Besaran yang menunjukkan ukuran ketidakteraturan adalah entropi S. Entropi merupakan suatu fungsi yang tergantung pada keadan sistem. Entropi suatu sistem berubah dari satu keadaan ke keadaan yang lain dengan definisi:

\(\Delta S = \int \frac{dQ_{rev}}{T} \)

dQ_rev adalah panas yang harus ditambahkan pada sistem dalam suatu proses reversibel untuk membawa dari keadaan awal ke keadaaan akhirnya, dQ_rev bernilai positif (+) jika panas ditambahkan pada sistem dan bernilai negatif (-) jika panas diambil dari sistem.

Mari kita melihat entropi sistem pada berbagai keadaan. Mari kita tinjau zat yang dipanaskan pada tekanan tetap dari temperatur T₁ menjadi temperatur T₂ . Untuk menaikkan suhunya panas yang diserap adalah dQ. Kaitan antara dQ dengan perubahan suhunya adalah:

\(dQ = C_p dt \)

Hantaran panas antara dua sistem yang memiliki beda temperatur tertentu bersifat tak dapat balik atau irreversibel. Entropi merupakan fungsi keadaan jadi tidak tergantung pada proses. Maka perubahan entropi pada sistem adalah:

\(dS = \frac{dQ}{T} = C_p \frac{dT}{T} \)

atau

\(\Delta S = C_p \int _{T_1}^{T_2} \frac{dT}{T} = C_p \ln \frac{T_2}{T_1} \)

Bila T₂ > T₁ maka perubahan entropi positif, dan sebaliknya jika T₂ < T₁ maka perubahan entropinya negatif.

Sekarang kita tinjau pemuaian reversibel pada suhu tetap suatu gas yang memiliki suhu T dari volume V₁ sampai V₂ Karena suhu tetap maka tenaga internalnya nol dan Q = W. Usaha dilakukan gas dan panas diserap sistem dari tandon pada temperatur T. Perubahan entropi gas adalah:

\(dS = \frac{dQ}{T} = \frac{dW}{T} \)

sehingga

\begin{aligned}
\Delta S &= \int _{VT_1}^{V_2} \frac{PdV}{T} \\
&= \int _{VT_1}^{V_2} \frac{nRdV}{T} \\
&= nR\ln \frac{V_2}{V_1}
\end{aligned}

Jika V₂ lebih besar daripada V₁ maka perubahan entropi gas bernilai positif. Pada proses ini sejumlah panas Q meninggalkan tandon dan memasuki gas. Jumlah panas ini sama dengan usaha yang dilakukan oleh gas. Perubahan entropi gas adalah positif, karena Q=W positif, tetapi perubahan entropi tandon negatif karena Q negatif atau Q keluar dari tandon. Jadi total perubahan entropi gas dan tandon adalah nol. Sistem gas dan tandon kita katakan sebagai semesta. Semesta adalah sistem dan lingkungannya. Dengan demikian kita bisa mengambil kesimpulan :

Pada proses reversibel, perubahan entropi semesta adalah nol

Bagaimana jika prosesnya tidak reversibel? Misalkan saja gas pada suhu T dan gas memuai secara bebas dari volume V₁ menjadi V₂ . Pada pemuaian bebas tidak ada usaha yang dilakukan dan tidak ada panas yang dipindah. Jadi kita biarkan gas memuai sendiri. Prosesnya tidak reversibel, maka kita tidak bisa mengunakan \(\int \frac{Q}{T} \) untuk mencari perubahan entropi gas. Akan tetapi karena keadaan awal sama dengan keadaan akhir pada proses isotermal maka perubahan entropi untuk pemuaian bebas sama dengan perubahan entropi pada pemuaian isotermal. Maka perubahan entropi pada pemuaian bebas:

\(\Delta S = nR\ln \frac{V_2}{V_1} \)

V₂ lebih besar dari V₁ karena terjadi pemuaian bebas, maka perubahan entropi semesta untuk proses irreversibel bernilai positif, atau entropinya naik, maka kita bisa mengatakan pada proses irreversibel entropi semesta naik.

Bagaimana jika volume akhir lebih kecil dari volume mula-mula? Bila ini terjadi maka entropi semesta akan turun, akan tetapi hal ini tak mungkin terjadi karena gas tidak bisa secara bebas menyusut dengan sendirinya menjadi volume yang lebih kecil. Maka kita sekarang bisa menyatakan hukum termodinamika kedua menjadi untuk sembarang proses, entropi semesta tak pernah berkurang.

\(\frac{Q}{t} =e\sigma A T^4 \)

Dengan :
\(\frac{Q}{t}\) = kalor yang dipindahkan persatuan waktu (J/s)
A = luas permukaan (m²)
e = emitivitas
σ = tetapan Stefan – Boltzmann (5,67 x 10^-8 W/m²K⁴)
T = suhu (K)

Contoh Soal 1:
Laju radiasi oleh benda hitam pada suhu 0^oC adalah E watt. Jika suhu benda hitam 273^oC, laju radiasinya ….
A. 24E
B. 16E
C. 12E
D. 8E
E. 4E

Pembahasan :
Diketahui :
T = 0^oC + 273 = 273 K
T’ = 273^oC + 273 = 546 K
\(\frac{Q}{t}\)= E
Ditanyakan : \((\frac{Q}{t})’\)= ?

\begin{aligned}
\frac{(\frac{Q}{t})}{(\frac{Q}{t})’} &=(\frac{T}{T’})^4 \\
\frac{(E)}{(\frac{Q}{t})’} &=(\frac{273}{546})^4 \\
\frac{(E)}{(\frac{Q}{t})’} &=(\frac{1}{2})^4 \\
\frac{(E)}{(\frac{Q}{t})’} &=(\frac{1}{16}) \\
(\frac{Q}{t})’ &= 16E
\end{aligned}

Jawaban : B

Contoh Soal 2 :
Jika kita berada di dekat api unggun maka kalor akan merambat dari api unggun ke tubuh kita melalui proses ….
A. radiasi dan konveksi
B. radiasi dan konduksi
C. konduksi dan konveksi
D. radiasi
E. konveksi

Pembahasan :
Api unggun di dekat kita merambat melalui radiasi dan konveksi. Radiasi yang merambat berlangsung cepat sehingga langsung terasa hangat mengenai tubuh kita, sementara aliran kalor secara konveksi melalui perpindahan molukel udara berlangsung lama.

Jawaban : A

Contoh Soal 3 :
Jumlah kalor yang dipancarkan oleh sebuah benda yang suhunya lebih besar dari 0oK berbanding lurus dengan :
A. suhunya
B. pangkat dua dari suhunya
C. suhu keliling
D. massa benda itu
E. luas permukaan benda

Pembahasan :
Persamaan perpindahan kalor secara radiasi adalah sebagai berikut :
\(\frac{Q}{t}\)=eσAT⁴
Dari persamaan di atas, maka jumlah kalor yang dipancarkan berbanding lurus terhadap luas permukaan benda (A)

Jawaban : E

Contoh Soal 4 :
Suatu benda hitam pada suhu 27^oC memancarkan energi R J/s. Benda hitam tersebut dipanasi hingga suhunya menjadi 327^oC. Energi yang dipancarkan menjadi ….
A. 2 R
B. 4 R
C. 6 R
D. 12 R
E. 16 R

Pembahasan :
T = 27^oC + 273 = 300 K
\(\frac{Q}{t}\)=R J/s
T’ = 327^oC + 273 = 600 K

\begin{aligned}
\frac{(\frac{Q}{t})}{(\frac{Q}{t})’} &=(\frac{T}{T’})^4 \\
\frac{(R)}{(\frac{Q}{t})’} &=(\frac{300}{600})^4 \\
\frac{(R)}{(\frac{Q}{t})’} &=(\frac{1}{2})^4 \\
\frac{(R)}{(\frac{Q}{t})’} &=(\frac{1}{16}) \\
(\frac{Q}{t})’ &= 16R
\end{aligned}

Jawaban : E

Contoh Soal 5 :
Benda hitam pada suhu T memancarkan radiasi dengan daya sebesar 300 mW. Radiasi benda hitam tersebut pada suhu ½ T akan menghasilkan daya sebesar ….
A. 300 mW
B. 150 mW
C. 75 mW
D. 37,5 mW
E. 18,75 mW

Pembahasan :
T = T –> daya P = 300 mW
T’ = ½ T –> daya P’ = ?
\(\frac{Q}{t}\)=P maka ;

\begin{aligned}
\frac{(P}{(P’} &=(\frac{T}{T’})^4 \\
\frac{(300)}{(P)’} &=(\frac{T}{\frac{1}{2}}T)^4 \\
\frac{(300)}{(P)’} &=(2)^4 \\
\frac{(300)}{(P)’} &=(16) \\
(P)’ &= \frac{300}{16} \\
&= 18,75 \quad \textrm{mW}
\end{aligned}

Jawaban : E

Perpindahan kalor secara konduksi terjadi pada zat padat tanpa disertai perpindahan molekul. Besar kalor yang merambat tiap satuan waktu dinyatakan sebagai persamaan berikut :

\begin{aligned}
\frac{Q}{t} &= k\frac{A}{l}\Delta T
\end{aligned}

Dengan :
\(\frac{Q}{t} \) = kalor tiap satuan waktu (J/s)
k = koefisien konduksi (J/m.s.^oC)
A = luas permukaan (m²)
l = panjang kawat (m)
ΔT = perubahan suhu (^oC)

Contoh Soal 1 :
Dua batang logam A dan B dengan ukuran yang sama, tetapi jenis logam berbeda disambungkan seperti gambar berikut.

Jika koefisien konduksi termal A adalah 2 kali koefisien konduksi termal B, suhu pada sambungan A dan B adalah ….
A. 75^oC
B. 60^oC
C. 55^oC
D. 50^oC
E. 40^oC
 
Pembahasan :

\begin{aligned}
(\frac{Q}{t})_A &= (\frac{Q}{t})_B \\
k_A\frac{A_A}{l_A}\Delta T_A &= k_B\frac{A_B}{l_B}\Delta T_B \\
2k_B(75-T_a) &= k_B(T_a – 0) \\
2(75 – T_a) &= (T_a – 0) \\
150 – 2T_a &= T_a \\
3T_a &= 150 \\
T_a &= 50 \quad ^o\textrm{C}
\end{aligned}

Jawaban : D

Contoh Soal 2 :
Dua batang logam sejenis A dan B. Perbandingan luas penampang A dan B = 2 : 1, sedangkan panjangnya = 4 : 3. Jika perbedaan suhu ujung-ujung kedua batang sama, rambatan kalor tiap satuan waktu pada A dan B adalah ….
A. 1 : 1
B. 2 : 3
C. 3 : 2
D. 3 : 8
E. 8 : 3

Pembahasan :

\begin{aligned}
\Delta T_A &= \Delta T_B \\
(\frac{Q}{t})_A (\frac{l_A}{kA_A}) &= (\frac{Q}{t})_B (\frac{l_B}{kA_B}) \\
(\frac{Q}{t})_A (\frac{4}{2}) &= (\frac{Q}{t})_B (\frac{3}{1}) \\
\frac{(\frac{Q}{t})_A)}{(\frac{Q}{t})_B} &=\frac{(\frac{3}{1})}{(\frac{4}{2})} \\
\frac{(\frac{Q}{t})_A)}{(\frac{Q}{t})_B} &= \frac{3}{1}\times \frac{2}{4} \\
&= \frac{6}{4} \\
&= \frac{3}{2}
\end{aligned}

Jawaban : C
 
Contoh Soal 3 :
Dua batang logam yang sama ukurannya, tetapi terbuat dari bahan yang berbeda disambungkan seperti gambar berikut.

Jika konduktivitas termal logam A = 4 kali konduktivitas logam B, suhu pada sambungan kedua logam tersebut adalah ….
A. 45^oC
B. 40^oC
C. 35^oC
D. 30^oC
E. 25^oC

Pembahasan :

\begin{aligned}
(\frac{Q}{t})_A &= (\frac{Q}{t})_B \\
k_A\frac{A_A}{l_A}\Delta T_A &= k_B\frac{A_B}{l_B}\Delta T_B \\
4k_B(50-T_a) &= k_B(T_a – 0) \\
4(50 – T_a) &= (T_a – 0) \\
200 – 4T_a &= T_a \\
5T_a &= 200 \\
T_a &= 40 \quad ^o\textrm{C}
\end{aligned}

Jawaban : B

Contoh Soal : 4
Faktor-faktor yang tidak memengaruhi laju perpindahan kalor secara konduksi pada sebuah logam adalah ….
A. panjang penghantar
B. luas penampang
C. emisivitas
D. perbedaan suhu
E. konduktivitas termal

Pembahasaan :
Emisivitas tidak mempengaruhi laju perpindahan kalor secara konduksi.

Jawaban : C

Contoh Soal : 5
Tiga batang logam yang berbeda jenisnya dilas menjadi bentuk seperti gambar di bawah ini.

Ujung bebas batang pertama bersuhu 100^oC, sedangkan dua ujung lainnya bersuhu 20^oC dan 0 ^oC. Ketiga batang memiliki panjang dan luas penampang sama sedangkan konduktivitas termal batang pertama, kedua, dan ketiga berturut-turut k₁, k₂, dan k₃. Jika hubungan antara ketiganya adalah k₁ = 2k₂ = 3k₃, maka suhu sambungan ketiga batang tersebut adalah ….
A. 10^oC
B. 20^oC
C. 40^oC
D. 60^oC
E. 80^oC

Pembahasan :

Perhatikan gambar perambatan kalor berikut :

Berdasarkan gambar di atas maka :

\begin{aligned}
(\frac{Q}{t})_1 &= (\frac{Q}{t})_2 + (\frac{Q}{t})_3 \\
k_1\frac{A_1}{l_1}\Delta T_1 &= k_2\frac{A_2}{l_2}\Delta T_2 + k_3\frac{A_3}{l_3}\Delta T_3 \\
3k_3(100 – T_s) &= \frac{3}{2}k_3(T_s – 20) + k_3(T_s – 0) \\
300 – 3T_s &= \frac{3}{2}T_s – 30 + T_s \\
300 + 30 &= \frac{3}{2}T_s + T_s + 3T_s \\
330 &= \frac{3}{2}T_s + \frac{2}{2}T_s + \frac{6}{2}T_s \\
330 &= \frac{11}{2}T_s \\
T_s &= \frac{2}{11}\cdot 330 \\
T_s &= 60 \quad ^o\textrm{C}
\end{aligned}

Jawaban : D

Kalor merupakan salah satu bentuk energi yang dapat berpindah dari satu benda ke benda lainnya. Satuan kalor adalah joule atau kalori. Hubungan antara joule dan kalori:

1 kalori = 4,2 joule

1 joule = 0,24 kalori

Pengaruh kalor terhadap suatu benda :

Kalor dapat mengubah suhu benda, dinyatakan dengan persamaan berikut :

Q=m.c.∆T

Dengan :
m = massa benda (kg)
c = kalor jenis benda (J/kgoC)
ΔT = perubahan suhu (oC)
Q = kalor yang diterima/dilepas oleh benda (joule atau kalori)

Kalor dapat mengubah wujud benda.
Pada saat terjadi perubahan wujud zat, suhu benda selalu tetap. Besar kalor yang diperlukan, yaitu :

Q=m.L

L = kalor laten (J/kg atau kal/g)

Wujud zat ada 3 yaitu padat, cair dan gas seperti diilustrasikan pada bagan di bawah ini.

Melebur adalah perubahan wujud zat dari padat menjadi cair.
Membeku adalah perubahan wujud zat dari cair menjadi padat.
Mengembun adalah perubahan wujud zat dari gas menjadi cair.
Menguap adalah perubahan wujud zat dari cair menjadi gas.
Menghablur adalah perubahan wujud zat dari gas menjadi padat
Menyublim adalah perubahan wujud zat dari padat menjadi gas.

Peristiwa perubahan zat yang melepaskan kalor yaitu melebur, menguap, dan menyublim (padat –> gas)
Peristiwa perubahan zat yang membutuhkan/menyerap kalor yaitu membeku, mengembun, dan menghablur (gas –> padat)

Contoh Soal 1 :
Zat cair yang massanya 5 kg dipanaskan dari suhu 20^oC hingga 70^oC. Panas yang dibutuhkan pada pemanasan tersebut adalah 2 x 10⁵ J. Kalor jenis zat tersebut adalah ….
A. 1000 J.kg^-1.^oC^-1
B. 800 J.kg^-1.^oC^-1
C. 600 J.kg^-1.^oC^-1
D. 400 J.kg^-1.^oC^-1
E. 200 J.kg^-1.^oC^-1

Pembahasan :

\begin{aligned}
Q &= m\cdot c\cdot \Delta T \\
2\times 10^5 &= 5\cdot c\cdot (70-20) \\
2\times 10^5 &= 5\cdot c\cdot 50 \\
2\times 10^5 &= 250\cdot c \\
c &= \frac{2\times 10^5}{250} \\
&= \frac{2000\times 10^2}{250} \\
&= 8\times 10^2 \quad \textrm{J.kg}^{-1}.^o\textrm{C}^{-1} \\
&= 800 \quad \textrm{J.kg}^{-1}.^o\textrm{C}^{-1}
\end{aligned}

Jawaban : B

Contoh Soal 2 :
Suatu zat yang mempunyai kalor jenis tinggi akan ….
A. lambat mendidih
B. cepat mendidih
C. lambat melebur
D. lambat naik suhunya jika dipanaskan
E. cepat naik suhunya jika dipanaskan

Pembahasan :
Menurut persamaan : Q = m.c.ΔT, maka kalor jenis berbanding terbalik dengan perubahan suhunya. Semakin besar kalor jenisnya, maka zat tersebut akan lambat naik suhunya jika dipanaskan.

Jawaban : C

Contoh Soal 3 :
Grafik di bawah menunjukkan hubungan antara kenaikan suhu (t) dengan kalor (Q) yang diserap oleh suatu zat padat yang mempunyai kalor lebur 80 kal/g.

Massa zat padat tersebut adalah ….
A. 80 g
B. 75 g
C. 60 g
D. 58 g
E. 45 g

Pembahasan :
Banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk melebur : Q = 6.375 – 375 = 6.000 kal
Massa zat padat :

\begin{aligned}
Q &= m\cdot L \\
6000 &= m\cdot 80 \\
m &= \frac{6000}{80} \\
&= 75 \quad \textrm{g}
\end{aligned}

Jawaban : B

Contoh Soal 4 :
Setengan kilogram es yang suhunya -40^oC dipanaskan sampai tepat seluruhnya melebur. Berapakah kalor yang diperlukan oleh es bila c_es = 0,5 kal/g^oC dan kalor lebur es = 80 kal/g?

Penyelesaian :
m_es = 0,5 kg = 500 g

Proses yang dialami dinyatakan dalam bentuk grafik berikut:

\begin{aligned}
Q_{total} &= Q_{AB} + Q_{BC} \\
&= m\cdot c_{es} \cdot \Delta T + m\cdot L \\
&= 500\cdot 0,5\cdot (0-(-40)) + 500\cdot 80 \\
&= 250\cdot 40 + 40000 \\
&= 10000 + 40000 \\
&= 50.000 \quad \textrm{kal} \\
&= 50 \quad \textrm{kkal}
\end{aligned}

Pemuaian panjang adalah peristiwa bertambah panjang/pendeknya suatu benda apabila dipanaskan/didinginkan.

Persamaan pemuaian panjang adalah sebagai berikut:
\begin{aligned}
\Delta l &= l_o \alpha \Delta T \\
l – l_o &= l_o \alpha \Delta T \\
l &= l_o ( 1 + \alpha \Delta T )
\end{aligned}
Dengan :
l_o = panjang mula-mula (m)
l = panjang setelah perubahan suhu (m)
Δl = perubahan panjang (m)
α = koefisien muai panjang (/^oC)
ΔT = perubahan suhu(^oC)

Berikut ini adalah Contoh Soal dan Pembahasan tentang Pemuaian Panjang :

Contoh Soal 1:
Koefisien muai panjang alumunium adalah 2,6 x 10-5 /^oC. Panjang awal alumunium adalah 8 m pada suhu kamar (25^oC). Jika alumunium dipanaskan hingga 75^oC, pertambahan panjangnya adalah …..
A. 0,10 cm
B. 0,20 cm
C. 1,04 cm
D. 2,08 cm
E. 3,04 cm

Pembahasan :
Diketahui :
α = 2,6 x 10^-5 /^oC
lo = 8 m
ΔT = 75^oC – 25^oC = 50^oC
Ditanyakan :
Δl = ?

\begin{aligned}
\Delta l &= l_o \alpha \Delta T\\
&= 8 \cdot 2,6 \times 10^{-5} \cdot 50 \\
&= 0,0104 \quad \textrm{m} \\
&= 1,04 \quad \textrm{cm}
\end{aligned}

Jawaban : C

Contoh Soal 2:
Suatu batang baja sepanjang 1 m bertambah panjang 1 mm setelah suhunya dinaikkan dari 0^oC menjadi 100^oC. Pertambahan panjang batang baja dengan panjang 80 cm jika dipanaskan dari 0^oC sampai 120^oC adalah ….
A. 0,50 mm
B. 0,60 mm
C. 0,96 mm
D. 1,20 mm
D. 2,40 mm

Pembahasan :

\begin{aligned}
\frac{\Delta l}{l_o \Delta T} &= \frac{\Delta l’}{l_o’ \Delta T’} \\
\frac{1}{1000 \cdot 100} &= \frac{\Delta l’}{800 \cdot 120} \\
\Delta l’ &= \frac{96\times 10^3}{100\times 10^3} \\
&= 0,96 \quad \textrm{mm}
\end{aligned}

Jawaban : C

Contoh Soal 3:
Batang besi sepanjang 1 m pada suhu 0^oC, dipanaskan sampai 100^oC sehingga menyebabkan batang bertambah panjang 1 mm. Jika batang besi lain yang sejenis dengan panjang mula-mula 6 m dipanaskan dari 0^oC sampai 120^oC, pertambahan panjang besi tersebut adalah ….
A. 7,2 mm
B. 6 mm
C. 0,72 mm
D. 0,6 mm
E. 0,24 mm

Pembahasan :

\begin{aligned}
\frac{\Delta l}{l_o \Delta T} &= \frac{\Delta l’}{l_o’ \Delta T’} \\
\frac{1}{1000 \cdot 100} &= \frac{\Delta l’}{6000 \cdot 120} \\
\Delta l’ &= \frac{72\times 10^4}{10\times 10^4} \\
&= 7,2 \quad \textrm{mm}
\end{aligned}

Jawaban : A

Soal No. 1
Sejumlah gas ideal dipanaskan dalam sebuah silinder berpenghisap pada tekanan tetap, maka:
(1) volume gas bertambah
(2) tekanan gas konstan
(3) volume dan temperatur berbanding lurus
(4) massa gas konstan
Pernyataan yang benar adalah nomor ….
A. (1), (2), dan (3)
B. (1) dan (3)
C. (2) dan (4)
D. (4) saja
E. semua benar

Jawaban : E

Soal No. 2
Dua mol gas N₂ pada suhu 27^oC memiliki tekanan 1 atm. Volume gas tersebut adalah ….
A. 50 dm³
B. 40 dm³
C. 30 dm³
D. 20 dm³
E. 10 dm³

Pembahasan :
\(T = 27^o \quad \textrm{C} + 273 = 300 \quad \textrm{K} \)
\begin{aligned}
PV &= nRT \\
1 \times 10^5 \cdot V &= 2\cdot 8,314 \cdot 300 \\
V &= 0,0498 \quad \textrm{m}^3 \\
V &= 50 \quad \textrm{dm}^3
\end{aligned}

Jawaban : A

Soal No. 3
Kelajuan suatu partikel gas ideal pada suhu T Kelvin adalah v. Jika suhu diturunkan hingga menjadi \(\frac{1}{4}\)T, kejauannya akan menjadi ….
A. \(\frac{1}{4}\)v
B. \(\frac{1}{2}\)v
C. v
D. 2v
E. 4v

Pembahasan :

Jawaban : B
\begin{aligned}
\frac{v’}{v} &=\sqrt{\frac{T’}{T}} \\
\frac{v’}{v} &=\sqrt{\frac{\frac{1}{4}T}{T}} \\
\frac{v’}{v} &=\sqrt{\frac{1}{4}} \\
\frac{v’}{v} &=\frac{1}{2} \\
v’ &= \frac{1}{2}v
\end{aligned}

Soal No. 4
Gas ideal menempati sebuah tabung gas yang bocor dengan volume 0,6 m³. Gas tersebut tidak keluar dari tabung karena suhu dan tekanannya sama dengan suhu dan tekanan lingkungan. Jika gas dalam tabung dipanaskan dari suhu 27^oC hingga 77^oC, berapakah volume gas yang keluar dari dalam tabung?
A. 0,5 m³
B. 0,4 m³
C. 0,3 m³
D. 0,2 m³
E. 0,1 m³

Pembahasan :
Diketahui :
V₁ = 0,6m³
T₁ = 27^oC + 273 = 300 K
T₂ = 77^oC + 273 = 350 K
P₁ = P₂

Ditanya : V_{yang keluar} = V₂ – V₁

\begin{aligned}
\frac{P_1 V_1}{T_1} &= \frac{P_2 V_2}{T_2} \\
\frac{P\cdot 0,6}{300} &= \frac{P\cdot V_2}{350} \\
0,002 &= \frac{V_2}{350} \\
V_2 &= 0,7 \quad \textrm{m}^3
\end{aligned}

V_{yang keluar} = V₂ – V₁ = 0,7 m³ – 0,6 m³ = 0,1 m³

Jawaban : E

Soal No. 5
Sepuluh liter gas ideal bersuhu 127^oC mempunyai tekanan 110,4 Pa. Bila k = 1,38 x 10^-23 J/K, maka banyaknya partikel gas adalah ….
A. 2,0 x 10²⁰
B. 2,0 x 10¹⁹
C. 2,0 x 10¹⁸
D. 1,8 x 10²⁰
E. 1,8 x 10¹⁸

Pembahasan :
Diketahui :
V = 10 liter = 10 x 10^-3 m10³
T = 127^oC = 400 K
P = 110,4 Pa = 110,4 N/m²

Ditanya : N?
\begin{aligned}
PV &= NkT \\
110,4 \cdot 10\times 10^{-3} &= N\cdot 1,38 \times 10^{-23} \times 400 \\
N &= 2,0 \times 10^{20}
\end{aligned}

Jawaban : A

Soal No. 6
Jika konstanta Boltzmann = 1,38 x 10^-23 J/K, maka energi kinetik sebuah atom gas helium pada suhu 27^oC adalah ….
A. 2,07 x 10^-21 J
B. 4,14 x 10^-21 J
C. 5,59 x 10^-21 J
D. 6,21 x 10^-21 J
E. 12,42 x 10^-21 J

Pembahasan :
T = 27^oC + 273 = 300 K
\begin{aligned}
Ek &= \frac{3}{2}kT \\
&= \frac{3}{2}\cdot 1,38 \times 10^{-23} \cdot 300 \\
&= 6,21 \times 10^{-21} \quad \textrm{J}
\end{aligned}

Jawaban : D

Soal No. 7
Partikel – partikel gas ideal mempunyai sifat antara lain :
1. selalu bergerak bebas
2. tidak saling tarik menarik antarpartikel
3. tidak mengikuti hukum Newton tentang gerak.
4. bila bertumbukan lenting sempurna
Pernyataan di atas yang benar adalah nomor ….
A. 1, 2, dan 3
B. 1, 3, dan 4
C. 2, 3, dan 4
D. 1 dan 3
E. 1, 2, dan 4

Jawaban : E

Soal No. 8
Suatu gas ideal menempati volume 100 cm³ pada suhu 0^oC dan tekanan 1 atm. Bila suhunya menjadi 50^oC sedangkan tekanan menjadi 2 atm, volume gas menjadi ….
A. 118,3 cm³
B. 84,5 cm³
C. 59,2 cm³
D. 45,5 cm³
E. 38,4 cm³

Pembahasan :
Diketahui :
T₁ = 0^oC + 273 = 273 K
T₂ = 50^oC + 273 = 323 K

\begin{aligned}
\frac{P_1 V_1}{T_1} &= \frac{P_2 V_2}{T_2} \\
\frac{1 \cdot 100}{273} &= \frac{2 \cdot V_2}{323} \\
0,366 &= \frac{2 \cdot V_2}{323} \\
2 V_2 &= 118,32 \\
V_2 &= 59,2 \quad \textrm{cm}^3
\end{aligned}

Jawaban : C

Contoh Soal 1

Titik leleh zat adalah pada suhu 194^oF. Jika dinyatakan dalam satuan K dan ^oC, titik leleh zat adalah ….
A. 318,8 dan 108,8
B. 108,8 dan 318,8
C. 76,2 dan 349,2
D. 90,0 dan 363,0
C. 363,0 dan 90,0

Pembahasan :
Titik leleh suhu di ubah dari Fahrenheit ke Celcius
\begin{aligned}
^o C &= \frac{5}{9} \cdot (^o F – 32) \\
&= \frac{5}{9} \cdot (194 -32) \\
&= \frac{5}{9}\cdot 162 \\
&= 90,0 \quad ^o C
\end{aligned}

Kemudian dari Celcius ke kelvin :

K = ^oC + 273 = 90 + 273 = 363,0

Jawaban : E

Contoh Soal 2

Sebuah termometer tak berskala berisi raksa. Ketika dimasukkan ke adalam es melebur, panjang kolom raksa 5 cm dan ketika dimasukkan ke dalam air mendidih, panjang kolom raksa 30 cm. Ketika termometer menunjukkan 30^oC, panjang kolom raksa adalah ….
A. 6,25 cm
B. 7,50 cm
C. 10,25 cm
D. 12,50 cm
E. 15,0 cm

Pembahasan :
Untuk mengerjakan soal di atas perhatikan diagram di bawah ini :

\begin{aligned}
\frac{30 – 0}{100 – 0} &= \frac{x – 5}{30 – 5} \\
\frac{30}{100} &=\frac{x-5}{25} \\
\frac{30}{4} &= x -5 \\
4x – 20 &= 30 \\
4x &= 50 \\
x &= 12,5 \quad \textrm{cm}
\end{aligned}

Jawaban : D

Contoh Soal 3

Sebuah termometer menunjukkan angka 25 ketika dicelupkan ke dalam es yang sedang melebur pada tekanan 1 atm dan menunjukkan angka 85 ketika dicelupkan ke dalam air yang sedang mendidih pada tekanan 1 atm. Ketika digunakan bersama-sama, jika termometer Celcius menunjukkan angka 55^oC, termometer tersebut menunjukkan angka ….
A. 48
B. 58
C. 66
D. 76
E. 80

Pembahasan :
Perhatikan diagram berikut:

\begin{aligned}
\frac{55 – 0}{100 – 0} &= \frac{x – 25}{85 – 25} \\
\frac{55}{100} &=\frac{x-25}{60} \\
11 &= \frac{x -25}{3} \\
x – 25 &= 33 \\
x &= 58
\end{aligned}

Jawaban : B

Contoh Soal 5

Nilai suhu yang sama ditunjukkan oleh termometer Celcius dan Fahrenheit adalah ….
A. 40^o
B. 20^o
C. -40^o
D. -20^o
E. -32^o

Pembahasan :
Perhatikan gambar berikut :

\begin{aligned}
\frac{x – 0}{100 – 0} &= \frac{x – 32}{212 – 32} \\
\frac{x}{100} &=\frac{x-32}{180} \\
\frac{x}{5} &= \frac{x -32}{9} \\
9x &= 5x – 160 \\
4x &= -160 \\
x &= -40^o
\end{aligned}

Jawaban : C

Contoh Soal 6

Sebuah termometer x menunjukkan bahwa air membeku pada suhu 20^ox dan mendidih pada suhu 100^ox. Suhu 30^oC pada termometer Celcius akan bernilai … pada termometer tersebut.
A. 22^ox
B. 25^ox
C. 26^ox
D. 44^ox
E. 48^ox

Pembahasan :
Perhatikan gambar berikut :

\begin{aligned}
\frac{30 – 0}{100 – 0} &= \frac{x – 20}{100 -20} \\
\frac{30}{100} &= \frac{x-20}{80} \\
6 &= \frac{x-20}{4} \\
x – 20 &= 24 \\
x &= 44 \quad ^o\textrm{C}
\end{aligned}

Jawaban : D

Sebuah bejana dengan kapasitas kalornya 40^oC^-1 berisi 200 gram air suhunya 20^oC. Kemudian k dalam bejana dimasukkan 100 gram kuningan yang suhunya 80^oC. Jika suhu akhir air 22^oC dan kalor jenis air 1 kal.^oC^-1, maka kalor jenis kuningan adalah ….
A. 0,0083 kal.g^{-1 o}C^-1
B. 0,0415 kal.g^{-1 o}C^-1
C. 0,0828 kal.g^{-1 o}C^-1
D. 0,4150 kal.g^{-1 o}C^-1
E. 0,8300 kal.g^{-1 o}C^-1

Pembahasan :
Diketahui :
C_bejana = 40^oC^-1
T₁ = 20^oC
T = 22^oC
T₂ = 80^oC
m_kuningan = 100 gram
m_air = 200 gram
c_air = 1 kal.^oC^-1

Ditanya : kalor jenis kuning (c_kuningan) ?

Jawab :
\begin{aligned}
Q_{serap} &=Q_{lepas} \\
C_{\textrm{bejana}}\cdot \Delta T + m_{\textrm{air}}\cdot c_{\textrm{air}}\cdot \Delta T &= m_{\textrm{kuningan}}\cdot c_{\textrm{kuningan}}\cdot \Delta T \\
40\cdot (T – T_1) + 200\cdot 1\cdot (T – T_1) &= 100\cdot c_{\textrm{kuningan}}\cdot (T_2 – T) \\
40\cdot (22 – 20) + 200\cdot 1\cdot (22 – 20) &= 100\cdot c_{\textrm{kuningan}}\cdot (80 – 22) \\
40\cdot 2 + 200\cdot 1\cdot 2 &= 100\cdot c_{\textrm{kuningan}}\cdot 58 \\
80 + 400 &= 5800\cdot c_{\textrm{kuningan}} \\
480 &= 5800\cdot c_{\textrm{kuningan}} \\
c_{\textrm{kuningan}} &= 0,0828 \quad \textrm{kal.g}^{-1} .^{o}\textrm{C}^{-1}
\end{aligned}

Jawaban : C

Pembahasan :
\begin{aligned}
Q_{serap} &= Q_{lepas} \\
m_1\cdot c_{es} \cdot \Delta T +m_1\cdot L + m_1\cdot c_{air} \cdot \Delta T &= m_2 \cdot c_{air} \Delta T \\
100\cdot 0,5 \cdot (0-(-10)) + 100\cdot 80 + 100\cdot 1 \cdot (T-0) &= 200 \cdot 1 \cdot (60-T) \\
500 + 8000 + 100T &= 12000 – 200T \\
300T &= 3500 \\
T &= 11,67^o C
\end{aligned}

Jawaban C

Pembahasan :
Energi listrik :
Kalor :

\begin{aligned}
W &=Q \\
\frac{V^2}{R}\cdot t &= m\cdot c\cdot \Delta T \\
\frac{220^2}{11}\cdot t &= 40\cdot 4200 \cdot (80-20) \\
4400\cdot t &= 10.080.000 \\
t &= 2.290,91 detik \\
t &= 38,18 menit
\end{aligned}

Jawaban : B