Slide tersebut merupakan tugas mata kuliah Fisika Dasar, mohon maaf kalau ada banyak kesalahan di pengerjaan soal. Siti Nurjanah, Pendidikan Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, UIN Walisongo Semarang

1. TERMODINAMIKA
Disusun oleh,
Nama : Siti Nurjanah
NIM : 133711010

2. Sumber energi
Bagian atas sebuah mobil dengan luas 4 m2 ditutupi
dengan sel fotovoltaik yang menyediakan energi
untuk sebuah motor listrik. Cuaca hari itu sangat
cerah tanpa awan, maka daya matahari yang
diterima per satuan luas adalah 0,8 kW/m2 . Jika
efisiensi sel fotovoltaik adalah 25% berapa daya yang
diberikan pada motor ?
pembahasan:
Daya yang diberikan adalah daya matahari per satuan
luas, dikalikan dengan luas pengumpul dan dengan
efisiensi.
P= 800 W/m2 (4 m2)(0,25)
= 800 W

3. I.
SUHU DAN PANAS
A. Suhu dan Kesetimbangan Termal

suhu merupakan besaran skalar yang dipunyai
semua sistem termodinamika, sehingga
kesamaan suhu adalah syarat yang perlu dan
cukup untuk kesetimbangan termal.

kesetimbangan termal merupakan suatu
keadaan dimana interaksi termal antara kedua
benda sudah tidak mengalami perubahan lagi.
Keduanya memiliki suhu yang sama.

4. Hukum ke-nol termodinamika (zeroth law of
thermodynamics)
Jika sistem A dan B masing-masing berada
pada kesetimbagan termal dengan sistem C
, maka A dan B juga mengalami kestimbangan
termal terhadap satu sama lain.
NB : Kedua sistem dikatakan berada dalam
kesetimbangan termal jika dan hanya jika
memiliki suhu yang sama.

5. B.
Termometer dan Skala Suhu
Skala suhu celcius dan fahrenheit dibuat
berdasarkan suhu pembekuan (0 ˚ C = 32 ˚ F) dan
pendidihan (100˚C = 212 ˚ F ) pada air. Keduanya
dihubungkan oleh :
TF = 9/5. TC + 32 ˚
TC = 5/9 (TF – 32 ˚)
1 C ˚ = 9/5 F ˚

6. C. Termometer Gas dan Skala Kelvin
Prinsip dalam termometer gas adalah bahwa
tekanan gas pada volume konstan akan
bertambah seiring dengan perubahan suhu.
Skala kelvin memiliki nilai nol dari ekstrapolasi
suhu dengan tekanan nol pada termometer
gas tekanan tetap, yaitu -273,15 ˚ C. Maka 0 K
= -273,15 ˚ C, sehingga
TK = TC + 273,15

7. 
Pada skala termometer gas, perbandingan
antara kedua suhu didefinisikan setara dengan
perbandingan dua tekanan pada termometer gas
yang berkaitan:
T2
P2
T1 P1
Suhu titik triple air adalah 0,01 ˚ C dan
didefinisikan sebagai 273,15 ˚ K.

8. D. Ekspansi Termal
1. Ekspansi Linear
Jika suatu benda dengen panjang awal L0 dan suhu
awal T0 mengalami perubahan suhu, maka besar
perubahan panjang dirumuskan dengan :
∆L = αL0 ∆T
Dan panjang akhirnya sama dengan
L = L0 + ∆L = L0 + αL0 ∆T = L0(1 + α ∆T )
dengan α = koefisien ekspansi linear masing-masing
benda.

9. KoefisiEn ekspansi linear
•
•
•
•
•
•
•
BAHAN
Aluminium
Kuningan
Tembaga
Kaca
Invar (paduan besi dan
nikel)
Kuarsa (dilebur)
Baja
•
•
•
•
•
KOEFISIEN ( α )
2,4 x 10-5
2,0 x 10-5
1,7 x 10-5
0,4-0,9 x 10-5
0,09 x 10-5
• 0,04 x 10-5
• 1,2 x 10-5

10. 2. Ekspansi Volume
Peningkatan suhu umumnya menimbulkan
ekspansi volume, baik pada benda padat
maupun cair. Kenaikan ini juga akan
berbanding lurus dengan kenaikan suhu.
jika suatu benda dengan volume awal V0 maka
besarnya perubahan volume ∆V adalah :
∆V = βV0∆T
dengan β adalah koefisin ekspansi volume
masing-masing benda.

11. Koefisien ekspansi volume
•
•
•
•
•
•
Padatan
Aluminium = 7,2x10-5
Kuningan = 6,0x10-5
Kaca
= 1,2-2,7x10-5
Invar
= 0,27x10-5
Kursa
= 0,12x10-5
Baja
= 3,6x10-5
Cairan
•
•
•
•
Etanol
Karbon disulfida
Gliserin
Raksa
=75x10-5
=115x10-5
=19x10-5
=18x10-5

12. 3. Ekspansi termal pada air
air pada rentang suhu 0 ˚ C sampai dengan 4 ˚
C, volumenya menyusut seiring kenaikan suhu, pada
rentang ini koefisien ekspansi volume adalah negatif.
Di atas 4 ˚ C, air berekspansi saat dipanaskan. Maka
air memiliki dentitas tertinggi pada 4 ˚ C, air juga
berekspansi pada saat membeku, itu sebabnya
mengapa es menggumpal dibagian tengah baki es.

13. 4. Tegangan Termal
jika kita menjepit ujung-ujung suatu batang secara
erat untuk mencegah ekspansi atau kontraksi dan
kemudian mengubah suhu, maka tarikan atau
tegangan kompresi yang disebut tegangan termal
akan terjadi.
jika benda tersebut tidak dibiarkan berekspansi atau
berkontraksi, maka prsamaannya adalah :
F /A = -Yα ∆T

14. E.
Kuantitas Panas

Panas adalah energi yang berpindah dari satu tempat ke
tempat lainsebagai akibat perpindahan suhu. Kuantitas
panas Q yabg dibutuhkan untuk menaikkan suhu bahan
dengan massa m sebesar ∆T adalah:
Q = mc ∆T
dengan c adalah kapasitas panas spesifik dari bahan.

Ketika kuantitas suatu bahan dinyatakan dalam n
mol, maka persamaanya adalah:
Q = nC ∆T,
dengan C = Mc adalah kapasitas panas molar (M adalah
massa molar). Jumlah mol n dan massa m dari suatu bahan
dihubungkan oleh m = nM.
kapasitas panas molar dari banyak unsur padatan adalah
berkisar 25 J/mol. Ini merupakan aturan Dulong dan Petit.

15. F. Kalorimetri dan Perubahan Fasa
Peubahan fasa merupakan perubahan bahan
dari salah satu bentuk materi (misalnya padat)
menjadi bentuk lain (misalnya gas atau cair)
Untuk mengubah fasa tersebut dengan massa
m pada suhu yang sama , dibutuhkan
penambahan atau pengurangan sejumlah
kuantitas panas Q sebesar :
Q = ± mL.

16. Dengan L adalah panas peleburan, penguapan
atau sublimasi. Jika panas ditambahkan, maka
Q positif, dan jika dikeluarkan Q bernilai
negatif. Untuk air pada tekanan atmospher
normal, panas peleburan adalah 3,34x10-5
J/kg. Dan untuk penguapan sebesar 2,256x106
J/kg.

17. G. Mekanisme Perpindahan Panas
 Konduksi
perpindahan energi gerakan molekuler suatu
bahan tanpa gerakan dasar dari bahan itu sendiri.
arus panas H untuk konduksi tergantung pada
luas A yang dilalui aliran panas, panjang L yang
menjadi jalur panas, perbedaan suhu ( TH-TC) dan
konduktivitas termal k dari bahan.
H = kA.TH-TC
L

18. Konveksi
Perpindahan pana soleh gerakan massa pada
fluida dari satu darah ruang ke daerah lainnya.
Contoh : aliran darah dalam tubuh, sistem
pendingin pada mesin.
Konveksi proses perpindahan yang amat
kompleks, tergantung pada luas
permukaan, arah dan perbedaan suhu antara
benda dan lingkungannya. Sehingga tidak ada
persamaanya untuk mendiskripsikannya.

19. Fakta hasil percobaan konveksi
Arus panas karna konveksi berbanding lurus dengan luas
permukaan.
Kekentalan fluida memungkinkan konvksi alamia berjalan
lambat di dekat permukaan stasioner, menghasilkan lapisan
permukaan yang pada permukaan vertikal umumnya
memiliki harga isolasi yang sebanding dengan plywood
setebal 1,3 cm (harga R 0,7). Konveksi paksa mengurangi
ketebalan lapisan ini, meningkatkan laju prpindahan panas.
Ini menjelaskan mengenai faktor angin dingin. ( kita merasa
lebih cpat dingin oleh angin dingin dari pad udara diam
pada suhu yang sama).
Arus panas akibat konveksi dapat dianggap sebanding dengan
5/4 daya dari perbedaan suhu antara permukaan dan
bagian utama fluida.

20. Radiasi
perpindahan panas oleh energi
elektromagnetik seperti cahaya tampak, infra
red, dan radiasi ultra ungu. Contoh radiasi
matahari, panas dari perapian.
Arus panas H akibat radiasi adalah :
H = AeςT4
dengan A adalah luas permukaan, e adalah
emisivitas permukaan, T adalah suhu
mutlak, σ adalah konstanta Stefan-Boltxmann.

21. Ketika suatu benda pada suhu T dikelilingi oleh
bahan dengan suhu TS, maka total arus panas
dari benda ke lingkungannya adalah :
Htotal = Aeς(T4 – Ts4 )

22. H. Rangkaian Terintegrasi ( IC )
o Studi kasus tentang perpindahan panas
keping IC dan VLSI adalah jantung dari hampir seluruh
perangkat elektronik modern, meliputi
komputer, sistem stereod dan sistem injeksi bahan
bakar pada mesin mobil. Kegunaan yang luas dari
perangkat ini menimbulkan masalah yang baru perpind
dan menarik mengenai perpindahan panas. Sejumlah
energi listrik yang dikaitkan dengan arus listrik pada
keping didisipasikan dalam keping sebagai panas. Jika
keping menjadi terlalu panas maka rangkaian tidak lagi
dapat diandalkan atau bahkan menjadi rusak.

23. o Untuk sebuah keping IC dalam kemasan
plastik, suhu tertinggi yang aman adalah 100 ˚ C
dan dalam kemasan keramik sampai pada suhu
120 ˚ C. Untuk melihat apakah suhu sebuah
keping yang bekerja telah mencapai
batasnya, kita gunakan prinsip “ daya masukan
sama dengan daya keluaran “. Daya keluaran H
adalah sebanding dengan perbedaan Tic – Tamb
antara suhu keping Tic dan suhu lingkungan Tamb.
Dengan menggunakan konstanta kesebandingan
rth yang tergantung pada bentuk dan ukuran
IC, kita nyatakan laju rugi panas H sebagai,
H = Tic – Tamb
rth

24. o Ketika IC mencapai suhu kerja akhir laju rugi
panas harus setara dengan daya listrik P yang
didisipasi dalam perangkat. Dengan
menyetarakan P dan H dan mencari Tic kita
peroleh : Tic = Tamb + rthP
harga rth berkisar antara 30-70 K/W.

25. II. SIFAT TERMAL MATERI
A. Persamaan Keadaan
keadaan biasanya didiskripsikan malalui kuantitas
fisik seperti volume, tekanan, suhu dan jumlah
bahan. Dalam beberapa kasus, hubungan antara
V, p, T, dan n cukup sedderhana sehingga kita dapat
menyatakannya sebagai sebuah persamaan yang
disebut persamaan keadaan.

26. Persamaan Gas Ideal
persamaa gas ideal : pV = nRT
Dengan R merupakan konstanta gas yang nilainya
sama untuk semua jenis, besarnya = 8,315 J/mol K.
Kita juga dapat menyatakan persamaan gas ideal
berkaitan dengan massa mtot dari gas dengan
menggunakan mtot = nM,
pV= mtot x RT
M
Dari sini kita juga dapat mmeperoleh sebuah
pernyataan untuk krapatan ρ = mtot/V
ρ = pM
RT

27. Untuk massa atau jumlah mol yang konstan dari
suatu gas ideal, hasil nR adalah konstan, sehingga
besarnya pV/T juga konstan, maka
p1V1 = p2V2 = konstan ( gas ideal, massa konstan )
T1
T2

28. Persamaan Van Der Waals
persamaan ini pertamakali dikemukakan oleh
seorang fisikawan Belanda abad XIX D.J. Van
der Waals.
P + an2 ( V – nb ) = nRT
V2
Dengan a dan b adalah gas yang
berlainan. Secara garis besar, b
mewakili volume dari satu mol
molekul, dan a merupakan konstanta
yang bergantung pada gaya tarik
menarik antar molekul.

29. Diagram pV

30. Penjelasan
Pada diagram tampak garis-garis isotermal, pada
suhu dibawah titik kritis maka tekanan akan konstan
ketika melalui daerah dua fase cair-uap, tetapi pada
daerah satu fasa maka tekanan akan turun pada
temperatur temperatur tetap dan volume spesifik
naik. Sedangkan saat temperature sama atau lebih
dari temperature kritis (Tc), maka tekanan akan
menurun secara terus menerus pada temperature
tetap dan volume spesifik meningkat (kurva
ditunjukkan oleh tanda panah biru). Hal ini terjadi
karena kurva tersebut tidak memotong pada daerah
dua fasa cair-uap.

31. B. Sifat Molekuler Materi
 Dalam gas molekul bergerak secara bebas, nyaris tanpa
adanya gangguan antara satu dengan yang lainnya, sedangkan
dalam cairan dan padatan, nolekulunya terikat oleh gaya antar
molekul yang berupa listrik alami, yang muncul dari interaksi
partikel bermuatan listrik yang menyusun molekul tersebut.
Interaksi tersebut dideskripsikan oleh sebuah gaya (saling
menolak jika bermuatan sama, dan tarik menarik jika
berlainan muatan) dengsn besar yg sebnading dengan
1/r2, dimana r adalah jarak antar titik. Harga F akan positif jika
saling menolak, dan bernilai negatif jika saling menarik. Energi
kinetik molekul besarnya sebanding dengan Dalam
cairan, jarak antar molekul sedikit lebih besar daripada dalam
fasa padatan, tetapi molekulnya memiliki kebebasan bergerak
yang jauh lebih besar. Molekul gas umumnya terpisah dengan
jarak yang lebar sehingga gaya tarik menarinya sangat kecil.

32. Mol adalah jumlah bahan yang mengandung
partikel dasar sebanyak atom dalam 0,012 kg
karbon 12.
Jumlah molekul dalam satu atom disebut
bilangan avogadro(NA) yang nilainya sebesar
6,022.1023 .
Massa molar M adalah massa dari satu mol.
M = NA m

33. C.
Model Kinetik-Molekuler Gas Ideal
 Energi kinetik translasi rata-rata dari molekul gas ideal
berbanding lurus terhadap suhu mutlak.
Ku = 3/2 nRT
dengan menggunakan konstanta Boltzmann,
k = R/NA,
sehingga dapat dinyatakan berkaitan dengan energi kinetik
translasi rata-rata per molekul :
1/2m. ( v2 )rt = 3/2kT
 Laju akar rata-rata kuadrat
vrms = ( v2 )rt 1/2 = ( 3kT/m )1/2 = (3RT/M)1/2

34.  Tumbukan Antar Molekul
jumlah tumbukan per satuan waktu adalah :
dN = 4π.21/2 . r2. v.N
dt
V
Waktu rata-rata trata antar tumbukan disebut
waktu bebas rata-rata dinyatakan :
trata =
V
4π.21/2 . r2. v.N

35. Jarak rata-rata yang ditempuh antar tumbukan
disebut lintasan bebas rata-rata dilambangkan
dengan λ,
λ = vtrata =
V
4π.21/2 . r2. v.N
Karena pV=NkT, maka persamaanya dapat ditulis:
λ = kT
4π.21/2 . R2. p
NB: jika suhu dinaikkan pada tekanan
konstan, gas memuai, jarak rata-rata antar
molekul bertambah, dan λ meningkat. Jika
tekanan dinaikkan pada suhu yang konstan gas
terkompresi dan λ berkurang.

36. D. Kapasitas Panas
 Kapasitas Panas Gas
kapasitas panas gas monoatomik :
Cv = 3/2 R
kapasitas panas gas diatomik :
Cv = 5/2 R
Dengan :
R = 8,315 J/mol. K
Cv = kapasitas panas molar pada volume konstan

37.  Kapasitas Panas pada Padatan
Atom memiliki energi kinetik rata-rata dan energi
potensial rata-rata yang sama besar. Sehingga energi
totalnya adalah :
Etot = 3NkT = 3nRT
dari sini disimpulkan bahwa kapasitas panas pada
padatan yakni :
Cv = 3R
pada suhu rendah, kapasitas panas dari hampir
semua padatan menurun seiring turunnya suhu.

38. E. Laju Molekuler
Laju molekul pada gas ideal terdistribusi
sesuai dengan Maxwell-Boltzmann :
f(v) = 4π
m
2 πkT
3/2
v2 - e –mv2/2kT

39. Jika dihubungkan dengan energi kinetik
translasi dari sebuah molekuler (ε) . Dimana
ε = ½ mv2 maka akan diperoleh persamaan :
3/2 εe-ε/kT
f(v) = 8π
m
m
2 πkT

40. F. Fasa – Fasa Materi
 Material umumnya terdapat dalam fasa cair, gas dan
padat. Perubahan dari satu fasa ke fasa lain
umumnya terjadi pada kondisi kesetimbangan fasa
antara dua fasa dan untuk tekanan tertentu ini
terjadi pada hanya satu suhu tertentu.

41. Diagram fasa pT

42. KETERANGAN
• Garis-garis titik merupakan sifat anomali air. Garis hijau menndakan
titik beku dan biru menandakan titik didih yang berubah-ubah
sesuai dengan tekanan.
• Fase-fase dipisahkan dengan garis non-analisitas, dimana transisi
fase terjadi dan disebut sempadan fase.
• Sempadan fase antara gas dan cair tidak berlanjut sampai tak
terhingga, ia akan berhenti pada sebuah titik diagram fase yang
disebut titik kritis. Ini menunjukkan bahwa pada temperatur dan
tekanan yang sangat tinggi fase cair dan gas tidak dapat
dibedakan, yang dikenal sebagai fluida suprkritis.
• Sempadan fase padat-cair umumnya memiliki gradiean yang positif.
Hal ini karena fase padat memiliki dentitas yangb lebih tinggi
daripada fase cair, sehingga peningkatan tekanan akan
meningkatkan titik leleh. Pada beberapa bagian diagram fase
air, sempadan fase padat-cair air memiliki gradien
negatif, menunjukkan bahwa es memiliki dentitas yang lebih kecil
daripada air.

43. III. HUKUM PERTAMA
TERMODINAMIKA
A. Sistem Termodinamika
Sistem termodinamik adalah sistem yang dapat
berinteraksi (dan bertukar energi) dengan
sekitarnya misalnya dengan perpindahan panas.
Aplikasi sistem termodinamika dalam kehidupan
yaitu, dalam proses pembuatan popcorn, mesin
mobil dan mesin jet dalam pesawat terbang yang
menggunakan panas pembakaran dari bahan
bakarnya untuk menghasilkan kerja mekanik yang
menggerakkan mesin.

44. NB: aturan tanda dalam termodinamika
Q
+ jika energi masuk ke dalam sistem
Q
- jika energi keluar dari sistem
W
+ energi meninggalkan sistem
W
- energi memasuki sistem

45. B. kerja yang dilakukan Selama
Perubahan Volume
Pada saat gas berekspansi, sambil bergerak keluar
gas akan menekan ke arah luar pada
permukaannya, sehingga bernilai positif. Sebuah sistem
termodinamikan dapat bertukar energi dengan
lingkungannya dengan perpindahan panas atau kerja
mekanik dan pada sejumlah kasus juga dengan
mekansme yang lain. Ketika sebuah sistem pada tekanan
p berekspansi dari volume V1 ke V2 menghasilkan
sejumlah kerja
.
jika tekanan konstan selama ekspansi maka :
W = p(v2 – v1)
jika volume dalam sistem konstan, maka sistem tidak
melakukan kerja, karena tidak terjadi prpindahan.

46. C.
Lintasan diantara keadaan termodinamik
• Pada proses termodinamik manapun, panas
yang ditambahkan ke sistem dan kerja yang
dilakukan oleh sistem bergantung tidak hanya
pada keadaan awal dan akhir, tetapi juga pada
lintasannya (rangkaian keadaan menengah
yang dilalui selama sistem bekerja).

47. C.
Energi Dalam Dan Hukum Pertama
Termodinamika
Energi dalam (U) adalah suatu sistem sebagai jumlah
energi kinetik seluruh partikel
penyusunnya, ditambah jumlah seluruh energi
potensial dari interaksi antara seluruh partikel
tersebut. Perumpamaannya jika sistem adalah
segelas air, penempatannya pad rak yang tinggi akan
meningkatkan energi potensial gravitasi akibat dari
interaksiantara gelas dengan bumi, tapi hal ini tidak
berpengaruh pada interaksi antara molekul
air, sehingga energi dalamnya tidak berubah.

48. Hukum I Termodinamika
hukum ini berkaitan dengan kekekalan
energi, energi tidak dapat diciptakan dan tidak
dapat dimusnahkan, tetapi dapat dikonversi
dari satu bentuk ke bentuk lain .
“ Jika panas Q ditambahkan ke sebuah sistem
sementara sistem melakukan kerja W, maka
energi U berubah sejumlah energi panas yang
ditambahkan ke dalam sistem dikurangi
dengan kerja yang dilakukan oleh sistem
terhadap lingkungannya”

49. U2 – U1= ∆U = Q – W
Q = ∆U + W
NB:
walaupun diatas telah dijelaskan bahwa Q dan
W bergantung pada lintasan, namun ∆U = Q –
W tidak bergantung pada lintasan. Perubahan
energi-dalam suatu sistem selama proses
termodinamik apapun bergantung hanya pada
keadaan awal dan akhir, tidak pada lintasan
yang menghubungkan kedua keadaan.

50.  Sebuah proses yang akhirnya mengembalikan suatu
sistem ke keadaan awal disebut proses siklus. Untuk
proses semacam itu, keadaan akhir sama dengan
keadaan awal, sehingga energi-dalam total adalah nol.
U2 = U1 dan Q = W
 Pada sistem terisolasi, yang tidak melakukan kerja pada
lingkungannya dan tidak megalami aliraan panas dari
atau menuju ke lingkungannya. Untuk proses apapun
yang berlangsung dalam sistem terisolasi. Sehingga,
W = Q = 0 sehingga U2 – U1= ∆U = 0
dengan kata lain, energi-dalam suatu sistm terisolasi
adalah konstan.

51.  Perubahan Keadaan yang Sangat Kecil (Infinitesimal)
Pada proses yang sangat kecil Hukum I
termodinamika didefinisikan sebagai
dU = dQ – dW sehingga
dU = dQ – p dV

52. E.
Proses-Proses Termodinamik
Proses Adiabatik
Proses tanpa perpindahan panas yang masuk
atau keluar dari sistem. Q=0.
U2 – U1 = ΔU = -W
Proses Isokhorik
Proses pada volume konstan. Ketita volume
suatu sistem termodinamika konstan, maka
volume tidak melakukan kerja pada
lingkungannya. W = 0, dan
U2 – U1 = ΔU =Q

53.  Proses Isobarik
Proses pada tekanan konstan. Proses yang
berkaitan dengan ini misalnya air mendidih.
W = p(V2 – V1)
 Proses Isotermal
Proses pada suhu konstan. Pada sejumlah kasus
khusus, energi-dalam sistem bergantung hanya
pada suhu, tidak pada tekanan atau
volume, misalnya pada gas ideal. Jika suhu
konstan energi-dalam juga konstan. ΔU = 0 dan Q
= W. Sehingga semua energi yaang masuk ke
sistem sebagai panas Q harus keluar sistem lagi
sebagai kerja W yang dilakukan oleh sistem.

54. F. Energi Dalam Pada Gas Ideal
• Energi dalam dari gas ideal hanya bergantung pada
suhunya, bukan pada tekanan atau volumenya.
Namun untuk bahan lainnya energi dalam umumnya
bergantung pada tekanan dan suhu.

55. G. Kapasitas Panas Dari Gas Ideal
• Kapasitas panas pada gas ideal ini berkaitan
dengan kapasitas panas molar pada volume
konstan Cv dan kapasitas panas molar pada
tekanan konstan Cp. Keduanya dihubungkan
oleh persamaan Cp = Cv + R .
Rasio kapasitas panas, Cp/Cv dilambangkan
dengan γ.
γ = Cp/Cv

56. H. Proses Adiabatik Untuk Gas Ideal
• Untuk proses adiabatik pada gas ideal kuantitas
TVγ-1 dan pVγ adalah konstan. Untuk keadaan
awal (p1, V1, T1) dan keadaan akhir (p2, V2, T2),
T1V1γ-1 = T2V2γ-1
p 1V1γ = p 2V 2γ
kerja yang dilakukan oleh gas ideal selama
ekspansi adiabatik adalah :
W = nCv (T1 – T2) = Cv (p1V1 – p2V2)
R
= 1 (p1V1 – p2V2)
γ-1

57. IV. HUKUM II TERMODINAMIKA
A. Arah Proses Termodinamik
proses termodinamika yang berlangsung seluruhnya
secara alami disebut proses ireversibel. Hanya pada
satu arah. Misalnya proses aliran panas dari benda
panas ke benda dingin.
Proses yang dapat berlangsung secara bolak balik
disebut proses reversibel. Pada proses ini selalu
mendekati keadaan kesetimbangan termodinamika.
Misalnya panas yang mengalir diantara dua benda
dengan perbedaan suhu yang sangat kecil.

58. B. Mesin Kalor
Mesin kalor : seluruh perangkat yang dapat
mengubah panas secara parsial menjadi kerja
atau energi mekanik. Seluruh mesin kalor
menyerap panas dari sumber pada suhu yang
relatif tinggi, melakukan sejumlah kerja
mekanik, dan membuang sejumlah panas
pada suhu yang lebih rendah. Proses siklus
merupakan proses yang mendaur bahan
buangan untuk menghasilkan keadaanakhir
yang sama dengan keadaannya saat proses
dimulai.

59. Ketika sistem mengalami proses siklus, energidalam awal dan akhirnya harus sama.
U2 – U1 = 0 = Q – W
jadi Q = W.
sebuah mesin kalor mengambil panas QH dari
sebuah sumber, mengubahnya sebagian
menjadi W, dan membuang sisanya QC pada
suhu yang lebih rendah. Efisiensi termal e dari
mesin kalor adalah :
e = W = 1 + QC = 1 – QC
QH
QH
QH

60. C.
 Siklus Otto
Mesin Pembakaran Dalam
NB : QL disini nanti penjelasannya diganti dengan QC

61. • aplikasinya dalam mesin bensin.
• Penjelasan diagram :
a : campuran uap udara dan bensin masuk ke dalam
silinder.
a-b : campuran udara dan bensin di tekan secara
adiabatik.
b-c : volume silinder berkurang, campuran udara dan
uap bensin dipanaskan pada volume konstan.
Campuran dibakar.
c-d : gas yang terbakar mengalami pemuaian adiabatik.
d-a : pendinginan pada volume konstan, gas yang
terbakar dibuang ke pipa pembuangan dan campuran
udara dan uap bensin yang baru masuk ke silinder.

62. • Nilai efisiensi termal maksimum teoritis e
adalah :
e=1- 1
rγ-1
dengan r = rasio kompresi.

63.  Siklus Diesel
NB : Q disini nanti dalam pembahasannya diganti dengan QC
L

64. • Penjelasan Diagram
a-b : gas ditekan secara adiabatik.
b-c : lalu dipanaskan pada tekanan konstan.
Injektor menyemprotkan solar dan terjadilah
pembakaran.
c-d : gas yang terbakar mengalami pemuaian
adiabatik.
d-a : pendinginan pada volume konstan. Gas
yang terbakar dibuang pada pipa pembuangan
dan udara yang baru masuk ke silinder.

65. • Rasio kompresi pada mesin diesel lebih tinggi
daripada mesin bensin. Hal ini memperbaiki
efisiensi dan mengahasilkan penyalaan yang
lebih baik ketika bahan bakar diinjeksikan.
Mesin diesel juga lebih efisien daripada mesin
bensin. Namun mesin diesel juga lebih berat
(per satuan daya keluaran) dan sering kali
lebih sulit untuk dinyalakan.

66. D. Pendingin
• Sebuah pendingin mengambil panas Qc dari
tempat yang lebih dingin, memiliki kerja
masukan W dan membuang panas QH pada
tempat yang lebih hangat. Koefisien kinerja K
didefinisikan sebagai :
K = Q c = Qc
W QH - Qc

67. E.
Hukum II Termodinamika
• Hukum II termodinamika menyatakan bahwa
tidak mungkin untuk sebuah sistem bekerja
dalam suatu siklus yang semata-mata mengubah
energi panas yang diperoleh dari reservoir pada
suhu tertentu seluruhnya menjadi kerja
mekanik, dengan sistem yang berakhirbpada
keadaan yang sama seperti keadaan awalnya.
• Hukum II ini menyatakan bahwa aliran memiliki
arah, dengan kata lain, tidak semua proses di
alam adalah reversibel (dapat dibalikkan arah).

68. F.
Siklus Carnot
• Diagram Siklus Carnot
NB : Pada pembahasan selanjutnya kita sebut Q1
sebagai QH dan T1 sebagai TH, Q2 sebagai QC dan T2
sebagai TC.

69. penjelasan
1. Proses pemuaian secara isotermik A ke B. Pada
proses ini sistem menyerap kalor QH dari
reservoir bersuhu tinggi TH dan melakukan usaha
WAB.
2. Proses pemuaian adiabati B ke C. Selama proses
ini berlangsung, suhu dari sistem turun dari TH
ke Tc. Sambil melakukan usaha WBC.
3. Proses pemampatan secara isotermik C ke D. Pada
proses ini sistem menerima usaha WCD dan melepas
kalor Qc ke reservoir bersuhu rendah Tc .
4. Proses pemampatan secara adiabati D ke A. Selama
proses ini suhu sistem naik dari Tc ke TH akibat
penerimaan usaha WDA.

70. • Persamaan dalam siklus Carnot
W = QH 1 – TC
TH
Bisa juga dituliskan W = Q1 – Q2.
QC = - TC atau QC = TC
QH
TH
QH
TH
Siklus Carnot beroperasi diantara dua reservoir panas pada
suhu TH dan TC dan hanya menggunakan proses
reversibel. Efisiensi termalnya adalah :
ecarnot = 1 – TC = TH – TC
TH
TH

71. • Pendingin Carnot
Dalam mesin carnot berlangsung proses
reversibel (bolak-balik), sehingga
dimungkinkan untuk mengubahnya menjadi
pendingin. Koefisien kinerja dari pendingin
carnot adalah :
Kcarnot = TC
TH – TC
Ketika perbedaan suhu TH – TC kecil, K lebih
besar daripada satu, dalam kasus ini panas
dalam jumlah besar dapat dipompakan dari
suhu rendah ke suhu tinggi dengan hanya
dibutuhkan sedikit kerja.

72. • Siklus Carnot dan Hukum II
Bentuk lain dari hukum kedua adalah bahwa tidak
ada pendingin yang beroperasi di antara dua suhu
yang sama dapat memiliki koefisien kinerja yang
lebih besar daripada sebuah pendingin Carnot.
Semua pendingin carnot yang beroperasi di antara
dua suhu yang sama memiliki koefisien kinerja yang
sama.

73. G. Skala Suhu Kelvin
• Skala suhu kelvin adalah skala yang
berdasarkan pada efisiensi siklus Carnot dan
tidak tergantung pada sifat bahan spesifik
apapun. Titik nol pada skala kelvin disebut nol
mutlak.
• Devinisi rasio suhu, Tc/TH, setara dengan
besar rasio QC/QH dari jumlah panas yang
diserap dan dibuang.
TC = QC = -QC
TH
QH
QH

74. H. Entropi
 Entropi dan Ketidakaturan
entropi merupakan suatu aturan kuantitatif dari
ketidakaturan. Gas berada dalam keadaan lebih tidak
teratur setelah berekspansi karena molekul bergerak
dalam volume yang lebih besar dan memiliki keacakan
posisi.
ΔS = Q
T
Suhu yang lebih tinggi mengakibatkan naiknya
ketidakaturan.
 Perubahan entropi dalam proses reversibel apapun
keadaannya adalah :
ΔS =

75.  Entropi dalam Proses Siklus
perubahan entropi total untuk satu siklus dari
Mesin Carnot apapun adalah nol. Perubahan
entropi total untuk siklus penuh adalah jumlah
dari perubahan entropi masing-masing siklus
carnot yang lebih kecil, yang masing-masing
adalah nol. Maka perubahan entropi total
selama siklus reversibel adalah nol.
=0

76.  Entropi dalam Proses Ireversibel
Dalam semua proses ireversibel menghasilkan
kenaikan entropi. Entropi ini harganya bisa
berubah, tapi tidak pernah turun.
 Entropi dan Hukum Kedua
Ketika seluruh sistem yang menyusun proses
dilibatkan, entropi akan tetap konstan atau bertambah.
Dengan kata lain, tidak mungkin ada proses yang
terjadi dengan entropi total yang menurun, jika seluruh
sistem yang menyusun proses dilibatkan.
Peningkatan entropi dalam setiap proses yang alami
dan ireversibel menjadi ukuran terhadap peningkatan
ketidakaturan dari alam yang berhubungan dengan
proses tersebut.

77. I.
Pengertian Entropi Secara Mikroskospik
• Untuk setiap sistem apapun, keadaan makroskopik
yang paling mungkin adalah yang memiliki keadaan
mikroskopik yang terbanyak, yang berarti juga keadaan
makroskopik dengan ketidakaturan dan entropi
terbesar.
Persamaan entropinya dari kemungkinan beberapa
keadaan mikroskopik untuk keadaan makroskopik
tertentu adalah :
• S = k In w dan ΔS = S2 – S1 = k In w2 – k In w1
= k In w2
w1
dengan w = jumlah kemungkinan
k = R/NA merupakan konstanta Boltzman

78. J.
Sumber Energi
 Study Kasus dalam Termodinamika
Hukum termodinamika memberikan batasan bagi
perubahan energi dari satu bentuk ke bentuk lain.
 Lebih dari setengah tenaga listrik yang dibangkitkan di
USA diperoleh dari turbin-uap dengan batu bara. Boiler
modern dapat memindahkan 80%-90% panas
pembakaran batubara ke dalam uap. Namun dalam
prakteknya, efisiensi turbin hanya sekitar 50% dan
efisiensi termalnya hanya sekitar 42%.
 Pada tahun 1990, 18% dari pasokan daya listrik di
seluruh dunia berasal dari tenaga nuklir. Biaya
konstruksi yang tinggi, pertimbangan mengenai
keselamatan umum dan soal pembuangan limbah
radioaktif melambatkan pembangunannya.

79. Hal-hal tersebut menyadarkan masyarakat
untuk lebih peka pada lingkungan, bahwa asap
batubara dapat mengakibatkan kerusakan
yang serius dan berbahaya, seperti hujan
asam serta global warming. Penting bagi kita
untuk mengatur pembangunan sumber energi
dan penggunaannya demi kelangsungan hidup
manusia. Lagipula, telah dijelaskan bahwa
polusi termal pembakaran batubara dan
pembangkit nuklir juga menghasilkan masalah
lingkungan yang sangat serius.

80.  Energi matahari sangat potensial untuk dimanfaatkan.
Misalnya dengan sel fotovoltaik, bukan seperti mesin
kalor yang tidak dibatasi efisiensi Carnot, efisiensinya
bisa mencapai 50%, namun model ini membutuhkan
modal yang tinggi. Akan tetapi banyak keuntungan
yang potensial, rendahnya tingkat
kebisingan, sedikitnya bagian yang bergerak, minimnya
perawatan, dan pengurangan polusi.
 Kedua dengan mengubah energi matahari menjadi
energi angin. Sekitar 1% energi matahari diubah
menjadi energi angin, kemudian dikumpulkan dan
diubal oleh sekelompok turbin angin. Misalnya turbin
dengan diameter 40 m, pada angin 8 m/s, itu dapat
mengambil 400 kW dari udara. Dan seperempatnya
bisa diubah menjadi daya listrik, yang cukup untuk 30
rumah, seperti pada sistem diatas, sistem ini juga
memerlukan biaya yang tinggi.

81. Skema yang lain dengan menggunakan gradien
suhu pada samudra. Sebagai contoh di Teluk
Meksiko, suhu di dekat permukaan sekitar 25°C
dan pada kedalaman beberapa ratus meter
suhunya 5°C. Hukum kedua termodinamika
melarang pendinginan samudra dan mengubah
panas yang dihasilkan secara penuh menjadi
kerja, tetapi tidak ada larangan untuk
menjalankan mesin kalor antara kedua suhu
tersebut. Efisiensinya memang hanya sekitar
7%, namun mengingat dua pertiga permukaan
bumi adalah samudra, maka persediaan energi
yang sangat besar dapat tersedia.

82. Soal-Soal
• Termometer dan Skala Suhu
1. konversikan suhu Celcius berikut ini ke
Fahrenheit.
a. -62,8°C suhu terendah yang tercatat di Amerika
Utara.
b. 56,7°C suhu tertinggi yang tercatat di Amerika
c. 31,1°C suhu tahunan rata-rata tertinggi.
2. Tentukan suhu Celcius yang setara dengan
a.Malam musim dingin di Seatle (41,0°F)
b.Siang hari yang panas di Palm Springs (107,0°F)
c.Hari musim dingin di sisi utara Manitoba (18,0°F)

83. Pembahasan
• 1. Di : a. T =-62,8°C
b. T = 56,7°C
c. T = 31,1°C
Dii : TF ... ?
Diii : a. TF = Tc + 32°
= (-62,8°) + 32°
= - 81,04°F
b. TF = Tc + 32°
= (56,7°) + 32°
= 134,06°F

84. c. TF = Tc + 32°
= 31,1 ° + 32°
= 87,98°F
2. Di : a. T = 41°F
b. T = 107 °F
C. T = -18 °F
Dii : TC
Diii : a. TC = 5/9 (TF - 32°)
= 5/9 (41° - 32°)
= 5°C
b. T = 5/9 (TF - 32°)
= 5/9 (107° - 32°)
= 41,66 °C
C

85. c. T = 5/9 (TF - 32°)
= 5/9 (-18° - 32°)
= -27,77°C
C

86. Termometer Gas dan Skala Kelvin
1. Titik didih normal dari neon cair adalah 245,92°C, berapa skala itu dalam skala
Kelvin?
2. Konversikan suhu berikut ke dalam skala
kelvin.
a. Suhu terendah tercatat di negara bagian
-70°F.
b. Suhu tertinggi di Australia 127°F.
C. Suhu terendah yang tercatat di belahan
bumi bagian utara -90°.

87. 1. Di : T = -245,92°C
Dii : TK = ... ?
Diii: TK = TC + 273,15°
= -245,92° + 273,15°
= 27,23°K
2. Di : a. TF = -70°
b. TF = 127°
c. TF = -90°
Dii : TK = ... ?
Diii : langkah pertama, kita konversikan dulu ke skala
celcius, baru kemudian diubah ke skala kelvin.
a. TC = 5/9 (TF - 32°)
= 5/9 (-70° - 32°)
= -56,66° C
TK = TC + 273,15°
= -56,66° + 273,15°
= 216,49° K

88. b. TC = 5/9 (TF - 32°)
= 5/9 (127° - 32°)
= 52,77°C
TK = TC + 273,15°
= 52,77 ° + 273,15 °
= 325,92 ° K
c. TC = 5/9 (TF - 32°)
= 5/9 (-90° - 32°)
= -67,77°C
TK = TC + 273,15°
= -67,77° + 273,15°
= 205,38 ° K

89. Ekspansi Termal
1. Jembatan Humber di Inggris memiliki
rentangan terpanjang di dunia, yaitu 1410 m.
Hitung perubahan panjang dari bahan baja
tersebut saat suhu naik dari -5°C ke 18°.
2. Batang pendulum sebuah jam terbuat dari
logam kuningan. Berapakah fraksi perubahan
panjang batang tersebut jika didinginkan dari
19,5°C ke 5°C.

90. Pembahasan
1. Di : L0 = 1410 m
ΔT = 23 C= 23 K (jika nanti
dikonversi, selisihnya tetap akan sama)
α = 1,2 . 10-5 K-1
Dii : ΔL = ... ?
Diii : ΔL = α L0. ΔT
= 1,2 . 10-5 K-1 . 1410 m . 23 K
= 38916. 10-5
= 0,38916 m ≈ 0,49 m

91. 2. Di : α = 2.10-5 K-1
ΔT = 14,5 C= 14,5K
Dii : ΔL = ... ?
Diii : ΔL = α L0. ΔT
= 2.10-5 K-1 . L0 . 14,5K
= 29.10-5 L0

92. Kuantitas Panas
1. Seorang anak dengan massa 40 kg yang terkena
flu mengalami demam 3°C diatas normal, yaitu
dengan suhu tubuh 40°C. Asumsikan tubuh
manusia sebagian besar terdiri dari air, berapa
panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu
sebesar itu ?
2. Seorang insinyur merancang mesin baru. Salah
satu bagian yang bergerak mengandung 1,6 kg
aluminium dan 0,3 kg besi dirancang untuk
beroperasi pada suhu 210°C. Berapa panas yang
dibutuhkan untuk menaikkan suhunya dari 20°C
ke 210°C ?

93. Pembahasan
1. Di : m = 40 kg
ΔT = 3°C = 3°K
cair= 4190 J/kg.K
Dii : Q = ... ?
Diii: Q = mc ΔT
= 40 kg. 4190 J/kg.K . 3°K
= 50,28.104 J.
Sebenarnya kapasitas panas spesifik tubuh manusia
hanya sekitar 83% dari kapasitas panas spesifik
air, sehingga panas yang dibutuhkan adalah :
41,7324. 104 J

94. 2. Di : mAl = 1,6 kg
CAl = 24,6 J/mol.K
mFe = 0,3 kg
Cfe = 26,3 J/mol.K
ΔT = 190°C = 190°K
Dii : Q = ... ?
Diii : QAl = nAlCAl ΔT
= (1,6 kg/0,0270 kg/mol) .
24,6 J/mol.K . 190 K
= 276.977,77 J
QFe = nFe CFe ΔT
= (0,3 kg/ 0,0559 kg/mol). 26,3 J/mol.K
. 190 K
= 26.817,53 J
Q = QAl + QFe
= 276.977,77 J + 26.817,53 J
= 303.795,3 J

95. Kalori Metri dan Perubahan Frasa
1. Pada sebuah tungku masak berbahan bakar
bensin, 45% energi yang dilepaskan pembakaran
bensin terpakai untuk memanaskan air dalam
panci. Jika kita memanaskan 2 L ( 1 kg ) air dari
10°C ke 100°C dan mendidihkan 0,25 kg air
sampai menguap. Berapa banyak bensin yang
dibakar dalam proses tersebut ?
2. Pada proses pembuatan es lilin rasa kopi, kita
memanaskan air 0,2 kg yang awalnya bersuhu
10°C menjadi 90°C, kemudian kita
meletakkannya di freezer sampai mencapai
keadaan membeku. Berapa energi panas yang
dibutuhkan dalam proses tersebut?

96. Penyelesaian .
1.
• Panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu air
dari 10°C ke 100°C adalah :
Q1 = mc. ΔT = 1 kg. 4190 J/kg.K . 90°K
= 0,3771 . 106
• Untuk mendidihkan air 0,25 kg membutuhkan :
Q2 = m.Lv = (0,25 kg) . (2,256.106 J/kl)
= 5,64 . 106
energi total yang dibutuhkan adalah jumlah
keduanya, yaitu 6,0171 . 106 J. Dalam proses ini hanya
45%, sehingga energinya adalah
(6,0171 . 106 J)/0,45 = 13,37 . 106 J.
Seperti yang kita ketahui, setiap gram bensin melepaskan
46.000 J, sehingga massa bensin yang dibutuhkan adalah
13,37 . 106 J = 290,65 g.
46.000 J/g

97. • Panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu
dari 10°C ke 90°C adalah :
Q1 = mc. ΔT = 0,2 kg . 4190 J/kg.K . 80°C
= 67040 J
• Untuk membekukan 0,2 kg air tersebut :
Q2 = -mLV = - (0,2 kg . 3,34.105 J/kg)
= -66800 J.
Jadi panas yang dibutuhkan dalam proses ini adalah
67040 J – 66800 J = 240 J

98. Mekanisme Perpindahan Panas
1. Sebuah plat baja bujursangkar tipis, dengan
sisi 20 cm, dipanaskan hingga suhu 300°K .
Jika emisivitas adalah 0,60. berapa laju
radiasi energi total ?
2. Jika luas permukaan pada tubuh pada hewan
kerbau adalah 4 m2 dan suhu permukaan
adalah 400°K. Tentukan laju radiasi energi
total dari tubuh kerbau tersebut, jika
emisivitas = 1.

99. penyelesaian
1.
• Luas permukaan total :
2(0,2 m)2 = 0,08 m2
• H = AeσT4
= 0,08 m2 . 0,60 . (5,76.10-8 W/ m2. K4 )
(300 K)4
= 22,39488 W = 22,4 W
2. H = AeσT4
= 4. 1 . (5,76.10-8 W/ m2. K4 ) . (400 K) 4
= 5.898,24 W

100. Rangkaian terintegrasi
1. Sebuah bolam memiliki daya 10
watt, selubung bola lampu memilikim luas 10
cm2. tentukan disipasinya ?
2. Bolam tersebut memiliki rth = 4 K/W. Berapa
suhu operasi permukaan jika suhu lingkungan
20°C ?

101. Pembahasan
• 1. Di : P = 10 watt
A = 10 cm2
Dii : disipasi daya persatuan luas ?
Diii : Disipasi = (10 watt) / (10 cm2 )
= 1 watt/ cm2
• 2. Di : rth = 4 K/W
Tamb = 20°C
Dii : Tic = ... ?
Diii : P = Tic – Tamb
rth
Tic= 10 watt . 4 K/W + 20°C = 60°C

102. Persamaan Keadaan
1. Jika kita ingin menjagasatu mol gas ideal dalam
kamar pada suhu STP, berapa volume wadah
yang diperlukan ?
2. Dalam sebuah mesin mobil, campuran udara
dan bensin dikompresi dalam silinder sebelum
dinyalakan. Mesin ini memiliki rasio kompresi 8
hingga 1, artinya gas tersebut dikompresi
menjadi 1/9 dari volume awal. Tekanan awal 1
atm dan suhu awal 27°C. Jika tekanan sesudah
kompresi adalah 22 atm, tentukan suhu dari gas
yang terkompresi.

103. Penyelesaian
1. Dalam keadaan STP berarti suhunya 273,15°K
dan tekanan 1 atm = 1,013 . 105 Pa, maka
V = nRT = 1 mol . 8,315 J/mol.K . 273,15 K
p
1,013 . 105 Pa
= 0,0224 m3 = 22,4 L
2. p1 . V1 = p2 . V2
T1
T2
T2 = T1 p2 . V2 = 300 K
(22 atm) . V2
p1 . V1
1 atm . (8 V2 )
= 825 K = 568°C

104. Sifat molekuler materi
1. Berapa mol yang terdapat dalam sebotol air 1
kg ? Dan berapa molekulnya ? Jika massa
molar air = 18 g/mol
2. Tinjau 5 mol air cair, berapakah volume yang
ditempati oleh jumlah air tersebut jika massa
molar air adalah 18 g/mol dan berada pada
keadaan STP.

105. pembahasan
1. Di : m = 1 kg= 1000g M = 18 g/mol
Dii : n = ... ?
Diii : n = m/M
= (1000 g)/(18 g/mol)
= 125 mol
2. Di : n = 5 mol
M = 18 g/mol
Dii : V = ... ?
Diii : karena berada pada keadaan STP, maka
berlaku persmaan :
V = n.22,4 L
= 5.22,4 L = 112 L

106. Model kinetik-molekuler gas ideal
1.Berapakah energi kinetik translasi rata-rata
dari sebuah molekul gas ideal pada suhu
127°C ? Berapakah energi kinetik translasi
acak total dari molekul dalam satu mol gas
tersebut ?
2. Tentukan lintasan bebas rata-rata dari sebuah
molekul udara pada suhu 200 K dan tekanan
1,5 atm dan molekul tersebut memiliki jarijari 4.10-12 m.

107. Pembahasan
1.Di : T = 127°C = 400 K
Dii : a. Ku/N
b. Ku
Diii : a. Ku/N = ½ m ( v2 )rt = 3/2 kT
= 3/2 (1,38.10-23 J/K) (400 K)
= 828 . 10-23 J
b. Ku = NA (½ m ( v2 )rt )
= 6,022.1023 molekul (828 . 10-23 J)
= 4986,216 J

108. 2.
Di : T = 200 K
p = 1,5 atm
r = 4.10-12 m.
Dii : λ = ... ?
Diii : λ =
kT
4π.21/2 . r2. p
=
( 1,3.10-23 J/K) (200 K)
4π.21/2 . (4.10-12 m)2 . (1,5 .105 Pa)
= 6,833 . 10-8 m

109. Kapasitas panas
Berapa banyak panas yang dibutuhkan untuk
menaikkan suhu 2 mol gas ideal diatomik suhu
30 K ke 40 K jika gas dijaga pada volume konstan
?
Di : n = 2 mol
ΔT = 10 K
Dii : Q = ... ?
Diii : cari dulu Cv nya.
Cv = 5/2 R = 5/2 . (8,315 J/mol. K)
= 20,79 J/mol. K
Q = n.Cv. ΔT
= 2 mol . 20,79 J/mol. K . 10 K
= 415,8 J

110. Laju molekuler
• Untuk gas diatomik (CO2, massa molar 44
g/mol) pada T = 300 K. Hitunglah Vmp dan Vrt .
• Diket : M = 44 g/mol.
T = 300 K
• Ditanya: a. Vmp
b. Vrt
• Jawab : a. Vmp =
=
= 1,064 . 10-22g
•
= 1,2 . 10-22 g
b. Vrt =
=

111. Kerja yang dilakukan Selama perubahan Volume dan
lintasan diantaramkeadaan-keadaan termodinamik
1.Dua mol gas ideal dipanaskan pada tekanan
konstan dari suhu 100 K menuju 180 K. Hitung kerja
yang dilakukan oleh gas tersebut.
2.Suatu gas mengalami dua proses. Pada proses
pertama volume tetap konstan 0,2 m3 dan tekanan
dinaikkan dari 2.105 Pa menjadi 5. 105 . Sedangkan
proses kedua adalah kompresi volume menuju 0,1
m3 pada tekanan konstan 5. 105 Pa. Tentukan kerja
total yang dilakukan selama kedua proses tersebut.

112. pembahasan
1.Di : ΔT = 80 K
p = konstan
Dii : w
Diii : w = pV
= (nR ΔT/V) . V
= nR ΔT
= 2 mol. 8,315 J/mol.K.80 K = 1330,4 J
2.Di : pada proses awal :
V= 0,2 m3 = konstan
Δp= 3.105 Pa
pada proses kedua :
V= 0,1 m3 (dikompresi)
p = konstan = 5.105 Pa
Dii : wtotal = ... ?
Diii : wtotal = wawal + wkedua
= Δp. V + p(V2 – V1 )
= 3.105 Pa . 0,2 m3 + 5.105 Pa (0,1 m3 – 0,2 m3 )
= 0,1 J

113. Energi dalam dan hukum I termodinamika
1.Pada suatu proses kimia,seorang teknisi
laboatorium memberikan 254 J panas pada
sistem. Pada saat yang bersamaan, 73 J kerja
dilakukan terhadap sistem oleh lingkungannya.
Berapa kenaikan energi dalam sistem.
2. Gas dalam silinder berekspansi dari volume
0,1 m3 menuju 0,3 m3 . Panas mengalir ke dalam
gas cukup cepat untuk menjaga tekanan konstan
pada 1,8.105 Pa selama ekspansi. Total panas
yang ditambahkan adalah 2.105 J. Tentukan kerja
yang dilakukan oleh gas tersebut. Dan
berapakah nilai perubahan energi dalam gas
tersebut.

114. pembahasan
1. Di : Q = 254 J (sistem menyerap)
w = -73 J (negatif, lingkungan thd sistem)
Dii : ΔU = ... ?
Diii: ΔU = Q + w = 254 J + (-73 J) = 181 J
2. Di : ΔV = 0,2 m3
Q = 2.105 J
Pa = 1,8.105 Pa
Dii : w = ... ?
ΔU= ... ?
Diii: w = -p ΔV = -1,8.105 Pa . 0,2 m3
= -0,36.105 J
ΔU = Q + w = 2.105 J + -0,36.105 J = 1,64 J

115. Jenis-jenis proses termodinamika, energi dalam pada gas
ideal, kapasitas panas dari gas ideal
1. Selama berlangsungnya suatu kompresi
isotermal gas ideal, 400 J panas harus
dihilangkan dari gas untuk menjaga suhu
konstan, berapa banyak kerja dilakukan oleh gas
selama proses ini.
Pembahasan : pada gas ideal nilai ΔU hanya
bergantung pada suhu, sehingga jika suhu konstan
maka ΔU = 0, w = Q
karena melepas panas, maka Q = -400 J
sehingga nila w juga = -400 J (tanda negatif berarti
sistem melakukan kerja terhadap lingkungan)

116. 2.Sebuah silinder berisi 0,1 mol etanol pada
suhu 300 K. Berapa panas yang dibutuhkan
untuk meningkatkan suhunya menjadi 400 K ?
Pembahasan :
Di : n = 0,1 mol
ΔT = 100 K
Dii : Q=...?
Diii :
Q = ΔU + w
= nCΔT +pV = nCΔT + ( nRΔT/V) . V
= 0,1mol . 111,9 J/mol. K. 100 K + 0,1
mol.8,315 J/mol.K.100 K
= 94,34 J

117. 3.Gas propana C3H8 berperilaku seperti gas ideal
dengan γ= 1,127. tentukan (a)kapasitas panas
molar pada volume konstan dan (b)konstan.
Pembahasan :(a) γ = Cp = Cv + R = 1+ R
C
Cv
Cv
Cv = R
= 8,315 J/mol.K
v
γ–1
1,127 – 1
= 65,47 J/mol.K
(b) Cp = CV + R = 65,47 J/mol.K + 8,315 J/mol.K
= 73,785 J/mol.K

118. Proses adiabatik untuk gas ideal
1.
Suatu gas ideal monoatomik yang pada awalnya berada pada tekanan
1,5.105 Pa dan volume 0,08 m3 dikompresi secara adiabatik sehingga
volumenya menjadi 0,04m3. tentukan. A.berapa tekanan akhir. B. berapa
banyak kerja yang dilakukan oleh gas.
Pembahasan :
(A) p2 = p1 (V1/V2)γ
= 1,5.105 Pa (0,08 m3 / 0,04m3 )1.4
= 3,95.105 Pa
(B) w = 1 (p1V1 – p2V2)
γ-1
1 (3,95.105 Pa . 0,08 m3 - 1,5.105 Pa . 0,04m3 )1,4
1,4-1
= 1/0,4 ( 25600 )1,4
=
= 3710871,875 J

119. Mesin kalor
1.Sebuah mesin diesel menghasilkan 2200 J
kerja mekanik dan membuang 4300 J panas
pada setiap siklus.(a) Berapa banyak panas
yang harus diberikan ke mesin pada setiap
siklus.(b) Berapa efisiensi termal mesin ?
Di : w = 2200 J
Qc = - 4300 J(membuang)
Dii : a. QH = ... ?
b.e = ... ?
Diii: a. QH = w – Qc
= 2200 J – (-4300 J) = 6500 J
b. e = w/QH = 2200 J / 6500 J
= 0,338 = 33,8 %

120. 2.Sebuah mesin pesawat mengambil 9000 J
panas dan membuang 6400 J setiap detik.
a. Berapa kerja mekanik keluaran dari mesin
setiap siklus ? b. Berapa efisiensi termal dari
mesin ?
Di : QH = 9000 J
Qc = -6400 J (membuang)
Dii : a.w = ... ?
b. e = ... ?
Diii: a.w= QH + Qc = 9000 J + (-6400 J) = 2600 J
b.e = w/ QH = 2600 J/9000 J = 0,288
=28,8%

121. Mesin pembakaran-dalam
1. Berapa rasio kompresi yang harus dimiliki siklus
otto untuk mencapai efisiensi ideal 65% jika
γ = 1,4 ?
Di : e = 65 %
γ=1,4
Dii : r = ... ?
Diii: e = 1 1
= 1- 1
rγ-1
r1,4-1
0,65 = 1 - 1
r0,4
r0,4 = 1
= 2,857
1-0,65
r = 13,80

122. 2.Mesin siklus otto dalam sebuah mercedes-Benz
SLK230 memiliki rasio kompresi 8,8.a. berapa
efisiensi ideal bagi mesin jika γ=1,4. mesin dalam
sebuah Dodge Viper GT2 memiliki rasio kompresi
yang sedikit lebih tinggi yaitu 9,6. b. berapa banyak
kenaikan efisiensi yang dihasilkan dari kenaikan
rasio kompresi ?
Di : r1 = 8,8
γ=1,4
r2= 9,6
Dii : a.e1 = … ?
b.Δe= … ?
Diii :a . e1 = 1 - 1
=11
= 0,99956
r1γ-1
8,8. 1,4-1

123. b. e2 = 1 -
1
= 1- 1
= 0,99965
r2γ-1
9,61,4-1
Δe = e2 - e2 = 0,99965 - 0,99956
= 0,00009

124. Pendingin
1. Sebuah pendingin memiliki koefisien kinerja 2,1.
setiap siklus menyerap 3,4.104 J panas dari reservoir
dingin. A. berapa banyak energi mekanik yang
dibutuhkan dalam setiap siklus untuk menjalankan
pendingin ? B. selama setiap siklus, berapa banyak
panas yang dibuang ke reservoir dengan suhu yang
tinggi?
Di : K = 2,1
Qc = 3,4.104 J
Dii : A. W = … ?
B. QH = … ?
Diii : A. W = Qc = 3,4.104 J = 1,6 . 104 J
K
2,1
B. K = Qc
QH - Qc
QH= 3,4.104 J + 3,4.104 J = 5,525.104 J
1,6 . 104 J

125. 2. Sebuah pendingin udara yang dipasang di jendela
menyerap 9,8.104 J panas per menit dari ruangan
yang didinginkan dan pada saat bersamaan
memberikan 14,4.104 J panas ke udara luar.
Tentukan konsumsi daya alat ini ?
Di : QH = 9,8.104 J
Qc = 14,4.104 J
Dii : P = … ?
Diii : cari dulu nilai K.
W = QH – Qc = 9,8.104 J - 14,4.104 J = 4,6.104 J
K = QC = 14,4.104 J
W
4,6.104 J
= 3,13

126. Cari nilai H,
H = Qc / t = 14,4.104 J /60 s = 24.102 J/s
P = H/K = (24. 102 J/s) / (3,13)
= 7,66. 102 J/s

127. SIKLUS CARNOT
.Sebuah masin carnot dengan reservoir suhutinggi pada 620 K mengambil 550 J panas
pada suhu ini dalam setiap siklus dan
memberikan 335 J ke reservoir suhu-rendah.
Berapa banyak kerja mekanik yang dilakukan
mesin selama setiap siklus ?
Di : TH = 620 K
QH = 550 J
Qc= 335 J
Dii : W =…?
Diii : W= QH + QC = 620 J + 550 J =1170 J

128. Entropi
.Hitunglah perubahan entropi pada 1 kg air yang
dipanaskan dari suhu 7:C menjadi 97:C ?
Di : m = 1 kg
Ta = 7:C = 280 K
Tb = 97:C = 370 K
Dii : ΔS = … ?
Diii : ΔS = S1 – S2 =
= mc In T /T
b
a
= 1 kg. 4190 J/kg.K (In 370/280)
= 18,854 . 103 J/K

129. Pengertian entropi secara mikroskopik
1.Dilakukan pelemparan empat koin yang identik ke
atas lantai. setiap koin memiliki kemungkinan yang
sama untuk memunculkan kepala atau ekor.
A.Berapa kemungkinan bahwa keempat koin
memunculkan ke empat kepala ?b. Berapa
kemungkinan muncul tiga koin kepala dan satu ekor
?
Di : a. w= 1
b.w=4
Dii : a. S = k In w
b.S = k In w
Diii :a. S = k In w
b. S = k In w
= 8,315 J/mol.K In 1
=8,315 J/mol.K In 4
=0
= 11,527 J/mol.K