SOAL LITERASI

Soal 1 (Kontekstual: Memanaskan Udara dalam Botol Tertutup vs. Terbuka)

Teks Bacaan:

Saat melakukan praktikum sederhana di laboratorium sekolah, Budi (17 tahun) memanaskan sejumlah gas ideal yang sama dengan dua kondisi berbeda. Pada Wadah A (botol kaca kaku tertutup rapat/volume tetap), gas dipanaskan hingga suhunya naik 10 derajat C. Pada Wadah B (silinder ber-piston bebas bergerak/tekanan tetap), gas dipanaskan hingga suhunya juga naik 10 derajat C. Budi mendapati bahwa jumlah kalor yang dibutuhkan pada Wadah B jauh lebih banyak daripada Wadah A. Guru fisika menjelaskan bahwa pada tekanan tetap (Cp), energi kalor tidak hanya digunakan untuk menaikkan suhu (energi dalam), tetapi juga sebagian digunakan untuk melakukan usaha luar (W) saat mendorong piston memuai.

Berdasarkan teks di atas, hubungan yang benar antara kapasitas kalor pada tekanan tetap (Cp) dan kapasitas kalor pada volume tetap (Cv) untuk gas ideal adalah...

A. Cp selalu lebih kecil dari Cv karena pada tekanan tetap sistem kehilangan energi ke lingkungan.

B. Cp selalu lebih besar dari Cv (Cp > Cv) karena pada tekanan tetap diperlukan kalor tambahan untuk melakukan usaha pemuaian (W).

C. Cp bernilai sama dengan Cv karena kenaikan suhu pada kedua sistem sama-sama 10 derajat C.

D. Cv selalu bernilai nol karena gas tidak dapat menyerap kalor saat volumenya konstan.

E. Cp berbanding terbalik dengan tetapan gas umum R.

Soal 2 (Kontekstual: Pengisi Udara Ban Mobil / Gas Diatomik)

Teks Bacaan:

Ban mobil umumnya diisi dengan gas nitrogen (N2) atau udara luar (dominan N2 dan O2). Molekul N2 dan O2 tergolong sebagai gas diatomik (terdiri dari dua atom). Pada suhu ruang (sekitar 300 K atau 27 derajat C), molekul gas diatomik memiliki 5 derajat kebebasan (f = 5), yaitu 3 gerak translasi dan 2 gerak rotasi. Berdasarkan Teorema Ekipartisi Energi, setiap derajat kebebasan menyumbang energi sebesar 1/2 n R T, sehingga nilai kapasitas kalor pada volume tetap (Cv) untuk gas diatomik pada suhu ruang adalah 5/2 n R.

Mengapa pada suhu yang sangat rendah (T < 100 K), nilai kapasitas kalor (Cv) gas diatomik menyusut menjadi 3/2 n R (seperti gas monoatomik)?

A. Karena pada suhu sangat rendah, molekul gas diatomik pecah menjadi dua atom tunggal terpisah.

B. Karena pada suhu sangat rendah, gerak rotasi "terbekukan" (tidak aktif), sehingga molekul hanya melakukan 3 gerak translasi.

C. Karena tekanan gas meningkat drastis hingga menghentikan seluruh gerakan molekul.

D. Karena kapasitas kalor gas berbanding lurus dengan kuadrat massa jenis gas.

E. Karena gas diatomik berubah wujud menjadi konduktor listrik sempurna.

Soal 3 (Kontekstual: Mengapa Argon Digunakan untuk Lampu Bohlam / Gas Monoatomik)

Teks Bacaan:

Lampu pijar konvensional sering diisi dengan gas Argon (Ar) yang merupakan gas monoatomik (beratom tunggal). Gas monoatomik hanya memiliki 3 derajat kebebasan translasi (f = 3) pada suhu rendah maupun suhu ruang. Karena struktur atomnya yang tunggal dan sederhana, energi kalor yang diberikan ke gas monoatomik sepenuhnya diubah menjadi energi kinetik translasi tanpa ada yang terbagi ke gerak rotasi atau vibrasi molekul.

Pernyataan yang paling tepat mengenai nilai kapasitas kalor pada volume tetap (Cv) dan tekanan tetap (Cp) untuk n mol gas monoatomik ideal adalah...

A. Cv = 3/2 n R dan Cp = 5/2 n R

B. Cv = 5/2 n R dan Cp = 7/2 n R

C. Cv = 1/2 n R dan Cp = 3/2 n R

D. Cv = 3 n R dan Cp = 5 n R

E. Cv = 7/2 n R dan Cp = 9/2 n R


SOAL NUMERASI

Soal 4 (Kontekstual: Kalor Pemanasan Gas Helium pada Tabung Balon)

Sebanyak 2 mol gas Helium (n = 2 mol, gas monoatomik) dipanaskan di dalam tabung kaku ber-volume tetap (V konstan) sehingga suhunya naik sebesar Delta T = 40 K. Tetapan gas umum diketahui R = 8,31 J/mol.K

(Rumus kapasitas kalor volume tetap gas monoatomik: Cv = 3/2 n R, dan Kalor pemanasan: Qv = Cv . Delta T)

Berapakah besar kalor (Qv) yang diserap oleh gas Helium tersebut?

A. 498,6 Joule

B. 997,2 Joule

C. 1.495,8 Joule

D. 2.493,0 Joule

E. 4.986,0 Joule

Soal 5 (Kontekstual: Hubungan Mayer Cp - Cv pada Silinder Piston)

Suatu sampel gas ideal di dalam silinder mesin memiliki nilai kapasitas kalor pada tekanan tetap sebesar Cp = 50 J/K. Jika tetapan gas ideal untuk sampel tersebut adalah n . R = 20 J/K.

(Rumus Persamaan Mayer: Cp - Cv = n . R ==> Cv = Cp - n . R)

Berapakah besar kapasitas kalor pada volume tetap (Cv) dari gas tersebut?

A. 10 J/K

B. 20 J/K

C. 30 J/K

D. 70 J/K

E. 100 J/K

Soal 6 (Kontekstual: Tetapan Laplace / Rasio Kapasitas Kalor Mesin)

Dalam analisis efisiensi mesin termodinamika, rasio kapasitas kalor (Tetapan Laplace, gamma = Cp / Cv) memainkan peranan kunci. Sebuah tabung berisi gas diatomik ideal pada suhu sedang memiliki Cv = 5/2 n R dan Cp = 7/2 n R.

(Rumus Tetapan Laplace: gamma = Cp / Cv)

Berapakah nilai Tetapan Laplace (gamma) untuk gas diatomik tersebut?

A. 1,33

B. 1,40

C. 1,67

D. 2,50

E. 3,50


Tuliskan jawabanmu di kolom komentar website ini ya?