Contoh soal termodinamika fisika membahas hubungan antara kalor, suhu, usaha, dan perubahan energi dalam suatu sistem. Materi ini penting untuk memahami bagaimana energi berpindah dan berubah bentuk pada berbagai proses termodinamika.
Dalam pembahasan berikut, digunakan beberapa konsep utama seperti kalor, usaha gas, energi dalam, Hukum I Termodinamika, serta proses isobarik, isokhorik, isotermal, dan adiabatik. Rumus yang digunakan akan disajikan dalam bentuk sederhana agar mudah diterapkan dalam perhitungan.
Soal Nomor 1
Pertanyaan
Sebuah sistem menerima kalor sebesar 500 J dan melakukan usaha sebesar 200 J terhadap lingkungan. Berapakah perubahan energi dalam sistem?
Pilihan Jawaban
A. 200 J
B. 300 J
C. 500 J
D. 700 J
E. 1.000 J
Jawaban Benar
B. 300 J
Pembahasan Lengkap
Menurut Hukum I Termodinamika:
ΔU = Q − W
Diketahui Q = 500 J dan W = 200 J.
ΔU = 500 − 200 = 300 J
Jadi, perubahan energi dalam sistem adalah 300 J.
Kompetensi yang Diukur
Memahami penerapan Hukum I Termodinamika.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan perubahan energi dalam berdasarkan kalor dan usaha.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C3 – Menerapkan
Tingkat Kesulitan
Mudah
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit
Soal Nomor 2
Pertanyaan
Suatu gas menerima kalor sebesar 800 J. Gas tersebut melakukan usaha sebesar 300 J. Perubahan energi dalam gas adalah …
Pilihan Jawaban
A. 300 J
B. 400 J
C. 500 J
D. 800 J
E. 1.100 J
Jawaban Benar
C. 500 J
Pembahasan Lengkap
Gunakan Hukum I Termodinamika:
ΔU = Q − W
ΔU = 800 − 300 = 500 J
Jadi, perubahan energi dalam gas adalah 500 J.
Kompetensi yang Diukur
Menerapkan Hukum I Termodinamika pada suatu sistem.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menghitung perubahan energi dalam dari nilai kalor dan usaha.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C3 – Menerapkan
Tingkat Kesulitan
Mudah
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit
Soal Nomor 3
Pertanyaan
Sebuah gas mengalami proses pada volume tetap. Jika gas menerima kalor sebesar 600 J, berapakah usaha yang dilakukan gas?
Pilihan Jawaban
A. 0 J
B. 100 J
C. 300 J
D. 600 J
E. 1.200 J
Jawaban Benar
A. 0 J
Pembahasan Lengkap
Pada proses volume tetap atau isokhorik, tidak terjadi perubahan volume. Karena itu, usaha gas bernilai nol.
W = 0
Jadi, usaha yang dilakukan gas adalah 0 J.
Kompetensi yang Diukur
Memahami karakteristik proses isokhorik.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan usaha pada proses dengan volume tetap.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C2 – Memahami
Tingkat Kesulitan
Mudah
Estimasi Waktu Pengerjaan
1 menit
Soal Nomor 4
Pertanyaan
Gas dalam sebuah piston mengembang pada tekanan tetap 2 × 10⁵ Pa. Volume gas bertambah dari 0,02 m³ menjadi 0,05 m³. Besar usaha yang dilakukan gas adalah …
Pilihan Jawaban
A. 3.000 J
B. 4.000 J
C. 5.000 J
D. 6.000 J
E. 8.000 J
Jawaban Benar
D. 6.000 J
Pembahasan Lengkap
Pada proses tekanan tetap, usaha dapat dihitung dengan:
W = P × ΔV
Perubahan volume:
ΔV = 0,05 − 0,02 = 0,03 m³
Maka:
W = 2 × 10⁵ × 0,03 = 6.000 J
Jadi, usaha yang dilakukan gas adalah 6.000 J.
Kompetensi yang Diukur
Menghitung usaha pada proses tekanan tetap.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menggunakan hubungan tekanan, perubahan volume, dan usaha.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C3)
C3 – Menerapkan
Tingkat Kesulitan
Sedang
Estimasi Waktu Pengerjaan
3 menit
Soal Nomor 5
Pertanyaan
Sebuah gas dikompresi sehingga lingkungan melakukan usaha sebesar 400 J terhadap gas. Jika gas tidak menerima maupun melepaskan kalor, perubahan energi dalam gas adalah …
Pilihan Jawaban
A. −400 J
B. −200 J
C. 0 J
D. 200 J
E. 400 J
Jawaban Benar
E. 400 J
Pembahasan Lengkap
Gas tidak menerima atau melepaskan kalor sehingga:
Q = 0
Karena gas dikompresi, usaha dilakukan terhadap gas sebesar 400 J. Dengan konvensi W sebagai usaha yang dilakukan gas, berarti:
W = −400 J
Maka:
ΔU = Q − W
ΔU = 0 − (−400) = 400 J
Jadi, energi dalam gas bertambah sebesar 400 J.
Kompetensi yang Diukur
Menganalisis tanda kalor dan usaha dalam Hukum I Termodinamika.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan perubahan energi dalam pada proses kompresi adiabatik.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C4)
C4 – Menganalisis
Tingkat Kesulitan
Sedang
Estimasi Waktu Pengerjaan
3 menit
Soal Nomor 6
Pertanyaan
Pada proses isobarik, tekanan suatu gas adalah 1,5 × 10⁵ Pa. Volume gas berubah dari 0,01 m³ menjadi 0,03 m³. Besar usaha yang dilakukan gas adalah …
Pilihan Jawaban
A. 1.500 J
B. 2.000 J
C. 2.500 J
D. 3.000 J
E. 4.500 J
Jawaban Benar
D. 3.000 J
Pembahasan Lengkap
Diketahui:
P = 1,5 × 10⁵ Pa
ΔV = 0,03 − 0,01 = 0,02 m³
Usaha:
W = P × ΔV
W = 1,5 × 10⁵ × 0,02 = 3.000 J
Jadi, usaha yang dilakukan gas adalah 3.000 J.
Kompetensi yang Diukur
Menghitung usaha pada proses isobarik.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menghitung usaha berdasarkan tekanan dan perubahan volume.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C3)
C3 – Menerapkan
Tingkat Kesulitan
Sedang
Estimasi Waktu Pengerjaan
3 menit
Soal Nomor 7
Pertanyaan
Suatu gas menerima kalor sebesar 1.000 J dan mengalami perubahan energi dalam sebesar 600 J. Berapakah usaha yang dilakukan gas?
Pilihan Jawaban
A. 200 J
B. 300 J
C. 400 J
D. 600 J
E. 1.600 J
Jawaban Benar
C. 400 J
Pembahasan Lengkap
Hukum I Termodinamika:
ΔU = Q − W
Maka:
W = Q − ΔU
W = 1.000 − 600 = 400 J
Jadi, usaha yang dilakukan gas adalah 400 J.
Kompetensi yang Diukur
Menganalisis hubungan kalor, usaha, dan energi dalam.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan usaha dari kalor dan perubahan energi dalam.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C4)
C4 – Menganalisis
Tingkat Kesulitan
Sedang
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit
Soal Nomor 8
Pertanyaan
Pada proses isotermal gas ideal, suhu gas tetap. Jika gas mengalami ekspansi, perubahan energi dalam gas ideal adalah …
Pilihan Jawaban
A. Bertambah
B. Berkurang
C. Tetap nol
D. Tidak dapat ditentukan
E. Selalu negatif
Jawaban Benar
C. Tetap nol
Pembahasan Lengkap
Untuk gas ideal, energi dalam hanya bergantung pada suhu. Pada proses isotermal, suhu tetap.
Karena suhu tidak berubah, energi dalam juga tidak berubah.
Jadi:
ΔU = 0
Jadi, perubahan energi dalam gas adalah nol.
Kompetensi yang Diukur
Memahami hubungan suhu dan energi dalam gas ideal.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan perubahan energi dalam pada proses isotermal.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C2)
C2 – Memahami
Tingkat Kesulitan
Sedang
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit
Soal Nomor 9
Pertanyaan
Sebuah mesin kalor menyerap kalor 2.000 J dari reservoir panas dan menghasilkan usaha 500 J. Kalor yang dilepaskan ke reservoir dingin adalah …
Pilihan Jawaban
A. 500 J
B. 1.000 J
C. 1.500 J
D. 2.000 J
E. 2.500 J
Jawaban Benar
C. 1.500 J
Pembahasan Lengkap
Pada mesin kalor berlaku:
Qₕ = W + Qc
Sehingga:
Qc = Qₕ − W
Qc = 2.000 − 500 = 1.500 J
Jadi, kalor yang dilepaskan ke reservoir dingin adalah 1.500 J.
Kompetensi yang Diukur
Memahami hubungan kalor dan usaha pada mesin kalor.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan kalor yang dilepaskan oleh mesin kalor.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C3)
C3 – Menerapkan
Tingkat Kesulitan
Sedang
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit
Soal Nomor 10
Pertanyaan
Sebuah mesin kalor menyerap kalor sebesar 4.000 J dan menghasilkan usaha sebesar 1.000 J. Efisiensi mesin kalor tersebut adalah …
Pilihan Jawaban
A. 20%
B. 25%
C. 30%
D. 40%
E. 50%
Jawaban Benar
B. 25%
Pembahasan Lengkap
Efisiensi mesin kalor:
η = W/Qₕ × 100%
η = 1.000/4.000 × 100%
η = 25%
Jadi, efisiensi mesin kalor adalah 25%.
Kompetensi yang Diukur
Menghitung efisiensi mesin kalor.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan efisiensi mesin kalor berdasarkan kalor masuk dan usaha yang dihasilkan.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C3)
C3 – Menerapkan
Tingkat Kesulitan
Sedang
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit
Soal Nomor 11
Pertanyaan
Sebuah gas menerima kalor sebesar 1.200 J dan melakukan usaha sebesar 450 J. Perubahan energi dalam gas adalah …
Pilihan Jawaban
A. 450 J
B. 650 J
C. 750 J
D. 1.200 J
E. 1.650 J
Jawaban Benar
C. 750 J
Pembahasan Lengkap
Menurut Hukum I Termodinamika:
ΔU = Q − W
ΔU = 1.200 − 450 = 750 J
Jadi, perubahan energi dalam gas adalah 750 J.
Kompetensi yang Diukur
Menerapkan Hukum I Termodinamika.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menghitung perubahan energi dalam berdasarkan kalor dan usaha.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C3 – Menerapkan
Tingkat Kesulitan
Mudah
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit
Soal Nomor 12
Pertanyaan
Gas melakukan usaha sebesar 800 J terhadap lingkungan dan mengalami penurunan energi dalam sebesar 300 J. Kalor yang diterima gas adalah …
Pilihan Jawaban
A. 300 J
B. 500 J
C. 800 J
D. 1.100 J
E. 1.500 J
Jawaban Benar
B. 500 J
Pembahasan Lengkap
Diketahui:
ΔU = −300 J
W = 800 J
Dari:
ΔU = Q − W
Maka:
Q = ΔU + W
Q = −300 + 800 = 500 J
Jadi, kalor yang diterima gas adalah 500 J.
Kompetensi yang Diukur
Menganalisis hubungan kalor, usaha, dan energi dalam.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan kalor berdasarkan perubahan energi dalam dan usaha.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C4 – Menganalisis
Tingkat Kesulitan
Sedang
Estimasi Waktu Pengerjaan
3 menit
Soal Nomor 13
Pertanyaan
Sebuah gas mengembang pada tekanan tetap 3 × 10⁵ Pa. Volume gas bertambah dari 0,02 m³ menjadi 0,04 m³. Usaha yang dilakukan gas adalah …
Pilihan Jawaban
A. 3.000 J
B. 4.000 J
C. 5.000 J
D. 6.000 J
E. 9.000 J
Jawaban Benar
D. 6.000 J
Pembahasan Lengkap
Perubahan volume:
ΔV = 0,04 − 0,02 = 0,02 m³
Usaha:
W = P × ΔV
W = 3 × 10⁵ × 0,02 = 6.000 J
Jadi, usaha yang dilakukan gas adalah 6.000 J.
Kompetensi yang Diukur
Menghitung usaha pada proses isobarik.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan usaha berdasarkan tekanan dan perubahan volume.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C3 – Menerapkan
Tingkat Kesulitan
Sedang
Estimasi Waktu Pengerjaan
3 menit
Soal Nomor 14
Pertanyaan
Pada proses isokhorik, gas menerima kalor sebesar 900 J. Perubahan energi dalam gas adalah …
Pilihan Jawaban
A. 0 J
B. 300 J
C. 600 J
D. 900 J
E. 1.800 J
Jawaban Benar
D. 900 J
Pembahasan Lengkap
Pada proses isokhorik, volume tetap sehingga usaha yang dilakukan gas adalah:
W = 0
Menurut Hukum I Termodinamika:
ΔU = Q − W
ΔU = 900 − 0 = 900 J
Jadi, perubahan energi dalam gas adalah 900 J.
Kompetensi yang Diukur
Memahami proses isokhorik.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan perubahan energi dalam pada volume tetap.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C3 – Menerapkan
Tingkat Kesulitan
Mudah
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit
Soal Nomor 15
Pertanyaan
Suatu gas mengalami proses isotermal. Jika gas ideal mengembang dan melakukan usaha sebesar 600 J, kalor yang diterima gas adalah …
Pilihan Jawaban
A. 0 J
B. 300 J
C. 600 J
D. 900 J
E. 1.200 J
Jawaban Benar
C. 600 J
Pembahasan Lengkap
Pada proses isotermal gas ideal, suhu tetap sehingga:
ΔU = 0
Hukum I Termodinamika:
ΔU = Q − W
0 = Q − 600
Q = 600 J
Jadi, kalor yang diterima gas adalah 600 J.
Kompetensi yang Diukur
Menganalisis proses isotermal gas ideal.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan kalor pada proses isotermal.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C4 – Menganalisis
Tingkat Kesulitan
Sedang
Estimasi Waktu Pengerjaan
3 menit
Soal Nomor 16
Pertanyaan
Sebuah mesin kalor menyerap kalor 5.000 J dari sumber panas dan melepaskan kalor 3.500 J ke lingkungan. Usaha yang dihasilkan mesin adalah …
Pilihan Jawaban
A. 1.000 J
B. 1.500 J
C. 2.000 J
D. 3.500 J
E. 8.500 J
Jawaban Benar
B. 1.500 J
Pembahasan Lengkap
Usaha mesin kalor:
W = Qh − Qc
W = 5.000 − 3.500 = 1.500 J
Jadi, usaha yang dihasilkan mesin adalah 1.500 J.
Kompetensi yang Diukur
Memahami prinsip kerja mesin kalor.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menghitung usaha yang dihasilkan mesin kalor.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C3 – Menerapkan
Tingkat Kesulitan
Mudah
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit
Soal Nomor 17
Pertanyaan
Sebuah mesin kalor menyerap kalor sebesar 2.400 J dan menghasilkan usaha sebesar 600 J. Efisiensi mesin tersebut adalah …
Pilihan Jawaban
A. 20%
B. 25%
C. 30%
D. 40%
E. 50%
Jawaban Benar
B. 25%
Pembahasan Lengkap
Efisiensi mesin kalor:
η = W/Qh × 100%
η = 600/2.400 × 100%
η = 25%
Jadi, efisiensi mesin adalah 25%.
Kompetensi yang Diukur
Menghitung efisiensi mesin kalor.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan efisiensi berdasarkan usaha dan kalor yang diserap.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C3 – Menerapkan
Tingkat Kesulitan
Sedang
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit
Soal Nomor 18
Pertanyaan
Pada suatu siklus termodinamika, sistem kembali ke keadaan awalnya. Perubahan energi dalam selama satu siklus penuh adalah …
Pilihan Jawaban
A. 0 J
B. 100 J
C. 200 J
D. Bergantung pada tekanan
E. Bergantung pada volume
Jawaban Benar
A. 0 J
Pembahasan Lengkap
Energi dalam merupakan fungsi keadaan. Jika sistem kembali ke keadaan awal, nilai energi dalam akhirnya sama dengan nilai awal.
Jadi:
ΔU = 0
Dengan demikian, perubahan energi dalam selama satu siklus penuh adalah 0 J.
Kompetensi yang Diukur
Memahami energi dalam sebagai fungsi keadaan.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan perubahan energi dalam pada proses siklik.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C2)
C2 – Memahami
Tingkat Kesulitan
Sedang
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit
Soal Nomor 19
Pertanyaan
Sebuah gas menerima kalor 1.500 J dan energi dalamnya bertambah 900 J. Usaha yang dilakukan gas adalah …
Pilihan Jawaban
A. 300 J
B. 500 J
C. 600 J
D. 900 J
E. 2.400 J
Jawaban Benar
C. 600 J
Pembahasan Lengkap
Gunakan:
ΔU = Q − W
Maka:
W = Q − ΔU
W = 1.500 − 900 = 600 J
Jadi, usaha yang dilakukan gas adalah 600 J.
Kompetensi yang Diukur
Menerapkan Hukum I Termodinamika.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan usaha dari kalor dan perubahan energi dalam.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C3 – Menerapkan
Tingkat Kesulitan
Mudah
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit
Soal Nomor 20
Pertanyaan
Sebuah gas dikompresi sehingga lingkungan melakukan usaha 700 J terhadap gas. Jika proses berlangsung tanpa pertukaran kalor, perubahan energi dalam gas adalah …
Pilihan Jawaban
A. −700 J
B. −350 J
C. 0 J
D. 350 J
E. 700 J
Jawaban Benar
E. 700 J
Pembahasan Lengkap
Karena tidak ada pertukaran kalor:
Q = 0
Usaha dilakukan terhadap gas sebesar 700 J, sehingga usaha oleh gas:
W = −700 J
Maka:
ΔU = Q − W
ΔU = 0 − (−700) = 700 J
Jadi, energi dalam gas bertambah 700 J.
Kompetensi yang Diukur
Menganalisis proses kompresi tanpa pertukaran kalor.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan perubahan energi dalam ketika usaha dilakukan terhadap gas.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C4 – Menganalisis
Tingkat Kesulitan
Sedang
Estimasi Waktu Pengerjaan
3 menit
Soal Nomor 21
Pertanyaan
Proses termodinamika yang berlangsung pada tekanan tetap disebut …
Pilihan Jawaban
A. Isotermal
B. Isokhorik
C. Isobarik
D. Adiabatik
E. Siklik
Jawaban Benar
C. Isobarik
Pembahasan Lengkap
Proses isobarik adalah proses termodinamika yang berlangsung pada tekanan tetap.
Jadi, jawaban yang benar adalah isobarik.
Kompetensi yang Diukur
Mengidentifikasi jenis proses termodinamika.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu membedakan proses isobarik, isokhorik, dan isotermal.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C1 – Mengingat
Tingkat Kesulitan
Mudah
Estimasi Waktu Pengerjaan
1 menit
Soal Nomor 22
Pertanyaan
Proses termodinamika yang berlangsung pada suhu tetap disebut …
Pilihan Jawaban
A. Isobarik
B. Isokhorik
C. Isotermal
D. Adiabatik
E. Siklik
Jawaban Benar
C. Isotermal
Pembahasan Lengkap
Isotermal berarti proses berlangsung pada suhu tetap.
Jadi, jawaban yang benar adalah isotermal.
Kompetensi yang Diukur
Mengidentifikasi karakteristik proses isotermal.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu mengenali proses berdasarkan besaran yang dipertahankan tetap.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C1–C6)
C1 – Mengingat
Tingkat Kesulitan
Mudah
Estimasi Waktu Pengerjaan
1 menit
Soal Nomor 23
Pertanyaan
Pada proses adiabatik, kondisi yang berlaku adalah …
Pilihan Jawaban
A. Suhu selalu tetap
B. Tekanan selalu tetap
C. Volume selalu tetap
D. Tidak terjadi pertukaran kalor dengan lingkungan
E. Energi dalam selalu nol
Jawaban Benar
D. Tidak terjadi pertukaran kalor dengan lingkungan
Pembahasan Lengkap
Proses adiabatik adalah proses ketika sistem tidak mengalami pertukaran kalor dengan lingkungan.
Dengan demikian:
Q = 0
Jadi, jawaban yang benar adalah D.
Kompetensi yang Diukur
Memahami karakteristik proses adiabatik.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menjelaskan kondisi pertukaran kalor pada proses adiabatik.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C2)
C2 – Memahami
Tingkat Kesulitan
Mudah
Estimasi Waktu Pengerjaan
1 menit
Soal Nomor 24
Pertanyaan
Sebuah gas melakukan usaha 400 J dalam proses adiabatik. Perubahan energi dalam gas adalah …
Pilihan Jawaban
A. −400 J
B. −200 J
C. 0 J
D. 200 J
E. 400 J
Jawaban Benar
A. −400 J
Pembahasan Lengkap
Pada proses adiabatik:
Q = 0
Menurut Hukum I Termodinamika:
ΔU = Q − W
ΔU = 0 − 400 = −400 J
Jadi, perubahan energi dalam gas adalah −400 J.
Kompetensi yang Diukur
Menerapkan Hukum I Termodinamika pada proses adiabatik.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan perubahan energi dalam ketika gas melakukan usaha tanpa menerima kalor.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C3)
C3 – Menerapkan
Tingkat Kesulitan
Sedang
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit
Soal Nomor 25
Pertanyaan
Sebuah gas berada dalam silinder dengan tekanan tetap 2 × 10⁵ Pa. Jika volumenya bertambah 0,015 m³, usaha yang dilakukan gas adalah …
Pilihan Jawaban
A. 1.500 J
B. 2.000 J
C. 3.000 J
D. 4.000 J
E. 5.000 J
Jawaban Benar
C. 3.000 J
Pembahasan Lengkap
Gunakan:
W = P × ΔV
W = 2 × 10⁵ × 0,015
W = 3.000 J
Jadi, usaha yang dilakukan gas adalah 3.000 J.
Kompetensi yang Diukur
Menghitung usaha pada proses isobarik.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menggunakan persamaan usaha pada tekanan tetap.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C3)
C3 – Menerapkan
Tingkat Kesulitan
Sedang
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit
Soal Nomor 26
Pertanyaan
Sebuah mesin kalor menyerap kalor 3.000 J dan memiliki efisiensi 30%. Besar usaha yang dihasilkan adalah …
Pilihan Jawaban
A. 600 J
B. 700 J
C. 800 J
D. 900 J
E. 1.000 J
Jawaban Benar
D. 900 J
Pembahasan Lengkap
Efisiensi:
η = W/Qh × 100%
Maka:
W = 30% × 3.000
W = 900 J
Jadi, usaha yang dihasilkan mesin adalah 900 J.
Kompetensi yang Diukur
Menghitung usaha berdasarkan efisiensi mesin kalor.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan usaha dari nilai efisiensi dan kalor masuk.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C3)
C3 – Menerapkan
Tingkat Kesulitan
Sedang
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit
Soal Nomor 27
Pertanyaan
Sebuah sistem menerima kalor 1.000 J dan energi dalamnya bertambah 1.400 J. Berdasarkan Hukum I Termodinamika, usaha yang dilakukan sistem adalah …
Pilihan Jawaban
A. −400 J
B. −200 J
C. 400 J
D. 600 J
E. 2.400 J
Jawaban Benar
A. −400 J
Pembahasan Lengkap
Diketahui:
Q = 1.000 J
ΔU = 1.400 J
Gunakan:
ΔU = Q − W
Maka:
W = Q − ΔU
W = 1.000 − 1.400 = −400 J
Tanda negatif menunjukkan bahwa usaha dilakukan terhadap sistem.
Jadi, usaha yang dilakukan sistem adalah −400 J.
Kompetensi yang Diukur
Menganalisis tanda usaha dalam Hukum I Termodinamika.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan arah usaha berdasarkan hubungan kalor dan energi dalam.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C4)
C4 – Menganalisis
Tingkat Kesulitan
Sulit
Estimasi Waktu Pengerjaan
3 menit
Soal Nomor 28
Pertanyaan
Jika sebuah gas melakukan usaha positif terhadap lingkungan, maka secara umum gas sedang mengalami …
Pilihan Jawaban
A. Kompresi
B. Ekspansi
C. Pendinginan selalu
D. Pemadatan
E. Perubahan massa
Jawaban Benar
B. Ekspansi
Pembahasan Lengkap
Ketika gas mengembang atau mengalami ekspansi, gas mendorong lingkungan sehingga gas melakukan usaha terhadap lingkungan.
Dalam konvensi yang digunakan pada soal-soal sebelumnya, usaha gas bernilai positif.
Jadi, jawabannya adalah ekspansi.
Kompetensi yang Diukur
Memahami hubungan usaha dengan perubahan volume gas.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu mengidentifikasi proses gas berdasarkan tanda usaha.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C2)
C2 – Memahami
Tingkat Kesulitan
Mudah
Estimasi Waktu Pengerjaan
1 menit
Soal Nomor 29
Pertanyaan
Sebuah gas mengalami kompresi pada tekanan tetap 1,5 × 10⁵ Pa. Volume gas berkurang dari 0,06 m³ menjadi 0,04 m³. Usaha yang dilakukan gas adalah …
Pilihan Jawaban
A. −3.000 J
B. −2.000 J
C. 0 J
D. 2.000 J
E. 3.000 J
Jawaban Benar
A. −3.000 J
Pembahasan Lengkap
Perubahan volume:
ΔV = 0,04 − 0,06 = −0,02 m³
Usaha:
W = P × ΔV
W = 1,5 × 10⁵ × (−0,02)
W = −3.000 J
Tanda negatif menunjukkan bahwa usaha dilakukan terhadap gas.
Jadi, usaha yang dilakukan gas adalah −3.000 J.
Kompetensi yang Diukur
Menganalisis usaha pada proses kompresi.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menentukan usaha gas berdasarkan perubahan volume dan tekanan.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C4)
C4 – Menganalisis
Tingkat Kesulitan
Sedang
Estimasi Waktu Pengerjaan
3 menit
Soal Nomor 30
Pertanyaan
Pernyataan yang paling tepat mengenai Hukum I Termodinamika adalah …
Pilihan Jawaban
A. Kalor yang diberikan selalu berubah seluruhnya menjadi usaha
B. Energi tidak dapat berpindah dari satu sistem ke sistem lain
C. Perubahan energi dalam berkaitan dengan kalor dan usaha
D. Suhu sistem selalu tetap dalam semua proses
E. Tekanan sistem selalu konstan
Jawaban Benar
C. Perubahan energi dalam berkaitan dengan kalor dan usaha
Pembahasan Lengkap
Hukum I Termodinamika menyatakan hubungan antara perubahan energi dalam, kalor, dan usaha:
ΔU = Q − W
Artinya, perubahan energi dalam sistem dipengaruhi oleh kalor yang diterima atau dilepaskan serta usaha yang dilakukan sistem.
Jadi, jawaban yang benar adalah C.
Kompetensi yang Diukur
Memahami konsep dasar Hukum I Termodinamika.
Indikator Pembelajaran
Peserta didik mampu menjelaskan hubungan energi dalam, kalor, dan usaha.
Level Kognitif (Taksonomi Bloom C2)
C2 – Memahami
Tingkat Kesulitan
Sedang
Estimasi Waktu Pengerjaan
2 menit
Kesimpulan
Termodinamika fisika membahas hubungan antara kalor, usaha, suhu, tekanan, volume, dan energi dalam. Konsep penting yang perlu dikuasai meliputi Hukum I Termodinamika, proses isobarik, isokhorik, isotermal, dan adiabatik.
Dalam perhitungan, Hukum I Termodinamika dapat digunakan untuk menentukan perubahan energi dalam melalui hubungan ΔU = Q − W. Pemahaman tanda positif dan negatif pada kalor serta usaha juga penting agar hasil perhitungan tidak keliru. Selain itu, konsep efisiensi mesin kalor dapat digunakan untuk menganalisis seberapa besar kalor yang diubah menjadi usaha.
