Deteksi Kemampuan Awal TKA Fisika: Soal Nomor 29 - 31

Soal Fisika Interaktif 29-31

Informasi Umum

Sebuah tim peneliti merancang balon udara tanpa awak untuk mengukur efisiensi panel surya di ketinggian berbeda. Balon menggunakan gas helium dan dilengkapi sensor suhu, tekanan, dan volume. Balon bersifat tertutup sehingga jumlah gas helium tetap. Perubahan tekanan dan suhu terjadi akibat perubahan ketinggian, tetapi volume dan tekanan tetap dapat diukur.

Data Pengukuran

Titik	Tekanan (atm)	Volume (L)	Suhu (K)
P	1,00	2,0	300
Q	0,50	4,0	300
R	0,25	4,0	150
S	0,50	2,0	150

29. Tentukan Setuju atau Tidak Setuju untuk setiap pernyataan berikut (gunakan model inkuiri terbimbing):

Pertanyaan pemandu: Coba pikirkan hubungan antara tekanan, volume, dan suhu menurut hukum gas ideal. Apakah perubahan data sesuai Hukum Boyle, Gay-Lussac, atau hubungan umum PV/T?

Pernyataan	Setuju	Tidak Setuju
Berdasarkan data titik P dan Q, tekanan gas sebanding dengan volume saat suhu konstan (Hukum Boyle).
Titik Q dan R: ketika suhu gas menurun pada volume tetap, tekanannya juga menurun (Hukum Gay-Lussac).
P dan R: tekanan gas berbanding lurus dengan hasil kali volume dan suhu.

Panduan berpikir inkuiri:

1. P–Q: Volume meningkat dari 2,0 → 4,0 L, tekanan turun 1,00 → 0,50 atm, suhu tetap 300 K. Menurut Hukum Boyle (P ∝ 1/V), data sesuai → Setuju.
2. Q–R: Volume tetap 4,0 L, suhu turun 300 → 150 K, tekanan turun 0,50 → 0,25 atm. Sesuai Hukum Gay-Lussac (P ∝ T pada V konstan) → Setuju.
3. P–R: Periksa PV/T. P: (1,00*2,0)/300=0,0067, R: (0,25*4,0)/150=0,0067. Konstan → Setuju.

30. Jika gas helium mengalami proses Q–R, pernyataan yang benar ditunjukkan oleh angka:

Pertanyaan pemandu: Apakah volume berubah selama Q–R? Apakah gas melakukan usaha? Bagaimana energi dalam gas berubah ketika volume tetap?

1. Perubahan energi dalam sebesar nol.
2. Volumenya tetap.
3. Kenaikan suhu gas sebanding dengan perubahan energi dalam.
4. Panas yang diberikan digunakan untuk menaikkan energi dalam.
5. Kalor digunakan seluruhnya untuk melakukan usaha luar.

• A. 1), 2), dan 3)
• B. 1), 2), dan 4)
• C. 1), 3), dan 5)
• D. 2), 3), dan 4)
• E. 2), 4), dan 5)

Panduan berpikir inkuiri:

• Proses Q–R: volume tetap → isokhorik.
• Usaha luar W = PΔV = 0 → seluruh kalor masuk menjadi energi dalam.
• Perubahan energi dalam sebanding dengan kenaikan suhu.
• Pernyataan 2, 3, dan 4 → jawaban D.

31. Jika proses P–Q–R–S–P membentuk siklus tertutup, pernyataan yang benar (lebih dari satu):

Pertanyaan pemandu: Hitung usaha tiap proses dan perubahan energi dalam. Gunakan prinsip: Usaha positif saat gas mengembang, energi dalam berubah pada pemanasan atau pendinginan volume tetap.

• P–Q: Usaha +140 J
• Q–R: Energi dalam bertambah 151,5 J
• R–S: Usaha +70 J karena kompresi isotermal
• Usaha total siklus +210 J
• S–P: Pemanasan isokhorik, energi dalam bertambah 151,5 J

Panduan berpikir inkuiri:

• P–Q: Proses isothermal, gas mengembang, W = +140 J → benar
• Q–R: Isokhorik, ΔU = Q = +151,5 J → benar
• R–S: Kompresi isotermal, W = +70 J → benar
• Usaha total siklus = 140 + 70 = +210 J → benar
• S–P: Pemanasan isokhorik, ΔU = +151,5 J → benar