q = mC
Q = 1000. 0,5. (0-(-20)
Q = 10000 J
Tahap kedua untuk melebur es 0 menjadi air 0
Q= m L
Q= 1000. 80 = 80000 J
Tahap ketiga untuk menaikan suhu air 0 menjadi 100
Q= m C t
Q= 1000. 1.100 = 100.000 J
1. Berapakah kecepatan molekul-molekul gas nitrogen pada suhu 300 K dan tekanan 25 cm Hg, jika massa jenis 1,251 gr/lt/
Diketahui:
T= 300 K
P = 25 cm Hg
Vrms?
Vrms = = = = 7,74 cm/s
2. Hitunglah kecepatan efektifmolekul molekul gas (massa jenis 10 kg/m3)yang berada dalam wadah bertekanan 12 105 N/m2.
Diketahui :
P= 12 105 N/m2
3
1022
Ditanyakan: v?
Jawaban :
10 = m/v
V= m/10
p.v = 1/3 N mv2
12 105 N/m3. m/10 kg/m3 = 1/3 Nmv2
12 x 104 m/s = 1/3 2,24 1022 v2
V= = m²/s²= 1,27 10ˉ⁸m²/s²
3. Volume sebuah tangki oksigen adalah 50 liter. Dengan dikeluarkannya sejumlah oksigen dari tangki tersebut, tekanan yang terbaca pada indicator berkurang dari 2,06 x 106 Pa menjadi 6,87 x 105 Pa, dan suhu gas yang tersisa dalam tangki berkurang dari 300 C menjadi 100C.
a. Berapakah jumlah oksigen mula-mula didalam tangki (dalam kg)?
b. Berapakah jumlah oksigen yang dikeluarkan
Jawaban :
Diketahuin: v = 50 lt = 0,05 m3
T1 = 300c = 303 K
T2 = 100 C = 283 K
Ditanyakan : a. m1?
b.n2?
Jawaban :
Ingat bahwa 1 atm = 1,01 x 105 Pa
Bila tekanan yang ditunjukkan indicator adalah 2,06 x 105 Pa maka tekanan total
p1 = 2,16 x 106 Pa
p2 = (6,87 x 106 + 1,01 x 105 )Pa= 7,88 x 105 Pa
Jumlah mol awal :
n 1 = p1V/RT1
n 1 =( 2,16 x 106 Pa)( 0,05 m3)/(8.314 J/mol K)(303 K)
= 42,9 mol
Jadi m1 = n x M
= 42,9 mol x 3 gr/mol
= 1373 gr = 1,373 kg
b.mol oksigen yang tersisa adalah :
n2 = p2V/RT2
n2 = (7,88 x 105 Pa)( ( 0,05 m3)/ (8.314 J/mol K)(283K)
n2 =16,8 mol
maka m2 = n2 x M
m2 = 16,8 mol x 32 gr/mol = 0,537 kg
4. Dari soal no (1) berapakah volume yang akan ditempati oksige yang dikeluarkan dari tangki tersebut pata tekanan 1 atm dan suhu 200 C?
Diketahui : n1 = 42,9 mol ; n2 = 16,8 mol
Ditanyakan : V ?
Jawaban : n = n1 – n2 = 42,9 mol – 16,8 mol = 26,1 mol
V = nRT/p
V = (26,1 mol)(8,314 J/mol K)(293 K)/(1,01 X 105 Pa)
V = 0,630 m3
5. Balok alumunium massa 0,5 kg bersuhu 100 0C dimasukan kedalam 1,0 kg air yanag bersuhu 20 , diketahui tidak ada kalor yang terlepas, berapakah suhu akhir alumunium dan air?
Dketahui :
Jika suhu akhir air da alumunium itu t, maka suhu alumunium berkurang sebesar (100 – t) sedangkan suhu air bertambah sebesar (t-200) .
mAl = 0,5 kg mA = 1,0 kg
cAl = 900 J/kg cA = 4200 J/kg
Ditanyakan : a. EAl ? b. EA ?
Jawaban :
a. EAl = mAl cAl (100-t)
EAl = 0,5 kg . 900 J/kg (100-t)
b. EA = mA cA (t-20)
EA = 1,0 kg. 4200 (t-20)
Berdasarkan hukum kekekalan tenaga maka EAl = E A
0,5 kg . 900 J/kg (100-t) = 1,0 kg. 4200 (t-20)
450 (100-t) = 4200 (t-20)
45000-450t = 4200t-84000
45000+84000= 4200t+450t
129000 = 4650 t
t= 129000/4650 = 27,7
6. Balok alumunium massa 2 kg dipanaskan oleh pemanasan listrik berdaya 90 W. Jika suhu balok alumunium naik 5 dan tidak ada kalor yang lepas ke lingkungan, maka berapa lama prose situ berlangsung?
Diketahui :
m = 2 kg
c= 900 W
t= 5
Ditanyakan : waktu?
Jawaban :
Kalor yang diberikan oleh pemanas berdaya P selama t adalah Q= Pt, dan itu (Pt) senilai dengan kalor yang diterima oleh alumunium untuk menaikan suhu sebesar 5 , Kalor yang diterima alumunium Q = m c (t2-t1) dan berhubung dengan kenaikan suhu (t2-t1)= 5 , sehingga dipenuhi hubungan
Pt = m c (t2-t1)
90 t = 2.900.5
90 t = 9000
t= 100 sekon
7. Berapakah nilai c pada air murni, apa maknanya dan apa pula manfaatnya?
Jawaban :
Air murni memiliki kapasitas kalor jenis © 4200 J/kg , ini memperlihatkan bahwa air murni memiliki kapasitas kalor jenis paling besar dibandingkan bahan yang lain, berarti air murni memiliki kemampuan menyimpanan kalor paling banyak disbanding bahan yang lain. Manfaatnya adalah sebagai bahan pendingin bersikulasi (cooling water), dipakai dalam radiator mobil selalu menggunakan air sebagai bahan pendingin bersikulasi.
8. Jelaskan mengapa siang hari terjadi angin laut dan angindarat terjadi pada malam hari?
Jawaban :
Karena pada siang hari, udara didarat dapat cepat panas seingga massa jenisnya kecil dan udara bergerak naik, sementara itu udara didekat permukaan didaratan yang lowong segera diisi udara yang berasal dari permukaan laut yang lebih dingin., dan inilah yang bias disebu angin laut. Sebaiknya, pada malam hari udara didarat lebih dingin dibandingkan udara di atas permukaan laut, ini berakibat udara di atas permukaan laut bergerak naik dan daerah yang ditinggalkan segera diisi oleh udara dari darst yang lebih dingin, peristiwa ini disebut angin darat. Jadi angin laut terjadi pada siang hari dan angin darat pada malam hari.
9. Jendela kaca diketahui memiliki nilai u=5,7 W/m2 .
a. Jelaskan pengertian itu.
b. Jelaskan mengapa kalau luas jendela diperbesar maka akan menyebabkan kalor yang masuk dan keluar dari rumah nilainya lebih besar? Bagaimana pula hal itu untuk jendela kaca berongga.
Jawaban :
a. Karena jendela kaca memiliki luas 1 m2 antara kedua permukaannya berselisih suhu 1 , terdapat aliran kalor secara konduksi dari permukaan suhu tingi ke rendah sebanyak 5,7 joule setiap sekonnya.
b. Jika luas jendela kecil, kalor yang berkonduksi pada selang waktu yang sama jumlahnya sedikit, sebab jumlah kalor yang berkonduksi lebih lebih sedikit lagi sebab dirongga tidak terjadi konduksi melainkan radiasi.
10. Mengapa freezer pada almari es selalu diletakan diruangan paling atas?
Jawaban ;
Udara yang keluar dari freezer sangat dingin sehingga partikel gas itu volumenya lebih kecil dari padapada tidak dingin, tetapi massanya tetap . Ini berarti partikel gas yang dingin bermassa jenis lebih besar, sehingga ‘tenggelam’ di medium udara tidak dingin, artinya udara dingin bergerak ke bawah dan menyebar keseluruh ruangan
11. Alumunium memiliki c = 900 J/kgK, apakah maknanya?
Jawaban :
Ini berarti diperlukan kalor kalor 900 joule untuk menaikan suhu 1 kelvi pada benda yang bermassa 1 kg.
12. Dari no 37, jika massanya 10 kg balok alumunium dari 100 didinginkan sehingga mencapai 50 , berapakah banyak kalor yang dilepas?
Dikerahui : c= 900 J/kg K
m = 10 kg
t2= 100
t1 = 50
Ditanyakan : Q
Jawaban :
Q = mc
Q= 10 kg. 900 J/kg K. (100-50) = 450000 joule
13. Berapakah niali U dari gas monoatom didalam wadah pada saat bersuhu T dan melibatkan n mol gas?
Jawaban :
Gas monoatom tidak melakuakan gerak rptasi maupun vibrasi sehingga r = v= 0. Selanjutnya derajat kebebasannya hanya disumbang oleh gerak translasi saja T = 3 itu berrti tenaga dalamnya U = n RT = n RT
14. Bagaiman pada nilai U dari soal no 39 bila diterapkan pada N buah molekul N2 didalam wadah saat bersuhu T?
Jawaban :
Pada peristiwa itu derajat kebebasan N2 disumbangkan pleh gerak rotasi
(f=2) dan vibrasi (f 2) dan translasi (f = 3) sehingga derajat kebebasan keseluruhan f=7 Akhinya diperoleh U = 7NT/2
15. Satu kilo gram es yang bersuhu -20 hingga bersuhu 100 . Berapa kalori untuk mengubag es menjadi air?
Kalor jenis es = 0,5kalori/gr. K
Kalor je nis air = 1 kalori/gr.K
Diketahui : t= -20
m = 1 kg = 1000 gr
C air = 1 kalori/gr.K
C es = 0,5 kalori/gr.K
Ditanyakan: Q?
Jawaban :
Tahap pertama untuk menaikan suhu es -20 menjadi 0
Q = mC
Q = 1000. 0,5. (0-(-20)
Q = 10000 J
Tahap kedua untuk melebur es 0 menjadi air 0
Q= m L
Q= 1000. 80 = 80000 J
Tahap ketiga untuk menaikan suhu air 0 menjadi 100
Q= m C t
Q= 1000. 1.100 = 100.000 J