Contoh soal mesin Carnot – mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika)
1. Efisiensi suatu mesin Carnot yang menyerap kalor pada suhu 1200 Kelvin dan memuang kalor pada suhu !00 Kelvin adalah" #emahasan $iketahui % &uhu tinggi (') 1200 K &uhu rendah ('*) !00 K $itanya % Efisiensi mesin Carnot (e) +a,a %
2. &euah mesin Carnot eker-a dalam suatu siklus antara 2oC dan 12oC. /esin terseut menyerap kalor 000 +oule pada reservoir suhu tinggi. Efisiensi mesin dan usaha yang dilakukan oleh mesin dalam satu siklus adalah" #emahasan $iketahui % &uhu tinggi (') 2oC 2! 1000 K &uhu rendah ('*) 12oC 2! 00 K Kalor yang diserap (3) 000 +oule $itanya % Efisiensi (e) dan usaha (4) yang dilakukan oleh mesin dalam satu siklus +a,a % Efisiensi mesin Carnot %
5saha yang dilakukan oleh mesin Carnot % 4 e 3 4 (06)(000) 4 !00 +oule
!. &uatu mesin Carnot eker-a di antara reservoir suhu tinggi 72oC dan reservoir suhu rendah 12oC. /esin Carnot terseut menyerap kalor 10.000 +oule dari reservoir panas. 8anyaknya kalor yang diuang oleh mesin pada setiap siklus adalah" #emahasan $iketahui % &uhu tinggi (') 72oC 2! 900 K &uhu rendah ('*) 12oC 2! 00 K Kalor yang diserap (3) 10.000 +oule $itanya % Kalor yang diuang oleh mesin per siklus +a,a % Efisiensi mesin kalor ideal (mesin Carnot) %
5saha yang dilakukan oleh mesin Carnot % 4 e 31 4 (067)(10.000) 4 7000 +oule
Kalor yang diuang oleh mesin setiap satu siklus (3*) kalor yang diserap (3) – usaha yang dilakukan (4) 3* 3 – 4 3* 10.000 – 7000 3* 7000 +oule Kalor yang diuang oleh mesin per siklus 7000 +oule
. 'entukan efisiensi dan usaha yang dilakukan mesin Carnot dalam satu siklus erdasarkan grafik di a,ah" #emahasan
$iketahui % &uhu tinggi (') 900 K &uhu rendah ('*) !00 K Kalor yang diserap (3) 1000 +oule $itanya % Efisiensi (e) dan usaha (4) yang dilakukan mesin Carnot +a,a % Efisiensi mesin Carnot %
5saha yang dilakukan oleh mesin Carnot %
4 e 3 4 (0627)(1000) 4 27 +oule http://gurumuda.net/contoh-soal-mesin-carnot-mesin-kalor-ideal-penerapanhukum-ii-termodinamika.htm
Efisiensi mesin kalor, mesin Carnot – contoh soal UN 1.
Sebuah mesin kalor menyerap panas sebesar 3.000 Joule ari suatu reser!oir suhu tin""i an membuan"nya sebesar #.$00 Joule paa reser!oir suhu renah. Efisiensi mesin itu aalah %. &. 10 ' (. 1) ' C. #0 ' *. 30 ' E. $0 ' +embahasan *iketahui - / 3000 Joule, - / #$00 Joule. *itanya Efisiensi e2 mesin kalor Ja4ab
Ja4aban yan" benar aalah C. #.
Sebuah mesin Carnot mempunyai reser!oir suhu tin""i 300 oC an reser!oir suhu renah 50oC. Efisiensi mesin itu aalah% &. 35 ' (. $) ' C. )0 ' *. )5 ' E. 67 ' +embahasan *iketahui 8 / 50oC / 50 9 #732 : / 3)3 : 8 / 300oC / 300 9 #732 : / )73 : Jika suhu iketahui alam satuan Celcius maka harus iubah ke satuan :el!in :el!in aalah satuan Sistem ;nternasional besaran suhu2. *itanya Efisiensi e2 mesin Carnot Ja4ab
Ja4aban yan" benar aalah &. 3. Suhu tin""i reser!oir mesin Carnot 600 : an efisiensinya 60 '. &"ar efisiensi mesin Carnot itu men
=unakan 8 an ata # untuk men"hitun" suhu tin""i 8 2
Untuk mencapai efisiensi 70 ' maka suhu tin""i / 500 :el!in. Ja4aban yan" benar aalah (.
http://gurumuda.net/efsiensi-mesin-kalor-mesin-carnot-contoh-soal-un.htm
Cont ohsoal danpembahasan SoalNo.1
Su at ug asme mi l i k i v o l u mea wa l2 , 0m 3 d i p an as k and en gank on di s i i s o ba r i shi n gg av o l u mea k hi r n y a 3 me nj a di 4, 5m .J i k at ek an ang asad al a h2a t m,t e nt u k anu sa hal u arg ast e r s eb ut ! 5 ( 1at m =1 , 0 1x1 0 Pa) Pembahas an
Da t a: V2 =4 , 5m3 V1 =2 , 0m3 P=2at m =2, 02x105 Pa I s o b ar i s→ T e k a na nT e t a p W =P( ∆V) W =P( V2 −V1) W =2, 02x105 ( 4, 5−2, 0)=5, 05x105 j oul e SoalNo.2
1, 5m3 g ash e l i u my a n gb er s u h u2 7oCd i p an as k a ns e c ar ai s o ba r i ks a mp ai 8 7oC.J i k at e k an ang as h el i u m 2x105 N/ m2,g ashe l i u m me l ak u ka nus a hal u ars eb es ar . . . . A.6 0k J B.1 20k J C.2 8 0k J D.4 8 0k J E.6 60k J ( SumberSoal :UMPTN1995) Pembahas an
Da t a: V1 =1 , 5m3 T1 =27oC=30 0K o T2 =87C=36 0K 5 P=2x1 0 N/ m2 W =P∆V Me nc a r i V2 : V V / / 2 T2 = 1 T1
V 1, 5 V2 =( / xT2 =( / )x3 60=1 , 8m3 1 T1 ) 300 W =P∆V=2x105( 1, 8−1, 5)=0, 6x105 =60x103 =60kJ
SoalNo.3 2000
/ mo lg ash el i u mp ad as u h ut e t a p2 7oCmeng al ami p er u ba hanv ol umedar i 2, 5l i t erme nj adi 5l i t er . 693 J i k aR =8 , 3 14J / mo lKd anl n2=0 , 6 93t e nt u k anus a hay an gd i l a k uk a ng ash el i u m! Pembahas an
Da t a: 000 n=2 / l 693 mo V2 =5L V1 =2 , 5L o T=27C=30 0K Us a h ay a n gd i l a k u k anga s: W =nRTl n( V2 /V1) 2000 W =( / mol )(8, 314J / mol K) ( 300K)l n(5L/2,5L) 693 2000 W =( / ( 8, 314)( 300)( 0, 693)=4988, 4j oul e 693) SoalNo.4
Me si nCa r n otb ek e r j apa das uh ut i n gg i6 00K,u nt ukme ng ha si l k ank er j amek a ni k .J i k ame si n me ny e r a pk a l o r6 00Jd en ga ns u hur e nd ah40 0K,ma k au s ah ay a n gd i h as i l k a na da l a h. . . . A.1 2 0J B.1 2 4J C.1 3 5J D.1 4 8J E.2 0 0J ( Su mb e rSo a l:UNFi s i k a2 0 09P0 4No .1 8 ) Pembahas an
η=(1−Tr/Tt )x1 00% Hi l a n gk a ns a j a10 0 %u n t u kme mu d ah k a np e r h i t u n ga n: 400 1 η=(1− / = / 600) 3 W η=( /Q1 ) 1 W / / 3= 600 W =2 00J SoalNo.5
Di a gr a m P−Vd ar i g ash el i u my a ngme ng al a mi p r o s est e r mo di n ami k adi t u nj u k k ans ep er t i g amb ar ber i k ut !
Us a hay a ngdi l a k uk a ng ash el i u mp ad ap r o s esABCs e be s ar . . . . A.6 60k J B.4 00k J C.2 8 0k J D.1 2 0k J E.6 0k J ( Su mb e rSo a l:UNFi s i k a2 0 10P0 4No .1 7 ) Pembahas an
WAC =WAB +WBC WAC =0+( 2x1 05) ( 3, 5−1, 5)=4x105 =400kJ SoalNo.6
Su at ume s i nCa r n ot ,j i k ar e s er v o i rp an as n y abe r s u hu40 0Ka k anme mp un y a ie fi s i e ns i 4 0%.J i k a r es er v oi rpanas ny aber s uhu640K,efi si ens i ny a. . . . . % A.50, 0 B.52, 5 C.57, 0 D.62, 5 E.64, 0 ( SumberSoal :SPMB2004) Pembahas an
Da t ap er t a ma : 4 η=40% = /10 Tt =400K Car i t er l ebi hdah ul us uhur endahn y a( Tr)h i l a n gk a n1 00% u n t u kme mp e r mu d ahpe r h i t u n ga n : T r η=1− / ( Tt) 4 T r /10 =1− / ( 400) T r 6 / ( 400)= /10 T r=24 0K Dat akedua: Tt=64 0K T r=240K( dar i h as i l per hi t unganper t ama) T r η=(1− / )x1 00 % Tt 240 η=(1− / x1 00 % 640) 5 η=( /8 )x100% =62, 5% SoalNo.7
Se bu ahme s i nCa r n o ty a n gme ng gu na k a nr e s er v o i rs u h ut i n gg ib er s u h u8 00Kme mp un y a i e fi s i e ns i s eb es ar4 0%.Ag are fis i e ns i n y ana i kmen j a di 50 %,mak as uh ur e s er v o i rs uh ut i n gg id i n ai k k an menj adi . . . . ( UMPTN90 ) A.9 0 0K B.9 6 0K C.1000K D.1180K E.1 6 00K
Pembahas an
Ru mu se fi s i e ns i ( t a np a%)
Dat adar i Efi s i ens i per t ama, Tt=80 0K η=40% =0, 4→ ( 1−η)=0, 6 Dar i s i ni di per ol ehs uhur endahT r
Dar i dat aefi s i ens i k edua, η=50% =0, 5→ ( 1−η)=0, 5 T r=48 0K Su hut i ng gi n y a:
SoalNo.8
Se bu ahme s i nCa r n otb ek e r j ap ad ap ad as u hut i n gg i6 27 ° Cme mi l i k i e fi s i e ns i 5 0%.Ag are fi s i e ns i ma k s i mu mn y ana i kme nj a di 7 0% p ad as u h ur e nd ahy a ngt e t a p,ma k as u h ut i n gg i n y aha r u sdi n ai k k a n menj adi . . . . A.1 50 0° C B.1 22 7° C C.1 12 7° C D.1 07 3° C E.9 27 ° C SoalNo.9
Per hat i k angambarber i k uti ni !
J i k ak al ory angdi s er apr es er v oi rs uhut i nggi adal ah1200j oul e,t ent uk an: a )Efi s i e ns i me s i nCa r n ot b)Usahamesi nCar not c )Pe r b an di n ga nk a l o ry a n gd i b ua ngd is u h ur e nd ahd en ga nu s a hay a n gd i l a k u k anme s i nCa r n ot d )J e ni spr o se sa b,bc ,c dda nd a Pembahas an a) Efi s i e ns i me s i nCa r n ot
Da t a: Tt=22 7oC=50 0K o T r=2 7C=30 0K T r η=(1− / )x1 00 % Tt 300 η=(1− / x10 0% =40% 500) Usahamesi nCar not b) W η= / Q1 4 W / / 10 = 1200 W =48 0j o u l e
c) Pe r b an di n ga nk a l o ry a n gd i b ua ngd i s u h ur e nd ahd en g anu s a hay a ngdi l a k u k anme s i nCa r n o t
Q2 =Q1 −W =1200−480=720j oul e Q2 :W =72 0:4 80=9:6=3:2 d) J e ni sp r os esa b,b c,c dda nd a
a b→ p emu ai a ni s o t e r mi s( v o l u mega sbe r t a mb ah ,s u h ug ast e t a p) b c→ p emu ai a na di a ba t i s( v o l u mega sbe r t a mb ah ,s u h ug ast u r u n) c d→ p ema mp at a ni s o t e r ma l( v o l u mega sb er k u r a ng ,s u h ug ast e t a p) d a→ p ema mp at a na di a ba t i s( v o l u meg asb e r k u r a ng ,s u h ug a sna i k ) SoalNo.10
Se j u ml a hg asi d ea lme ng al a mi p r o se ss ep er t i g amb arb er i k u t .
UN Pr o sesy an gme ng ga mba r k ana di a ba t i sda ni s ok h or i kbe r t ur u t t u r u td i t un j u kk anp ad an omor . . .( Fi s i k a2 01 3) A.1–2dan3–4 B.1–2dan4–5 C.2–3dan1–2 D.2–3dan1–2 E.2–3dan3–4
Pembahas an
Ad i ab at i s:p r o se sd i ma nat i d akad ak a l o rmas ukat a uk e l u ar .Ci r i g ar i s n y ame l en gk u ngc ur a m. Seper t i gar i s2-3. I s ok ho r i k:pr o s espa dav o l u met e t ap .Ga r i s n y ay a ngt eg akl u r uss umb uV.Bi s a5-1,j u ga3-4. Pi l i hanya ngadases uai adi abat i sdani s ok hor i sadal ah2-3dan3-4 . SoalNo.11
Su at ugasi d ea lme ng al a mi p r os ess i k l uss epe r t i pa dagamb arP−Vd ia t a s.Ke r j ay a ngd i h as i l k an padapr os ess i k l usi ni adal ah. . . . k i l oj oul e. A.2 00 B.4 00 C.6 0 0 D.8 0 0 E.1 0 00 Pembahas an
W =Us a ha( k e r j a )=Lu ask u r v as i k l u s=L ua sbi d an ga bc d a W =abxbc W =2x( 2x105)=400k i l oj oul e SoalNo.12
Su at up es a watp en di n gi nCa r no tme mp un y ai k o efi s i e nk i n er j a6, 5.J i k ar es er v o i ry a ngt i n gg i2 7° C, ma kar e s er v o i ry a ngb er s uh ur e nd aha da l a h. . . . A.−5° C B.−8° C C.− 10° C D.− 12° C E.− 13° C
( Da r i s o a l So a lUMPTN1 9 94 ) Pembahas an
Dat adar i s oal adal ah: Tt =27° C=27+273=300K Cp =6, 5 Tr =. . . . . Da r i r u mu sk o efi s i e np er f o r ma ns i me s i na t a up es a wa tp en di n gi n :
Di mana Cp =k oe fi s i e np er f o r ma ns i Tt =s uhut i nggi ( Kel v i n) Tr =su hur e nd ah( Kel v i n ) Masukdat anya:
SoalNo.13
Se bu ahmes i np en di n gi nme mi l i k i r e se r v o i rs uh ur e nd ahs e be s ar−1 5° C.J i k as e l i s i hs u hua nt ar a r es er v o i rs uh ut i n gg id ans uh ur e nd ah ny as eb es ar4 0° C,t e nt uk a nk o efi s i e np er f o r ma ns i mes i n t e r s e b u t ! Pembahas an
Da t ame s i n Tr =−15° C=( −15+273)K=258K Tt−Tr =4 0 ° C Cp =. . . .
SoalNo.14
Se bu ahk ul k asme mi l i k i s u hur e nd ah−1 3° Cd ans uh ut i n ggi 2 7° C.J i k aka l o ry a ngdi p i n da hk andar i
r es er v oi rs uhur en da hadal ah13 00j oul e,t en t uk anus ahay angdi per l uk ank ul k as ! Pembahas an
Da t ame s i npe nd i n gi n Tr =−13° C=( −13+273)K=260K Tt =27° C=300K Qr =1300j W =. . . . Ru mu sk o efi s i e np er f or ma ns i j i k adi k e t a hu iu s ah ad ank al o r
Di mana W =u s a hay a ngdi p er l u k anun t u kme mi n da hk a nk a l o rd ar i s u h ur e nd ah Qr =k al ory a ngd i p i n da hk a nd ar i s uh ur e nd ah Se hi n gg aj i k adi g ab un gd en ga nr u mu sda r i n os e be l u mn y adi p er o l e h:
( Ri nt i san)
http://fsikastudycenter.com/fsika-xi-sma/33-termodinamika
