Pembahasan Soal Sbmptn Fisika Termodinamika

Pembahasan soal SBMPTN bidang study fisika tentang teori kinetik gas dan termodinamika ini meliputi beberapa subtopik dalam pecahan teori kinetik gas dan termodinamika yaitu sifat-sifat gas ideal, persamaan keadaan gas ideal, proses dan perjuangan gas, teori kinetik gas ideal, aturan pertama termodinamika, aturan kedua termodinamika, dan mesin kalor. Dari beberapa soal yang pernah keluar dalam soal SBMPTN bidang study fisika, model soal tentang teori kinetik gas dan termodinamika yang sering keluar antara lain memilih sifat-sifat proses adiabatik, menganalisis proses isobarik suatu gas ideal monoatomik, memilih momentum rata-rata molekul gas, menganalisis proses siklus yang dialami oleh gas ideal, memilih jumlah kalor yang dibutuhkan untuk proses peningkatan volume, memilih perjuangan yang dilakukan gas dalam proses isobaris, memilih jumlah partikel gas jikalau energi kinetik translasi diketahui, memilih perjuangan yang dilakukan gas selama proses isotermal dan massa maksimum gas yang sanggup disimpan.

Soal 1
Gas ideal dalam suatu ruangan mengalami proses pemuaian secara adiabatik. Pada proses ini ...
A. Dibutuhkan kalor untuk perjuangan luar
B. Dibutuhkan kalor untuk aksesori energi dalam
C. Tekanan gas ideal bertambah
D. Suhu gas ideal naik
E. Suhu gas ideal turun

Pembahasan :
Proses adiabatik ialah proses dalam hal ini pemuaian yang ditandai dengan tidak adanya kalor yang masuk atau keluar sistem sehingga berlaku ΔU = -W.

Jika gas memuai secara adiabatik, maka gas melaksanakan kerja dan mengakibatkan penurunan energi dalam sistem. Energi dalam sistem berkurang sebesar ΔU sehingga suhu gas juga turun.

Jawaban : E 

Soal 2
Suatu gas ideal monoatomik di dalam ruang tertutup memiliki tekanan 1,2 x 10⁵ Pa dan volume 40 liter. Bila gas memuai secara isobarik sehingga volumenya menjadi 50 liter, maka gas akan menyerap kalor dari lingkungan sebesar 2 x 10³ J. Pada simpulan proses ...
(1) Suhu gas akan bertambah
(2) Gas melaksanakan perjuangan sebesar 1,2 x 10³ J
(3) Gas mengalami perubahan energi dalam 800 J
(4) Massa jenis gas bertambah

Pembahasan :
Dik : P = 1,2 x 10⁵ Pa, V₁ = 40 L = 0,04 m³, V₂ = 50 L = 0,05 m³, Q = 2 x 10³ J

Pada proses isobarik, tekanan tetap sehingga berlaku:

⇒	V1	=	V2
	T1		T2

⇒	0,04	=	0,05
	T1		T2

⇒ T₂ = 5/4 T₁
⇒ T₂ = 1,25 T₁
Karena T₂ lebih besar dari T₁, berarti suhu gas bertambah (1) Benar.

Usaha yang dilakukan gas untuk proses isobarik:
⇒ W = P.ΔV
⇒ W = P(V₂ - V₁)
⇒ W = 1,2 x 10⁵ (0,05 - 0,04)
⇒ W = 1,2 x 10³ J
Pernyataan (2) Benar.

Karena pernyataan 1 dan 2 benar, maka pernyataan 3 niscaya benar. Selanjutnya kita cek pernyataan 4 untuk memastikan jawabanannya. Seperti yang kita tahu massa jenis dirumuskan sebagai diberikut :
⇒ ρ = m/V

Dari rumus tersebut sanggup kita lihat bahwa massa jenis gas berbanding terbalik dengan volume gas. Karena volume gas bertambah dan massanya tetap, maka massa jenis gas berkurang. Pernyataan (4) Salah.

Jadi, opsi yang benar yaitu 1 ,2, dan 3.

Jawaban : A 

Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Teori Relativitas Khusus.

Soal 3
Dua tabung diisi dengan gas tidak sama tetapi keduanya berada pada suhu yang sama. Diketahui Ma dan Mb yaitu berat molekul kedua gas tersebut. melaluiataubersamaini demikian, besar momentum rata-rata molekul kedua gas yaitu Pa dan Pb akan berkaitan satu sama lain berdasarkan rumus ...
A. Pa = Pb
B. Pa = Pb √Ma/Mb
C. Pa = Pb x Ma/Mb
D. Pa = Pb x Mb/Ma
E. Pa = Pb √Mb/Ma

Pembahasan :
Momentum partikel
⇒ p = m.v

⇒ p = m	√3kT
	√m

⇒ p = √3mkT

Perbandingan momentum:

⇒	pa	=	√3Ma.kT
	pb		√3Mb.kT

⇒	pa	=	√Ma
	pb		√Mb

⇒ Pa = Pb √Ma/Mb

Jawaban : B

Soal 4
Gas ideal yang melaksanakan pengembangan volume secara isobaris tidak melaksanakan usaha.

SEBAB

Usaha yang dilakukan oleh gas ideal dikala mengembang sebanding dengan perubahan tekanan gas.

Pembahasan :
Proses isobaris ialah proses yang dialami oleh suatu gas ideal dimana tekanannya tetap. Gas ideal yang melaksanakan perluasan volume secara isobaris melaksanakan perjuangan sebesar W = P.ΔV.

Dari rumus tersebut sanggup kita lihat bahwa perjuangan yang dilakukan oleh gas ideal dikala mengembang secara isobaris berbanding lurus dengan perubahan volumenya.

Jadi, pernyataan dan alasan salah.

Jawaban : E

Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Gelombang Bunyi - Efek Doppler.

Soal 5
Satu mol gas ideal mengalami proses isotermal pada suhu T sehingga volumenya menjadi dua kali. Jika R yaitu konstanta gas molar, perjuangan yang dikerjakan oleh gas selama proses tersebut yaitu ...
A. RTV
B. RT lnV
C. 2RT
D. RT ln2
E. RT ln(2V)

Pembahasan :
Dik : V₂ = 2V₁.

Pada proses isotermal, suhunya tetap. Usaha pada proses iostermal:
⇒ W = R T ln (V₂/V₁)
⇒ W = R T ln (2V₁/V₁)
⇒ W = R T ln 2

Jawaban : D

Soal 6
Satu mol gas oksigen digerahi pada tekanan tetap dan diawali pada temperatur 27^o C. Jika diketahui konstanta gas 2 kKal/mol ^oK, maka jumlah kalor yang diharapkan semoga volume gas menjadi dua kali volume awal yaitu ...
A. 0,75 kKal
B. 1,0 kKal
C. 1,5 kKal
D. 3,25 kKal
E. 4,6 kKal

Pembahasan :
Dik : n = 1 mol, T₁ = 27^o C = 300 K, R = 2 kKal/mol ^oK, V₂ = 2V₁.

Pada tekanan tetap (isobaris) berlaku:

⇒	V1	=	V2
	T1		T2

⇒	V1	=	2V1
	300		T2

⇒ T₂ = 600 K

Kalor yang dibutuhkan:
⇒ Q = 5/2 n.R.ΔT
⇒ Q = 5/2 x 1 x 2 (600 - 300)
⇒ Q = 5/2 (600)
⇒ Q = 1500 Kal
⇒ Q = 1,5 kKal.

 Jawaban : C

Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Bumi Antariksa - Hukum Keppler.

Soal 7
Dua m³ gas helium bersuhu 27^oC digerahkan secara isobarik hingga 77^oC. Jika tekanannya 3 x 10⁵ N/m², maka perjuangan yang dilakukan gas yaitu ...
A. 100 kJ
B. 140 kJ
C. 200 kJ
D. 260 kJ
E. 320 kJ

Pembahasan :
Dik :  T₁ = 27^o C = 300 K, T₂ = 77^o C = 350 K, V₁ = 2 m³, P = 3 x 10⁵ N/m².

Untuk proses isobarik berlaku:

⇒	V1	=	V2
	T1		T2

⇒	2	=	V1
	300		350

⇒ V₁ = 7/3 m³.

Usaha yang dilakukan gas:
⇒ W = P.ΔV
⇒ W = P(V₂ - V₁)
⇒ W = 3 x 10⁵ (7/3 - 2)
⇒ W = 3 x 10⁵ (1/3)
⇒ W = 10⁵ J
⇒ W = 100 kJ.

Jawaban : A

Soal 8
Tekanan sebuah gas dalam baskom yang volumenya 100 cm³ yaitu 200 kPa dan rata-rata energi kinetik translasi masing-masing partikel yaitu 6,0 x 10^-21 Joule. Jumlah partikel gas pada baskom tersebut yaitu ....
A. 3 x 10²¹
B. 5 x 10²¹
C. 8 x 10²¹
D. 10 x 10²¹
E. 12 x 10²¹

Pembahasan :
Dik : V = 100 cm³ = 10^-4 m³, P = 200 kPa = 2 x 10⁵ N/m², Ek = 6,0 x 10^-21 J

Jumlah partikel gas:

⇒ N = 3/2	PV
	Ek

⇒ N = 3/2	(2 x 105)(10-4)
	6,0 x 10-21

⇒ N =	30
	6,0 x 10-21

⇒ N = 5 x 10^-21

Jawaban : B

Baca juga : Pembahasan SBMPTN Fisika Inti dan Radioaktivitas.

Soal 9
Suatu gas ideal mengalami proses siklus menyerupai diagram P-V di bawah ini



Pernyataan yang benar tentang siklus tersebut yaitu ...
(1) Usaha dari a ke b yaitu 1,5 x 10⁴ J
(2) Usaha dari b ke c yaitu 0,5 x 10⁴ J
(3) Usaha dari c ke a yaitu nol
(4) Usaha neto dalam satu siklus yaitu 1,0 x 10⁴ J

Pembahasan :
Usaha dari a ke b
⇒ Wab = luas trapesium abde
⇒ Wab = ½ (2 + 1) 10⁵ (0,2 - 0,1)
⇒ Wab = 1,5 x 10⁴ J

Usaha dari b ke c
⇒ Wbc = luas segiempat bced
⇒ Wbc = 1 x 10⁵ (0,1 - 0,2)
⇒ Wbc = -10⁴ J

Karena pernyataan 1 benar dan pernyataan 2 salah, maka sanggup dipastikan pernyataan 3 benar dan pernyataan 4 salah. Jadi, opsi yang benar yaitu 1 dan 3.

Jawaban : B

Soal 10
Sebuah tabung gas yang memiliki katup pengaman akan melepaskan gas dari dalam tabung apabila tekanannya mencapai 2 x106 Pa. Pada suhu 10^o C tabung ini sanggup meliputi gas tertentu maksimum 15 kg. Apabila suhu dinaikkan menjadi 30^o C, maka massa maksimum gas yang sanggup tersimpan yaitu sekitar ...
A. 5,2 kg
B. 14,0 kg
C. 15,1 kg
D. 16,3 kg
E. 45,3 kg

Pembahasan :
Dik : T₂ = 30^o C = 303 K, T₁ = 10^o C = 283 K, m₁ = 15 kg.

Perubahan gas memenuhi persamaan

⇒	P1.V1	=	P2.V2
	m1.T1		m2T2

Tekanan dan volume gas konstan, sehingga:

⇒	1	=	1
	m1.T1		m2T2

⇒ m₁.T₁ = m₂T₂
⇒ 15 (283) = 303 m₂
⇒ m₂ = 14,0 kg.

Jawaban : B