10 Contoh Soal Fisika UTBK, Rumus, dan Pembahasan: Suhu dan Kalor

Bagi sebagian kamu, mungkin merasa bahwa materi fisika terbilang cukup banyak dan rumit. Namun, jika kamu berasal dari jurusan IPA dan berencana mengambil rumpun saintek, tentunya kamu tidak bisa lepas dari materi fisika, ya!

Terutama mengenai subtes materi fisika yang sering muncul di berbagai jenis ujian yaitu suhu dan kalor. Nah, agar kamu bisa mendapatkan skor tinggi untuk materi fisika, coba kerjakan 10 contoh soal fisika UTBK tentang suhu dan kalor pada artikel di bawah ini!

10 Contoh Soal Fisika UTBK, Rumus, dan Pembahasan: Suhu dan Kalor

Dapatkan skor tinggi di subtes Fisika UTBK dengan mengerjakan beberapa contoh soal di bawah ini serta ikuti tips mengerjakan fisika yang efektif!

1. Contoh Soal Fisika – Termodinamika

Hukum termodinamika kedua menyatakan bahwa entropi suatu sistem terisolasi akan selalu menurun seiring waktu.

SEBAB

Pada suhu absolut nol (0 K), entropi suatu sistem akan mencapai nilai minimum.

A. Jika pernyataan I dan II benar, serta keduanya menunjukkan hubungan sebab akibat

B. Jika pernyataan I dan II benar, tetapi keduanya tidak menunjukkan hubungan sebab akibat

C. Jika pernyataan I benar dan pernyataan II salah

D. Jika pernyataan I salah dan pernyataan II benar

E. Jika kedua pernyataan salah

Jawaban: D

Pembahasan:

Pernyataan I: Hukum termodinamika kedua menyatakan bahwa entropi suatu sistem terisolasi akan selalu menurun seiring waktu.

Pernyataan ini salah. Hukum termodinamika kedua sebenarnya menyatakan bahwa entropi suatu sistem terisolasi akan selalu meningkat atau setidaknya tetap konstan, namun tidak akan pernah menurun seiring waktu.

Pernyataan II: Pada suhu absolut nol (0 K), entropi suatu sistem akan mencapai nilai minimum.

Pernyataan ini benar. Pada suhu 0K, keadaan terurut maksimum dapat dicapai sehingga  entropi akan sangat minimum.

Oleh karena itu, opsi jawaban yang paling benar adalah D. Jika pernyataan I salah dan pernyataan II benar.

2. Contoh Soal Fisika – Kalor

Sebuah bejana terbuka berisi air pada suhu  20 C. Sebuah logam berbentuk silinder dengan massa m dan suhu 200 C dimasukkan ke dalam air tersebut. Pernyataan di bawah ini yang benar adalah….

(1) Jika logam memiliki massa lebih besar, suhu kesetimbangan akhir sistem akan lebih tinggi.

(2) Jika bejana terbuat dari bahan isolator termal yang baik, suhu kesetimbangan akhir sistem akan lebih rendah.

(3) Jika air memiliki massa yang lebih besar daripada logam, suhu kesetimbangan akhir sistem akan lebih tinggi.

(4) Jika air dalam bejana bersentuhan dengan udara di sekitarnya, suhu kesetimbangan akhir sistem akan lebih tinggi.

A. Jika (1), (2), dan (3) benar

B. Jika (1) dan (3) benar

C. Jika (2) dan (4) benar

D. Jika hanya (4) saja yang benar

E. Jika semuanya benar

Jawaban: D

Pembahasan:

(1) Jika logam memiliki massa lebih besar, suhu kesetimbangan akhir sistem akan lebih tinggi.

Pernyataan ini tidak benar. Massa logam tidak memengaruhi suhu kesetimbangan akhir sistem. Perubahan suhu kesetimbangan akan dipengaruhi oleh kapasitas panas masing-masing bahan dan perubahan energi panas yang dialami oleh sistem.

(2) Jika bejana terbuat dari bahan isolator termal yang baik, suhu kesetimbangan akhir sistem akan lebih rendah.

Pernyataan ini tidak benar. Jika bejana terbuat dari bahan isolator termal yang baik, maka pertukaran panas dengan lingkungan akan lebih sedikit. Oleh karena itu, suhu kesetimbangan akhir sistem akan lebih tinggi karena lebih sedikit energi panas yang hilang ke lingkungan.

(3) Jika air memiliki massa yang lebih besar daripada logam, suhu kesetimbangan akhir sistem akan lebih tinggi.

Pernyataan ini tidak benar. Massa air tidak secara langsung memengaruhi suhu kesetimbangan akhir sistem. Faktor-faktor seperti kapasitas panas masing-masing bahan dan pertukaran energi panas antara bahan-bahan tersebut akan mempengaruhi suhu kesetimbangan.

(4) Jika air dalam bejana bersentuhan dengan udara di sekitarnya, suhu kesetimbangan akhir sistem akan lebih tinggi.

Pernyataan ini benar. Jika air bersentuhan dengan udara, maka akan ada pertukaran panas dengan lingkungan melalui konduksi dan konveksi. Hal ini dapat menyebabkan suhu kesetimbangan akhir sistem lebih tinggi karena energi panas akan hilang ke lingkungan.

Dengan demikian, jawaban yang benar adalah D. Jika hanya (4) saja yang benar.

3. Contoh Soal Fisika – Termodinamika

Hukum Termodinamika Ketiga menyatakan bahwa mungkin mencapai suhu mutlak nol dalam suatu sistem fisik dengan memberikan tekanan yang sangat besar.

SEBAB

Proses pendinginan suatu benda akan semakin sulit seiring mendekati suhu mutlak nol.

A. Jika pernyataan I dan II benar, serta keduanya menunjukkan hubungan sebab akibat

B. Jika pernyataan I dan II benar, tetapi keduanya tidak menunjukkan hubungan sebab akibat

C. Jika pernyataan I benar dan pernyataan II salah

D. Jika pernyataan I salah dan pernyataan II benar

E. Jika kedua pernyataan salah

Jawaban: D

Pembahasan:

Pernyataan I: Hukum Termodinamika Ketiga menyatakan bahwa mungkin mencapai suhu mutlak nol dalam suatu sistem fisik dengan memberikan tekanan yang sangat besar.

Pernyataan ini tidak benar. Hukum Termodinamika Ketiga menyatakan bahwa tidak mungkin mencapai suhu mutlak nol dalam suatu sistem fisik, tidak peduli seberapa besar tekanannya. Ketiga hukum termodinamika menyiratkan bahwa pada suhu mutlak nol, entropi sistem akan mencapai nilai minimum yang tidak dapat dikurangi lagi.

Pernyataan II: Proses pendinginan suatu benda akan semakin sulit seiring mendekati suhu mutlak nol.

Pernyataan ini benar. Mendekati suhu mutlak nol, benda memerlukan energi yang semakin besar untuk terus mendinginkan diri, dan mencapai suhu mutlak nol secara praktis sangat sulit.

Opsi jawaban yang paling sesuai adalah (d) Jika pernyataan I salah dan pernyataan II benar.

4. Contoh Soal Fisika – Gas Ideal

Ketika suatu gas berada pada tekanan konstan, peningkatan suhu gas tersebut akan menyebabkan peningkatan volume gas.

SEBAB

Pada percobaan gas ideal, jika suatu gas diberikan tekanan dan volume, perbandingan antara suhu awal dan suhu akhir gas tersebut akan tetap konstan.

A. Jika pernyataan I dan II benar, serta keduanya menunjukkan hubungan sebab akibat

B. Jika pernyataan I dan II benar, tetapi keduanya tidak menunjukkan hubungan sebab akibat

C. Jika pernyataan I benar dan pernyataan II salah

D. Jika pernyataan I salah dan pernyataan II benar

E. Jika kedua pernyataan salah

Jawaban: C

Pembahasan: 

Pernyataan I: Ketika suatu gas berada pada tekanan konstan, peningkatan suhu gas tersebut akan menyebabkan peningkatan volume gas.

Pernyataan ini benar. Hukum Boyle-Charles menyatakan bahwa pada tekanan konstan, volume gas berbanding lurus dengan suhu gas, asalkan jumlah mol gas tetap.

Pernyataan II: Pada percobaan gas ideal, jika suatu gas diberikan tekanan dan volume, perbandingan antara suhu awal dan suhu akhir gas tersebut akan tetap konstan.

Pernyataan ini salah. Pada percobaan gas ideal, jika tekanan dan volume diberikan, perbandingan antara suhu awal dan suhu akhir gas tidak selalu tetap konstan. Ini bergantung pada variabel lain seperti jumlah mol gas dan konstanta gas.

Oleh karena itu, opsi jawaban yang paling benar adalah C. Jika pernyataan I benar dan pernyataan II salah.

5. Contoh Soal Fisika – Kalor

Saat suatu benda panas mengalami pemanasan, energi kinetik molekul-molekulnya bertambah, sehingga suhu benda tersebut naik.

SEBAB

Pada perubahan fasa dari air ke uap, meskipun suhu tetap konstan, energi panas diserap untuk mengatasi gaya tarik antarmolekul dalam fase cair dan mengubah air menjadi uap.

A. Jika pernyataan I dan II benar, serta keduanya menunjukkan hubungan sebab akibat

B. Jika pernyataan I dan II benar, tetapi keduanya tidak menunjukkan hubungan sebab akibat

C. Jika pernyataan I benar dan pernyataan II salah

D. Jika pernyataan I salah dan pernyataan II benar

E. Jika kedua pernyataan salah

Jawaban: B

Pembahasan:

Pernyataan I: Saat suatu benda panas mengalami pemanasan, energi kinetik molekul-molekulnya bertambah, sehingga suhu benda tersebut naik.

Pernyataan ini benar. Pada dasarnya, pemanasan suatu benda menyebabkan peningkatan energi kinetik molekul-molekul di dalamnya, yang tercermin dalam peningkatan suhu benda tersebut.

Pernyataan II: Pada perubahan fasa dari air ke uap, meskipun suhu tetap konstan, energi panas diserap untuk mengatasi gaya tarik antarmolekul dalam fase cair dan mengubah air menjadi uap.

Pernyataan ini benar. Selama penukaran fasa, energi panas diserap atau dilepaskan tanpa perubahan suhu. Proses ini disebut entalpi laten penguapan, di mana energi digunakan untuk mengatasi gaya tarik antarmolekul dalam fase cair sehingga dapat menjadi uap.

Meskipun keduanya berkaitan dengan konsep energi panas, mereka tidak menunjukkan hubungan sebab akibat langsung satu sama lain. Oleh karena itu, opsi jawaban yang benar adalah B. Jika pernyataan I dan II benar, tetapi keduanya tidak menunjukkan hubungan sebab akibat. 

6. Contoh Soal Fisika – Gas Ideal

Pada suhu yang lebih tinggi, molekul gas memiliki energi kinetik yang lebih besar.

SEBAB

Pada suhu yang lebih tinggi, tekanan gas dalam wadah tertutup cenderung meningkat.

A. Jika pernyataan I dan II benar, serta keduanya menunjukkan hubungan sebab akibat

B. Jika pernyataan I dan II benar, tetapi keduanya tidak menunjukkan hubungan sebab akibat

C. Jika pernyataan I benar dan pernyataan II salah

D. Jika pernyataan I salah dan pernyataan II benar

E. Jika kedua pernyataan salah

Jawaban: A

Pembahasan:

Pernyataan I: Pada suhu yang lebih tinggi, molekul gas memiliki energi kinetik yang lebih besar.

Pernyataan ini benar. Suhu yang lebih tinggi berarti molekul gas bergerak lebih cepat dan memiliki energi kinetik yang lebih besar sesuai dengan hukum kinetik gas.

Pernyataan II: Pada suhu yang lebih tinggi, tekanan gas dalam wadah tertutup cenderung meningkat.

Pernyataan ini benar. Menurut hukum gas ideal, tekanan gas berbanding lurus dengan suhu jika volume dan jumlah gas tetap.

Keduanya menunjukkan hubungan sebab-akibat yang jelas. Suhu yang lebih tinggi (pernyataan I) menyebabkan energi kinetik molekul gas meningkat, yang juga meningkatkan tekanan gas (pernyataan II). Sehingga, jawaban yang benar adalah A. Jika pernyataan I dan II benar, serta keduanya menunjukkan hubungan sebab akibat.

7. Contoh Soal Fisika – Konduktivitas

Pada suhu rendah, konduktivitas termal suatu material semikonduktor meningkat.

SEBAB

Pada suhu rendah, elektron dalam suatu material semikonduktor memiliki mobilitas yang lebih tinggi.

A. Jika pernyataan I dan II benar, serta keduanya menunjukkan hubungan sebab akibat

B. Jika pernyataan I dan II benar, tetapi keduanya tidak menunjukkan hubungan sebab akibat

C. Jika pernyataan I benar dan pernyataan II salah

D. Jika pernyataan I salah dan pernyataan II benar

E. Jika kedua pernyataan salah

Jawaban: C

Pembahasan:

Pernyataan I: Pada suhu rendah, konduktivitas termal suatu material semikonduktor meningkat.

Pernyataan ini benar. Pada suhu rendah, konduktivitas termal semikonduktor dapat meningkat karena kurangnya getaran termal yang menghambat pergerakan muatan listrik.

Pernyataan II: Pada suhu rendah, elektron dalam suatu material semikonduktor memiliki mobilitas yang lebih tinggi.

Pernyataan ini salah. Pada suhu rendah, elektron dalam semikonduktor biasanya memiliki mobilitas yang lebih rendah karena getaran termal yang lebih kecil.

Pernyataan I benar, tetapi pernyataan II salah. Sehingga, jawaban yang benar adalah C. Jika pernyataan I benar dan pernyataan II salah.

8. Contoh Soal Fisika – Termodinamika

Pada suatu mesin Carnot, peningkatan efisiensi dapat dicapai dengan meningkatkan perbedaan suhu antara reservoir panas dan reservoir dingin.

SEBAB

Pada mesin Carnot, efisiensi hanya tergantung pada suhu reservoir panas.

A. Jika pernyataan I dan II benar, serta keduanya menunjukkan hubungan sebab akibat

B. Jika pernyataan I dan II benar, tetapi keduanya tidak menunjukkan hubungan sebab akibat

C. Jika pernyataan I benar dan pernyataan II salah

D. Jika pernyataan I salah dan pernyataan II benar

E. Jika kedua pernyataan salah

Jawaban: C

Pembahasan:

Pernyataan I: Pada suatu mesin Carnot, peningkatan efisiensi dapat dicapai dengan meningkatkan perbedaan suhu antara reservoir panas dan reservoir dingin.

Pernyataan ini benar. Efisiensi mesin Carnot dinyatakan sebagai 1 minus rasio suhu reservoir dingin dan panas. Peningkatan perbedaan suhu akan meningkatkan efisiensi.

Pernyataan II: Pada mesin Carnot, efisiensi hanya tergantung pada suhu reservoir panas.

Pernyataan ini salah. Efisiensi mesin Carnot tidak hanya tergantung pada suhu reservoir panas, tetapi juga dipengaruhi suhu reservoir dingin, dan efisiensi maksimalnya dicapai saat suhu reservoir panas tinggi.

Pernyataan I benar, tetapi pernyataan II salah. Sehingga, jawaban yang benar adalah C. Jika pernyataan I benar dan pernyataan II salah.

9. Contoh Soal Fisika – Termodinamika

Mesin Carnot merupakan mesin termal ideal yang bekerja antara dua reservoir panas berbeda temperatur.

SEBAB

Efisiensi mesin Carnot hanya tergantung pada suhu reservoir panas dan reservoir dingin.

A. Jika pernyataan I dan II benar, serta keduanya menunjukkan hubungan sebab akibat

B. Jika pernyataan I dan II benar, tetapi keduanya tidak menunjukkan hubungan sebab akibat

C. Jika pernyataan I benar dan pernyataan II salah

D. Jika pernyataan I salah dan pernyataan II benar

E. Jika kedua pernyataan salah

Jawaban: A

Pembahasan:

Pernyataan I: Mesin Carnot merupakan mesin termal ideal yang bekerja antara dua reservoir panas berbeda temperatur.

Pernyataan ini benar. Mesin Carnot adalah model teoretis dari mesin termal yang memberikan efisiensi tertinggi yang mungkin antara dua reservoir panas dengan suhu berbeda.

Pernyataan II: Efisiensi mesin Carnot hanya tergantung pada suhu reservoir panas dan reservoir dingin.

Pernyataan ini benar. Efisiensi mesin Carnot (η) hanya bergantung pada rasio suhu antara reservoir panas (T₁) dan reservoir dingin (T₂) dan dapat dihitung dengan rumus η = 1 – (T₂/T₁).

Sehingga, jawaban yang benar adalah A. Jika pernyataan I dan II benar, serta keduanya menunjukkan hubungan sebab akibat.

10. Contoh Soal Fisika – Gas Ideal

Sebuah tabung tertutup berisi gas ideal. Pernyataan di bawah ini yang benar adalah….

(1) Jika suhu gas diperkecil pada tekanan konstan, volumenya akan bertambah.

(2) Saat gas dipanaskan pada tekanan tetap, energi kinetik molekul gas akan berkurang.

(3) Ketika gas mengalami ekspansi adiabatik, suhu dan tekanan gas akan tetap konstan.

(4) Jika massa gas diperbesar pada volume tetap, tekanan gas akan meningkat.

A. Jika (1), (2), dan (3) benar

B. Jika (1) dan (3) benar

C. Jika (2) dan (4) benar

D. Jika hanya (4) saja yang benar

E. Jika semuanya benar

Jawaban: D

Pembahasan:

(1) Jika suhu gas diperkecil pada tekanan konstan, volumenya akan bertambah.

Pernyataan ini tidak benar. Hukum Gay-Lussac menyatakan bahwa pada tekanan tetap, volume gas akan berbanding lurus dengan suhunya. Jika suhu diperkecil, volumenya akan berkurang, tidak bertambah.

(2) Saat gas dipanaskan pada tekanan tetap, energi kinetik molekul gas akan berkurang.

Pernyataan ini tidak benar. Jika gas dipanaskan pada tekanan tetap, energi kinetik molekul gas akan bertambah, bukan berkurang. Ini sesuai dengan Hukum Termodinamika Pertama.

(3) Ketika gas mengalami ekspansi adiabatik, suhu dan tekanan gas akan tetap konstan.

Pernyataan ini tidak benar. Ekspansi adiabatik adalah proses di mana tidak ada pertukaran panas dengan lingkungan. Dalam ekspansi adiabatik, suhu dan tekanan gas dapat berubah, tetapi mereka tidak tetap konstan.

(4) Jika massa gas diperbesar pada volume tetap, tekanan gas akan meningkat.

Pernyataan ini benar. Hukum Boyle menyatakan bahwa pada suhu tetap, tekanan gas dan volume gas berbanding terbalik. Jika massa gas diperbesar pada volume tetap, tekanan gas akan meningkat.

Dengan demikian, jawaban yang benar adalah (d) Jika (4) saja yang benar.

Yuk, Selesaikan Latihan Soal di Skuling!

Bagaimana? Berapa banyak contoh soal fisika UTBK yang bisa kamu kerjakan? Walaupun mungkin kamu masih banyak salah atau kurang memahami materi, kamu tidak perlu khawatir!

Asah terus kemampuan dan pemahaman kamu tentang materi fisika dengan mengerjakan latihan soal di aplikasi bank soal UTBK yaitu Skuling. Skuling menyediakan ribuan soal fisika dengan berbagai tingkatan mulai dari termudah hingga tersulit. Setelah mengerjakan soal, kamu bisa langsung mendapatkan pembahasannya secara langsung, loh!

Eits, Skuling juga menyediakan beragam informasi menarik seputar PTN, UTBK, hingga beasiswa yang bisa diakses di blog Skuling. Jadi, jangan sampai ketinggalan informasi terbaru, ya!