Usaha Luar Gas Helium: Contoh Soal & Pembahasan

Oct 22, 2025 by ADMIN 48 views

$1,5 m3 Gas Helium yang Bersuhu $270^{\circ}\text{C}$ Dipanaskan Secara Isobarik sampai $870^{\circ}\text{C}$. Jika Tekanan Gas Helium $2 \times 10^5 \text{N/m}^2$, Gas Helium Melakukan Usaha Luar Sebesar$

Oke guys, kali ini kita akan membahas soal fisika yang cukup menarik tentang termodinamika, khususnya mengenai usaha yang dilakukan oleh gas helium dalam proses isobarik. Soal ini melibatkan perubahan volume gas akibat perubahan suhu pada tekanan yang konstan. Langsung aja yuk, kita bedah soalnya satu per satu biar makin paham!

Memahami Soal dan Konsep Isobarik

Dalam soal ini, kita punya gas helium dengan volume awal 1,5 m3 yang dipanaskan dari 270°C menjadi 870°C. Proses pemanasan ini terjadi secara isobarik, yang berarti tekanan gas dijaga tetap konstan sebesar 2 x 10^5 N/m2. Nah, yang ditanyakan adalah usaha luar yang dilakukan oleh gas helium selama proses pemanasan ini. Usaha luar dalam termodinamika, khususnya pada proses isobarik, berkaitan erat dengan perubahan volume gas. Ketika gas dipanaskan pada tekanan konstan, volumenya akan bertambah, dan ekspansi inilah yang menghasilkan usaha. Secara matematis, usaha pada proses isobarik dirumuskan sebagai berikut:

$W = P \Delta V = P (V_2 - V_1)$

di mana:

W adalah usaha luar (dalam Joule)
P adalah tekanan (dalam N/m2 atau Pascal)
ΔV adalah perubahan volume (dalam m3)
V2 adalah volume akhir
V1 adalah volume awal

Rumus ini menunjukkan bahwa usaha yang dilakukan oleh gas sebanding dengan tekanan dan perubahan volume. Semakin besar tekanan atau perubahan volume, semakin besar pula usaha yang dilakukan. Dalam konteks soal ini, kita sudah memiliki nilai tekanan (P) dan volume awal (V1). Untuk mencari usaha (W), kita perlu mencari volume akhir (V2) terlebih dahulu. Di sinilah kita akan memanfaatkan hukum Charles.

Mencari Volume Akhir dengan Hukum Charles

Hukum Charles menyatakan bahwa pada tekanan konstan, volume gas berbanding lurus dengan suhu mutlaknya. Secara matematis, hukum Charles dirumuskan sebagai berikut:

$\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}$

di mana:

V1 adalah volume awal
T1 adalah suhu awal (dalam Kelvin)
V2 adalah volume akhir
T2 adalah suhu akhir (dalam Kelvin)

Penting untuk diingat: suhu dalam perhitungan termodinamika harus selalu dalam satuan Kelvin (K). Jadi, kita perlu mengubah suhu dari Celsius (°C) ke Kelvin (K) dengan menambahkan 273. Dalam soal ini:

T1 = 270°C + 273 = 543 K
T2 = 870°C + 273 = 1143 K

Sekarang kita bisa mencari V2 dengan memasukkan nilai-nilai yang sudah kita ketahui ke dalam hukum Charles:

$\frac{1.5}{543} = \frac{V_2}{1143}$

$V_2 = \frac{1.5 \times 1143}{543} \approx 3.15 \text{ m}^3$

Jadi, volume akhir gas helium setelah dipanaskan adalah sekitar 3.15 m3.

Menghitung Usaha Luar

Setelah mendapatkan volume akhir, kita bisa menghitung usaha luar yang dilakukan oleh gas helium dengan menggunakan rumus usaha pada proses isobarik:

$W = P \Delta V = P (V_2 - V_1)$

$W = (2 \times 10^5 \text{ N/m}^2) (3.15 \text{ m}^3 - 1.5 \text{ m}^3)$

$W = (2 \times 10^5 \text{ N/m}^2) (1.65 \text{ m}^3)$

$W = 3.3 \times 10^5 \text{ J} = 330,000 \text{ J} = 330 \text{ kJ}$

Jadi, usaha luar yang dilakukan oleh gas helium adalah sebesar 330 kJ. Dengan demikian, jawaban yang tepat tidak tersedia di antara pilihan yang diberikan. Ini bisa jadi karena adanya pembulatan dalam perhitungan atau kesalahan dalam pilihan jawaban.

Kesimpulan dan Pembahasan Tambahan

Dalam soal ini, kita telah menghitung usaha luar yang dilakukan oleh gas helium yang dipanaskan secara isobarik. Langkah-langkahnya meliputi:

Memahami konsep proses isobarik dan rumus usaha luar.
Mengubah suhu dari Celsius ke Kelvin.
Mencari volume akhir menggunakan hukum Charles.
Menghitung usaha luar dengan rumus $W = P \Delta V$ .

Penting untuk dicatat:

Satuan harus konsisten (misalnya, suhu dalam Kelvin, volume dalam m3, tekanan dalam N/m2).
Perhatikan tanda positif atau negatif pada usaha. Usaha positif berarti gas melakukan usaha (ekspansi), sedangkan usaha negatif berarti usaha dilakukan pada gas (kompresi).

Semoga penjelasan ini membantu kalian memahami konsep usaha luar pada proses isobarik dengan lebih baik ya! Kalau ada pertanyaan, jangan ragu untuk bertanya.

Tips dan Trik Mengerjakan Soal Termodinamika

Supaya makin jago dalam mengerjakan soal-soal termodinamika, berikut beberapa tips dan trik yang bisa kalian terapkan:

Pahami Konsep Dasar: Kuasai betul konsep-konsep dasar seperti hukum termodinamika, proses-proses termodinamika (isobarik, isotermal, adiabatik, isokhorik), energi dalam, entalpi, dan entropi. Tanpa pemahaman yang kuat tentang konsep dasar, akan sulit untuk memecahkan soal-soal yang lebih kompleks.
Visualisasikan Soal: Coba gambarkan atau visualisasikan soalnya. Misalnya, jika soalnya tentang siklus Carnot, gambarlah diagram PV-nya. Visualisasi ini bisa membantu kalian memahami proses yang terjadi dan hubungan antar variabel.
Perhatikan Satuan: Pastikan semua satuan sudah dalam sistem yang sama (SI) sebelum melakukan perhitungan. Jika ada satuan yang berbeda, ubah terlebih dahulu ke satuan SI. Ini penting untuk menghindari kesalahan dalam perhitungan.
Gunakan Rumus yang Tepat: Pilih rumus yang sesuai dengan proses termodinamika yang terjadi. Misalnya, rumus usaha pada proses isobarik berbeda dengan rumus usaha pada proses isotermal. Pastikan kalian menggunakan rumus yang benar.
Kerjakan Soal dengan Sistematis: Kerjakan soal langkah demi langkah dengan sistematis. Mulai dari menuliskan informasi yang diketahui, menentukan apa yang ditanyakan, memilih rumus yang tepat, melakukan perhitungan, dan menuliskan jawaban dengan satuan yang benar.
Latihan Soal Sebanyak Mungkin: Semakin banyak kalian latihan soal, semakin terbiasa kalian dengan berbagai tipe soal dan cara penyelesaiannya. Cari soal-soal dari berbagai sumber, seperti buku teks, internet, atau soal-soal ujian tahun sebelumnya.
Buat Catatan Ringkas: Buat catatan ringkas berisi rumus-rumus penting, definisi, dan konsep-konsep kunci. Catatan ini bisa kalian gunakan sebagai referensi saat mengerjakan soal atau saat belajar.
Diskusi dengan Teman: Belajar bersama teman bisa sangat membantu. Diskusikan soal-soal yang sulit, saling bertukar ide, dan saling menjelaskan konsep yang belum dipahami. Dengan berdiskusi, pemahaman kalian akan semakin mendalam.
Manfaatkan Sumber Belajar Online: Ada banyak sumber belajar online yang bisa kalian manfaatkan, seperti video pembelajaran, artikel, forum diskusi, dan aplikasi latihan soal. Manfaatkan sumber-sumber ini untuk menambah pengetahuan dan keterampilan kalian.

Dengan menerapkan tips dan trik ini, diharapkan kalian bisa lebih percaya diri dan sukses dalam menghadapi soal-soal termodinamika. Semangat terus belajarnya, guys!

Variasi Soal dan Pengembangan Materi

Untuk mengasah pemahaman kalian lebih lanjut, berikut beberapa variasi soal dan pengembangan materi yang bisa kalian coba:

Variasi Soal dengan Proses Termodinamika Lain: Coba kerjakan soal serupa dengan proses termodinamika yang berbeda, seperti proses isotermal, adiabatik, atau isokhorik. Bandingkan hasilnya dan pahami perbedaan antara proses-proses tersebut.
Soal dengan Siklus Termodinamika: Pelajari dan kerjakan soal-soal tentang siklus termodinamika, seperti siklus Carnot, siklus Otto, atau siklus Diesel. Pahami bagaimana energi diubah dalam siklus-siklus tersebut dan hitung efisiensinya.
Soal Aplikasi dalam Kehidupan Sehari-hari: Cari contoh aplikasi termodinamika dalam kehidupan sehari-hari, seperti mesin pendingin, mesin pemanas, atau pembangkit listrik. Buat soal yang berkaitan dengan aplikasi-aplikasi tersebut.
Pengembangan Materi dengan Simulasi: Gunakan simulasi komputer atau aplikasi interaktif untuk memvisualisasikan proses-proses termodinamika. Simulasi ini bisa membantu kalian memahami bagaimana variabel-variabel termodinamika saling berinteraksi.
Riset tentang Teknologi Termodinamika Terkini: Lakukan riset tentang teknologi termodinamika terkini, seperti mesin Stirling, termoelektrik, atau teknologi pendinginan ramah lingkungan. Presentasikan hasil riset kalian dalam bentuk laporan atau presentasi.

Dengan mencoba variasi soal dan pengembangan materi ini, kalian akan mendapatkan pemahaman yang lebih komprehensif tentang termodinamika dan aplikasinya dalam dunia nyata.

Oke deh guys, semoga artikel ini bermanfaat buat kalian semua! Jangan lupa terus belajar dan berlatih soal ya, biar makin jago fisika! Sampai jumpa di artikel selanjutnya!