1. Termodinamika
Fisikastudycenter.com- Contoh Soal dan
Pembahasan tentang Termodinamika,
Materi Fisika kelas 2 (XI) SMA.
Mencakup Usaha, Proses-Proses
Termodinamika, Hukum Termodinamika I
dan Mesin Carnot.
Rumus - Rumus Minimal
Hukum Termodinamika I
ΔU = Q − W
Keterangan :
ΔU = perubahan energi dalam (joule)
Q = kalor (joule)
W = usaha (joule)
Proses-proses
Isobaris → tekanan tetap
Isotermis → suhu tetap → ΔU = 0
Isokhoris → volume tetap (atau isovolumis
atau isometric) → W = 0
Adiabatis → tidak terjadi pertukaran kalor
→ Q = 0
Siklus → daur → ΔU = 0
Persamaan Keadaan Gas
Hukum Gay-Lussac
Tekanan tetap → V
/T = Konstan → V
1/T1 =
V
2/T2
Hukum Charles
Volume tetap → P
/T = Konstan → P
1/T1 =
P
2/T2
Hukum Boyle
Suhu tetap → PV = Konstan → P1V1 =
P2V2
P, V, T Berubah (non adiabatis)
(P
1
V
1
)
/ (T1) = (P
2
V
2
)
/ (T2)
Adiabatis
P1V1
γ
= P2V2
γ
T1V1
γ − 1
= T2V2
γ − 1
γ = perbandingan kalor jenis gas pada
tekanan tetap dan volum tetap → γ = C
p/Cv
Usaha
W = P(ΔV) → Isobaris
W = 0 → Isokhoris
W = nRT ln (V2 / V1) → Isotermis
W = − 3
/2 nRΔT → Adiabatis ( gas
monoatomik)
Keterangan :
T = suhu (Kelvin, jangan Celcius)
P = tekanan (Pa = N/m2
)
V = volume (m3
)
n = jumlah mol
1 liter = 10−3
m3
1 atm = 105
Pa ( atau ikut soal!)
Jika tidak diketahui di soal ambil nilai ln 2
= 0,693
Mesin Carnot
η = ( 1 − T
r / Tt ) x 100 %
η = ( W
/ Q1 ) x 100%
W = Q1 − Q2
Keterangan :
η = efisiensi mesin Carnot (%)
Tr = suhu reservoir rendah (Kelvin)
Tt = suhu reservoir tinggi (Kelvin)
W = usaha (joule)
Q1 = kalor masuk / diserap reservoir tinggi
(joule)
Q2 = kalor keluar / dibuang reservoir
rendah (joule)
Contoh soal dan
pembahasan
Soal No. 1
Suatu gas memiliki volume awal 2,0 m3
dipanaskan dengan kondisi isobaris hingga
volume akhirnya menjadi 4,5 m3
. Jika
tekanan gas adalah 2 atm, tentukan usaha
luar gas tersebut!

2. (1 atm = 1,01 x 105
Pa)
Pembahasan
Data :
V2 = 4,5 m3
V1 = 2,0 m3
P = 2 atm = 2,02 x 105
Pa
Isobaris → Tekanan Tetap
W = P (ΔV)
W = P(V2 − V1)
W = 2,02 x 105
(4,5 − 2,0) = 5,05 x 105
joule
Soal No. 2
1,5 m3
gas helium yang bersuhu 27o
C
dipanaskan secara isobarik sampai 87o
C.
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
(Sumber Soal : UMPTN 1995)
Pembahasan
Data :
V1 = 1,5 m3
T1 = 27o
C = 300 K
T2 = 87o
C = 360 K
P = 2 x 105
N/m2
W = PΔV
Mencari V2 :
V
2/T2 = V
1/T1
V2 = ( V
1/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
Soal No. 3
2000
/693 mol gas helium pada suhu tetap
27o
C mengalami perubahan volume dari
2,5 liter menjadi 5 liter. Jika R = 8,314
J/mol K dan ln 2 = 0,693 tentukan usaha
yang dilakukan gas helium!
Pembahasan
Data :
n = 2000
/693 mol
V2 = 5 L
V1 = 2,5 L
T = 27o
C = 300 K
Usaha yang dilakukan gas :
W = nRT ln (V2 / V1)
W = (2000
/693 mol) ( 8,314 J/mol K)(300 K)
ln ( 5 L
/ 2,5 L )
W = (2000
/693) (8,314) (300) (0,693) =
4988,4 joule
Soal No. 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
(Sumber Soal : UN Fisika 2009 P04 No.
18)
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
Soal No. 5
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

3. C. 280 kJ
D. 120 kJ
E. 60 kJ
(Sumber Soal : UN Fisika 2010 P04 No.
17)
Pembahasan
WAC = WAB + WBC
WAC = 0 + (2 x 105
)(3,5 − 1,5) = 4 x 105
=
400 kJ
Soal No. 6
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
(Sumber Soal : SPMB 2004)
Pembahasan
Data pertama:
η = 40% = 4
/ 10
Tt = 400 K
Cari terlebih dahulu suhu rendahnya (Tr)
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%
Soal No. 7
Sebuah mesin Carnot yang menggunakan
reservoir suhu tinggi bersuhu 800 K
mempunyai efisiensi sebesar 40%. Agar
efisiensinya naik menjadi 50%, maka suhu
reservoir suhu tinggi dinaikkan menjadi....
(UMPTN 90)
A. 900 K
B. 960 K
C. 1000 K
D. 1180 K
E. 1600 K
Pembahasan
Rumus efisiensi (tanpa %)
Data dari Efisiensi pertama,
Tt = 800 K
η = 40% = 0,4 → (1 − η) = 0,6
Dari sini diperoleh suhu rendah Tr
Dari data efisiensi kedua,
η = 50% = 0,5 → (1 − η) = 0,5
Tr = 480 K
Suhu tingginya:
Soal No. 8
Sebuah mesin Carnot bekerja pada pada
suhu tinggi 627°C memiliki efisiensi 50%.
Agar efisiensi maksimumnya naik menjadi
70% pada suhu rendah yang tetap, maka
suhu tingginya harus dinaikkan menjadi....
A. 1500°C
B. 1227°C
C. 1127°C
D. 1073°C
E. 927°C
Soal No. 9
Perhatikan gambar berikut ini!

4. Jika kalor yang diserap reservoir suhu
tinggi adalah 1200 joule, tentukan :
a) Efisiensi mesin Carnot
b) Usaha mesin Carnot
c) Perbandingan kalor yang dibuang di
suhu rendah dengan usaha yang dilakukan
mesin Carnot
d) Jenis proses ab, bc, cd dan da
Pembahasan
a) Efisiensi mesin Carnot
Data :
Tt = 227o
C = 500 K
Tr = 27o
C = 300 K
η = ( 1 − Tr
/Tt) x 100%
η = ( 1 − 300
/500) x 100% = 40%
b) Usaha mesin Carnot
η = W
/Q1
4
/10 = W
/1200
W = 480 joule
c) Perbandingan kalor yang dibuang di
suhu rendah dengan usaha yang dilakukan
mesin Carnot
Q2 = Q1 − W = 1200 − 480 = 720 joule
Q2 : W = 720 : 480 = 9 : 6 = 3 : 2
d) Jenis proses ab, bc, cd dan da
ab → pemuaian isotermis (volume gas
bertambah, suhu gas tetap)
bc → pemuaian adiabatis (volume gas
bertambah, suhu gas turun)
cd → pemampatan isotermal (volume gas
berkurang, suhu gas tetap)
da → pemampatan adiabatis (volume gas
berkurang, suhu gas naik)
Soal No. 10
Sejumlah gas ideal mengalami proses
seperti gambar berikut.
Proses yang menggambarkan adiabatis dan
isokhorik berturut-turut ditunjukkan pada
nomor...(UN Fisika 2013)
A. 1 – 2 dan 3 – 4
B. 1 – 2 dan 4 – 5
C. 2 – 3 dan 1 – 2
D. 2 – 3 dan 1 – 2
E. 2 – 3 dan 3 – 4
Pembahasan
Adiabatis : proses dimana tidak ada kalor
masuk atau keluar. Ciri garisnya
melengkung curam. Seperti garis 2 - 3.
Isokhorik : proses pada volume tetap.
Garisnya yang tegak lurus sumbu V. Bisa
5 - 1, juga 3 - 4.
Pilihan yang ada sesuai adiabatis dan
isokhoris adalah 2 - 3 dan 3 - 4.
Soal No. 11
Suatu gas ideal mengalami proses siklus
seperti pada gambar P − V di atas. Kerja
yang dihasilkan pada proses siklus ini
adalah....kilojoule.
A. 200
B. 400
C. 600
D. 800

5. E. 1000
Pembahasan
W = Usaha (kerja) = Luas kurva siklus =
Luas bidang abcda
W = ab x bc
W = 2 x (2 x 105
) = 400 kilojoule
Soal No. 12
Suatu pesawat pendingin Carnot
mempunyai koefisien kinerja 6,5. Jika
reservoir yang tinggi 27°C, maka reservoir
yang bersuhu rendah adalah....
A. −5 °C
B. −8 °C
C. −10 °C
D. −12 °C
E. −13 °C
(Dari soal Soal UMPTN 1994)
Pembahasan
Data dari soal adalah:
Tt = 27°C = 27 + 273 = 300 K
Cp = 6,5
Tr = .....
Dari rumus koefisien performansi mesin
atau pesawat pendingin:
Dimana
Cp = koefisien performansi
Tt = suhu tinggi (Kelvin)
Tr = suhu rendah (Kelvin)
Masuk datanya:
Soal No. 13
Sebuah mesin pendingin memiliki
reservoir suhu rendah sebesar −15°C. Jika
selisih suhu antara reservoir suhu tinggi
dan suhu rendahnya sebesar 40°C,
tentukan koefisien performansi mesin
tersebut!
Pembahasan
Data mesin
Tr = − 15°C = (− 15 + 273) K = 258 K
Tt − Tr = 40°C
Cp =....
Soal No. 14
Sebuah kulkas memiliki suhu rendah −
13°C dan suhu tinggi 27°C. Jika kalor
yang dipindahkan dari reservoir suhu
rendah adalah 1300 joule, tentukan usaha
yang diperlukan kulkas!
Pembahasan
Data mesin pendingin
Tr = − 13°C = (− 13 + 273) K = 260 K
Tt = 27°C = 300 K
Qr = 1300 j
W = ....
Rumus koefisien performansi jika
diketahui usaha dan kalor
Dimana
W = usaha yang diperlukan untuk
memindahkan kalor dari suhu rendah
Qr = kalor yang dipindahkan dari suhu
rendah
Sehingga jika digabung dengan rumus dari
no sebelumnya diperoleh: