Soal Pengantar Fisika Statistik

TUGAS MANDIRI

PENGANTAR FISIKA STATISTIK

(PAFI4333)

PETUNJUK: UNTUK SOAL NOMOR   1  SAMPAI  44, PILIHLAH SATU JAWABAN YANG PALING TEPAT!

1.   Suatu sistem patikel berisi N molekul gas dikumpulkan dalam ruang sebelah kiri, dibatasi dengan sekat (gambar a). Jika sekat dibuka dan diberi sekat transparan (gambar b), maka

A.        

B.  

C.   tidak ada hubungannya dengan N

D.  

2.   Secara makroskopik bahwa atom-atom sederhana berbentuk gas dapat berkonden-sasi secara tiba-tiba membentuk

A.   zat cair.

B.   embun.

C.   zat padat.

D.   butiran-butiran air.

     

3.   Yang merupakan contoh sistem mikroskopik adalah

A.   partikel ganda.

B.   zat cair.

C.   partikel tunggal.

D.   zat padat.

4.   Karakteristik partikel sebagai pembentuk sistem makroskopik adalah

A.   partikel gas akan selalu bergerak acak.

B.   zat padat bentuknya berubah sesuai wadahnya.

C.   zat cair bentuknya tetap.

D.   partikel zat cair lebih padat dari zat padat.

5.   Jika dua sistem A dengan suhu T₁ dan B dengan suhu T₂ dimana T₁ ¹ T₂, disentuhkan dengan pembatas terbuat dari logam, maka

A.   ada kalor yang mengalir dari temperatur rendah ke tinggi.

B.   ada kalor yang mengalir dari temperatur tinggi ke rendah.

C.   dua sistem tersebut berinteraksi adiabatik.

D.   sistem A mendapatkan kalor dari      sistem B.

6.   Yang dimaksud dengan ensambel adalah sekelompok keadaan mikroskopik dengan parameter yang sama atau hampir sama sehingga karakteristik yang muncul mewakili satu buah ensambel adalah harga rata-rata dari

A.   sebagian parameter dua ensambel.

B.   seluruh parameter dua ensambel.

C.   seluruh parameter satu ensambel.

D.   parameter satu ensambel.

7.   Jika suatu sistem berupa ruangan yang terbagi dua sama besar ialah R₁ = R₂ sehingga V₁ = V₂, dan dalam ruangan tersebut terdapat 3 molekul, maka jumlah konfigurasi yang mungkin muncul sebanyak

A.   2².

B.   3².

C.   2³.

D.   2⁴.

8.   Jika ada n buah partikel di ruangan yang kita amati dari total N buah partikel, maka jumlah kombinasi dari n buah partikel tersebut adalah

A.  

B.  

C.  

D.  

9.   Jika sebuah sistem yang terdiri dari sebuah partikel hanya diizinkan untuk melakukan      3 buah langkah maka perpindahan total maksimum adalah

A.   4.

B.   3.

C.   2.

D.   1.

10.   Sistem persamaan dari peluang tertulis  persamaan tersebut disebut juga persamaan

A.   ekspansi binomial.

B.   teorema binomial.

C.   binomial.

D.   distribusi binomial.

11.   Suatu sistem terdiri dari 3 ruangan yang sama besar, maka R₁ = R₂ =R₃ sehingga V₁ =V₂ =V₃. Jika kita amati salah satu ruangan saja yaitu R₁, maka jumlah keadaan yang menunjukkan keadaan 2 partikel dalam ruangan tersebut adalah

A.   10.

B.   12.

C.   15.

D.   17.

12.   Jika 3 permukaan dadu berwarna merah dengan angka 1, 2, 3 dan 3 permukaan dadu yang lain berwarna putih dengan angka yang sama 1, 2, 3, maka peluang keluarnya dadu berwarna merah dan berangka 2 adalah

A.  

B.  

C.  

D.  

13.   Jika U rata-rata dengan meninjau nilai peluang terhadap setiap kejadian U dikenakan normalisasi, maka U rata-rata tersebut bernilai

A.  

B.  

C.  

D.  

14.   Jika kita gunakan kondisi normalisasi pada persamaan  , maka peluang seluruh keadaan dari r = a dengan p+q = 1 sama dengan

A.   0.

B.   1.

C.   -1.

D.   2.

15.   Jika kita memainkan kartu remi, maka peluang munculnya kartu As berwarna hitam adalah

A.  

B.  

C.  

D.  

16.   Ukuran penyebaran sistem di sekitar harga rata-ratanya merupakan

A.   standar deviasi dari suatu sistem.

B.   nilai rata-rata suatu sistem.

C.   posisi sistem di sekitar harga rata-rata.

D.   ensambel sistem sekitar harga rata-rata.

17.   Suatu sistem dengan tingkat energi paling rendah disebut juga energi

A.   dasar.

B.   awal.

C.   rendah.

D.   kecil.

18.   Jika  maka momentum P adalah

A.  

B.  

C.  

D.  

19.   Fungsi gelombang partikel dalam kotak dua dimensi adalah

A.  

B.  

C.  

D.  

20.   Untuk menyelesaikan persoalan yang berhubungan dengan rumitnya penggunaan hukum matematika, maka kita dapat menggunakan

A.   konsep-konsep probabilitas.

B.   sifat makroskopik sistem.

C.   deskripsi makroskopik.

D.   informasi parameter.

21.   Suatu sistem dikatakan dalam keadaan setimbang, jika dalam sistem tersebut peluang untuh ditemukan keadaan mikro dalam setiap keadaan adalah

A.   lebih kecil.

B.   lebih besar.

C.   sama.

D.   tidak sama

22.   Dalam postulat 2 tidak ada informasi tentang waktu, padahal sebenarnya waktu diperlukan untuk

A.   memprediksi hasil.

B.   menghitung partikel.

C.   menghitung frekuensi.

D.   mencapai keseimbangan.

23.   Jika peluang untuk menemukan partikel dalam suatu sistem tidak bergantung pada waktu, maka dalam fisika statistik sistem tersebut dikatakan dalam keadaan

A.   labil.

B.   tidak seimbang.

C.   seimbang.

D.   tidak menentu.

24.   Jika W(E) sebagai fungsi energi (E) yang berubah secara kontinue f(E). Jumlah keadaan mikro yang mempunyai energi kurang dari E adalah

A.  

B.  

C.  

D.  

25.   Partikel tunggal bergerak bebas dalam kotak satu dimensi panjang L dan massa m, maka tingkat energi sistemnya adalah

A.  

B.  

C.  

D.  

26.   Gas ideal di tempatkan dalam ruang sebelah kiri dengan volume V, sebelah kanan kosong. Ruang kiri dan kanan dibatasi pembatas   (lihat gambar).

V

 

Jika pembatas dibuka maka pernyataan berikut benar, kecuali

A.   molekul gas akan menempati seluruh ruangan.

B.   jumlah keadaan mikro tercapai tergantung pada volume.

C.   Wf berubah.

D.   W = W(V) + Wf.

27.   Jika pembatas volume awal dikembangkan manjadi Vf, Wi. Jumlah keadaan tercapai awal, maka

A.  

B.  

C.  

D.  

28.

A1

A2

 

Suatu sistem A yang terisolir mempunyai dua sub sistem A­₁ dan A₂. Sub sistem A­₁ dan A₂ mempunyai parameter eksternal yang tetap dan antara A­₁ dan A₂ dipisahkan dengan penyekat, sehingga

A.   dapat bertukar energi secara pelan-pelan.

B.   tidak saling bertukar energi.

C.   energi total (E_t ) = E + E^I

D.   sub A energinya E dan sub A^I  energinya E + E^I.

29.   Dua sistem tidak dapat bertukar energi selama parameternya tidak berubah jika keadaan parameter

A.   disekat secara termal.

B.   diisolasi secara umum.

C.   disekat dengan logam.

D.   diisolasi dengan logam mulia.

30.   Jika dua sub sistem yang disekat secara termal, tetapi keduanya masih dapat berinteraksi dan saling bertukar energi, maka proses tersebut disebut

A.   proses isolasi.

B.   eksternal isolasi.

C.   proses adiabatis.

D.   isolasi adiabatis.

31.   Sebuah proses interaksi berlangsung secara sederhana jika proses tersebut bersifat

A.   adiabatis.

B.   isobarik.

C.   umum.

D.   infinitisimal.

32.   Jika sistem berinteraksi termal dengan mengijinkan saling bertukar energi, maka bentuk energinya adalah energi

A.   kinetis.

B.   panas.

C.   potensial.

D.   mekanik.

W(E)

33.  

Grafik di atas menyatakan

A.   jumlah keadaan tercapai sistem A ketika energi E.

B.   jumlah keadaan tercapai sistem A ketika energinya W(E).

C.   jumlah molekul dalam keadaan tercapainya sistem A, ketiga energinya E.

D.   jumlah molekul dalam keadaan tercapainya sistem A ketika energinya W(E).

34.   Jika menginginkan peluang berharga maksimum, maka turunan pertama dari fungsinya berharga

A.   1.

B.   -1.

C.   ~.

D.   nol.

35.   Jika k konstanta Boltzman, W(E) adalah jumlah keadaan mikro tercapai,maka entropi suatu sistem s adalah

A.  

B.  

C.  

D.  

36.   Pada saat sub sistim A dan A^I  saling bertukar energi dalam menuju keseimbangan akhir, energi total masing-masing sistem akan

A.   selalu berubah.

B.   selalu tetap.

C.   lebih besar.

D.   lebih kecil.

37.   Selisih dari besarnya entropi sebagai fungsi energi rata-rata pada awal dan akhir suatu sistem disebut

A.   perubahan energi.

B.   perubahan entropi.

C.   entropi awal.

D.   entropi akhir.

38.   Pernyataan yang berhubungan dengan perubahan energi dalam suatu sistem berikut benar, kecuali

A.   panas yang diserap suatu sistem sama dengan  panas yang dilepas oleh sistem lain.

B.   sistem yang menyerap panas adalah sistem yang lebih dingin dan sistem yang memberikan panas adalah sistem yang lebih panas.

C.   suhu suatu sistem tidak mempengaruhi dalam penyerapan panas.

D.   perubahan tergantung dengan besar kalor yang diserap dan yang dilepas.

39.   Suatu sistem tidak mungkin akan berada dalam keadaan seimbang jika

A.   energi awal sistem menunjukkan kondisi .

B.   karena energi awal , sehingga

C.   karena energi awal , sehingga

D.   energi awal sistem menunjukkan kondisi

40.   Jika sistem A dan sistim B benda dalam keadaan seimbang ketika berinteraksi termal, maka

A.   b_A  = b_B .

B.   b_A  > b_B .

C.   b_A  < b_B .

D.   b_A  ¹ b_B .

41.   Jika W(E) adalah suatu fungsi energi yang naik dengan cepat, maka persamaan  menjadi

A.   b < 0 atau T > 0.

B.   b > 0 atau T < 0.

C.   b < 0 atau T < 0.

D.   b > 0 atau T > 0.

42.   Jika , maka

A.  

B.  

C.  

D.  

43.   Contoh-contoh berikut ini menjelaskan konsep-konsep resevoir, kecuali

A.   segelas air teh panas dengan sebutir gula pasir yang dimasukkan kedalamnya.

B.   satu kolam air dibandingkan dengan satu sumber air.

C.   gula pasir dicampur dengan susu bubuk.

D.   sebuah sungai dibandingkan dengan laut.

44.   Untuk mendapatkan satu tingkat energi dalam rentang E-dE, maka kita harus memilih selang energi

A.   sebesar mungkin.

B.   sekecil mungkin.

C.   lebih besar.

D.   lebih kecil.

PETUNJUK:  UNTUK SOAL NOMOR  45  SAMPAI  51,   PILIHLAH!

A.   JIKA PERNYATAAN BENAR, ALASAN BENAR, DAN KEDUANYA MERUPAKAN HUBUNGAN SEBAB!

B.   JIKA PERNYATAAN BENAR, ALASAN BENAR, TETAPI KEDUANYA BUKAN MERUPAKAN HUBUNGAN SEBAB!

C.   JIKA PERNYATAAN BENAR, ALASAN SALAH, ATAU JIKA PERNYATAAN SALAH ALASAN BENAR!

D.   JIKA PERNYATAAN DAN ALASAN KEDUANYA SALAH!

45.   Ensambel adalah sekelompok keadaan mikroskopik dengan parameter yang sama.

sebab                 

Pada ensambel muncul karakteristik yang mewakili satu buah ensambel merupakan harga rata-rata dari seluruh parameter satu ensambel.

46.   Dalam ensambel, setiap keadaan mikro mewakili satu sistem.

sebab                 

Dalam satu ensambel terdiri dari beberapa keadaan mikroskopik dengan parameter makroskopik yang hampir sama.

47.   Pada kondisi normalisasi persamaan    menjadi 

sebab                 

Pada kondisi normalisasi 

48.   Penyebaran suatu nilai tertentu dari harga rata-ratanya akan sangat berguna untuk menentukan kedudukan nilai tersebut dalam suatu sistem.

sebab                 

Dalam satu sistem kondisi normalisasi

49.   Informasi tentang keadaan mikroskopik sistem membantu untuk menghitung secara rinci sfiat-sifat sistem dalam sembarang waktu.

sebab                 

Sangat sukar memperoleh suatu keadaan mikroskopik tertentu pada waktu tertentu.

50.   Peluang situasi akhir akan menjadi maksimum dan tidak mungkin lebih kecil dari semula.

sebab                 

Entropi dari suatu sistem selalu bekerja maksimum.

51.   Jika dua sistem dalam keadaan seimbang termal bersama-sama dengan sistem yang ketiga, maka ketiganya satu sama lain saling berada dalam keseimbangan termal.

sebab                 

Pernyataan tentang keseimbangan termal antara dua sistem disebut hukum termodinamika yang kenol.

PETUNJUK:  UNTUK SOAL NOMOR   52   SAMPAI   70,   PILIHLAH!

A.   JIKA 1) DAN 2) BENAR!

B.   JIKA 1) DAN 3) BENAR!

C.   JIKA 2) DAN 3) BENAR!

D.   JIKA 1), 2), DAN 3) SEMUANYA BENAR!    

52.   Berikut ini merupakan pamameter makroskopik yang menjadi ciri sistem makroskopik, ialah

1)   volume

2)   tekanan

3)   momen magnetik total

53.   Dari persamaan  dapat anda jelaskan bahwa

1)   b adalah parameter yang merupakan fungsi energi.

2)   T adalah parameter suhu.

3)   k adalah konstanta Boltzman.

54.   Sistem makroskopik terdiri dari sejumlah besar atom atau molekul seperti

1)   zat cair

2)   zat padat

3)   gas

55.   Beberapa hal yang perlu diungkapkan sehubungan dengan perkembangan pengetahuan sistem mikroskopik adalah

1)   pendekatan mekanika statistik

2)   dalam keadaan seimbang dibuat pendekatan klasik termodinamika

3)   keadaan mikro bergantung pada waktu

56.   Jika satu sistem berupa ruangan yang terbagi dua sama besar ialah R₁ = R₂, sehingga       V₁ = V₂, dan dalam ruangan tersebut terdapat 2 molekul, maka

1)   jumlah keadaan ada 1 molekul di R₁ adalah 2

2)   peluang mendapatkan 1 molekul di R₁ adalah

3)   jumlah keadaan yang menunjukkan tidak ada molekul di R₁ adalah 1

57.   Untuk merumuskan suatu sistem makroskopik sehingga memperoleh suatu informasi untuk menentukan karakteristik sistem, langkah-langkah yang perlu dilakukan adalah

1)   menentukan spesifikasi keadaan sistem

2)   menentukan ensambel statistik

3)   menghitung probabilitas sistem

58.   Menurut mekanika kuantum sebuah partikel mempunyai spin  dan berada dalam medan magnet homogen B, keadaan spin yang dapat  terjadi adalah

1)   spin ke atas

2)   spin ke bawah

3)   spin berputar

59.   Deskripsi keadaan yang didasarkan sepenuhnya pada hasil pengukuran akan memberikan informasi yang sangat terbatas tentang keadaan partikel sistem ialah

1)   parameter eksternal

2)   nilai m rata-rata

3)   penyiapan awal sistem

60.   Waktu dalam pembahasan postulat 1 dan 2 bisa lebih pendek dari mikrosekon tetapi bisa juga lebih panjang dari satu abad, hal tersebut tergantung pada

1)   sifat interaksi antar partikel

2)   frekuensi terjadinya perubahan

3)   jenis partikel

61.   Suatu sistem terdiri dari 4 partikel dengan spin . Momen magnet setiap partikel m, sistem berada dalam medan magnet homogen. Jika energi total sistem -2mB dan sistem dalam keadaan seimbang, maka keadaan mikro yang mungkin muncul untuk   4 partikel adalah

1)   +; +; +; +

2)   -; +; +; +

3)   +; -; +; +

62.   Dalam tinjauan sistem makroskopik dengan parameter eksternal tertentu, sehingga tingkat-tingkat energinya dapat diketahui dalam rentang E ® E + dE, maka

1)   dE sangat kecil dalam skala makroskopik

2)   dE sangat besar dalam skala mikroskopik

3)   dE lebih besar dari energi sebuah partikel tunggal

63.   Pada suatu sistem, setiap keadaan mikro tercapai mempunyai peluang yang sama, maka kasus yang mungkin muncul adalah

1)   W¦ = Wi

2)   W¦ > Wi

3)   W¦ < Wi

64.   Sistem B adalah gabungan dari subsistem   B₁ dan B₂, yang merupakan sebuah sistem yang terisolir dan saling berinteraksi. Interaksi yang dapat terjadi antara lain

1)   interaksi termal

2)   interaksi adiabatis

3)   interaksi umum

65.   Sifat-sifat parameter b adalah

1)   sama, jika dua sistem yang terpisah dalam keadaan seimbang dan akan tetap dalam keadaan seimbang, walaupun berinteraksi termal

2)   tidak sama, jika dua sistem dalam keadaan seimbang, berinteraksi termal menjadi tidak seimbang

3)   berinteraksi termal dengan sistem yang lain dalam keadaan seimbang

66.   Dari persamaan  dapat diartikan bahwa

1)   energi rata-rata tiap derajat kebebasan adalah sama untuk kedua sistem

2)   temperatur absolut mempunyai sifat umum yang dapat menunjukkan arah aliran kalor diantara dua sistem yang melakukan kontak termal

3)   kT adalah pengukuran kasar dari energi rata-rata pada keadaan dasar setiap derajat kebebasan sebuah sistem

67.   Jika  maka variabel-variabel yang memuhi adalah

1)  

2)  

3)   Q = {0,1, 2, ....}

68.   Interaksi termal antara dua buah sistem menjadi sangat sederhana, jika

1)   salah satu sistem jauh lebih kecil

2)   salah satu sistem, mempunyai jauh lebih sedikit derajat kebebasan

3)   salah satu sistem mempunyai jumlah keadaan mikro yang mungkin muncul jauh lebih sedikit

69.   Jika kita mengamati kolam kalor dengan selang energi yang sangat kecil, maka

1)   selang energi (E₀ - E_r) sampai dengan  (E₀ + E_r) + dE

2)   jumlah keadaan mikro W(E₀ - E_r)

3)   peluang kejadian r: P_r = cW(E₀ - E_r)

70.   Defek Schottky terjadi pada kristal sebagai berikut

1)   T = 0, posisi atom pembentuk kristal terletak pada posisi kiri ideal

2)   T > 0, kisi-kisi kristal akan bergetar

3)   T < 0, kisi-kisi kristal akan bergetar lebih keras, sehingga menimbulkan defek