2. Bimbel UN Fisika SMA Program IPA by Pak Anang (http://pak-anang.blogspot.com) Halaman 83
3.3 Menentukan besaran fisis yang berkaitan dengan proses termodinamika pada mesin kalor.
Proses Termodinamika
Mesin Kalor
Siklus Mesin Carnot
Siklus adalah rangkaian proses Mesin Carnot adalah mesin yang
perubahan suatu gas tertentu mempunyai efisiensi maksimum
dari keadaan awal yang selalu dan Mesin Carnot inilah yang
kembali pada keadaan awalnya. dianggap mesin paling ideal.
Siklus Carnot
Usaha Mesin Carnot
π = π1 β π2
π = π1 (1 β
π2
π1
)
Efisiensi Mesin Carnot
π = (1 β
π2
π1
) Γ 100%
π =
π
π1
Γ 100%
A
B
C
D
π1
π2
π
π1
π2
π3
π4
π
π
π1 π2 π3 π4
π1
π2
1. Proses pemuaian secara ππ ππ‘πππππ
(A ke B) menyerap kalor π1 dan
mengubahnya menjadi π1.
2. Proses pemuaian secara πππππππ‘ππ
(B ke C) melakukan usaha π2.
3. Proses penampatan secara ππ ππ‘πππππ
(C ke D) melepas kalor π2.
4. Proses pemampatan secara πππππππ‘ππ
(D ke A)
3. Bimbel UN Fisika SMA Program IPA by Pak Anang (http://pak-anang.blogspot.com) Halaman 84
TRIK SUPERKILAT:
Pada mesin Carnot berlaku perbandingan senilai
π1 π1
π°ππππβΌ Efisiensi adalah
π π1 β π2
π2 π2
Jadi ketiga variabel tersebut nilainya adalah sebanding satu sama lain, satu hal yang perlu
diperhatikan adalah definisi atau pengertian masing-masing variabel, yakni:
ο· π1 (Kalor yang diserap, kalor yang diterima, kalor yang diambil, kalor yang diberikan pada gas oleh π1)
ο· π2 (Kalor yang dilepas, kalor yang dibuang, kalor yang keluar, kalor yang diberikan pada gas oleh π2)
ο· π1 (Suhu reservoir tinggi)
ο· π2 (Suhu reservoir rendah)
Ingat!!! Satuan suhu adalah Kelvin ππ’πππ Β°πΆπππππ’π !!!
Contoh soal:
Sebuah mesin Carnot bekerja pada reservoir suhu tinggi 523Β°C dan reservoir suhu rendah 23Β°C.
Jika kalor yang diserap adalah 1.600 J, maka tentukan:
a. Usaha yang dilakukan
b. Efisiensi mesin Carnot
Penyelesaian TRIK SUPERKILAT:
Ingat, satuan suhu Kelvin.
Jadi suhu tinggi π1 = 523 + 273 = 800K, dan suhu rendah π2 = 23 + 273 = 300 K
Bentuk tabel seperti di bawah ini dan letakkan variabel sesuai dengan perbandingannya:
π1 π1
π π1 β π2
π2 π2
1.600 800
π π1 β π2
π2 300
Cara Kerja TRIK SUPERKILAT:
Nilai π1 β π2 jelas adalah 800 dikurangi 300 sama dengan 500.
Sehingga terlihat jelas perbandingan yang akan digunakan untuk mencari π adalah:
1.600
π
=
800
500
a. Dan π£ππππβΌ! πΈπ’ππππβΌ Nilai dari usaha π adalah 1.000 J didapatkan dengan menyelesaikan
perbandingan tersebut.
b. Dan nilai dari efisiensi pun didapatkan dari tabel yakni π =
500
800
Γ 100% = 62,5%
π =
π
π1
=
π1 β π2
π1
4. Bimbel UN Fisika SMA Program IPA by Pak Anang (http://pak-anang.blogspot.com) Halaman 85
CONTOH SOAL
Menentukan usaha (πΎ) yang dilakukan mesin Carnot
1. Perhatikan grafik π β π untuk mesin Carnot seperti gambar di bawah ini!
Jika mesin mengambil panas 1.000 J, banyaknya panas yang diubah menjadi usaha adalah ....
A. 400 J
B. 600 J
C. 1.000 J
D. 1.500 J
E. 2.500 J
2. Perhatikan gambar di bawah!
Besar usaha yang dilakukan mesin dalam satu siklus adalah .... J
A. 300 J
B. 400 J
C. 500 J
D. 600 J
E. 700 J
3. Perhatikan grafik π β π mesin Carnot di bawah ini!
Jika mesin menyerap kalor sebanyak 6.000 J, usaha yang dilakukan mesin Carnot sebesar ....
A. 2.000 J
B. 4.000 J
C. 5.000 J
D. 6.000 J
E. 8.000 J
4. Perhatikan grafik π β π untuk mesin Carnot seperti gambar di bawah ini!
Jika mesin mengambil panas 1.000 J, banyaknya panas yang diubah menjadi usaha adalah ....
A. 400 J
B. 600 J
C. 1.000 J
D. 1.500 J
E. 2.500 J
C
π2 = 127Β°C
π2
A
B
D
π1
π(N/m2)
π(m3)
π1 = 327Β°C
C
π2 = 450K
π2
A
B
D
π1 = 1.000 J
π(N/m2)
π(m3)
π1 = 900K
C
π2 = 600K
π2
A
B
D
π1
π(N/m2)
π(m3)
π1 = 1.000K
C
π2 = 200K
π2
A
B
D
π1
π(N/m2)
π(m3)
π1 = 500K
TRIK SUPERKILAT
1.000 1.000
W 400
600
π = π1 (1 β
π2
π1
)
= 1.000 β (1 β
600
1.000
)
= 1.000 β (
400
1000
) = 400 J
π = π1 (1 β
π2
π1
)
= 1.000 β (1 β
450
900
)
= 1.000 β (
450
900
) = 500 J
1.000
π
=
1.000
400
Tanpa menghitung
(menggunakan logika
perbandingan senilai)
bisa telihat nilai π =
400 J :)
TRIK SUPERKILAT
1.000 900
π 450
450
1.000
π
=
900
450
Tanpa menghitung
udah ketahuan nilai
usaha adalah
separuhnya 1.000,
Jadi, π = 500 J :)
TRIK SUPERKILAT
6.000 600
π 200
400
6.000
π
=
600
200
Tanpa menghitung perkalian silang udah
ketahuan nilai usaha adalah sepuluh kalinya
200,
Jadi, π = 2.000 J :)
TRIK SUPERKILAT
1.000 500
π 300
200
1.000
π
=
500
300
Tanpa menghitung perkalian silang udah
ketahuan nilai usaha adalah dua kalinya 300,
Jadi, π = 600 J :)
πΌππππ‘ π ππ‘π’ππ π π’βπ’ πππππβ πΎπππ£ππ
5. Bimbel UN Fisika SMA Program IPA by Pak Anang (http://pak-anang.blogspot.com) Halaman 86
5. Sebuah mesin bekerja dalam suatu siklus Carnot seperti gambar di bawah ini!
Jika kalor yang dibuang 4.000 Joule, usaha yang dihasilkan mesin adalah ....
A. 4.000 J
B. 8.000 J
C. 12.000 J
D. 15.000 J
E. 16.000 J
6. Perhatikan grafik π β π mesin Carnot di samping!
Jika kalor yang diserap (π1) = 10.000 J 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
7. Gambar π β π dari sebuah mesin Carnot terlihat seperti gambar berikut!
Jika mesin menyerap kalor 800 J, maka usaha yang dilakukan
adalah ....
A. 105,5 J
B. 252,6 J
C. 336,6 J
D. 466,7 J
E. 636,7 J
8. Sebuah mesin bekerja dalam suatu siklus
mesin Carnot seperti gambar di samping!
Jika kalor yang terbuang 2.000 Joule, besar usaha
yang dihasilkan mesin adalah ....
A. 800 Joule
B. 8.000 Joule
C. 12.000 Joule
D. 20.000 Joule
E. 80.000 Joule
9. Gambar π β π dari sebuah mesin Carnot terlihat seperti
gambar di samping. Jika mesin menyerap kalor 840 J,
usaha yang dilakukan adalah ....
A. 600 Joule
B. 570 Joule
C. 540 Joule
D. 490 Joule
E. 420 Joule
10. Mesin Carnot bekerja diantara 2 reservoir bersuhu 27Β°C dan 227Β°C. Kalor yang masuk dalam
sistem 1.000 Joule. Usaha yang dihasilkan adalah ....
A. 200 Joule
B. 300 Joule
C. 400 Joule
D. 500 Joule
E. 600 Joule
C
π2 = 27Β°C
π2
A
B
D
π1
π(N/m2)
π(m3)
π1 = 627Β°C
TRIK SUPERKILAT
900
π 600
4.000 300
π
4.000
=
600
300
Tanpa menghitung perkalian silang udah
ketahuan nilai usaha adalah dua kalinya
4.000,
Jadi, π = 8.000 J :)
TRIK SUPERKILAT
10.000 800
π 400
400
10.000
π
=
800
400
Tanpa menghitung perkalian silang
udah ketahuan nilai usaha adalah
setengah kalinya 10.000,
Jadi, π = 5.000 J :)
πΌππππ‘ π ππ‘π’ππ π π’βπ’ πππππβ πΎπππ£ππ
TRIK SUPERKILAT
800 600
π 350
250
800
π
=
600
350
β π = 800 Γ
350
600
= β― ? ?
Tanpa menghitung dengan pasti kita
pasti paham nilainya separuhnya 800
lebih dikit. Jadi jawaban D.
Jadi, π = 466,7 J
TRIK SUPERKILAT
2.000
π 1.600
2.000 400
π
2.000
=
1.600
400
Tanpa menghitung perkalian silang
udah ketahuan tuh nilai usaha
adalah lima kali 1.600.
Jadi, π = 8.000 J
TRIK SUPERKILAT
840 600
π 350
250
840
π
=
600
350
β π = 840 Γ
350
600
= β― ? ?
Tanpa menghitung dengan pasti kita
pasti paham nilainya separuhnya 840
lebih dikit. Jadi jawaban D.
Jadi, π = 490 J
TRIK SUPERKILAT
840 600
π 350
250
1.000
π
=
500
200
Tanpa menghitung perkalian silang kita pasti tahu
nilainya π adalah dua kalinya 200.
Jadi, π = 400 J
TRIK SUPERKILAT
1.000 500
π 200
300
πΌππππ‘ π ππ‘π’ππ π π’βπ’ πππππβ πΎπππ£ππ
6. Bimbel UN Fisika SMA Program IPA by Pak Anang (http://pak-anang.blogspot.com) Halaman 87
11. Sebuah mesin Carnot memiliki spesifikasi seperti gambar di samping. Usaha yang dihasilkan
mesin Carnot adalah ....
A.
2
5
π1
B.
3
5
π1
C.
2
3
π1
D.
5
3
π1
E.
5
2
π1
Menentukan kalor yang diserap (πΈ π) oleh mesin Carnot
12. Suatu mesin Carnot berkerja diantara suhu 600 K dan 400 K dan
menghasilkan kerja 500 J seperti pada gambar di samping!
Dari grafik P β V mesin Carnot tersebut, kalor yang diserap
oleh sistem tiap siklus adalah ....
A. 500 J
B. 1.000 J
C. 1.500 J
D. 2.000 J
E. 2.500 J
13. Dari grafik hubungan π β π pada mesin Carnot di gambar di samping dapat diketahui bahwa
kalor yang diserap mesin tiap siklus adalah ....
A. 3 Γ 105
J
B. 4 Γ 105
J
C. 5 Γ 105
J
D. 6 Γ 105
J
E. 6 Γ 106
J
Menentukan kalor yang dilepas (πΈ π) oleh mesin Carnot
14. Mesin ideal Carnot bekerja diantara 2 reservoir 800K dan 1.000K. Jika kalor yang diserap sistem
200 kal, maka kalor yang dibuang adalah ....
A. 160 kal
B. 120 kal
C. 110 kal
D. 100 kal
E. 95 kal
15. Pada grafik π β π mesin Carnot di bawah ini, π = 6.000 J. Banyak kalor yang dilepas oleh
mesin tiap siklus adalah ....
A. 2.250 J
B. 3.600 J
C. 3.750 J
D. 6.000 J
E. 9.600 J
16. Sebuah mesin Carnot bekerja di antara dua reservoir panas 487Β°C dan reservoir dingin 107Β°C.
Jika mesin tersebut menyerap kalor 800 joule dari reservoir panas, maka jumlah kalor yang
dibuang dari mesin adalah ....
A. 200 Joule
B. 300 Joule
C. 400 Joule
D. 800 Joule
E. 1.200 Joule
A
B
C
D 600K
400K
π = 500 J
TRIK SUPERKILAT
π1 500
π 200
300
π1
π
=
500
200
β π =
200
500
Γ π1
Nah, udah ketahuan tuh nilainya
usaha adalah
2
5
dari π1
πΌππππ‘ π ππ‘π’ππ π π’βπ’ πππππβ πΎπππ£ππ
TRIK SUPERKILAT
π1 600
500 200
400
π1
500
=
600
200
Nah, tanpa menghitung perkalian
silangnya, kita pasti bisa menebak
bahwa nilai π1 adalah tiga kalinya
dari 500. Sehingga π1 = 1.500 J
TRIK SUPERKILAT
π1 900
2 Γ 105
300
600
π1
2 Γ 105
=
900
300
Nah, tanpa menghitung
perkalian silangnya, kita pasti
bisa menebak bahwa nilai π1
adalah tiga kalinya dari 2 Γ 105
.
Sehingga π1 = 6 Γ 105
J
TRIK SUPERKILAT
200 1.000
200
π2 800
200
π2
=
1.000
800
200 adalah seperlima dari 1.000
berarti seperlima dari 800 adalah
160 kal.
TRIK SUPERKILAT
800
6.000 500
π2 300
6.000
π2
=
500
300
6.000 adalah 12 kali dari 500, maka
π2 adalah 12 kali dari 300 sehingga
π2 = 3.600 J.
TRIK SUPERKILAT
800 760
380
π2 380
800
π2
=
760
380
Tanpa menghitung jelas bahwa
nilai π2 adalah separuh dari 800
π2 = 400 J.
πΌππππ‘ π ππ‘π’ππ π π’βπ’ πππππβ πΎπππ£ππ
TRIK SUPERKILAT
800 760
380
π2 380
7. Bimbel UN Fisika SMA Program IPA by Pak Anang (http://pak-anang.blogspot.com) Halaman 88
Menentukan efisiensi (πΌ) dari mesin Carnot
17. Sebuah mesin menyerap panas sebesar 2.000 Joule dari suatu reservoir suhu tinggi dan
membuangnya sebesar 1.200 Joule pada reservoir rendah. Efisiensi mesin itu adalah ....
A. 80%
B. 75%
C. 60%
D. 50%
E. 40%
18. Efisiensi mesin Carnot yang tiap siklusnya menyerap kalor pada suhu 960K dan membuang
kalor pada suhu 576K adalah ....
A. 40%
B. 50%
C. 56%
D. 60%
E. 80%
19. Suatu mesin Carnot mempunyai reservoir suhu tinggi 373Β°C dan reservoir suhu dingin 50Β°C.
Efisiensi yang dihasilkan mesin tiap siklus adalah ....
A. 50%
B. 58%
C. 70%
D. 85%
E. 137%
Menentukan suhu rendah (π» π) mesin Carnot
20. Jika sebuah mesin Carnot menggunakan reservoir dengan suhu tinggi 900Β°K dan mempunyai
efisiensi 60%, maka suhu yang rendah adalah ....
A. 700K
B. 400K
C. 387K
D. 360K
E. 187K
Menentukan variabel pada perubahan efisiensi mesin Carnot
21. Sebuah mesin Carnot yang menggunakan reservoir suhu tinggi 800K mempunyai efisiensi
sebesar 40%. Agar efisiensinya naik menjadi 50%, maka suhu reservoir suhu tinggi dinaikkan
menjadi ....
A. 900K
B. 960K
C. 1.000K
D. 1.180K
E. 1.600K
22. Suhu tinggi reservoir mesin Carnot 500K dan efisiensinya 60%. Agar efisiensi mesin Carnot itu
menjadi 80% maka suhu tinggi reservoir mesin Carnot itu menjadi ....
A. 375K
B. 500K
C. 1.000K
D. 1.500K
E. 2.000K
23. Contoh soal lainnya menyusul ya... Pembahasan soal di SKL ini akan segera diupdate... Kunjungi
terus posting tentang SMART SOLUTION pada SKL ini di blog Pak Anang di http://pak-
anang.blogspot.com. Terima kasih.
πΈπππ ππππ π πππππβ
π
π1
Γ 100%
Jadi, besarnya efisiensi adalah
800
2.000
Γ 100% = 40%
TRIK SUPERKILAT
2.000
1.200
πΈπππ ππππ π πππππβ
π1 β π2
π1
Γ 100%
Jadi, besarnya efisiensi adalah
384
960
Γ 100% = 40%
Kok bisa? Main feeling saja ya.. dibulatkan
mendekati
400
1000
heheheβ¦
TRIK SUPERKILAT
960
576
πΈπππ ππππ π πππππβ
π1 β π2
π1
Γ 100%
Jadi, besarnya efisiensi adalah 50%
Kok bisa? Main feeling saja ya.. 323 kan separuh
dari 646, ya kan?
TRIK SUPERKILAT
646
323
TRIK SUPERKILAT
100 900
60
πΈπππ ππππ π 60% artinya taruh angka 60 di W dan
100 di π1 heheβ¦ :)
Sehingga jelas perbandingannya sekarang adalah
100
40
=
900
π₯
Jadi nilai π₯ = 360K
KONDISI 1
100 800
40
60 Tetap
KONDISI 2
100 π₯
50
50 Tetap
Dari dua kondisi tersebut kita bisa menarik
kesimpulan bahwa:
Nilai suhu rendah adalah tetap, kan tidak berubah
ya kan? Berarti rumus cepatnya adalah:
(1 β π1)π11
= (1 β π2)π12
0,6 Γ 800 = 0,5 Γ π12
π12
= 960K
(1 β π1)π11
= (1 β π2)π12
0,4 Γ 500 = 0,2 Γ π12
π12
= 1.000K
8. Bimbel UN Fisika SMA Program IPA by Pak Anang (http://pak-anang.blogspot.com) Halaman 89
PEMBAHASAN SOAL UN FISIKA SMA 2012
1. Suatu gas ideal mengalami proses tertutup A β B β C
β A. Dalam suatu siklus gas tersebut melakukan usaha
sebesar ....
A. β2,0 . 103
J
B. β5,5 . 103
J
C. β8,0 . 105
J
D. β2,0 . 106
J
E. β4,0 . 106
J
Jika adik-adik butuh βbocoranβ butir soal Ujian Nasional tahun 2013, maka adik-adik bisa download di
http://pak-anang.blogspot.com/2012/11/prediksi-soal-un-fisika-sma-2013.html. Semua soal tersebut
disusun sesuai kisi-kisi SKL UN tahun 2013 yang dikeluarkan secara resmi oleh BSNP tanggal
20November 2012 yang lalu.
Kisi-kisi SKL UN SMA tahun 2013 untuk versi lengkap semua mata pelajaran bisa adik-adik lihat di
http://pak-anang.blogspot.com/2012/11/kisi-kisi-skl-un-2013.html.
Terimakasih,
Pak Anang.
TRIK SUPERKILAT:
π = Luas segitiga
=
1
2
. 10 . (4 . 105)
= 2,0 . 106
J
Tanda negatif karena berlawanan arah jarum jam.