Halaman
Kita akan mem-pelajari termodinamikayang mencakup siklusdan usaha dalam prosestermodinamika.Termodinamikamemiliki tiga hukumdasar.Selanjutnya kitabelajar Hukum II Termodinamikayang membahas siklus-siklusdalam proses termodinamika.Kita mulai denganHukum I Termodinamikasebagai hukum kekekalanenergi.Kegiatan kita lanjutkandengan belajar Hukum IIITermodinamika membahastentang entropi dankeadaan zat.Setelah mempelajaribab ini kita dapat memahamitermodinamika yang meliputihukum-hukum termodinamikaserta keadaan zat padasuhu mutlak.BAB9TERMODINAMIKAPada bab ini kitaakan belajar tentangtermodinamika.
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2200A. Usaha dan Hukum I TermodinamikaLemari es seperti pada ilustrasi di atas bekerja dengan memanfaatkanprinsip termodinamika. Termodinamika merupakan ilmu yang mempelajarihubungan kalor dan bentuk lain dari energi. Kalor secara alami bergerakdari materi yang lebih panas ke materi yang lebih dingin. Namun begitu,kalor dapat dipaksa mengalir ke arah yang berlawanan. Sebagai contoh,dalam lemari es, panas secara terus-menerus diambil dari ruangan dalamyang dingin dan dibuang ke udara luar yang lebih panas. Itulah mengapapermukaan luar lemari es, yaitu bagian samping dan belakang biasanyahangat.Dalam termodinamika dikenal istilah sistem dan lingkungan. Sistemmerupakan benda atau sekumpulan benda-benda yang akan diteliti.Adapun lingkungan merupakan semua yang ada di sekitar benda ataubenda-benda lainnya yang ada di alam. Lemari es merupakan contohsistem. Adapun lingkungannya adalah udara luar. Untuk lebih memahamikonsep termodinamika, mari kita pelajari uraian berikut!Tahukah kamu, mengapa lemari es atau kulkas dapat mendinginkan minuman atau makananyang disimpan di dalamnya? Minuman dan makanan dalam lemari es menjadi dingin karenamesin pendingin pada lemari es menyerap kalor dari minuman atau makanan itu. Lalu, kemanakah kalor yang terserap tersebut disalurkan? Mengapa sisi-sisi luar lemari es terasa hangat?Jawaban atas pertanyaan-pertanyaan tersebut akan kita bahas pada bab ini.Kata Kunci:Hukum-hukum Termodinamika – Usaha pada Proses Termodinamika – SiklusTermodinamikaGerbangGambar 9.1 Lemari esSumber: dok.CAP
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 22011. Usaha yang Dilakukan GasPada bagian ini kita akan membahas usaha yang dilakukan olehsistem (gas) terhadap lingkungannya. Pada bab 8 telah dijelaskanbahwa keadaan gas bergantung pada tekanan, volume, dan suhu.Perubahan pada salah satu komponen, akan menyebabkanperubahan pada komponen yang lain. Perubahan inilah yang dapatkita manfaatkan untuk menghasilkan bentuk energi yang lain, misalnyagerak. Untuk menghasilkan bentuk energi tersebut diperlukan usaha.Usaha dapat kita peroleh dengan mengubahkeadaan suatu gas. Pada bab ini kita akan mem-pelajarinya. Perhatikan gambar 9.2 di samping!Ketika gas memuai, gas akan menekan dindingpiston sebesar:P = FAAkibat tekanan tersebut piston bergeser sejauh s.Usaha yang dilakukan gas adalah:W = F.sW = P.A.sJika A adalah luas penampang silinder maka A.s = ΔV . Jika per-samaan tersebut kita subtitusikan ke dalam persamaan W = P. A. smaka diperoleh:W = P.ΔVKeterangan:W: usaha (J)P: tekanan (N.m3 = Pa)ΔV: perubahan volume (ΔV)Pada perubahan volume yang sangat kecil, besarnya usaha dapatdirumuskan sebagai berikut.W =³21VVP dVUsaha yang dilakukan sistem bernilai positif jika sistemmelepaskan energi pada lingkungannya. Apabila lingkunganmengadakan usaha pada sistem hingga sistem menerima sejumlahenergi maka usaha yang dilakukan sistem adalah negatif.Usaha yang dilakukan pada proses termodinamika berasal dariusaha berbagai macam gaya. Berikut ini adalah usaha pada proses-proses termodinamika.Gambar 9.2 Gas di dalam silindermenekan piston yang bergerak bebasgasFspiston
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2202a. Proses Isotermik atau Isotermal (Temperatur Tetap)Dari penjelasan sebelumnya, telah kita ketahui bahwa besarusaha yang dilakukan gas adalah:W = P . A . sW = P . V. . . (9.1)Besar usaha suatu proses dapat ditentukan dengan meng-hitung luas daerah di bawah kurva. Kurva usaha pada prosesisotermik dinyatakan dengan gambar 9.3. Misalnya kita ambilsebuah elemen volume dV dari gambar 9.3.Usaha yang dilakukan pada perubahan volumedV adalah:dW = P . dV. . . (9.2)Dalam termodinamika berlaku hukum Boyle –Gay Lussac, yaitu:PVT111 = PVT222Karena pada proses isotermik suhu awal sama dengan suhuakhir, T1 = T2 maka:P1.V1 = P2.V2Dari bab 8 telah kita ketahui bahwa persamaan gas ideal adalahsebagai berikut.P.V = n.R .TP = n R TV. . . (9.3)Usaha keseluruhan yang dilakukan sistem merupakan integraldari besar usaha pada perubahan volume dV. Dengan me-masukkan persamaan 9.3 ke dalam persamaan 9.1 diperoleh:W = ³vv21dWW = ³vv21P . dVW = ³vv21n R TVdVW = n . R . T ³vv21dVVGambar 9.3 Usaha proses isotermikPP1P2ABV2dVV1VBdVProsesIsotermik
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2203W = n . R . T . In§· ̈ ̧©¹VV21. . . (9.4)Dari pelajaran matematika kita tahu bahwa:Inx = elogx = log xlog eInx = 2,3 logxDengan demikian, persamaan 9.3 dapat dinyatakan:W = 2,3 n . R . T §· ̈ ̧©¹VV21. . . (9.5)Keterangan:V1 : volume sebelum proses (m3)V2 : volume setelah proses (m3)W : usaha (joule)Usaha luar yang dilakukan sistem akan bernilai positif (+) jikaV1 < V2 dan bernilai negatif (-) jika V1 > V2.Agar lebih memudahkan pemahamanmu, pelajarilah contoh soalberikut ini!Contoh SoalTiga mol gas yang berada dalam tangki yang volumenya 20 L dan suhunya37 °C mempunyai tekanan 1 atm. Tentukan tekanan 8 mol gas tersebutdalam tangki yang volumenya 50 L dan suhunya 97 °C!Penyelesaian:Diketahui:n1=3 molV1= 20 LT1= 37 °C = 310 KP1=1 atmn2=8 molV2=50 LT2= 97 °C = 370 KDitanyakan:P2 = . . .?Jawab:P2.V2=n2.R.T2P2=222nRTVP2= 0,0821 370850P2=243,01650P2= 4,86 atm
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2204b. Proses Isobarik (Tekanan Tetap)Kurva usaha pada prosesisobarik ditunjukkan dengangambar 9.4 di samping. Besarnyausaha pada proses ini dapatditentukan dengan mencari luasdaerah di bawah kurva. Misalnyakita akan menghitung usaha dariV1 ke V2 pada gambar 9.4.ProsesIsobarikGambar 9.4 Usaha proses isobarikP12V1VPV2Berdasarkan hukum Boyle-Gay Lussac:PVT111 = PVT222Pada proses isobarik tekanan gas selalu tetap, P1 = P2, sehinggapersamaan hukum Boyle-Gay Lussac menjadi:VT11 = VT22Dengan menggunakan persamaan 9.1 diperoleh besar usahapada proses isobarik adalah:W = P . ΔVW = P (V2 – V1). . . (9.6)Keterangan:V1: volume gas pada keadaan awal (m3)V2: volume gas pada keadaan akhir (m3)c. Proses Isokhorik (Volume Tetap)Kurva usaha pada prosesisokhorik ditunjukkan dengangambar 9.5 di samping.Misalnya kita akan menghitungbesarnya usaha pada gambar 9.5.Pada proses isokhorik berlakuhukum Boyle-Gay Lussac, yaitu:PVT111 = PVT222ProsesIsokhorikGambar 9.5 Usaha pada prosesisokhorikP2P1PVVKarena pada proses isokhorik volume awal sama dengan volumeakhir, V1 = V2 maka:PT11 = PT22
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2205Pada proses isokhorik tidak terjadi perubahan volume (ΔV = 0).Dengan demikian, usaha yang dilakukan pada proses isokhorikadalah:W = P.ΔVW = P. 0W = 0 . . . (9.7)d. Proses Adiabatik (Q = 0)Kurva usaha pada prosesadiabatik ditunjukkan dengangambar 9.6.Misalnya kita akan me-nentukan besar usaha padagambar 9.6. Pada prosesadiabatik berlaku persamaanberikut.P1. JV1 = P2. JV2. . . (9.8)Apabila dalam proses adiabatik terjadi perubahan keadaangas, persamaan 9.8 menjadi:P1 . JV1=P2 . JV2n R TV11 . JV1=n R TV22 . JV2T1 . JV1=T2 . JV2. . . (9.9)Keterangan:P1: tekanan sebelum proses (Pa)P2: tekanan setelah proses (Pa)T1: suhu sebelum proses (K)T2: suhu setelah proses (K)ã: konstanta Laplace = ccpvcP: kalor jenis gas pada tekanan tetap (J/kg.°C atau J/kg.K)cV: kalor jenis gas pada volume tetap (J/kg.°C atau J/kg.K)Usaha yang dilakukan pada proses adiabatik hanya di-gunakan untuk mengubah energi dalam. Secara matematis usahatersebut dinyatakan sebagai berikut.W = – ΔU. . . (9.10)AdiabatikGambar 9.6 Usaha pada proses adiabatikPP1P2V1V2V12
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2206Dengan menggunakan persamaan 9.10, kita dapatmenentukan usaha pada gas monoatomik, diatomik, danpoliatomik.Usaha pada gas monoatomik dirumuskan:W = – 32.n .R .ΔTW = – 32.n .R . (T2 – T1)W = 32.n .R . (T1 – T2). . . (9.11)Usaha pada gas diatomik dirumuskan:W = – 52.n .R .ΔTW = – 52.n .R . (T2 – T1)W = 52.n .R . (T1 – T2). . . (9.12)Usaha pada gas poliatomik dirumuskan:W = – 62.n .R .ΔTW = – 62.n .R . (T2 – T1)W = 62.n .R . (T1 – T2). . . (9.13)Untuk lebih jelasnya, pelajarilah contoh soal berikut!Contoh SoalSuatu sistem yang berisi empat mol gas diatomik mengalami prosesadiabatik pada suhu 527 K hingga 753 K. Jika R = 8,317 J/mol.K, tentukanusaha yang dilakukan oleh sistem tersebut!Penyelesaian:Diketahui:n=4 molT1= 527 KT2= 753 KR= 8,317 J/mol.KDitanyakan:W = . . .?
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2207KapasitasKalorJawab:W= 52.n .R . (T1 – T2)= 52. 4 . 8,317 . (527 – 753)= 83,17 (-226)= -18.796,42 J2. Kapasitas Kalor dan Kalor Jenis GasPada pembahasan ini kita akan mempelajari hubungan antarakalor yang kita berikan terhadap perubahan suhu gas. Di sini kitaakan mengenal konsep kapasitas kalor dan kalor jenis gas.Kapasitas kalor gas adalah banyaknya kalor yang diperlukangas untuk menaikkan suhunya sebesar 1 oC atau 1 K. Secaramatematis kapasitas kalor gas dapat dituliskan:C = 'Qt. . . (9.14)Keterangan:C: kapasitas kalor gas (J/K atau J/°C)Q: kalor yang diperlukan (J)Δt: kenaikan suhu (K atau °C)Sedangkan kalor jenis gas adalah banyaknya kalor yangdiperlukan tiap 1 kilogram gas untuk menaikkan atau melepaskansuhunya sebesar 1 oC atau 1 K. Secara matematis kalor jenis gasdapat dituliskan:c = 'Qm t. . . (9.15)Keterangan:c: kalor jenis gas (J/kg.K atau J/kg.°C)m: massa gas (kg)Kalor jenis gas juga disebut kapasitas kalor jenis. Selain kalorjenis gas, dikenal pula kalor jenis molar gas, yaitu kapasitas kalortiap mol. Besar kalor jenis molar adalah:cm = Cn = 'Qn t. . . (9.16)Keterangan:cm: kalor jenis molar gas (J/mol.K atau J/mol.°C)Kalor Jenis
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2208Berikut ini akan kita pelajari kapasitas kalor dan kalor jenis padatekanan tetap dan volume tetap.a. Pada proses isobarikKalor jenis gas pada proses isobarik (tekanan tetap)didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan tiap 1 kggas untuk menaikkan atau melepaskan suhu tiap 1 kg gassebesar 1 °C atau 1 K pada tekanan tetap. Kalor jenis gas padaproses isobarik dirumuskan:cp = 'Qm Tp. . . (9.17)Keterangan:cP: kalor jenis gas pada tekanan tetap (J/kg.K atau J/kg.°C)QP: kalor yang diperlukan (J)m: massa gas (kg)Sedangkan kalor jenis molar pada proses isobarik adalah:cpm = 'Qn Tp. . . (9.18)Keterangan:cpm: kalor jenis molar pada tekanan tetap (J/mol.K atau J/mol.°C)n: mol gas (mol)Kapasitas kalor pada proses isobarik (tekanan tetap)didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan gas untukmenaikkan suhunya sebesar 1 °C atau 1 K pada tekanan tetap.Kapasitas kalor pada proses isobarik adalah sebagai berikut.Cp = 'QTp. . . (9.19)Keterangan:CP: kapasitas kalor pada tekanan tetap (J/K atau J/°C)b. Pada proses isokhorikKalor jenis gas pada proses isokhorik (volume tetap)didefinisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan 1 kg gasuntuk menaikkan atau melepaskan suhu sebesar 1 °C atau 1 Kpada volume tetap. Kalor jenis gas pada proses isokhorik adalahsebagai berikut.cv = 'Qm TV. . . (9.20)Keterangan:cv: kalor jenis gas pada volume tetap (J/kg.K atau J/kg.°C)Qv: kalor yang diperlukan (J)
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2209Kalor jenis molar pada volume tetap adalah sebagai berikut.cvm = 'Qn TV. . . (9.21)Keterangan:cvm : kalor jenis molar pada volume tetap (J/kg.K atau J/kg.°C)Kapasitas kalor pada volume tetap didefinisikan sebagaibanyaknya kalor yang diperlukan gas untuk menaikkan suhunyasebesar 1 °C atau 1 K pada volume tetap. Besar kapasitas kalorpada volume tetap dirumuskan:Cv = 'QTV. . . (9.22)Keterangan:Cv : kapasitas kalor pada volume tetap (J/K atau J/°C)Berdasarkan persamaan gas ideal bahwa P .ΔV = n . R .ΔT,hubungan antara Cp dan Cv dapat ditentukan sebagai berikut.P .ΔV=Qp – QvP .ΔV=Cp.ΔT – Cv.ΔTP .ΔV=(Cp – Cv) .ΔTCp – Cv=''P VTCp – Cv=''n R TTCp – Cv=n . R. . . (9.23)Untuk memantapkan pemahamanmu, kerjakanlah latihan dibawah ini bersama temanmu!Kerja Berpasangan 1Kerjakan bersama teman sebangkumu!1. Lima molekul gas neon pada tekanan 2 × 105 Nm-2 dan suhu27 °C dimampatkan secara adiabatik sehingga volumenyamenjadi 13 dari volume awal. Bila γ = 1,67; cp = 1,03 × 103 J/kg.K; dan Mr = 20,2 gram/mol maka tentukan:a. tekanan akhir pada proses ini,b. temperatur akhir,c. usaha luar yang dilakukan.
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 22102. Gas oksigen dengan tekanan 76 cm Hg dimampatkan secaraadiabatik sehingga volumenya menjadi 23 volume awal. Bila gasoksigen adalah gas diatomik dan R = 8,317 J/mol.K, tentukanlahtekanan akhir gas tersebut!3. Hitunglah kalor jenis gas-gas berikut ini pada volume dan tekanantetap!a. Gas neon monoatomik, bila massa molekulnya 2,018 gram/mol.b. Gas hidrogen diatomik, bila massa molekulnya 2,016 gram/mol.4. Hitunglah kapasitas kalor jenis nitrogen pada tekanan tetap, jikakalor jenisnya pada volume tetap adalah 7,14 × 102 J/kg.K.Diketahui massa molekul nitrogen 28 gram/mol dan konstantaumum gas R = 8,317 J/mol.K.5. Hitunglah kalor jenis pada tekanan tetap dari gas oksida zat lemasberatom dua, bila kalor jenisnya (volume tetap) adalah 6,95 ×102 J/kg.K dan γ= 1,4.Hukum ITermo-dinamika3. Hukum I TermodinamikaPada pembahasan sebelumnya kita telah mempelajari usahapada masing-masing proses Termodinamika. Kali ini kita akanmempelajari kemampuan untuk melakukan usaha (energi) padamasing-masing proses Termodinamika dengan menggunakan hukumI Termodinamika.Hukum I Termodinamika merupakan perluasan dari hukumkekekalan energi. Hukum I Termodinamika menyatakan bahwa energitidak dapat diciptakan atau dimusnahkan tetapi dapat berubah bentukmenjadi bentuk energi lain.Sebelum kita mempelajari hukum I Termodinamika lebih lanjut, kitaakan mempelajari tentang energi dalam. Energi dalam sering disebutenergi termal atau energi dakhil (U). Energi dalam suatu sistem adalahjumlah total energi yang terkandung dalam sistem. Energi dalammerupakan jumlah energi kinetik, energi potensial, energi kimiawi, energilistrik, energi nuklir, dan segenap bentuk energi lain yang dimiliki atomdan molekul sistem. Energi dapat berganti menjadi bentuk energi yanglain, misalnya energi listrik menjadi energi kalor.Selama proses perubahan bentuk energi berlangsung, sistemmenerima kalor sebanyak ΔQ dan melakukan usaha sebesar ΔW.Selisih energi sebesar ΔQ – ΔW digunakan untuk mengubah energidalam sistem tersebut. Secara matematis dapat dirumuskan sebagaiberikut.ΔQ = ΔU + ΔW. . . (9.24)
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2211Keterangan:ΔQ: perubahan kalor (J)ΔW: perubahan usaha (J)ΔU: perubahan energi dalam (J)1 joule = 0,24 kalori; 1 kalori = 4,2 jouleΔQ bertanda positif jika sistem menerima kalor dan bertandanegatif jika sistem melepas kalor. ΔW bertanda positif jika sistemmelakukan usaha dan bertanda negatif jika sistem dikenai usaha.ΔU bertanda positif jika sistem mengalami penambahan energi dalamdan bertanda negatif jika sistem mengalami penurunan energi dalam.Penerapan hukum I TermodinamikaSeperti telah kita ketahui, bahwa perubahan pada gas dapatmelalui berbagai proses. Bagaimanakah penerapan hukum ITermodinamika pada masing-masing proses? Untuk memahami halini, pelajarilah pembahasan berikut!a. Proses IsobarikKurva tekanan terhadap waktu padaproses isobarik terlihat pada gambar 9.7.Berdasarkan gambar di samping, usaha yangdilakukan gas adalah:ΔW = P (V2 – V1) = P .ΔVDari persamaan gas ideal, P .ΔV = n . R .ΔT,diperoleh:ΔW = P .ΔVΔW = n . R .ΔTSedangkan banyaknya kalor yang di-perlukan untuk melakukan proses isobarik adalah:ΔQp = m cp ΔTatauΔQp = n cp ΔTPerubahan energi dalam pada proses isobarik sama denganbanyaknya kalor yang diperlukan untuk melakukan prosesisokhorik. Secara matematis ditulis:ΔU= ΔQv. . . (9.25)Seperti telah disebutkan sebelumnya bahwa energi dalamgas merupakan energi kinetik gas tersebut. Dari bab 8 kita ketahuibahwa Ek = 32n.K.ΔT. Dengan menggunakan Ek = 32n.K .Gambar 9.7 Diagram tekanan terhadapvolume pada proses isobarikPV1PV2V
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2212ΔT dan persamaan 9.25 diperoleh nilai kalor jenis gas monoatomikpada volume tetap adalah:ΔU=32 n.K.ΔTn.cv .ΔT=32 n.R.ΔTcv=32 R.Sedangkan nilai kalor jenis gas monoatomik pada tekanan tetapditentukan dari rumus berikut.ΔQp=ΔU +ΔWncp ΔT=ncv ΔT + nRΔTcp=cv + Rcp=32R+ Rcp=52RAnalogi dengan cara di atas, diperoleh nilai kalor jenis gas diatomikpada volume dan tekanan tetap adalah:–Suhu rendah :cv= 32R;cp= 52R–Suhu sedang :cv= 52R;cp= 52R–Suhu tinggi:cv= 72R;cp= 72RKalor jenis pada persamaan-persamaan di atas dinyatakandalam satuan J/mol.K. Jika 1 J/mol.K = 1M J/kg.K, dengan Madalah massa molekul gas maka persamaan-persamaan di atasmenjadi sebagai berikut.Pada gas monoatomik:cv= 32RMcp= 52RM
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2213Pada gas diatomik:–Suhu rendah :cv= 32RM;cp= 52RM–Suhu sedang :cv = 52RM;cp= 52RM–Suhu tinggi:cv= 72RM;cp= 72RMb. Proses IsokhorikPada proses isokhorik ΔV = 0. Usaha yangdilakukan oleh lingkungan yang mengalami prosesini adalah ΔW = P.ΔV = 0 sehingga hukum ITermodinamika menjadi:ΔQv=ΔU + ΔWΔQv=ΔU + 0ΔQv=ΔUΔQv=n cvmΔT atau ΔQv = m cvΔT. . . (9.26)Dari pembahasan energi dalam pada bab 8diketahui bahwa besar energi dalam adalah sebagaiberikut.ΔU= 32n.R.ΔT (gas monoatomik dan gas diatomiksuhu rendah)ΔU= 52n.R.ΔT (gas diatomik suhu sedang)ΔU= 72n.R.ΔT(gas diatomik suhu tinggi)ΔU= 62n.R.ΔT(gas poliatomik)Adapun besar usaha yang dilakukan oleh sistem pada prosesisokhorik adalah:ΔW=Qp – ΔQvΔW=n (cpm – cvm) ΔT atau ΔW = m (cp – cv) ΔTGambar 9.8 Diagram hubungan antaratekanan dan volumePP1P2VV
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2214Analogi dengan proses isobarik, nilai kalor jenis pada volumetetap untuk gas monoatomik adalah:ΔQv=ΔUcvΔT=32n.R.ΔTcv=32n.R. . . (9.27)Nilai kalor jenis pada tekanan tetap untuk gas monoatomik adalah:ΔQp=ΔQv+ Wcp ΔT=cv ΔT + n.R.ΔTcp=32n.R + n.Rcp=52n.R. . . (9.28)Dengan demikian, nilai kalor jenis pada volume tetap dan tekanantetap untuk gas diatomik adalah:–Suhu rendah :cv= 32RM;cp= 32RMcv= 52RM;cp= 52RM–Suhu sedang :cv= 52RM;cp= 52RMcv= 72RM;cp= 72RM–Suhu tinggi:cv= 72RM;cp= 72RMcv= 92RM;cp= 92RMc. Proses IsotermikPada bab 8 telah disebutkan bahwa untuk gas ideal yangmengalami proses isotermik usaha dalamnya ΔU = 0. Akan tetapi,hal ini tidak berlaku untuk sistem-sistem lain. Sebagai contoh,jika es mencair pada 0 °C, ΔU≠ 0 meskipun proses pencairanberlangsung pada suhu tetap.
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2215Pada proses isotermik gas ideal berlaku:ΔU=0ΔQ=ΔWW=n RTln§· ̈ ̧©¹VV21W=P .ΔV = n RTApabila gas ideal mengalami proses perubahan dari (P1, V1)menjadi (P2, V2) dengan P1V1 = P2V2 maka berlaku:ΔQ = ΔW = P1V1 ln§· ̈ ̧©¹VV21 = 2,30 P1V1 log§· ̈ ̧©¹VV21. . . (9.29)ln dan log adalah logaritma dengan bilangan dasar e dan 10.d. Proses AdiabatikPada proses adiabatik berlaku:ΔQ=00=ΔU + ΔWΔU=-ΔW. . . (9.30)Jika sistem melakukan usaha, energi dalamnya akan turun.Namun, jika usaha dilakukan pada sistem maka energi dalamnyaakan naik. Ketika gas ideal mengalami proses adiabatik maka(P1, V1, T1) berubah menjadi (P2, V2, T2). Oleh karena itu berlaku:JJ112 1=PVP V dan JJTVT V11112 2= dengan γ = pvcc.Untuk memantapkan pemahamanmu terhadap materi di atas,kerjakan latihan berikut ini!Kerja KelompokKerjakan bersama kelompokmu!1. Satu liter air bermassa 1 kg mendidih pada suhu 100 °C dengantekanan 1,013 × 105 N/m2. Selanjutnya, air diubah menjadi uappada suhu 100 °C dan tekanan 1,013 × 105 N/m2 . Pada keadaanini volume uap air adalah 1,674 liter. Carilah usaha luar yangdilakukan dan hitung penambahan energi dalamnya! Panaspenguapan air adalah 2,26 . 106 J/kg.2. Satu mol karbon monoksida dipanaskan dari 15 °C menjadi 16 °Cpada tekanan tetap. Jika massa molekul karbon monoksida adalah28,01 gram/mol, cp = 1,038 × 103 J/kg.K, dan γ = 1,4, tentukanlah:
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2216a. penambahan energi dalam,b. usaha luar yang dilakukan!3. Gas nitrogen bermassa 5 kg dinaikkan suhunya dari 10 °C menjadi130 °C pada volume tetap. Jika cv = 7,41 × 102 J/kg.K dan cp = 1,04× 103 J/kg.K, hitunglah:a. usaha luar yang dilakukan,b. penambahan energi dalam,c. panas yang ditambahkan!4. Perbandingan kompresi sebuah mesin diesel VV12 kurang lebihsebesar 156. Jika pada permulaan gerak pemampatan silinder-nya berisi udara sebanyak 2 mol pada tekanan 15 N/m2 dan suhu247 °C, hitunglah tekanan dan suhu pada akhir gerak!5. Suatu volume gas nitrogen sebesar 22,4 liter pada tekanan105 N/m2 dan suhu 0 °C dimampatkan secara adiabatik sehinggavolumenya menjadi 110 volume awal. Carilah:a. tekanan akhirnya,b. suhu akhirnya,c. usaha yang dilakukan!Diketahui pula bahwa Mr = 28 gram/mol, γ = 1,4, dan cv = 741 J/kg.K.Gambar 9.9 Usaha dalam suatu siklusPP1P2V1VV2(P2, V1)(P2, V2)(P1, V1)B .Siklus Termodinamika dan Hukum II TermodinamikaProses-proses yang terjadi dalam Termodinamika dapat digabungkanmenjadi suatu siklus tertentu. Siklus ini akan menghasilkan usaha yanglebih besar dibandingkan usaha yang dihasilkan oleh masing-masingproses Termodinamika. Berikut ini akan kita bahas lebih jauh tentangsiklus Termodinamika, pelajarilah dengan saksama!1. Siklus TermodinamikaSuatu mesin yang dapat mengubah seluruh kaloryang diserapnya menjadi usaha secara terus-menerus belum pernah ada. Mesin yang ada hanyamampu mengubah kalor menjadi usaha melalui satutahap saja, misalnya proses isotermik.Agar suatu sistem dapat bekerja terus-menerusdan mampu mengubah kalor menjadi usaha makaharus ditempuh cara-cara tertentu. Perhatikangambar 9.9 di samping!a. (P1, V1) gas mengalami proses isotermik sampai(P2, V2 ).
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2217b. Proses isobarik mengubah sistem dari (P2, V2 ) sampai (P2, V1).c. Proses isokhorik membuat sistem kembali ke (P1, V1).Usaha yang dilakukan oleh sistem di atas sama dengan luasbagian gambar yang diarsir. Pada akhir proses sistem kembali kekeadaan semula. Ini berarti pada akhir siklus energi dalam sistemsama dengan energi dalam semula (ΔU = 0). Untuk melakukan usahasecara terus-menerus, sistem tersebut harus bekerja dalam suatusiklus.Jadi, siklus adalah suatu rantai proses yang berlangsung sampaikembali ke keadaan semula. Luas siklus merupakan usaha netto.Bila siklus berputar ke kanan, usahanya positif. Bila siklus berputarke kiri usahanya negatif.WAB= positifWBA= negatifWnetto=WAB – WBASiklusPP1P2ABGambar 9.10 Siklus ABVGambar 9.11 berikut menunjukkan kurva berbagai macam siklusTermodinamika.Gambar 9.11 Berbagai macam siklusBAIIIPVaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaP3421V1V2VPAT1BCT2VBerikut ini adalah berbagai macam siklus yang ada dalam siklusTermodinamika.a. Siklus CarnotBerdasarkan sifatnya siklus dibagimenjadi dua, yaitu siklus reversible (dapatbalik) dan siklus irreversible (tidak dapatbalik). Siklus Carnot termasuk siklusreversible (dapat balik).Siklus Carnot dibatasi oleh garislengkung isotermik dan dua garis leng-kung adiabatik. Hal ini memungkinkan se-luruh panas yang diserap (input panas)diberikan pada satu suhu panas yangBQ1AQ2DPCGambar 9.12 Siklus mesin pemanas CarnotVV4V3V2V1
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2218tinggi dan seluruh panas yang dibuang (outputpanas) dikeluarkan pada satu suhu rendah.Perhatikan siklus Carnot yang ditunjukkan padagambar 9.12 di atas!1) Pada proses A–B terjadi pemuaian/pengem-bangan/ekspansi isotermik.2) Pada proses B–C terjadi pemuaian/ekspansiadiabatik.3) Pada proses C–D terjadi pemampatan/kompresi isotermik.4) Pada proses D–A terjadi pemampatan/kompresi adiabatik.Siklus Carnot bekerja dengan mengubah kalorpanas (heat) dan membuangnya dalam bentukkalor dingin (cold).Contoh mesin yang mengguna-kan siklus Carnot adalah mesinpemanas ruang dalam rumah sepertidi negara-negara subtropis padamusim dingin. Skema mesin pe-manas Carnot seperti gambar 9.14berikut di samping.Kalor panas (QH) dinyatakansebagai Q1 dan kalor dingin (QC)sebagai Q2. Usaha pada mesinpemanas Carnot dapat ditulis se-bagai berikut.W = Q1 – Q2. . . (9.31)Karakteristik mesin pemanas Carnot ditunjukkan olehefisiensinya. Efisiensi mesin adalah perbandingan antara usahayang dilakukan dengan kalor yang diserap. Mesin Carnot yangideal efisiensinya selalu maksimum. Efisiensi mesin pemanasCarnot adalah sebagai berikut.η=WQ1 × 100%η=§· ̈ ̧©¹QQQ121 × 100%η=§· ̈ ̧©¹211 QQ × 100%. . . (9.32)Sebaiknya TahuSadi Carnot adalah ilmuwanPrancis yang menemukanbahwa efisiensi suatu mesinuap bergantung pada perbeda-an temperatur antarsumberpanas. Carnot mencapai ke-simpulannya dengan mem-bayangkan mesin ideal. Prosespemanasan uap digunakanuntuk mendorong pistondengan cara mencairkan uapsecara terus-menerus. Prosesini disebut siklus Carnot.Gambar 9.13 Sadi Carnot (1796–1832)Rep. www.dieselduckGambar 9.14 Skema mesinpemanas CarnotTHTcQHWQc
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2219Dari pembahasan sebelumnya diketahui bahwa energi dalampada gas ideal sebanding dengan suhu, sehingga:η=§· ̈ ̧©¹211 TT× 100%. . . (9.33)Keterangan:η: efisiensi mesin (%)T1: suhu tandon panas (K)T2: suhu tandon dingin (K)Mesin pendingin Carnot seperti air conditioner (AC) maupunlemari es seperti ilustrasi di awal bab menggunakan proses yangberbeda dengan proses mesin pemanas yang menggunakansiklus Carnot. Mesin pendingin Carnot menyerap kalor dinginsebagai sumber dan membuangnya dalam bentuk kalor panas.Hal ini seperti ditunjukkan pada gambar 9.15 di bawah. Arah Q1dan Q2 pada siklus pendingin Carnot berlawanan dengan arahQ1 dan Q2 pada siklus mesin pemanas Carnot. Skema mesinpendingin Carnot dapat ditunjukkan seperti pada gambar 9.16berikut.Gambar 9.16 Skema mesinpendingin CarnotGambar 9.15 Siklus mesin pendingin CarnotBQ1AQ2DPCVTHTcQHWQcPada mesin pendingin Carnot, kalor panas (QH) dinyatakansebagai Q1 dan kalor dingin (QC) sebagai Q2. Usaha pada mesinpendingin Carnot dapat juga dihitung dengan rumus:W = Q1 – Q2Efisiensi mesin pendingin Carnot adalah sebagai berikut.η=2WQ × 100%η=§· ̈ ̧©¹QQQ122 × 100%η=§· ̈ ̧©¹12 1QQ× 100%. . . (9.34)
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2220atauη=§· ̈ ̧©¹12 1TT × 100%. . . (9.35)Karakteristik mesin pendingin Carnot ditunjukkan olehkoefisien performance, yaitu perbandingan antara kalor yangdiserap dengan usaha yang dilakukan mesin. Koefisienperformance mesin pendingin Carnot atau koefisien daya gunamesin pendingin Carnot adalah sebagai berikut.K=K1K=QW2K=QQQ212. . . (9.36)atauK=212TTT. . . (9.37)Supaya kamu lebih memahami siklus Carnot, pelajarilahcontoh soal di bawah ini kemudian kerjakan pelatihan dibawahnya!Contoh SoalEfisiensi suatu mesin Carnot 70%. Jika suhu reservoir suhu tingginya 837 K,tentukan suhu reservoir suhu rendahnya!Penyelesaian:Diketahui:η= 70%T1= 837 KDitanyakan:T2= . . .?Jawab:η= 1§· ̈ ̧©¹21 TT 100%70% = 1§· ̈ ̧©¹1 837T 100%70= 100 – 2100 837T2100 837T= 70 – 702100 837T= 30100 T2= 30 . 837100 T2= 25.110 T2= 251,1 K
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2221Kerja Berpasangan 2Kerjakan bersama teman sebangkumu!1. Sebuah mesin Carnot yang reservoir suhu tingginya pada 127 °Cmenyerap 100 kalori dan mengeluarkan 80 kalori ke reservoirsuhu rendah. Tentukanlah suhu reservoir terakhir!2. Suatu mesin menerima 200 kalori dari sebuah reservoir bersuhu400 K dan melepaskan 175 kalori ke sebuah reservoir lain yangbersuhu 320 K. Jika mesin tersebut merupakan mesin Carnot,berapakah efisiensinya?3. Hitunglah efisiensi ideal dari suatu mesin Carnot yang bekerjapada suhu 100 °C dan 400 °C.4. Sebuah mesin Carnot menggunakan reservoir suhu rendah pada7 °C, efisiensinya 40 %. Jika efisiensinya diperbesar menjadi 50 %,berapakah reservoir suhu tingginya harus dinaikkan?5. Mesin Carnot bekerja di antara dua reservoir panas yang bersuhu400 K dan 300K. Jika dalam tiap siklus, mesin menyerap panassebanyak 1.200 kalori dari reservoir yang bersuhu 400 K, bera-pakah panas yang dikeluarkan ke reservoir yang bersuhu 300 K?PQ1BDAQ2VCGambar 9.17 Siklus OttoV1V2b. Siklus OttoSiklus mesin bakar atau biasa disebutsiklus Otto ditunjukkan pada gambar 9.17 disamping. Siklus Otto dibatasi oleh dua garislengkung adiabatik dan dua garis lurusisokhorik. Jika siklus Otto dimulai dari titik A,proses-proses yang terjadi pada siklus Ottotersebut adalah sebagai berikut.Proses A – B: pemampatan adiabatik TAJV 11 = TBJV 12Proses B – C: proses isokhorik, gas me-nyerap kalor sebesar Q1 = m Cv(TC – TB)Proses C – D: pemuaian adiabatik TCJV2 = TDJV2Proses D – A: proses isokhorik, gas mengeluarkan kalor Q2 = m CV (TD – TA)
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2222Gambar 9.18 Siklus DieselPADCQ1VBQ2Usaha yang dilakukan sistem pada siklus Otto adalah:W = Q1 – Q2Efisiensi siklus Otto adalah sebagai berikut.η = 121QQQη = 1 – 21QQ. . . (9.38)atauη = 1 – DACBTTTT. . . (9.39)c. Siklus DieselSiklus pada mesin diesel dibatasi oleh dua garis lengkungadiabatik dan satu garis lurus isobarik serta satu garis lurusisokhorik (lihat gambar 9.18). Pada mesin diesel, pembakaran jauhlebih lambat sehingga gas di dalam silinder berkesempatan untukmengembang bebas. Pengembangan selama pembakaran ber-langsung pada tekanan yang hampir tetap. Sebaliknya,pendinginannya berlangsung cepat pada volume yang hampir tetap.Perhatikan gambar 9.18 di samping!Proses A – B: pemampatan adiabatik TAJV1 = TBJV2Proses B – C: langkah daya pertama pemuai-an isobarik W=P dV W=nRTv dV W=nRTdVV W=nRT ln dVProses C – D: proses pemuaian adiabatik TCJV 11 = TDJV 12Proses D – A : proses pelepasan kalor isokhorik (pendinginan)W = 0, terjadi penurunan suhu
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2223d. Siklus RankineSiklus mesin uap yang juga di-sebut siklus Rankine ditunjukkanpada gambar 9.19 di samping.Siklus ini dibatasi oleh garislengkung adiabatik dan dua garislurus isobarik. Hanya saja padamesin uap terdapat prosespenguapan dan pengembunan.Pada mesin uap, pemanasannyaadalah pemanasan air di dalamketel yang mendidih pada tekanantetap tertentu. Pengembanganvolume yang terjadi pada airdiakibatkan oleh penguapan intensif. Kembalinya sistem kekeadaan awal mengakibatkan pengembunan uap jenuh. Prosesini berlangsung pada tekanan tetap. Mula-mula air dalam keadaancair dengan suhu dan tekanan rendah di titik A.Siklus Rankine pada gambar 9.19 dapat dijabarkan sebagaiberikut.Proses A – B: pada zat cair ditambahkan tekanan, suhu naikdari TA→TB.Proses B – C: penguapan pada tekanan tetap, suhu naik, C –mulai terjadi penguapan.Proses C – D: perubahan wujud dari cair ke uap, D – semuazat cair sudah menjadi uap.Proses D – E: pemuaian pada tekanan tetap, suhu naik dari TDke TE.Proses E – F: pemuaian adiabatik.Proses F – A: pengembunan pada tekanan tetap.Bila proses dibalikProses A – F: penguapan pada tekanan tetap sehingga mem-butuhkan kalor.Proses F – E: pemampatan adiabatik.Proses C – B: pengembunan pada tekanan tetap menyebabkanterjadinya pelepasan kalor.Gambar 9.19 Siklus RankinePBACDEFcairuapV1V2V3Q1Q2Vcairuap
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2224Q2Q1T1T2Gambar 9.20 Skema hukum IITermodinamika oleh ClausiusQ2Q1T1T2SaluransempitEvaporatorWadah zatcairKondensorKompresorGambar 9.21 Bagan lemari pendingin2. Hukum II TermodinamikaHukum II Termodinamika dirumuskan oleh beberapa ilmuwan,antara lain berikut ini.a. Rudolf ClausiusPerumusan Clausius tentang hukum II Termodinamikasecara sederhana dapat diungkapkan sebagai berikut.Tidak mungkin membuat mesin pendingin yang hanyamenyerap kalor dari reservoir bersuhu rendah danmemindahkan kalor itu ke reservoir yang bersuhu tinggitanpa disertai perubahan lain. Dengan kata lain bahwakalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggike benda bersuhu rendah dan tidak secara spontankembali ke keadaan semula.Sebagai contoh, marilah kita lihat proses pada lemaripendingin (lemari es) yang bagannya terlihat padagambar 9.21.1)Zat cair di dalam wadahnya padatekanan tinggi harus melalui saluranyang sempit menuju ke evaporator.Proses ini disebut proses Joule-Kelvin.2) Di dalam evaporator, suhu dan tekananzat cair berkurang dan menguap. Saatmenguap tersebut zat cair memerlukankalor yang diserap dari reservoir T2(suhu reservoir dingin = suhu bendayang akan didinginkan).3) Uap pada tekanan rendah ini masuk kedalam kompresor, kemudian dimampat-kan. Hal ini menyebabkan tekanan dansuhu naik. Suhu uap yang dihasilkanlebih tinggi dari suhu reservoir T1 (suhutinggi) dan T1 > T2.4) Di dalam kondensor, uap memberikan kalor pada reservoirT1. Pada proses tersebut selain pemindahan kalor darireservoir dingin T2 ke reservoir T1, terjadi pula perubahanusaha menjadi kalor yang ikut dibuang di T1.b. Kelvin - Planck (Perpetom Mobiles II)Perumusan Kelvin-Planck tentang hukum II Termodinamikasecara sederhana dapat dinyatakan sebagai berikut. Tidakmungkin suatu mesin mengisap panas dari reservoir dan mengubahseluruhnya menjadi usaha.Sebagai contoh, perhatikan proses yang terjadi pada motorbakar dan motor bensin berikut.1)Mula-mula campuran uap bensin dan udara dimasukkan kedalam silinder dengan cara menarik pengisap.
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 22252) Campuran tersebut kemudian dimampat-kan dengan cara menekan pengisapsehingga suhu dan tekanannya naik.3) Selanjutnya, campuran dibakar denganloncatan bunga api listrik. Proses pem-bakaran ini menghasilkan campurandengan suhu dan tekanan yang sangattinggi sehingga volume campuran tetap(proses isokhorik).4) Campuran hasil pembakaran menjadimengembang dan mendorong pengisap.Sedangkan tekanan dan suhunya turun,tetapi masih lebih tinggi dari tekanan dansuhu di luar.5) Katub pada silinder terbuka sehingga sebagian campurantersebut ada yang keluar.6) Akhirnya pengisap mendorong hampir seluruh campuranhasil pembakaran itu keluar.c. Sadi CarnotDari semua mesin yang bekerja dengan menyerapkalor dari reservoir panas dan membuang kalor padareservoir dingin efisiensinya tidak ada yang melebihi mesinCarnot. Ciri khas mesin Carnot ialah pemanasan danpendinginannya, yaitu pengisapan dan pelepasanpanasnya berlangsung secara isotermik, sedangkanpengembangan dan penekanannya berlangsung secaraadiabatik. Dengan demikian mesin Carnot dapat dibalik(reversible), karena proses isotermik maupun adiabatikselalu dapat dibalik. Dengan memberikan usaha mekanikW pada sistem, mesin akan melepas panas Q1 dari bagianyang didinginkan serta melepas panas sebanyak Q2keluar. Jenis-jenis mesin selain mesin Carnot tidak dapatdibalik. Dengan menerapkan hukum II Termodinamikadapat ditunjukkan bahwa karena dapat dibalik, mesin Carnotmemiliki efisiensi yang sama.Dengan demikian, hukum II Termodinamika dapat dinyatakansebagai berikut.Kalor tidak mungkin seluruhnya dapat berubah menjadi energimekanik (kerja) atau efisiensi suatu mesin tidak mungkin 100%.Gambar 9.22 Skema hukum II Termo-dinamika oleh Kelvin-PlankWQT1Gambar 9.23 Skema hukum IITermodinamika oleh CarnotT1T2Q2Q1Hukum IITermodina-mikaHukum IIITermodina-mikaC. Hukum III TermodinamikaHukum III Termodinamika menyatakan bahwa entropi dari semuakristal-kristal padat mendekati nol pada saat suhunya mendekati nolmutlak. Dengan kata lain, semua zat akan kehilangan energi pada saatsuhunya nol mutlak. Itulah sebabnya orang-orang menyimpan bahanmakanan dalam freezer untuk mempertahankan perubahan energi daribahan makanan itu dan mempertahankannya dari kerusakan.
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2226Kemajuan iptek di bidangpemanfaatan energi kalordipadu dengan teknologi kameramenghasilkanalat teknologiyang disebut kamera panas.Kamera ini dapat merekam orangyang langsung ditayangkanmelalui monitor. Uniknya gam-bar yang ditunjukkan monitorbukanlah sosok naturalis me-lainkan merekam efek panas dandingin pada tubuh dan benda-benda sekelilingnya.Sebaiknya TahuKamera PanasEntropi adalah munculnya efek ketidakteraturan ataukerusakan pada saat terjadi peningkatan energi padasuatu sistem. Semakin tinggi entropi, semakin tinggiketidakteraturannya. Perubahan pada sistem tertutupcenderung menuju entropi yang lebih tinggi atau menujuketidakteraturan yang lebih tinggi. Menurut Clausius, jikasuatu sistem pada suhu mutlak mengalami suatu prosesreversible dengan menyerap sejumlah kalor makakenaikan atau perubahan entropi dapat dirumuskansebagai berikut.ΔS = S2 – S1 ='QT. . . (9.40)Keterangan:ΔS: perubahan entropi (J/K)S1: entropi mula-mula (J/K)S2: entropi akhir (J/K)T: temperatur (K)ΔQ: kalor yang diberikan pada sistem (J)Asas entropi yang dikemukakan Clausius mengata-kan bahwa alam raya (universe) sebagai sistem terisolasisehingga proses di dalamnya berlangsung secaraadiabatik. Entropi alam raya cenderung naik ke nilaimaksimum. Demikian pula yang berlangsung di bumisebagai bagian dari alam raya.Kenaikan entropi selalu diikuti pula dengan ketidak-teraturan. Karena penggunaan energi untuk usaha berlangsung terus-menerus, entropi di bumi haruslah bertambah terus dan ketidak-teraturannya juga harus bertambah. Kecenderungan ini dapat ditahandengan adanya fotosintesis. Dalam proses ini energi matahari yangtersebar dikumpulkan menjadi energi kimia yang terkonsentrasi dalammolekul gula. Dengan proses ini entropi bumi diturunkan dan ketidak-teraturan bertambah. Karena itu, fotosintesis disebut juga negentropi(=entropi negatif).Akan tetapi, penurunan entropi di bumi disertai olehnaiknya entropi di matahari. Inilah hukum alam, penurunan entropi di suatutempat hanya mungkin terjadi dengan naiknya entropi di tempat lain.Misalnya, lemari es menurunkan entropi di dalam ruangan lemari es, tetapipada saat yang sama lemari es tersebut menaikkan entropi di luar.Gambar 9.24 Kamera panasRep. www.zistos_hoto
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2227Rangkuman1. Persamaan hukum I Termodinamika dapat ditulis:ΔQ = ΔU + ΔW2. Usaha dalam proses isobarik:ΔW = P.ΔV3. Usaha dalam proses isokhorik:ΔW = 04. Usaha dalam proses isotermik:W= n RTIn§· ̈ ̧©¹21VV5. Usaha dalam proses adiabatik:ΔU = –ΔW6. Efisiensi mesin kalor:η= WQ1 × 100% atau η = §· ̈ ̧©¹QQ211 × 100% atau η = §· ̈ ̧©¹TT211 × 100%7. Efisiensi mesin pendingin:η=WQ2 × 100% atau η = §· ̈ ̧©¹QQ121× 100% atauη = §· ̈ ̧©¹TT121 × 100%8. Koefisien performance mesin pendingin atau koefisien daya guna adalah sebagaiberikut.K= K1K= QW2 atau K = QQQ212
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2228Soal-soal Uji KompetensiA.Pilihlah satu jawaban yang paling tepat!1. Hukum I Termodinamika menyatakanbahwa . . . .a. kalor tidak dapat masuk ke dalamdan ke luar dari suatu sistemb. energi adalah kekalc. energi dalam adalah kekald. suhu adalah tetape. sistem tidak mendapat usaha dariluar2. Dua bejana A dan B volumenya samaberisi udara yang suhu dan massa-nya sama. Udara di dalam bejana Adipanaskan pada tekanan tetapsedangkan udara di dalam bejana Bdipanaskan pada volume tetap. Jikajumlah kalor yang diberikan pada bejanaA dan B sama maka . . . .a. kenaikan suhu udara di A dan diB samab. perubahan energi dalam di A dandi B samac. kenaikan suhu udara di A lebihkecil dari di Bd. kenaikan suhu udara di A lebihbesar dari di Be. salah semua3. Sejumlah gas ideal dengan massa ter-tentu mengalami pemampatan secaraadiabatik. Jika W adalah kerja yangdilakukan oleh sistem (gas) dan ΔTadalah perubahan suhu dari sistemmaka berlaku keadaan . . . .a.W = 0, ΔT > 0b.W = 0, ΔT < 0c.W > 0, ΔT = 0d.W < 0, ΔT = 0e.W < 0, ΔT = 04. Sebuah mesin Carnot bekerja diantara 2 reservoir bersuhu 527 °C dan127 °C. Jika reservoir suhu tinggiditurunkan menjadi 227 °C makaefisiensi pertama dan terakhir adalah. . . .a. 20% dan 30%b. 20% dan 40%c. 20% dan 50%d. 30% dan 50%e. 50% dan 20%5. Sebuah mesin Carnot yang meng-gunakan reservoir suhu tinggi 800 Kmempunyai efisiensi sebesar 40%.Agar efisiensinya naik menjadi 50%,suhu reservoir suhu tinggi dinaikkanmenjadi . . . .a. 900 Kd. 1.180 Kb. 960 Ke. 1.600 Kc. 1.000 K6. Sebuah mesin Carnot beroperasipada suhu 47 °C dan 127 °C, meng-hasilkan usaha 1.000 joule. Panasyang dibuang ke reservoir bersuhurendah sebesar . . . .a. 2.000 Jd. 5.000 Jb. 3.000 Je. 6.000 Jc. 4.000 J7. Suhu dalam ruangan sebuah kulkas 17°C, sedangkan di luar 27 °C. Jika kaloryang diserap kulkas 5.800 J/s, besardaya yang dibutuhkan adalah . . . .a. 100 wattd. 200 wattb. 150 watte. 225 wattc. 175 watt8. Koefisien daya guna suatu mesin pen-dingin adalah 7. Jika temperaturreservoir yang bersuhu tinggi adalah27 °C, temperatur reservoir yang lainbersuhu . . . .a. –0,5 °Cd. 40,35 °Cb. –4,74 °Ce. 69,9 °Cc. 22,3 °C9. Sebuah mesin bekerja pada reservoirbersuhu tinggi 500 K dan reservoirbersuhu rendah 350 K. Mesin tersebutmenghasilkan usaha sebesar 104joule. Efisiensi mesin tersebut adalah. . . .
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2229a. 30 %d. 66 %b. 33 %e. 70 %c. 42 %10. Suatu mesin menyerap 150 kalori darireservoir 400 K dan melepas 90 kalorike reservoir bersuhu 200 K. Efisiensimesin tersebut adalah . . . .a. 30 %d. 60 %b. 40 %e. 80 %c. 50 %B.Kerjakan soal-soal berikut dengan tepat!1. Diagram di bawah ini menunjukkantiga proses untuk suatu gas ideal. Dititik 1 suhunya 600 K dan tekanannya16 × 105 N/m-2, sedangkan volumenya10-3 m3. Di titik 2 volumenya 4 × 10-3m3. Proses 1–2 dan 1–3 berupa prosesisotermik dan adiabatik. (γ = 1,5)a. Di antara proses 1–2 dan 1–3manakah yang termasuk prosesisotermik dan mana adiabatik?Bagaimana kita dapat menge-tahuinya?b. Hitunglah tekanan di titik 2 dan 3.c. Hitunglah suhu di titik 2 dan 3.d. Hitunglah volume di titik 3 padaproses itu!2. Mula-mula 2 mol zat asam (gasdiatomik) suhunya 27 °C dan volume-nya 0,02 m3. Gas mengembang se-cara isobarik sehingga volumenyamenjadi dua kali lipat. Kemudian gasdikembangkan secara adiabatikhingga suhunya seperti suhu awal.Jika R = 8,317 J/mol.K, tentukanbesar:a. energi dalam total,b. panas yang ditambahkan,c. usaha yang dilakukan,d. volume pada akhir proses!3. Sebuah mesin pemanas menggerak-kan gas ideal monoatomik sebanyak0,1 mol menurut garis tertutup dalamdiagram P-V pada gambar di bawahini. Proses 2–3 adalah prosesadiabatik.P (N/m2)16 ×1051P?(3)(1)V (m3)× 10-3(2)4P (N/m2)105(1) T1 = 300 K(3) T3 = 455 KV (m3)(2) T2 = 300 KP?P?10-3Tentukan:a. suhu dan tekanan pada titik 1, 2,dan 3,b. usaha total yang dilakukan gas!4. Gas oksigen BM 32 massanya 0,5 kgmenempati volume 8.000 cm3 padatemperatur 27 °C. Tentukan usahayang diperlukan untuk mengurangivolume menjadi 4.000 cm3, jika:a. proses berlangsung isobarik,b. proses berlangsung isotermik!5. Mesin pendingin ruangan menyerapkalor 5.000 J dalam waktu 1 detik. Jikasuhu ruangan akan dipertahankansebesar 20 °C, sedangkan suhulingkungan tempat pembuangan kaloradalah 28 °C, tentukan daya listrikyang dibutuhkan!
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2230A.Pilihlah satu jawaban yang paling tepat!1. Sistem pada gambar berikut beradadalam keadaan setimbang. Beratbatang dan tali diabaikan. Gaya-gayayang bekerja padasistem adalah T, F,dan w. Manakah diantara pernyataanberikut yang tidakbenar?a.F 2 + w 2 = T 2b.F = w tg αc.T = w sec αd.F dan w adalah komponen gaya Te.w = T cosα2. Seseorang memikul dua bebandengan tongkat homogen AB yangpanjangnya 1,5 m. Beban yang satudi ujung A dan yang lainnya di ujungB. Beban di A beratnya 100 N dan diB 500 N. Supaya batang ABsetimbang bahu orang tersebut harusditempatkan pada . . . .a. 0,2 m dari Bb. 0,25 m dari Bc. 0,3 m dari Bd. 0,5 m dari Be. 0,75 m dari B3. Seorang penari balet berputar 3putaran per sekon dengan lengan di-rentangkan, saat itu momen inersia-nya 8 kg.m2. Jika kedua lengannyadirapatkan sehingga momen inersia-nya menjadi 2 kg.m2 maka frekuensiputarannya menjadi . . . putaran persekon.a. 0,75b. 3c. 5,3d. 8e. 124. Bola pejal menggelinding pada bidangkasar dengan sudut 37°. Percepatanyang dialami bola pejal tersebut ada-lah . . . .a. 4,0 m/sb. 4,3 m/sc. 3,0 m/sd. 5,7 m/se. 5,3 m/s5. Perhatikan gambar berikut ini! Bilamassa batang AB diabaikan makabesar dan titik tangkap gaya resultan-nya adalah . . . .a. 30 N dan 0,7 m di kiri Ab. 30 N dan 0,7 m di kanan Ac. 30 N dan 1,0 m di kiri Ad. 30 N dan 2,0 m di kanan Ae. 30 N dan 2,0 m di kiri A6. Sebuah pipa silindris yang lurusmempunyai dua macam penampang,masing-masing luasnya 200 mm2 dan100 mm2. Pipa tersebut diletakkansecara horizontal dan air di dalamnyamengalir dari penampang besar kepenampang kecil. Apabila kecepatanarus di penampang besar adalah 2 m/smaka kecepatan arus di penampangkecil adalah . . . .a.14 m/sb.12 m/sc. 1 m/sd. 2 m/se. 4 m/sSoal-soal Akhir Semester 2TFWTaliαAB20 N0,4 mC1 m10 N40 N
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 22317. Sebuah tangki berisi air diletakkan ditanah. Tinggi permukaan air 1,25 mdari tanah. Pada ketinggian 0,8 m daritanah terdapat sebuah lubang. Airakan mengalir dari lubang tersebutdengan kecepatan . . . . (g = 10 m/s2)a. 0,45 m/sb. 3 m/sc. 8 m/sd. 9 m/se. 12,5 m/s8. Sebuah jarum yang panjangnya 5 cmterletak pada lapisan permukaan air.Tegangan permukaan air pada suhu20 °C adalah 72,8 dyne/cm. Supayajarum tidak tenggelam, berat maksi-mumnya . . . .a. 728 dyneb. 782 dynec. 827 dyned. 872 dynee. 928 dyne9. Dua lempeng gelas ditahan vertikalpada jarak 0,5 mm satu sama lain,kemudian bagian bawah dimasukkandalam alkohol. Jika massa jenis alkohol0,79 g/cm3 dan tegangan permuka-annya 22,6 dyne/cm, alkohol akan naiksetinggi . . . .a. 1 cmb. 1,17 cmc. 1,71 cmd. 2 cme. 2,17 cm10. Sebuah pesawat mempunyai lebarsayap total 15 m2. Jika kecepatanaliran udara di atas dan di bawahsayap masing-masing 60 m/s dan 30m/s serta massa jenis udara 1,2 kg/m3, besarnya gaya ke atas yang di-alami pesawat adalah . . . .a. 16.200 Nb. 20.100 Nc. 24.300 Nd. 30.500 Ne. 34.600 N11. Suatu gas ideal berada dalam tabungpada tekanan 4 atm, gas tersebut di-panaskan secara isotermik sehinggavolumenya menyusut 20 %. Tekanangas tersebut mengalami . . . .a. kenaikan sebesar 20 %b. penurunan sebesar 20 %c. kenaikan sebesar 25 %d. penurunan sebesar 25 %e. kenaikan sebesar 80 %12. Suatu tabung berisi gas ideal di-mampatkan secara adiabatik. Padaproses ini berlaku . . . .a.W < O dan ΔT > Ob.W < O dan ΔT = Oc.W > O dan ΔT < Od.W = O dan ΔT < Oe.W > O dan ΔT > O13. Sejumlah gas berada dalam ruangtertutup yang volumenya 2,25 liter,tekanannya 1 atm, dan suhunya 27 °C.Gas tersebut dipanaskan dengantekanan tetap sehingga suhunyamenjadi 127 °C. Besar usaha yangdilakukan gas adalah . . . joule. (1atm= 105 Pa)a. 40b. 75c. 160d. 438e. 83314. Pada suhu tinggi besar tetapan Laplaceuntuk gas diatomik adalah . . . .a. 1,28b. 1,33c. 1,4d. 1,67e. 1,815. Empat mol gas ideal diatomik dinaik-kan suhunya dari 27 °C menjadi 77 °C.Pada volume tetap R = 8,31 J/mol K,kalor yang dibutuhkan pada prosestersebut sebesar . . . .
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2232a. 1.572 Jb. 2.050 Jc. 2.493 Jd. 3.725 Je. 4.155 J16. Jika suatu sistem menyerap kalorsebesar 200 J dan pada saat yangsama melakukan usaha sebesar 125J maka pada sistem terjadi . . . .a. kenaikan energi dalam 1,6 Jb. penurunan energi dalam 1,6 Jc. penurunan energi dalam 75 Jd. kenaikan energi dalam 75 Je. kenaikan energa dalam 325 J17. Efisiensi suatu mesin Carnot 65 %.Jika reservoir suhu tingginya 727 °C,besar suhu reservoir yang lain adalah. . . .a. 63 °Cb. 77 °Cc. 153 °Cd. 276 °Ce. 350 °C18. Lima mol gas yang berada dalamtangki yang volumenya 40 L dan suhu20 °C mempunyai tekanan atm. Jika20 mol gas tersebut berada dalamtangki yang volumenya 100 L dansuhu 87 °C maka tekanannya se-besar . . . .a. 6 atmb. 5,9 atmc. 5,5 atmd. 9,5 atme. 7,5 atm19. Energi kinetik atom gas helium padasuhu 27 °C adalah . . . .a. 6,21 . 10-19 Jb. 6,21 . 10-20 Jc. 6,21 . 10-21 Jd. 6,21 . 10-22 Je. 6,21 . 10-23 J20. Suhu awal suatu gas adalah 20 °C.Gas tersebut mengembang secaraadiabatik sehingga volumenya menjadi2 kali volume awal. Jika γ= 1,5 makasuhu akhir gas tersebut adalah . . . .a. 14,142 °Cb. 14,124 °Cc. 15,142 °Cd. 15,124 °Ce. 16,124 °C21. Tegangan permukaan air pada suhu20 °C adalah 72,8 dyne/cm. Supayaair dapat naik 5 cm dalam pipa gelaspada suhu tersebut, diameter dalam-nya harus . . . .a. 0,4 mmb. 0,5 mmc. 0,6 mmd. 0,7 mme. 0,8 mm22. Dalam sistem cgs tegangan per-mukaan dinyatakan dengan . . . .a. dyneb. dyne.cmc. dyne/cmd. dyne/cm2e. dyne.cm223. Ketinggian air di dalam sebuah tangkiadalah 2,5 m di atas dasarnya. Bila didasar tangki itu dibuat lubang kecilmaka air akan keluar dengan kecepat-an . . . .a. 5 m/sb. 6 m/sc. 7 m/sd. 8 m/se. 9 m/s24. Sebuah bola pejal menggelinding darikeadaan diam menuruni bidang miringkasar yang membentuk sudut 30odengan arah mendatar. Kelajuan linearbola ketika sudah menempuh lintasansepanjang 3,5 m adalah . . . m/s.
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2233a. 6d. 3b. 5e. 2c. 425. Gerak menggelinding terjadi karena. . . .a. gaya yang diberikan jumlahnyatidak nolb. jumlah torsi tidak nolc. jumlah gaya dan jumlah torsi tidaknold. hanya bisa terjadi pada bidangmiringe. dapat terjadi pada bidang yanglicin sempurnaB.Kerjakan soal-soal berikut dengan tepat!1. Seorang tukang cat dengan massa55 kg mengatur papan homogen yangberatnya 60 N dengan kuda-kuda diB dan C seperti pada gambar. PanjangAD = 4 m, AB = CD = 1 meter. Jarakkaleng cat yang bermassa 2 kg dariA adalah 0,5 m. Secara perlahan iamengecat sambil menggeser kekanan. Pada jarak berapa meter dariC dia dapat menggeser sebelumpapan terjungkit?2. Perhatikan gambar berikut!Tentukan jumlah aljabar momen gayadengan pusat:a. titik Ab. titik Bc. titik Cd. titik O3. Pesawat terbang modern dirancanguntuk gaya angkat 1.300 N/m2penampang sayap. Anggap udaramengalir melalui sayap sebuahpesawat terbang dengan garis arusaliran udara. Jika kecepatan aliranudara yang melalui bagian yang lebihrendah adalah 100 m/s, berapa ke-cepatan aliran udara di sisi atas sayapuntuk menghasilkan gaya angkatsebesar 1.300 N/m2 pada tiap sayap?(Massa jenis udara 1,3 kg/m3).4. Sebuah arca perak dalamnya be-rongga. Berat arca 105 dyne. Jika arcatersebut dicelupkan dalam minyakyang mempunyai ρ = 0,8 gr/cm3 berat-nya menjadi 8 . 104 dyne. Berapa volumerongga yang terdapat di dalam arca bilaρ perak = 10,5 gr/cm3 dan g = 10 m/s2?5. Gas sebanyak 2 mol dengan cv= 12,6J/mol.K menjalani garis tertutup (1),(2), dan (3). Proses 2-3 berupa pe-mampatan isotermik.Hitunglah untuk tiap-tiap bagian garistertutup itu:a. usaha oleh gas,b. panas yang ditambahkan padagas,c. perubahan energi dalamnya.6. Gas nitrogen dengan BM 28 me-menuhi persamaan gas ideal. Bila gasnitrogen yang mempunyai massa 84gram memuai isotermik pada suhu 27°C dari volume 4.000 cm3 menjadi8.000 cm3 dan konstanta gas umumR = 3,2 . 107 erg/mol.K, hitunglahusaha gas tersebut!7. Sebuah mesin Carnot yang reservoirsuhu dinginnya 27 °C memilikiefisiensi 40 %. Jika efisiensinyaP (N/m2)V (m3)8.1054.1058,216,4(2)(3)(1)ABCD3 NABCO7 N5 N1 m6 N2 m8 N1 m9 N4 N2 m
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2234dinaikkan menjadi 50 % berapaderajat Celcius reservoir suhu tinggiharus dinaikkan?8. Dua mol air massanya 20 kg. Jika R= 0,0821 atm.liter/mol.K, berapa jarakrata-rata antarmolekul pada tekanan1,5 atm dan suhu 400 K?9. Sebuah pipa lurus mempunyai duamacam penampang, masing-masing0,1 m2 dan 0,05 m2. Pipa tersebut di-letakkan miring, sehingga penampangkecil berada 2 m lebih tinggi daripadapenampang besar. Tekanan air padapenampang kecil adalah 2 . 105 Pa danlaju air pada penampang besar 5 m/s.Tentukanlah:a. laju air dalam penampang kecildan tekanan air pada penampangbesar,b. volume air yang melalui pipa per-menit.10. Udara dengan konstanta Laplace 1,4memuai adiabatik dari volume 500 cm3menjadi 1.000 cm3. Jika tekananudara 2 atm, jumlah massa udara 1 g,dan konstanta udara setiap mol Rn =2,8 . 107 erg/g, berapakah penurunansuhu udara itu?
Kompetensi Fisika Kelas XI235Glosariumadhesi:gaya tarik menarik antara partikel-partikel yang tidak sejenisanalogi:kesesuaian penalaran antara beberapa halarus streamline:arus lengkung tak bersudutastronomi:cabang ilmu fisika yang mempelajari tentang jagat raya secara ilmiahasumsi:pendapat pribadi terhadap suatu kasus berdasarkan penjelasan yangsudah ada sebelumnyabenda tegar:benda padat yang tidak berubah bentuk apabila dikenai gaya luarbesaran vektor:besaran yang memiliki besar dan arahdinamika:cabang dari ilmu fisika yang mempelajari gerak denganmemperhitungkan gaya-gaya yang menyertainyadiskret:terpatah-patah dan tidak kontinuefisiensi:persentase perbandingan antara nilai keluaran dengan nilai masukanekuipartisi energi:pembagian energi dalam sistem tertutupenergi kinetik rotasi:energi gerak perputaranenergi kinetik translasi:energi gerak pergeseranenergi kinetik:energi yang dimiliki oleh benda yang bergerakenergi potensial:energi yang dimiliki oleh benda karena posisi ketinggiannyaentitas:satu kesatuan yang memiliki kesamaan sifatfluida:zat alir yang berupa zat cair dan zat gasfluida dinamik:fluida yang mengalirfluida ideal:fluida yang memiliki ciri-ciri istimewa dan hanya ada di angan-angan tidak dalam kenyataanfluida sejati:fluida yang ada dalam kenyataanfluida statik:fluida yang tidak mengalirfungsi sinusoida:fungsi maksimum-minimum yang mengikuti gelombang transversalgas diatomik:gas yang molekulnya terdiri atas dua atomgas monoatomik:gas yang molekulnya hanya terdiri atas satu atomgas poliatomik:gas yang molekulnya terdiri atas banyak atomgaya:dorongan atau tarikan pada benda yang dapat menimbulkanpercepatangaya pegas:gaya yang ditimbulkan oleh pegas, disebut juga gaya Hookegejala kapilaritas:gaya dorong pada pembuluh kapilergeometri:ilmu ukur sudut ruanggerak harmonik:gerak bolak-balik secara beraturangerak rotasi:gerak perputaran pada porosnyagerak translasi:gerak lurus tanpa rotasigrafik kartesius:grafik pada bidang yang dipetakan terhadap sumbu X dan sumbu Ygrafik koordinat polar:grafik kartesius yang dipetakan berdasarkan resultan dan sudutelevasigravitasi:tarikan oleh suatu benda terhadap benda lain
Kompetensi Fisika Kelas XI236gravitasi bumi:gaya tarik dari pusat bumihukum kekekalan:momentum sudut awal sama dengan momentum sudut akhirintegral:kenaikan derajat suatu fungsi dalam kalkuluskala revolusi:periode perputaran suatu benda mengelilingi pusat orbitkekekalan energi:energi hanya dapat berubah bentuk, tidak bisa hilang dan tidak dapatdiciptakankekekalan momentum:momentum bernilai kekal, artinya jumlah momentum sebelum terjaditumbukan dan sesudah tumbukan adalah samakelembaman:kecenderungan suatu benda untuk mempertahankan keadaansemulakerangka acuan:sistem koordinat yang dipakai untuk menentukan letak gejala-gejalafisikakeseimbangan labil:kesetimbangan pada suatu benda di mana setelah gangguan yangdiberikan atau dialami benda dihentikan, benda tidak kembali keposisi kesetimbangan semula, bahkan memperbesar gangguantersebutkeseimbangan stabil:kesetimbangan suatu benda di mana setelah gangguan yang diberikanpada benda dihentikan, benda akan kembali ke posisi kesetimbangansemulakesetimbangan indiferen :kesetimbangan pada suatu benda di mana gangguan yang diberikantidak mengubah posisi bendakoefisien gesek:konstanta yang menjadi ukuran kekasaran suatu bidang permukaankoefisien restitusi:koefisien kelentingan pada peristiwa tumbukankoefisien viskositas:derajat kekentalan suatu fluidakohesi:gaya tarik menarik antara partikel-partikel yang sejenislinear:lurusmanometer:alat pengukur tekanan dalam ruang tertutupmeniskus cekung:permukaan fluida dengan sudut kontak < 90°meniskus cembung:permukaan fluida dengan sudut kontak > 90°mesin kalor:mesin yang mengubah energi panas menjadi energi mekanikmodulus:konstantamodulus elastis:konstanta yang dimiliki oleh bahan-bahan elastismodulus young:modulus elastismomen gaya:hasil kali antara gaya dengan jarak terpendek gaya ke sumbu putarmomen inersia:momen kelembaman yang dimiliki oleh bendamomentum:hasil kali massa dengan kecepatanmomentum linear:hasil kali antara massa dengan kecepatanmomentum sudut:hasil kali antara momen inersia dengan kecepatan sudutneraca Cavendish:alat yang digunakan Cavendish untuk mengukur percepatan gravitasibumineraca torsi:alat untuk menentukan tegangan permukaan
Kompetensi Fisika Kelas XI237notasi skalar:tata cara penulisan besaran skalarnotasi vektor:penulisan suatu besaran dengan memperhatikan besar dan arahnyaterhadap sumbu X, Y, dan Zorbit planet:lintasan planet mengelilingi mataharipartikel:benda titik di mana setiap bagian-bagiannya bergerak bersama-samapipa kapiler:pipa dengan pembuluh berdiameter sangat kecilreservoir:sistem mesin penghasil energi panasresultan:jumlahreversible:dapat balikrotasi:perputaran benda pada porosnyarotasi benda tegar:perputaran benda pada porosnya di mana benda tidak mengalamiperubahan bentuksinusoida:mengikuti fungsi sinus trigonometrisudut elevasi:sudut yang dibentuk oleh suatu lintasan terhadap sumbu horizontaltekanan hidrostatik:tekanan yang ditimbulkan zat cair pada kedalaman tertentutorsi:momen gayatranslasi:pergeseran linieruniverse:alam rayavektor posisi:kedudukan suatu benda dalam notasi vektorventurimeter:alat untuk menentukan kecepatan aliran fluidaviskositas:kekentalan fluida
Kompetensi Fisika Kelas XI238IndeksAadhesi 150, 151, 152, 155adiabatik 205, 217, 218, 221, 222, 223air conditioner (AC) 219amplitudo 59Bbandul sederhana 58, 59, 60, 75benda homogen 123, 131benda tegar 120, 122, 123, 126, 140,146bilangan Avogadro 184Ddaya 80, 92, 93, 96derajat kebebasan 191, 192, 193diatomik 193, 194, 196, 206, 212, 213,214dinamika rotasi 126Eefisiensi 92, 93, 218, 219, 222, 225,227elastisitas 58, 71energi 80, 83, 84, 86, 89, 90, 92, 93,94energi dakhil 210energi dalam 191, 193, 196, 205, 210,211, 213, 215, 216, 219energi kinetik 66, 76, 80, 83, 86, 87,89, 96, 106, 107, 128, 129, 190,191, 192, 193, 196, 210, 211energi kinetik gas 182, 188, 190, 191energi kinetik rotasi 191, 193, 196energi kinetik total 129, 146energi kinetik translasi 191, 192, 193,196energi mekanik 83, 87, 96, 129, 146,193energi potensial 66, 76, 80, 83, 84, 85,87, 89, 96, 210energi potensial gravitasi 84, 89energi potensial gravitasi Newton 84energi potensial pegas 84, 85energi total/mekanik 66, 76entropi 225, 226evaporator 224Ffisika klasik 48fluida dinamik 150, 165, 166, 168, 173fluida statik 150, 151, 159frekuensi 58, 59, 60, 61, 75Ggas ideal 182, 183, 188, 189, 191, 196,202, 209, 211, 214, 215, 219gaya 81, 82, 84, 85, 89, 90gaya Archimedes 160, 164gaya gravitasi 40, 41, 42, 51gaya hidrostatik 150, 159, 176gaya Hooke 75gaya ke atas 161, 163, 176gaya pegas 58, 60, 75gaya pemulih 59, 60, 61, 75gaya putar 122gaya sentripental 46, 51, 52gaya Stokes 160gaya tarik 72, 76gaya tekan ke atas 160gerak harmonik sederhana 58, 60, 61,64, 65, 66, 67, 75, 76gerak lurus 2, 3, 14, 28, 29, 34gerak lurus beraturan (GLB) 3, 23gerak lurus berubah beraturan (GLBB)3, 14, 23gerak melingkar 2, 3gerak melingkar beraturan (GMB) 27,28gerak melingkar berubah beraturan(GMBB) 27gerak parabola 22, 24, 34gerak rotasi 121, 122, 126, 136, 137,138, 139, 140, 193gerak translasi 121, 126, 136, 137, 138,139, 140, 192, 193geseran 72getaran 58, 59, 60, 63, 66HHenry Cavendish 41hukum aksi-reaksi 50hukum Archimedes 150, 160, 161,162, 176hukum Bernoulli 150, 168, 169, 176hukum Boyle 183, 186hukum Boyle-Gay Lussac 182, 185,186hukum Gay-Lussac 202, 204hukum gravitasi Newton 40, 41, 44,45, 47, 51, 54hukum Hooke 60, 61hukum Kepler 44hukum I Kepler 45, 54hukum II Kepler 45, 54hukum III Kepler 45, 46, 54hukum Newton 40, 44, 46, 47, 48hukum I Newton 48, 49, 54hukum II Newton 49, 50, 54hukum III Newton 50, 54hukum Termodinamika 200hukum I Termodinamika 200, 210,211, 213, 227hukum II Termodinamika 216, 224,225hukum III Termodinamika 225hukum kekekalan energi 105, 106, 107,129, 146, 168hukum kekekalan energi mekanik 66,87, 96hukum kekekalan momentum 100,103, 104, 105, 106, 107, 111hukum kekekalan momentum rotasi146hukum kekekalan momentum sudut120, 128hukum Pascal 150, 158, 176hukum Stokes 150, 164, 176hukum utama hidrostatik 150, 159Iimpuls 100, 102, 111, 188Isaac Newton 41isobarik 185, 222, 223isokhorik 185, 221, 222isometrik 185isotermal185isotermik 185isotermis 217, 218JJohanes Kepler 45, 47Kkalor jenis 207, 208, 209, 212, 214kapasitas kalor 207, 208, 209katrol 120, 136, 137kecepatan 6, 11, 13, 14, 17, 20, 24,27, 34, 35kecepatan rata-rata 9, 10, 11, 34kecepatan sesaat 9, 11, 12, 19, 20, 34kecepatan sudut 27, 28, 29, 31, 32kecepatan sudut rata-rata 29, 35kecepatan sudut sesaat 29, 35kelajuan 6, 9, 27, 34, 51, 52, 54kelembaman120Kelvin-Planck 224kerangka acuan 3kesetimbangan 120, 121, 145, 146
Kompetensi Fisika Kelas XI239kesetimbangan indeferen 145kesetimbangan labil 145kesetimbangan stabil 145kinematika2koefisien performance 220, 227koefisien restitusi 100, 106, 107, 109,110, 111, 112koefisien viskositas 164kohesi 150, 151, 152, 155kompresor 224kondensor 224konstanta getaran 75konstanta Laplace 205konstanta pegas 61, 62, 75koordinat kartesius 4, 5, 6, 9, 28koordinat polar 4, 5, 28Llingkungan 200, 201Mmampatan 72massa jenis 142medan gravitasi 40, 42, 54meniskus cekung 151meniskus cembung 151mesin Carnot 217, 218, 219, 220, 225modulus elastis 72, 73, 76modulus Young 72momen gaya 120, 121, 141, 145momen inersia 120, 122, 123, 126,131, 132, 134, 135, 136, 146momen kelembaman 122, 126, 146momen kopel 141momen putar 120, 145momentum 100, 101, 106, 107, 111,126, 188momentum linear 103, 106momentum sudut 120, 126, 127, 128monoatomik 193, 194, 196, 206, 212,213, 214Nnegentropi 226neraca Cavendish 41Ppartikel41, 54, 122, 126, 127, 128,129, 140, 141, 146, 183, 184percepatan 2, 3, 17, 18, 19, 20, 23,34, 35, 48, 49, 50, 54, 65, 75percepatan gravitasi 24, 42, 54, 59percepatan rata-rata 17, 18, 19, 34percepatan sesaat 17, 19, 34, 35percepatan sudut 27, 28, 29, 31, 32percepatan sudut rata-rata 31, 35percepatan sudut sesaat 31periode 58, 59, 60, 61, 75perlajuan34perpindahan 2, 6, 7, 9, 11, 14, 28, 34,80, 81, 96persamaan Bernoulli 169, 170, 171,172persamaan gas ideal 184persamaan kontinuitas 150, 166, 167,171poliatomik 193, 194, 196, 206, 213posisi sudut 28, 35prinsip ekuipartisi energi 191, 192proses adiabatik 205, 215, 225, 227proses isobarik 204, 208, 211, 214,216, 227proses isokhorik 204, 205, 208, 211,213, 216, 225, 227proses isotermik 202, 214, 215, 225,227proses Joule-Kelvin 224proses reversible226Rregangan 72, 73, 76reservoir 224, 225resultan 121, 122, 145resultan gaya 89, 90, 96, 160resultan vektor 41rotasi 120, 121, 128Rudolf Clausius 224, 226SSadi Carnot 218, 225shock absorber58, 60siklus 216, 217siklus Carnot 217, 218, 219, 220siklus diesel 222,siklus irreversible217siklus Otto 221, 222siklus Rankine 223siklus reversible217siklus termodinamika 200, 216, 217silinder 120, 123, 132simpangan 59, 60, 61, 62, 64, 65, 75sistem 200, 201, 202, 203, 210, 213,214, 215, 216, 226Ttegangan permukaan 150, 152, 153,155tekanan hidrostatik 156, 157, 158,159, 176teori kinetik 182teori kinetik gas 182, 183termodinamika 200, 201, 202, 210,216tetapan gravitasi 41titik acuan 3, 6, 9, 28titik berat 120, 141, 142torsi 120, 122, 128, 145translasi 121tumbukan 100, 103, 104, 105, 106,107, 109, 110, 111, 112, 183, 188tumbukan elastis sebagian 107, 112tumbukan elastis sempurna 106, 112tumbukan tidak elastis 106, 107, 112Uusaha 80, 81, 82, 89, 90, 93, 96, 153,168, 200, 201, 203, 205, 210, 211,214, 216, 220, 227Vvektor 5, 6, 7, 9, 13, 41, 42, 101, 126,127, 141vektor posisi 5, 6, 9, 13vektor satuan 5venturimeter 150, 170, 171viskositas 175, 176volume 182, 183, 185, 189
Kompetensi Fisika Kelas XI240Kunci Jawaban Soal TerpilihSoal-soal Uji Kompetensi Bab 1A. Pilihan Ganda1.b7.a3.e9.a5.cB. Uraian1.5 i + 53j3.a.19 i + 96 jb.4 i + 24 j5.a.ω = 122 rad/sb.α = 54 rad/s2c.ω = 38 rad/sd.α = 30 rad/s2Soal-soal Uji Kompetensi Bab 2A. Pilihan Ganda2.a8.b4.b10. c6.cB. Uraian2.F = 8,0064 N4.g = 0Soal-soal Uji Kompetensi Bab 3A. Pilihan Ganda1.a7.a3.e9.c5.cB. Uraian1.a.A = 4 cmb.f = 8 Hzc.T = 0,125 sekond.v = 200,96 cm/se.a = 0f.φ = 123.a.σ = 63,7 . 106 N/m2b.c = 5 . 10-3c.E = 1,27 . 1010 N/m25.a.a = 2,46 . 105sin 50π tb.amaks= 2,46 . 105 cm/s2c.t = 2 . 10-3 sekond.y = 9,5 cme.v = 62,65 cm/sSoal-soal Uji Kompetensi Bab 4A. Pilihan Ganda2.e8.d4.b10. b6.dB. Uraian2.vt = 6,32 m/s4.Et = 8,001 jouleSoal-soal Uji Kompetensi Bab 5A. Pilihan Ganda1.d7.c3.b9.d5.eB. Uraian1.a.p1 = -20 kg.m/sb.p2 = 30 kg.m/sc.Δp = 50 kg.m/sd.I = 50 kg.m/se.F = 5000 N3.a.c = 13b.v' = 25 m/sc.h4 = 181 s5.Ek hilang = 240 jouleSoal-soal Akhir Semester 1A. Pilihan Ganda1.e15. d3.d17. d5.a19. a7.c21. e9.c23. c11. b25. a13. bB. Uraian1.a.r = 3 i + 4 jb.rx = 3 ic.ry = 4 j
Kompetensi Fisika Kelas XI241d. = 5 mre.tan θ = 53°3.05.45,4 N7.a.5 m/s dan 12 m/sb.7,06 m/s dan 7,06 m/s9.r = 24i dan tanθ = 0Soal-soal Uji Kompetensi Bab 6A. Pilihan Ganda2.e8.e4.d10. e6.bB. Uraian2.a.K = 112,5 Nb.N = 215,6 N ke arah sumbu Y positif4.Ek = 3375,45 JSoal-soal Uji Kompetensi Bab 7A. Pilihan Ganda1.a7.c3.c9.c5.aB. Uraian1.VL = 670,2 m/s3.a.P2 = 1,5 . 104 Pab.P2 = 1,35 . 104 Pa5.80.000 dyne/cm2Soal-soal Uji Kompetensi Bab 8A. Pilihan Ganda2.b8.b4.b10. c6.cB. Uraian2.Ek= 1429,7 J4.Δt = 0,629 sekonSoal-soal Uji Kompetensi Bab 9A. Pilihan Ganda1.b7.d3.b9.a5.bB. Uraian1.a.1–2 = isotermik1–3 = adiabatikb.P2 = P3 = 4 . 105 N/m2c.T2 = 600 K, T3 = 260,2 Kd.V3 = 5,47 . 10-3 m33.a.T1 = T2 = 300 KT3 = 455 KP1 = P3 = 105 N/m2P2 = 6,5 . 105 N/m2b.Wt = 245,3098 J5.W = 136,5 wattSoal-soal Akhir Semester 2A. Pilihan Ganda2.b14. c4.b16. d6.e18. b8.a20. a10. c22. c12. c24. bB. Uraian2.a.92,32 N.mb.94,418 N.mc.120,96 N.md.80,769 N.m4.V = 190,48 cm36.W = 1,996 . 1010 crg8.r = 2,59 . 10-8 m10.Δt = 12,18 K
Kompetensi Fisika Kelas XI242Alonso, M. dan Finn, E.D. 1980. Fundamental University Physics. New York: Addison WesleyLongman.Badan Standar Nasional Pendidikan, Depdiknas. 2006. Standar Isi Pelajaran Fisika SekolahMenengah Atas. Jakarta: Depdiknas.Departemen Pendidikan dan Kebudayaan. 2002. Soal-Soal Ujian Masuk Perguruan Tinggi Negeritahun 1987 sampai tahun 2002. Jakarta: Depdikbud.Departemen Pendidikan Nasional. 2003. Soal-Soal Ebtanas dan Soal-Soal UAN. Jakarta:Depdiknas.Halliday, David; Resnick, Robert; and Walker, Jearl. 2001. Fundamental of Physics. New York:John Wiley & Sons.http://www.doctronics.co.uk/meter.htmhttp://en.wikipedia.org/wikiMicrosoft. 2005. Encharta Library 2005. USA: Microsoft Corp.Sears, F.W. Zemanski. 1986. University Physics. New York: Addison Wesley Longman.Sears, Francis, W. dan Salinger, Gerhard, L. 1982. Thermodinamics, Kinetic Theory, and StatisticalThermodynamics. Third Edition. New York: Addison–Wesley.Setyawan, Lilik. H. 2004. Kamus Fisika Bergambar. Bandung: Pakar Raya.Spiegel, Murray, R. 1983. Schaum’s Outline of Theory and Problems of Theoretical Mechanics.SI (Metric Edition). Singapore: Mc Graw–Hill.Surya, Yohanes. 1996. Olimpiade Fisika. Jakarta: Primatika Cipta Ilmu.Sutrisno. 1984. Fisika Dasar. Bandung: Penerbit ITB.Tim Redaksi Dorling Kinderley. 1997. Jendela IPTEK, Cetakan Pertama. Jakarta: Balai Pustaka.Wilardjo, Liek dan Murniah, Dad. 2000. Kamus Fisika. Jakarta: Balai Pustaka.Woodford, Chris, 2006. Jejak Sejarah Sains Gravitasi. Bandung: Pakar Raya.Daftar Pustaka