Tugas berkala FISIKA

Hukum Termodinamika I

        nama kelompok : Rezky Bintang .P
                                                                                                       michael allan

Max Karl Ernst Ludwig Planck

Hukum – hukum termodinamika membicarakan tentang energi di lingkungan kita. Hukum ini menjelaskan tentang bagaimana makhluk hidup dan ekosistem berfungsi. Hukum termodinamika adalah hukum alam (Soemarwoto, 1989) dengan kata lain ketetentuan yang ada di dalamnya adalah mutlak, tidak dapat dibantah. Maka dari itu hukum alam sering disebut dengan

Sunnatullah.

Ada 2 bentuk hukum termodinamika, yaitu Hukum Konservasi Energi (Termodinamika I) dan Hukum Entropi (Termodinamika II).

Hukum termodinamika I

Fikirkan Keteraturan Alam

”Energi tidak dapat ditambah atau dikurangi, hanya dapat berubah bentuk.

Energi dalam keadaan tetap lestari (conserved)”.

Dalam hukum ini dijelaskan bahwa energi yang berasal dari energi matahari tersebut sesampai di bumi tidak pernah habis dipakai. Sebaliknya energi tersebut akan terus mengalami perubahan menjadi bentuk energi lain. Sebagai contoh untuk memperjelas gambaran,

1. Sinar matahari yang sampai di bumi merupakan energi panas yang akan memanaskan daratan dan lautan. Daratan memiliki massa yang lebih padat daripada lautan sehingga temperature daratan lebih cepat meningkat dengan waktu pemanasan yang sama dengan lautan. Tempat yang lebih panas memiliki materi yang lebih renggang sehingga tekanan udaranya lebih rendah.“Udara bergerak dari tempat bertekanan tinggi ke tempat bertekanan rendah”. Dengan demikian terjadilah aliran udara yang disebut angin. Dan angin tersebut mengalir dari lautan ke daratan (pada siang hari), sehingga disebut angin laut.
2. Angin yang mengalir menuju daratan tersebut merupakan energi kinetic yang dapat menggerakkan baling – baling turbin.
3. Energi kinetic dari baling – baling ini nantinya dapat menggerakkan dynamo atau generator listrik, dan terciptalah energi listrik.
4. Energi listrik ini dapat diubah menjadi bermacam energi yang lain seperti yang terjadi dalam kehidupan kita. E.g. energi suara, energi panas, dan energi lainnya.
5. Pada kasus lain air laut yang digerakkan oleh angin akan menjadi gelombang. Laut dengan gelombang yang cukup tinggi dapat diubah menjadi sumber tenaga listrik yang dikenal dengan istilah OTEC (Ocean Thermal Energi Conversion).

cara kerja diesel

Selain itu, hukum konservasi juga menjelaskan mengenai perubahan suhu lingkungan. Kita sering mendengar bahwa lingkungan semakin panas dengan semakin berkurangnya jumlah pohon. Hal tersebut dapat dijelaskan dengan gambaran demikian :

Sinar matahari (SM) merupakan sumber energi yang jatuh dibumi dan kita beri nilai awal 100%. Kemudian kita anggap tempat jatuhnya energi 100% tersebut ke 4 bagian bumi, yaitu hutan, bangunan atau rumah, tanah, dan perairan terbuka. Ada 2 sifat energi yang sampai ke bumi.

Energi terpakai untuk kegiatan dibumi, misal untuk kegiatan tumbuhan seperti transpirasi tumbuhan (TT), atau untuk penguapan air yang disebut dengan evaporasi (Ev).

Energi dipantulkan sebagai radiasi panas, missal pemantulan oleh rumah atau bangunan (RR) dan pemantulan oleh tanah (RT). Lagi – lagi kita permudah gambaran kita dengan membagi rata masing – masing bagian bumi tersebut dengan nilai yang sama, yaitu masing – masing senilai 25%. Sehingga :

SM = TT + Ev + RT + RR ….. (1)

Energi yang dipantulkan hanya berasal dari RT dan RR saja atau senilai 50% (merupakan yang kita rasakan sebagai suhu lingkungan kita) dan sisanya senilai 50%, TT dan Ev adalah energi yang digunakan.

Sekarang saatnya simulasi. Andai kata semua tumbuhan dibabat habis untuk mendirikan sebuah pemukiman, maka TT akan berubah menjadi RR’, dan persamaannya :

SM = RR’ + Ev + RT + RR ….. (2)

Dimana energi yang dipantulkan sekarang berasal dari RT, RR, dan RR’ dengan jumlah total 25% +25% +25% = 75%. Dan andaikan pula setelah semua tumbuhan telah dibabat habis belum sempat didirikan sebuah pemukiman, maka TT akan berubah menjadi RT yang artinya sama dengan persamaan (2) yang menyatakan suhu terasa lebih hangat lagi dibandingkan dengan ketika tumbuhan masih ada di lahan itu.

Simulasi berikutnya, coba anda bayangkan jika perairan kita ditempati oleh kapal – kapal, atau yang lebih mudah jika sebagian perairan menjadi pelabuhan. Maka energi yang semula digunakan untuk penguapan / evaporasi (Ev) sekarang dipantulkan oleh kapal – kapal atau oleh pelabuhan tersebut (RK) yang sama halnya dengan sebuah bangunan, dan persamaannya menjadi :

SM = RR’ + RK + RT+ RR ….. (3)

Sehingga lingkungan dengan pelabuhan dan kapal – kapalnya terasa semakin panas.

Dengan demikian terlihat bahwa konversi tumbuhan dan perairan menjadi perumahan atau lahan terbuka akan menyebabkan naiknya suhu bumi. Dan pelajaran yang kita peroleh adalah bahwa semakin berkurang hutan dan/atau genangan air akan berakibat bumi semakin panas.

UN 2011

1.Perhatikan gambar dibawah ini!

Besar usaha yang dilakukan mesin dalam satu siklus adalah....
A. 300 J
B. 400 J
C. 500 J
D. 600 J
E. 700 J
Pembahasan
Efisiensi mesin (η), Suhu (T), Kalor masuk (Q1), Usaha (W)

UN 2010

2.Diagram P-V dari gas helium yang mengalami proses termodinamika ditunjukkan seperti gambar berikut! Usaha yang dilakukan gas helium pada proses ABC sebesar….

 


A. 660 kJ
B. 400 kJ
C. 280 kJ
D. 120 kJ
E. 60 kJ
Pembahasan
Usaha = Luas Kurva
= (3,5—1,5)(4—2 )10⁵ =400 kJ

UN Fisika 2010

3.Diagram P−V dari gas helium yang mengalami proses termodinamika ditunjukkan seperti gambar berikut! 

Usaha yang dilakukan gas helium pada proses ABC sebesar....
A. 660 kJ
B. 400 kJ
C. 280 kJ
D. 120 kJ
E. 60 kJ


Pembahasan
W_AC = W_AB + W_BC
W_AC = 0 + (2 x 10⁵)(3,5 − 1,5) = 4 x 10⁵ = 400 kJ

UN 2009

4. Mesin Carnot bekerja pada suhu tinggi 600 K, untuk menghasilkan kerja mekanik. Jika mesin menyerap kalor 600 J dengan suhu rendah 400 K maka usaha yang dihasilkan adalah....
A. 120 J
B. 124 J
C. 135 J
D. 148 J
E. 200 J

Pembahasan
Dari efisiensi mesin Carnot (Untuk memudahkan perhitungan, % dihilangkan saja):

Dari rumus lain efisiensi :

UN 2009

5.Perhatikan grafik P – V mesin Carnot di samping! 

Jika kalor yang diserap (Q1) =10.000 joule maka besar usaha yang dilakukan mesin Carnot adalah ...
A. 1.500 J
B. 4.000 J
C. 5.000 J
D. 6.000 J
E. 8.000 J

Pembahasan
Efisiensi Mesin Carnot:
η =(1− ^T_r/_Tt) → tak usah dikali 100 % biar mudah
η =(1− ⁴⁰⁰/₈₀₀) = ¹/₂
Rumus lain efisiensi :
η = ^W/_Q1
¹/₂ = ^W/_10.000
W = 5.000 joule

UMPTN 1995

6.1,5 m³ gas helium yang bersuhu 27^oC dipanaskan secara isobarik sampai 87^oC. Jika tekanan gas helium 2 x 10⁵ N/m² , gas helium melakukan usaha luar sebesar....
A. 60 kJ
B. 120 kJ
C. 280 kJ
D. 480 kJ
E. 660 kJ

Pembahasan
Data :
V₁ = 1,5 m³
T₁ = 27^oC = 300 K
T₂ = 87^oC = 360 K
P = 2 x 10⁵ N/m²

W = PΔV
Mencari V₂ :
^V₂/_T2 = ^V₁/_T1
V₂ = ( ^V₁/_T1 ) x T₂ = ( ^1,5/₃₀₀ ) x 360 = 1,8 m³
W = PΔV = 2 x 10⁵(1,8 − 1,5) = 0,6 x 10⁵ = 60 x 10³ = 60 kJ

UN Fisika 2009 P04 No. 18

7.Mesin Carnot bekerja pada suhu tinggi 600 K, untuk menghasilkan kerja mekanik. Jika mesin menyerap kalor 600 J dengan suhu rendah 400 K, maka usaha yang dihasilkan adalah....
A. 120 J
B. 124 J
C. 135 J
D. 148 J
E. 200 J

Pembahasan
η = ( 1 − ^T_r / _Tt ) x 100 %
Hilangkan saja 100% untuk memudahkan perhitungan :
η = ( 1 − ⁴⁰⁰/₆₀₀) = ¹/₃
η = ( ^W / _Q1 )
¹/₃ = ^W/₆₀₀
W = 200 J

UN 2010

8.Proses pemanasan suatu gas ideal digambarkan  seperti grafik P—V berikut ini!  Besar usaha yang dilakukan gas pada siklus ABC adalah….

 A. 4,5J
B. 6,0J
C. 9,0J
D. 12,0J
E.  24,0 J

Pembahasan
Usaha = Luas di bawah kurva P-V
W = (5-2)(4-1) = 9 joule
Koreksi Jawaban
W = Luas di bawah kurva P-V
W = luas daerah yang terbentuk oleh titik angka 1, titik A, titik B, titik angka 4 (persegi panjang)
W = 2 x (4−1) = 2 x 3 = 6,0 joule

 SPMB 2004

9.Suatu mesin Carnot, jika reservoir panasnya bersuhu 400 K akan mempunyai efisiensi 40%. Jika reservoir panasnya bersuhu 640 K, efisiensinya.....%
A. 50,0
B. 52,5
C. 57,0
D. 62,5
E. 64,0


Pembahasan
Data pertama:
η = 40% = ⁴ / ₁₀
T_t = 400 K
Cari terlebih dahulu suhu rendahnya (T_r) hilangkan 100 % untuk mempermudah perhitungan:
η = 1 − (^Tr/_Tt)
⁴ / ₁₀ = 1 − (^Tr/₄₀₀)
(^Tr/₄₀₀) = ⁶ / ₁₀
Tr = 240 K

Data kedua :
Tt = 640 K
Tr = 240 K (dari hasil perhitungan pertama)
η = ( 1 − ^Tr/_Tt) x 100%
η = ( 1 − ²⁴⁰/₆₄₀) x 100%
η = ( ⁵ / ₈ ) x 100% = 62,5%

UN 2008

10.Perhatikan grafik P-V untuk mesin Carnot seperti gambar!

     Jika mesin memiliki efisiensi 57 % maka banyaknya panas yang dapat diubah menjadi usaha adalah…
A. 0,57 Q₁
B. 0,37 Q₁
C. 0,32 Q₁
D. 0,27 Q₁
E. 0,21 Q₁

Pembahasan