Pertanyaan
Sebuah pemanas dihubungkan dengan baterei luar. ditempatkan di dalam silinder berisi gas ideal . Silinder ditutup dengan piston tanpa gesekan yang massanya m=10kg Arusi=500mA mengalir melalu i pemanas yang hambatannya R=500ohm . Agar suhu gas dalam silinder tidak berubah, piston harus ditarik ke atas dengan kelajuan tetap sebesar __ A. 1,00m/s B. 1,25m/s C 2,25m/s D 2,50m/s E. 5,00m/s
Solusi
Jawaban
Untuk menjawab pertanyaan ini, kita perlu menggunakan konsep termodinamika dan hukum pertama termodinamika.Diketahui:- Massa piston, m = 10 kg- Arus yang mengalir, i = 500 mA = 0,5 A- Hambatan pemanas, R = 500 Ω- Suhu gas dalam silinder harus tetapBerdasarkan hukum pertama termodinamika, energi yang diberikan oleh pemanas harus sama dengan energi yang dikeluarkan oleh piston saat bergerak.Energi yang diberikan oleh pemanas:Daya listrik = V × i = i^2 × R = (0,5)^2 × 500 = 125 WEnergi yang dikeluarkan oleh piston:Gaya yang bekerja pada piston = m × g = 10 × 9,8 = 98 NKecepatan piston = v (yang dicari)Energi yang dikeluarkan = Gaya × Jarak = 98 × vAgar suhu gas dalam silinder tidak berubah, energi yang diberikan harus sama dengan energi yang dikeluarkan, sehingga:125 = 98 × vv = 125 / 98 = 1,275 m/sJadi, kecepatan piston yang harus ditarik ke atas agar suhu gas dalam silinder tidak berubah adalah 1,275 m/s.Oleh karena itu, jawaban yang paling tepat adalah B. 1,25 m/s.