Soal dan Kunci Jawaban Mengenai Hukum Pertama Termodinamika

Berikut adalah beberapa soal yang membahas mengenai hukum pertama termodinamika beserta kunci jawabannya.

Soal

1. Sebuah baterai 12 V menghasilkan arus 10 A selama 30 menit. Energi yang tersimpan berkurang sebanyak 300 kJ. Tentukanlah kehilangan kalor yang terjadi selama periode tersebut. 
2. Berapa banyakkah kalor yang harus ditambahkan ke sebuah volume 0,3 m³ yang berisi air pada 200^oC sehingga temperatur akhirnya naik menjadi 800^oC? tekanan awalnya adalah 1 MPa. 
3. Sebuah volume 0,2 m³ yang kokoh berisi uap pada 600 kPa dan kualitas 0,8. Jika 1000 kJ kalor di tambahkan, tentukanlah temperatur akhirnya. 
4. Sebuah rangkaian piston – silinder memberikan tekanan konstan sebesar 120 psia pada uap yang memiliki kualitas awal 0,95 dan volume awal 100 in³. Tentukanlah besarnya perpindahan kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur hingga 1000^oF. Kerjakanlah soal ini tanpa menggunakan entalpi. 
5. Uap tersimpan di dalam sebuah volume 4 liter pada tekanan 1,5 MPa dan temperatur 200^oC. Jika tekanan dijaga konstan dengan cara membesarkan volume sementara 40 kJ kalor ditambahkan, tentukanlah temperatur akhirnya. Kerjakanlah soal ini tanpa menggunakan entalpi. 
6. Hitunglah besarnya perpindahan kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur dari 2 kg uap, pada tekanan konstan sebesar 100 kPa (a) dari 50^oC hingga 400^oC dan (b) dari 400^oC hingga 750^oC. 
7. Uap tersimpan di dalam sebuah volume 1,2 m³ pada tekanan 3 MPa dan kualitas 0,8. Tekanan dijaga tetap konstan. Berapakah temperatur akhirnya jika (a) 3MJ dan (b) 30 MJ kalor ditambahkan? 
8. Estimasikanlah kalor spesifik tekanan konstan untuk uap pada 400^oC jika tekanannya adalah (a) 10 kPa, (b) 100 kPa dan (c) 30.000 kPa. 
9. Tentukanlah nilai aproksimasi untuk kalor spesifik volume konstan untuk uap pada 800^oF jika tekanannya adalah (a) 1 psia, (b) 14,7 psia dan (c) 3000 psia. 
10. Bandingkanlah perubahan entalpi dari 2 kg air untuk perubahan temperatur dari 10^oC ke 60^oC dengan 2 kg es untuk perubahan temperatur dari -60^oC ke -10^oC.

Kunci Jawaban

1. 84 kJ 
2. 1505 kJ 
3. 686^oC 
4. 6.277 Btu 
5. 833^oC 
6. (a)    6140 kJ  (b) 1531 kJ 
7. (a)    233,9^oC     (b) 645^oC 
8. (a)    2,06 kJ/kg.^oC      (b) 2,07 kJ/kg.^oC     (c) 16,5 kJ/kg.^oC 
9. (a)    0,386 Btu/lbm-^oF   (b) 0,388 Btu/lbm-^oF      (c) 1,96 Btu/lbm-^oF   
10. 418 kJ vs 186 kJ

Sumber: Potter, Merle C dan Somerton, Craig W. 2008. Termodinamika Teknik. Erlangga: Jakarta.