Bahantermodinamika 141028051705 Conversion Gate01 [PDF]

Citation preview

Hukum Pertama Termodinamika Perubahan energi dalam: Keterangan: 



:Perubahan energi dalam (Joule)







U2:Energi dalam pada keadaan akhir (Joule)







U1:Energi dalam pada keadaan awal (Joule)



Usaha yang dilakukan oleh gas pada tekanan tetap:



Keterangan:  



p: Besarnya tekanan (atm) : Perubahan volume (liter)



Rumus umum usaha yang dilakukan gas: Penghitungan energi dalam:







Gas monoatomik:







Gas diatomik:



Proses-proses termodinamika gas Proses isobarik



Diagram proses isobarik. Daerah berwarna kuning sama dengan usaha yang dilakukan.



Proses isobarik adalah perubahan keadaan gas pada tekanan tetap.



Persamaan keadaan isobarik: Usaha yang dilakukan pada keadaan isobarik: Proses isokhorik



Digram proses isokhorik. Grafiknya berupa garis lurus vertikal karena volumenya tidak berubah. Tidak ada usaha yang dilakukan pada proses isokhorik.



Proses isokhorik adalah perubahan keadaan gas pada volume tetap.



Persamaan keadaan isokhorik: Proses isotermis/isotermik



Proses isotermik. Daerah berwarna biru menunjukkan besarnya usaha yang dilakukan gas.



Proses isotermik adalah perubahan keadaan gas pada suhu tetap. Persamaan keadaan isotermik: Usaha yang dilakukan pada keadaan isotermik: 



Dari persamaan gas ideal







Rumus umum usaha yang dilakukan gas:



maka: karena



bernilai tetap, maka:



Ingat integral ini!



maka persamaan di atas menjadi



maka menjadi:



Proses adiabatik



Proses adiabatik. Warna biru muda menunjukkan besarnya usaha yang dilakukan.



Proses adiabatik adalah perubahan keadaan gas dimana tidak ada kalor yang masuk maupun keluar dari sistem. Persamaan keadaan adiabatik:



Tetapan Laplace:



karena



, maka persamaan diatas dapat juga ditulis:



Usaha yang dilakukan pada proses adiabatik:



Proses-proses dalam termodinamika gas Telah kita ketahui bahwa proses termodinamika yang dialami suatu gas dapat dijelaskan dengan baik melalui grafik p - V. Oleh karena itu dalam termodinamika terdapat beberapa proses, diantaranya:







Proses Isobarik



Proses Isobarik adalah proses perubahan keadaan sistem pada tekanan tetap. W = P ( V 2 - V1 ) = P (∆V) Jika gas melakukan proses termodinamika dengan menjaga tekanan tetap konstan, gas dikatakan melakukan proses isobarik. Karena gas berada dalam tekanan konstan, gas melakukan usaha (W = p∆V). Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada tekanan konstan Qp. Berdasarkan hukum I termodinamika, pada proses isobarik berlaku:



Sebelumnya telah dituliskan bahwa perubahan energi dalam sama dengan kalor yang diserap gas pada volume konstan. QV =∆U Dari sini usaha gas dapat dinyatakan sebagai : W = Qp − QV Jadi, usaha yang dilakukan oleh gas (W) dapat dinyatakan sebagai selisih energi (kalor) yang diserap gas pada tekanan konstan (Qp) dengan energi (kalor) yang diserap gas pada volume konstan (QV). gambaran grafiknya:







Proses Isokhorik



Proses Isokhorik adalah W = P (∆V) = P (0) W=0 gambaran grafiknya:



proses perubahan keadaan sistem pada volume tetap.







Proses Isotermal



Proses Isotermal adalah proses perubahan keadaan suhu tetap.Proses ini mengikuti proses hukum Boyle, yaitu: PV = KONSTAN. Dari persamaan gas ideal PV = nRT , Karena nRT merupakan bilangan tetap, maka grafik P - V berbentuk hiperbola. Proses isotermik dapat digambarkan dalam grafik p – V di bawah ini. Usaha yang dilakukan sistem dan



kalor dapat dinyatakan sebagai: gambaran grafiknya:







Proses Adiabatik



Proses adiabatik adalah proses perubahan keadaan sistem tanpa adanya kalor yang masuk ke sistem atau keluar dari sistem (gas) yaitu : Q=0



Usaha yang dilakukan pada proses adiabatik:



gambaran grafik:



HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA 00.38



No comments



Hukum termodinamika pertama kali dikemukakan oleh James Prescoot Joule(1818-1889). Dia adalah seorang ilmuwan Inggris yang merumuskan hukum kekekalan energi. Hukum termodinamika pertama merupakan pernyataan dari hukum kekekalan energi yang berbunyi: “energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan tetapi dapat dikonversi ke dalam bentuk yang lain”. Hukum pertama adalah prinsip dari hukum kekekalan energi yang memasukan kalor sebagai model perpindahan energi. Menurut hukum pertama energi dalam suatu benda dapat ditingkatkan dengan menambahkan kalor ke benda tersebut atau melakukan usaha pada benda. Hukum pertama ini tidak membatasi tentang arah perpindahan kalor yang dapat terjadi. Selain itu karena kalor dan kerja merupakan energy yang ditransfer ke dalam dan keluar sistem maka hukum termodinamika pertama merupakan pernyataan hukum kekekalan energi. Hukum pertama termodinamika adalah suatu pernyataan mengenai hukum universal dari hukum kekekalan energi dan mengidentifikasikan perpindahan panas sebagai suatu bentuk perpindahan energi. Pernyataan paling umum dari hukum pertama termodinamika ini berbunyi : “kenaikan energi dalam dari suatu sistem



termodinamika sebanding dengan jumlah energi panas yang ditambahkan ke dalam sistem dikurangi dengan kerja yang dilakukan oleh sistem”.



Bentuk persamaannya:



∆U = Q – W



Dimana : ∆U= perubahan energy dalam(joule) Q = kalor (joule) W = kerja (joule)



keterangan: Jika sistem melakukan usaha, nilai W bernilai positif Jika sistem menerima usaha , nilai usaha W bertanda negatif Jika sistem menerima kalor, nilai Q bernilai positif Jika sistem melepaskan kalor, nilai Q bertanda negatif http://murninana.blogspot.com/2013/05/hukum-pertama-termodinamika.html



ENERGI DALAM GAS 21.40



No comments



Suatu gas yang berada dalam suhu tertentu dikatakan memiliki energi dalam. Energi dalam gas berkaitan dengan suhu gas tersebut dan merupakan sifat mikroskopik gas tersebut. Meskipun gas tidak melakukan atau menerima usaha, gas tersebut dapat memiliki energi yang tidak tampak tetapi terkandung dalam gas tersebut yang hanya dapat ditinjau secara mikroskopik.



Berdasarkan teori kinetik gas, gas terdiri atas partikel-partikel yang berada dalam keadaan gerak yang acak. Gerakan partikel ini disebabkan energi kinetik rata-rata dari seluruh partikel yang bergerak. Energi kinetik ini berkaitan dengan suhu mutlak gas. Jadi, energi dalam dapat ditinjau sebagai jumlah keseluruhan energi kinetik dan potensial yang terkandung dan dimiliki oleh partikel-partikel di dalam gas tersebut dalam skala mikroskopik. Dan, energi dalam gas sebanding dengan suhu mutlak gas. Oleh karena itu, perubahan suhu gas akan menyebabkan perubahan energi dalam gas. Secara matematis, perubahan energi dalam gas dinyatakan sebagai: 



untuk gas monoatomik







untuk gas diatomik



keterangan:



∆U adalah perubahan energi dalam gas, n adalah jumlah mol gas, R adalah konstanta umum gas (R = 8,31 J mol−1 K−1, dan



∆T adalah perubahan suhu gas (dalam kelvin). http://murninana.blogspot.com/2013/05/energi-dalam-gas.html



APLIKASI TERMODINAMIKA DALAM KEHIDUPAN( MPG CAPS) 00.54



No comments



Di zaman modern ini, kebutuhan semakin meningkat dan harga semakin melunjak tinggi. Terutama BBM (Bahan Bakar Minyak) yang sekarang ini akan mengalami kenaikan. Hal ini di sebabkan karena harga minyak dunia naik oleh karena itu berdampak pada kenaikan BBM terutama di Indonesia. Salah satu dampak dari kenaikan BBM ini adalah semakin sakitnya hidup rakyat kecil atau rakyat miskin. Menurut saya, adapun tindakan yang dapat kita lakukan dalam mengurangi penggunaan energi di tengah mahalnya harga BBM salah satunya dengan menggunakan produk full additive yaitu MPG Caps yang merupakan produk untuk menghemat pengeluaran para pengguna kendaraan bermotor. MPG Caps (Mileages Per Gallon Capsule) adalah produk yang berbentuk kapsul di gunakan untuk merawat mesin yang di produksi oleh Fuel Freedom Internasional di Amerika Serikat yang 100% terbuat dari bahan organik aktif yang tidak mengandung filter. MPG Caps dapat digunakan untuk semua jenis bahan bakar seperti bensin, solar dan biodiesel. MPG Caps berfungsi untuk meningkatkan mileage per gallon kendaraan,



meningkatkan umur klep mesin dan busi mesin, mencegah pembentukan limbah sisa-sisa pembakaran yang tidak diinginkan dalam mesin, mengurangi peningkatan karbondioksida setelah mesin bekerja. Hubungan antara termodinamika dengan suatu mesin adalah relasi termodinamik yang menunjukkan bahwa efisiensi termal dalam suatu sistem mesin motor adalah presentasi perbandingan kuantitas tenaga mekanik keluaran dan kuantitas tenaga panas masukan yang bila di jabarkan secara matematika fisika berdasarkan hukum termodinamika adalah :



Di mana : Q1 : kuantitas tenaga panas masukan Q2 : kuantitas tenaga panas keluaran W : energi mekanik keluaran / tenaga mesin n : efisiensi termal Kuantitas BBM pada kendaraan bermotor yang berhasil di ubah mesin menjadi gerakan mesin sekitar 70%. Berdasarkan pada rumus di atas efisiensi dapat di perbesar dengan dua cara yaitu : 1. memperkecil kuantitas input pada kuantitas output efektif tetap atau sebaliknya. 2. memperbesar kuantitas output efektif pada kuantitas output efektif pada kuantitas input tetap. Adapun cara untuk meningkatkan efisiensi termal mesin antara lain adalah sebagai berikut : • Meningkatkan rasio kompersi mesin menjadi lebih besar daripada 9. • Meningkatkan suhu penyalaan dan pembakaran via peningkatan tegang elektroda busi, dengan mengganti koil penyalaan atau menambahkan SPB antara koil dan busi dan mengganti busi dengan yang lebih tahan panas. • Meniadakan endapan kerak arang dalam ruang silinder mesin dengan cara meningkatkan pembakaran BBM.



MPG Caps bekerja sebagai suatu katalis yang mempercepat mesin dalam melakukan pembakaran sehingga meningkatkan efisiensi mesin. Di dalam bahan bakar terdapat cairan yang dapat membawa dan menghantarkan kapsul ke ruang pembakaran mesin. Hal ini mengakibatkan mempercepat dan menyempurnakan reaksi pembakaran BBM. Bahan bakar akan semakin efisien sehingga mesin lebih irit. Penggunaan MPG Caps ini dapat mengirit penggunaan bahan bakar sekitar 12%. Manfaat lainnya adalah dapat mengurangi emisi gas rumah kaca, yang mengurangi efek global warning. Jadi, pada saat keadaan Indonesia mengalami kenaikan BBM ini, MPG Caps sangat membantu dalam proses pengiritan BBM hingga 12%.



http://murninana.blogspot.com/2013/05/aplikasi-termodinamika-dalamkehidupan.html



USAHA DAN PROSES DALAM TERMODINAMIKA 03.01



No comments



USAHA SISTEM PADA LINGKUNGANNYA



Usaha yang dilakukan sistem pada lingkungannya merupakan ukuran energi yang



dipindahkan dari sistem ke lingkungan. Gambar diatas, menunjukkan suatu gas di dalam silinder tertutup dengan piston (penghisap) yang dapat bergerak bebas tanpa gesekan. Pada saat gas memuai, piston akan bergerak naik sejauh Δs. Apabila luas piston A, maka usaha yang dilakukan gas untuk menaikkan piston adalah gaya F dikalikan jarak Δs . Gaya yang dilakukan oleh gas merupakan hasil kali tekanan P dengan luas piston A, sehingga: W = F. Δ s W = P.A. Δs karena A. Δs = ΔV , maka: W = P. ΔV atau W = P (V2 – V1) ....(berlaku apabila tekanan gas konstan) keterangan: W = usaha ( J) V1 = volume mula-mula (m3) P = tekanan (N/m2) V2= volume akhir (m3) ΔV = perubahan volume (m3)



Apabila V2 > V1, maka usaha akan positif (W > 0). Hal ini berarti gas (sistem) melakukan usaha terhadap lingkungan. Apabila V2 < V1, maka usaha akan negatif (W< 0). Hal ini berarti gas (sistem) menerima usaha dari lingkungan. Untuk gas yang mengalami perubahan volume dengan tekanan tidak konstan, maka usaha yang dilakukan sistem terhadap lingkungan dirumuskan: dW = F.d= F.P.A ds



dW = P dV Jika volume gas berubah dari V1 menjadi V2, maka:



Besarnya usaha yang dilakukan oleh gas sama dengan luas daerah di bawah kurva pada diagram P-V



Gambar :Usaha yang dilakukan sistem dan lingkungan



http://murninana.blogspot.com/2013/05/usaha-dan-proses-dalamtermodinamika_21.html



Contoh soal hukum termodinamika 1 1. Kalor sebanyak 3000 Joule ditambahkan pada sistem dan sistem melakukan usaha 2500 Joule pada lingkungan. Perubahan energi dalam sistem adalah… Pembahasan Diketahui : Kalor (Q) = +3000 Joule Usaha (W) = +2500 Joule Ditanya : perubahan energi dalam Jawab : Hukum I Termodinamika : Aturan tanda :



Q positif jika kalor ditambahkan pada sistem W positif jika sistem melakukan usaha pada lingkungan Q negatif jika kalor dilepaskan sistem W negatif jika lingkungan melakukan usaha pada sistem Perubahan energi dalam sistem : Energi dalam sistem bertambah 500 Joule. 2. Kalor sebanyak 2000 Joule ditambahkan pada sistem dan lingkungan melakukan usaha 2500 Joule pada sistem. Perubahan energi dalam sistem adalah… Pembahasan Diketahui : Kalor (Q) = +2000 Joule Usaha (W) = -2500 Joule Ditanya : perubahan energi dalam sistem Jawab :



Energi dalam sistem bertambah 4500 Joule. 3. Kalor sebanyak 2000 Joule dilepaskan sistem dan lingkungan melakukan usaha 3000 Joule pada sistem. Perubahan energi dalam sistem adalah… Pembahasan Diketahui : Kalor (Q) = -2000 Joule Usaha (W) = -3000 Joule Ditanya : perubahan energi dalam sistem Jawab :



Energi dalam sistem bertambah 1000 Joule. Kesimpulan : - Jika sistem menyerap kalor dari lingkungan maka energi dalam sistem bertambah - Jika sistem melepaskan kalor pada lingkungan maka energi dalam sistem berkurang - Jika sistem melakukan usaha pada lingkungan maka energi dalam sistem berkurang - Jika lingkungan melakukan usaha pada sistem maka energi dalam sistem bertambah



http://gurumuda.net/contoh-soal-hukum-i-termodinamika.htm



“HUKUM 1 TERMODINAMIKA”



11) Suatu gas menerima kalor 1.500 kalori, menghasilkan usaha sebesar 4.000 J. berapakah energy dalam pada gas? (1 kalori = 4,18 joule) Penyelesaian: Diketahui: Q = 1.500 kalori (1 kalori = 4,18 joule) Q = 1.500 x 4,18 J = 6.720 J W = 4.000 J Ditanyakan: U …? Jawab: U = Q – W U = (6.200 – 4.000) J U = 2.270 J 2) Suatu gas yang menghasilkan usaha sebesar 200 joule, dengan perubahan energy dalam pada ags adalah 70 J. Tentukanlah kalor yang dapat diterima gas tersebut! Penyelesaian: Diketahui: W = 200 J U = 70 J Ditanyakan: Q …? Jawab: U = Q – w Q = U + W Q = (70 + 200) J Q = 270 J 3) Sejumlah 6 mMol gas hidrogen suhunya dinaikkan dari 20 oc menjadi 110 oc pada tekanan tetap. Jika konstanta gas umum R = 8,314J/mol.K, tentukan: a)perubahan energy dalam b)usaha yang dilakukan gas c)kalor yang diperlukan penyelesaian: diketahui: n = 6 mMol =0,006 mol T1 = 20 oc (20 + 273) K = 293 K o T2 = 110 c (110 + 273)K = 383 K R = 8,314 J/mol.K Ditanyakan: a) U …? b) W …? c) Q …? Jawab: a). U = 3/2nR(T2 –T1) = 3/2 (0,006 . 8,314 (383 - 293)) J = 3/2 (4,489) J = 6,734 J b). W = P (V2 – V1) P = nR V1 = T1 V2 = T2 W = nR (T2 – T1) W = o,oo6 x 8,314 (383 - 293) W = 4,489 J



c). Q = U + W Q = (6,734 + 4,489) J = 2,245 J 4) Gas helium 0,0003 mol pada tekanan tetap. Suhunya dinaikkan dari 10 oc menjadi 70 oc. diketahui R = 8,314 J/mol.K, hitunglah kalor yang diperlukan? Penyelesaian: Diketahui: n = 0,0003 mol T1 = 10 oc = (10 + 273) K = 283 K T2 = 70 oc =(70 + 273) R = 8,314 J/mol.K Ditanyakan: Q ….? Jawab: Q = U + W U = 3/2nR (T2 – T1) W = P (V2 – V1) = nR(T2 – T1) U = 3/2nR (T2 – T1) U = 3/2(0,0003 x 8,314 (343 - 283)) U = 3/2 (0,149) J U = 0,224 J W = nR(T2 – T1) W = 0,0003 x 8,314 (343 – 283) W = 0,149 J Jadi, kalor yang diperlukan: Q = U + W Q = (0,224 + 0,149) J Q = 0,373 J 5) Gas diatomik dipanaskan pada volume tetap dengan kapasitas kalor 24 J/K. jika R = 8,314 J/mol.K, tentukan jumlah mol gas tersebut! Penyelesaian: Diketahui: Cv = 24 J/k R = 8,314 J/mo.K Ditanyakan: n ….? Jawab: Cv = 3/2 nR 24 J/K = 3/2 n x8,314 J/mol.K 24 = 12,471 x n n = 24/12,471 mol n = 1,924 mol. 6) Suatu zat menerima kalor 20 kalori, suhunya dinaikkan dari 15 oc menjadi 50 oc. Tentukan kapasitas kalor yang diperlukan untu menaikkan suhu zat tersebut! (1 kalori = 4,18 joule) Penyelesaian: Diketahui: Q = 20 kalor (1 kalor = 4,18 J) Jadi, Q = 20 x 4,18 J =83,6 J T1 = 15 oc = (15 + 273) K = 288 K T2 = 50 oc = (50 + 273) K = 323 K



Ditanyakan: C ….? Jawab: C = QT T = T2 –T1 T = (323 - 288) K = 35 K C = 83,6 J/35 K C = 2,389 J/K 7) Sejumlah 0,005 mol gas hydrogen suhunya dinaikkan 12 oc menjadi 64 oc pada tekanan tetap. Jika konstanta gas umum R = 8,314 J/mol.K, tentukan: a)perubahan energy dalam b)kapasitas kalor pada tekanan tetap c)kapasiras kalor pada volume tetap penyelesaian: diketahui: n = 0,005 mol T1 = 12 oc = (12 + 273) K = 285 K T2 = 64 oc = (64 + 273) K = 337 K R = 8,314 J/mol.K Ditanyakan: a). U …? b). Cp …? c). Cv …? Jawab: a). U = 3/2 nRT U = 3/2 (0,005 x 8,314 (337 - 285)) U = 3/2 (3,162) J U = 3,243 J b). Cp = 3/2 nR Cp = 3/2 (0,005 x 8,314) Cp = 3/2 (0,042) Cp = 0,063 J/K c). Cv = 5/2 nR Cv = 5/2 (0,005 x 8,314) Cv = 5/2(0,042) Cv = 0,105 J/K 8) Sejumlah 3 mol gas monoatomik pada tekanan tetap. Jika R = 8,314 J/mol.K, tentukan kapasits kalor pada tekanan tetap untuk gas momoatomik tersebut! Penyelesaian: Diketahui: n = 3 mol R = 8,314 J/mol.K Ditanyakan: Cp …? Jawab: Cp = 5/2 nR Cp = 5/2 (3 x 8,314) Cp = 5/2 (29,942) Cp = 62,355 J/K 9) Gas diatomik dipanaskan pada keadaan tetap dengan kapasitas kalor 520 J/K. diketahui konstanta gas umum R = 8,314 J/mol.K, tentukan:



a)jumlah mol gas (kapasitas kalor pada volume tetap) b)jumlah mol gas (kapasitas kalor pada tekanan tetap) penyelesaian: Diketahui: C = 520 J/K R = 8,314 J/mol.K Ditanyakan: a) nv …? b) np …? Jawab: a) Cv = 5/2 nR 520 J/K = 5/2n x 8,314 J/mol.k 520 = 20,785 x n nv = 520/20,785 mol nv = 25,018 mol b) Cv = 7/2 nR 520 J/K = 7/2n x 8,314 J/mol.k 520 = 29,099 x n np = 520/29,099 mol np = 17,870 mol 10)Suatu gas memiliki volume awal 2 m3 dipanaskan dengan isobaris hingga volume akhirnya 4,5 m3. Jika tekanan gas adalah 2 atm, tentukan usaha luar gas tersebut (1 atm = 1,01 x 105 Pa) Penyelesaian : Dik : V1=2 m3 V2=4,5 m3 P = 2 atm = 2,02 x 105 Pa Dit : W? isobaris = tekanan tetap Jawab : W = P (ΔV) W = P ( V2 – V1) W = 2,02 x 105 Pa . (4,5 – 2,0) = 5,05 x 105 Joule http://nurulatikahms.blogspot.com/2013/05/contoh-soal-hukum-1termodinamika-gas.html



18



JANUARI



Hukum pertama Termodinamika Diposkan oleh Da'in



Biar rileks...mari pemanasan dahulu sebelum ke pokok bahasan...(Pengantar) Pernah memanaskan air ? Kalau kita panaskan air menggunakan wadah seperti panci, misalnya, biasanya setelah air mendidih, tutup panci bisa bergerak sendiri. Tutup panci bisa bergerak karena ditendang oleh uap yang lagi kepanasan dalam panci… Ingin bebas, katanya. Sudah bosan hidup di penjara… Ada lagi contoh yang mirip. Dirimu pernah ngemil popcorn ? Mudah2an sudah… Kalau belum, minta saja di toko terdekat. Ssttt… jangan lupa bawa uang receh secukupnya, biar dirimu tidak diomelin. Btw, tahu cara membuat popcorn ? Biasanya popcorn dimasukkan ke dalam wadah lalu dipanaskan. Setelah kepanasan, biji popcorn berdisco ria dengan teman-temannya dan mendorong penutup wadah. Aneh ya, cuma dipanasi dengan nyala api, biji popcorn dalam wadah meletup dan loncat-loncat sendiri. Saking senangnya, penutup wadah jadi korban kenakalan mereka, mengapa bisa terjadi seperti itu ? Proses Termodinamika Dalam proses termodinamika kita kenal Kalor (Q), Kerja (W), Sistem dan Lingkungan. Kalor (Q) merupakan energi yang berpindah dari satu benda ke benda yang lain akibat adanya perbedaan suhu. Berkaitan dengan sistem dan lingkungan, bisa dikatakan bahwa kalor merupakan energi yang berpindah dari sistem ke lingkungan atau energi yang berpindah dari lingkungan ke sistem akibat adanya perbedaan suhu. Jika suhu sistem lebih tinggi dari suhu lingkungan, maka kalor akan mengalir dari sistem menuju lingkungan. Sebaliknya, jika suhu lingkungan lebih tinggi dari suhu sistem, maka kalor akan mengalir dari lingkungan menuju sistem. Jika Kalor (Q) berkaitan dengan perpindahan energi akibat adanya perbedaan suhu, maka Kerja (W) berkaitan dengan perpindahan energi yang terjadi melalui cara-cara mekanis (mekanis tuh berkaitan dengan gerak)… Misalnya jika sistem melakukan kerja terhadap lingkungan, maka energi dengan sendirinya akan berpindah dari sistem menuju lingkungan. Sebaliknya jika lingkungan melakukan kerja terhadap sistem, maka energi akan berpindah dari lingkungan menuju sistem. Salah satu contoh sederhana berkaitan dengan perpindahan energi antara sistem dan lingkungan yang melibatkan Kalor dan Kerja adalah proses pembuatan popcorn. Dirimu ngerti popcorn tidak ? biji jagung yang ada bunganya Da'in kurang ngerti proses pembuatan popcorn secara mendetail. Btw, garis besarnya seperti ini… Biasanya popcorn dimasukkan ke dalam wadah tertutup (panci atau alat masak lainnya). Selanjutnya, wadah tertutup tersebut dipanasi dengan nyala api kompor. Adanya tambahan kalor dari nyala api membuat biji popcorn dalam panci kepanasan dan meletup. Ketika meletup, biasanya biji popcorn berjingkrak-jingkrak dalam panci dan mendorong penutup panci. Gaya dorong biji popcorn cukup besar sehingga kadang tutup panci bisa berguling ria… Untuk kasus ini, kita bisa menganggap popcorn sebagai sistem, panci sebagai pembatas dan udara luar, nyala api dkk sebagai lingkungan. Karena terdapat perbedaan suhu, maka kalor mengalir dari lingkungan



(nyala api) menuju sistem (biji popcorn). Adanya tambahan kalor menyebabkan sistem (biji popcorn) memuai dan meletup sehingga mendorong penutup panci (si biji popcorn tadi melakukan kerja terhadap lingkungan). Dalam proses ini, keadaan popcorn berubah. Keadaan popcorn berubah karena suhu, tekanan dan volume popcorn berubah saat memuai dan meletup… meletupnya popcorn hanya merupakan salah satu contoh perubahan keadaan sistem akibat adanya perpindahan energi antara sistem dan lingkungan. Masih sangat banyak contoh lain, sebagiannya sudah da'in ulas pada bagian pengantar… Perubahan keadaan sistem akibat adanya perpindahan energi antara sistem dan lingkungan yang melibatkan Kalor dan Kerja, disebut sebagai proses termodinamika. Energi dalam dan Hukum Pertama Termodinamika Energi dalam sistem merupakan jumlah seluruh energi kinetik molekul sistem, ditambah jumlah seluruhenergi potensial yang timbul akibat adanya interaksi antara molekul sistem. Kita berharap bahwa jika kalor mengalir dari lingkungan menuju sistem (sistem menerima energi), energi dalam sistem akan bertambah… Sebaliknya, jika sistem melakukan kerja terhadap lingkungan (sistem melepaskan energi), energi dalam sistem akan berkurang… Dengan demikian, dari kekekalan energi, kita bisa menyimpulkan bahwa perubahan energi dalam sistem = Kalor yang ditambahkan pada sistem (sistem menerima energi) – Kerja yang dilakukan oleh sistem (sistem melepaskan energi). Secara matematis, bisa ditulis seperti ini :



Keterangan : Delta U = Perubahan energi dalam Q = Kalor W = Kerja Persamaan ini berlaku untuk sistem tertutup (Sistem tertutup merupakan sistem yang hanya memungkinkan pertukaran energi antara sistem dengan lingkungan). Untuk sistem tertutup yang terisolasi, tidak ada energi yang masuk atau keluar dari sistem, karenanya, perubahan energi dalam = 0. Persamaan ini juga berlaku untuk sistem terbuka jika kita memperhitungkan perubahan energi dalam sistem akibat adanya penambahan dan pengurangan jumlah zat (Sistem terbuka merupakan sistem yang memungkinkan terjadinya pertukaran materi dan energi antara sistem tersebut dengan lingkungan). Hukum pertama termodinamika merupakan pernyataan Hukum Kekekalan Energi dan ketepatannya telah dibuktikan melalui banyak percobaan (seperti percobaan om Jimi Joule). Perlu diketahui bahwa hukum ini dirumuskan pada abad kesembilan belas, setelah kalor dipahami sebagai energi yang berpindah akibat adanya perbedaan suhu. Energi dalam merupakan besaran yang menyatakan keadaan mikroskopis sistem. Besaran yang menyatakan keadaan mikroskopis sistem (energi dalam) tidak bisa diketahui secara



langsung. Yang kita analisis dalam persamaan Hukum Pertama Termodinamika hanya perubahan energi dalam saja. Perubahan energi dalam bisa diketahui akibat adanya energi yang ditambahkan pada sistem dan energi yang dilepaskan sistem dalam bentuk kalor dan kerja. Jika besaran yang menyatakan keadaan mikroskopis sistem (energi dalam) tidak bisa diketahui secara langsung, maka besaran yang menyatakan keadaan makroskopis bisa diketahui secara langsung. Besaran yang menyatakan keadaan makroskopis adalah suhu (T), tekanan (p), volume (V) dan massa (m) atau jumlah mol (n). Ingat ya, Kalor dan Kerja hanya terlibat dalam proses perpindahan energi antara sistem dan lingkungan. Kalor dan Kerja bukan merupakan besaran yang menyatakan keadaan sistem.



Aturan tanda untuk Kalor (Q) dan Kerja (W) Aturan tanda untuk Kalor dan Kerja disesuaikan dengan persamaan Hukum Pertama Termodinamika. Kalor (Q) dalam persamaan di atas merupakan kalor yang ditambahkan pada sistem (Q positif), sedangkan Kerja (W) pada persamaan di atas merupakan kerja yang dilakukan oleh sistem (W positif). Karenanya, jika kalor meninggalkan sistem, maka Q bernilai negatif. Sebaliknya, jika kerja dilakukan pada sistem, maka W bernilai negatif. Pahami perlahan-lahan….



Contoh soal 1 : Jika kalor sebanyak 2000 Joule ditambahkan pada sistem, sedangkan sistem melakukan kerja 1000 Joule, berapakah perubahan energi dalam sistem ? Panduan jawaban :



Sistem mendapat tambahan kalor (sistem menerima energi) sebanyak 2000 Joule. Sistem juga melakukan kerja (sistem melepaskan energi) 1000 Joule. Dengan demikian, perubahan energi sistem = 1000 Joule.



Contoh soal 2 : Jika kalor sebanyak 2000 Joule meninggalkan sistem dan sistem melakukan kerja 1000 Joule, berapakah perubahan energi dalam sistem ?



Panduan jawaban : Ingat ya, jika kalor meninggalkan sistem, berarti Q bernilai negatif Kalor meninggalkan sistem (sistem melepaskan energi) sebanyak 2000 Joule. Sistem juga



melakukan kerja (sistem melepaskan energi) sebesar 1000 Joule. Dengan demikian, energi dalam sistem berkurang sebanyak 3000 J.



Contoh soal 3 : Jika kalor sebanyak 2000 Joule ditambahkan pada sistem dan kerja 1000 Joule dilakukan pada sistem, berapakah perubahan energi dalam sistem ?



Panduan jawaban : Ingat ya, jika kerja dilakukan pada sistem, berarti W bernilai negatif Sistem mendapat tambahan kalor (sistem menerima energi) sebanyak 2000 Joule dan kerja dilakukan pada sistem (sistem menerima energi) 1000 Joule. Dengan demikian, energi dalam sistem bertambah sebanyak = 3000 Joule.



Pahami perlahan-lahan ya. Jangan pake hafalan, nanti anda cepat lupa… Catatan : Pertama, kebanyakan sistem yang kita analisis secara teoritis dalam pokok bahasan ini adalah gas. Kita menggunakan gas, karena keadaan makroskopis gas (suhu, tekanan dan volume) lebih mudah diketahui. Dalam menganalisis gas, kita tetap menganggap gas sebagai gas ideal. Tujuannya hanya untuk mempermudah analisis saja. Kita tidak menggunakan gas riil karena pada tekanan yang cukup besar, biasanya gas riil berperilaku menyimpang. Karenanya analisis kita menjadi lebih sulit… Kedua, jika sistem yang kita analisis adalah gas ideal, maka energi dalam bisa dihitung menggunakan persamaan yang menyatakan hubungan antara energi dalam gas ideal dengan suhu gas ideal : U = 3/2 nRT (persamaan energi dalam gas ideal monoatomik). Persamaan ini kita turunkan dari teori kinetik.



Kerja yang dilakukan sistem selama perubahan volume Sebelum melangkah lebih jauh, terlebih dahulu kita tinjau kerja yang dilakukan sistem terhadap lingkungan. Untuk menghitung besarnya kerja (W) yang dilakukan sistem, kita tinjau gas ideal yang berada dalam sebuah wadah yang ditutup dengan sebuah penghisap/piston. Penghisap bisa digerakkan naik dan turun. Gambar ini disederhanakan menjad dua dimensi. Anggap saja gambar ini tiga dimensi. Volume = panjang x lebar x tinggi…



Gas ideal diwakili oleh titik-titik yang terletak di dalam wadah. Alas wadah bersentuhan dengan sebuah benda yang memiliki suhu yang lebih tinggi (mirip seperti air dalam panci yang dipanaskan di atas nyala api). Benda bersuhu tinggi tidak disertakan dalam gambar , bayangkan saja dalam pikiran ya Gas ideal dalam wadah merupakan sistem, sedangkan benda-benda lainnya yang berada di luar wadah, termasuk benda bersuhu tinggi yang bersentuhan dengan alas wadah, merupakan lingkungan. Karena suhu lingkungan lebih tinggi dari suhu sistem, maka kalor dengan sendirinya mengalir dari lingkungan menuju sistem. Adanya sumbangan energi dari lingkungan menyebabkan energi dalam sistem (gas ideal) bertambah. Energi dalam gas ideal berbanding lurus dengan suhu (U = 3/2 nRT), karenanya ketika energi dalam gas ideal bertambah, suhu gas ideal juga meningkat. Peningkatan suhu gas ideal menyebabkan gas ideal memuai dan mendorong piston sejauh s. Ketika mendorong piston sejauh s, sistem (gas ideal) melakukan kerja terhadap lingkungan (udara luar). Pada mulanya tekanan sistem besar (P1) dan volume sistem kecil (V1). Tekanan berbanding terbalik dengan volume (ingat lagi materi teori kinetik gas). Setelah kalor mengalir dari lingkungan menuju sistem dan sistem melakukan kerja terhadap lingkungan, volume sistem bertambah (V2) dan tekanan sistem berkurang (P2).



Besarnya kerja yang dilakukan sistem pada proses di atas adalah : Kerja (W) = Gaya dorong (F) x perpindahan (s). Karena gaya dorong (F) = tekanan (P) x luas permukaan (A) piston, maka persamaan Kerja bisa ditulis menjadi : W = Fs —– F = PA W = PAs —– As = V W = PV Perlu diketahui bahwa kerja yang dilakukan sistem terjadi selama perubahan volume. Karenanya, kerja total yang dilakukan sistem bisa diperoleh dengan mengalikan perubahan tekanan dan perubahan volume. Secara matematis ditulis seperti ini : W = (tekanan akhir – tekanan awal)(volume akhir – volume awal) W = (P2-P1)(V2-V1)



Catatan : Pertama, perubahan volume sistem (gas ideal) pada proses di atas bisa diketahui dengan mudah. Volume awal dan volume akhir sistem bisa diketahui dengan menghitung volume wadah. Dengan demikian, untuk menghitung besarnya kerja (W) yang dilakukan oleh sistem, kita perlu mengetahui bagaimana perubahan tekanan selama berlangsungnya proses. Apabila tekanan (p) sistem berubah secara tidak teratur seiring terjadinya perubahan volume (V), maka besarnya kerja yang dilakukan sistem bisa dihitung menggunakan kalkulus. Kalau dirimu belum terbiasa dengan kalkulus, ada alternatif lain yang bisa digunakan. Terlebih dahulu kita gambarkan grafik yang menyatakan hubungan antara tekanan dan volume. Besarnya kerja yang dilakukan oleh sistem = luasan yang diarsir di bawah kurva pV. Grafik tekanan vs volume untuk perubahan tekanan yang terjadi secara tidak teratur



Mula-mula tekanan sistem = p1 (tekanan besar) dan volume sistem = V1 (volume kecil). Setelah sistem melakukan kerja terhadap lingkungan, tekanan sistem berubah menjadi p2 (tekanan kecil) dan volume sistem berubah menjadi V2 (volume besar). Besarnya kerja (W) yang dilakukan sistem = luasan yang diarsir. Bentuk kurva melengkung karena tekanan sistem (gas ideal) berubah secara tidak teratur selama proses.



Apabila tekanan (p) sistem tidak berubah alias selalu konstan seiring terjadinya perubahan volume (V), maka besarnya kerja yang dilakukan sistem bisa dihitung dengan mudah. Besarnya kerja yang dilakukan sistem bisa dihitung menggunakan persamaan atau bisa diketahui melalui luasan yang diarsir di bawah kurva P-V. Untuk kasus ini, persamaan kerja di atas bisa dimodifikasi seperti ini : W = (P2-P1)(V2-V1) Karena tekanan (p) selalu konstan, maka P2 = P1 = P W = P(V2-V1) Grafik tekanan vs volume untuk proses di mana tekanan selalu konstan alias tidak berubah :



Mula-mula volume sistem = V1 (volume kecil). Setelah sistem melakukan kerja terhadap lingkungan, volume sistem berubah menjadi V2 (volume besar). Tekanan sistem selalu konstan alias tidak berubah. Besarnya kerja (W) yang dilakukan sistem = luasan yang diarsir. Kedua, sistem melakukan kerja terhadap lingkungan apabila volume sistem bertambah. Demikian juga sebaliknya, lingkungan melakukan kerja terhadap sistem apabila volume sistem berkurang. Jika volume sistem tidak berubah selama proses maka sistem tidak bisa melakukan kerja terhadap lingkungan dan lingkungan juga tidak bisa melakukan kerja terhadap sistem. Dalam hal ini, kerja (W) = 0. Penerapan Hukum Pertama Termodinamika pada beberapa proses Termodinamika Sebelumnya kita sudah membahas Hukum Pertama Termodinamika dan menganalisis usaha yang dilakukan oleh sistem. Kali ini kita mencoba meninjau beberapa penerapan Hukum Pertama Termodinamika dalam empat proses termodinamika. Keempat proses termodinamika yang dimaksud adalah proses isotermal, isokorik, isobarik dan adiabatik. Istilah aneh ini berasal dari bahasa yunani. Isotermal = suhu yang sama atau suhu selalu konstan, isokorik = volume yang sama atau volume selalu konstan, isobarik = tekanan yang sama atau tekanan selalu konstan. Jangan dihafal tapi dipahami… Proses Isotermal (suhu selalu konstan) Terlebih dahulu kita tinjau penerapan hukum pertama termodinamika pada proses isotermal. Dalam proses Isotermal, suhu sistem dijaga agar selalu konstan… Sistem yang kita analisis secara teoritis adalah gas ideal. Suhu gas ideal berbanding lurus dengan energi dalam gas ideal (U = 3/2 nRT). Karena T tidak berubah maka U juga tidak berubah. Dengan demikian, jika diterapkan pada proses isotermal, persamaan Hukum pertama termodinamika akan berubah bentuk seperti ini :



Dari hasil ini, kita bisa menyimpulkan bahwa pada proses isotermal (suhu konstan), kalor (Q) yang ditambahkan pada sistem



digunakan sistem untuk melakukan kerja (W). Perubahan tekanan dan volume sistem pada proses isotermal digambarkan melalui grafik di bawah :



Mula-mula volume sistem = V1 (volume kecil) dan tekanan sistem = P1 (tekanan besar). Agar suhu sistem selalu konstan maka setelah kalor ditambahkan pada sistem, sistem memuai dan melakukan kerja terhadap lingkungan. Setelah sistem melakukan kerja terhadap lingkungan, volume sistem berubah menjadi V2 (volume sistem bertambah) dan tekanan sistem berubah menjadi P2 (tekanan sistem berkurang). Bentuk grafik melengkung karena tekanan sistem tidak berubah secara teratur selama proses. Besarnya kerja yang dilakukan sistem = luasan yang diarsir. Proses Adiabatik Dalam proses adiabatik, tidak ada kalor yang ditambahkan pada sistem atau meninggalkan sistem (Q = 0). Proses adiabatik bisa terjadi pada sistem tertutup yang terisolasi dengan baik. Untuk sistem tertutup yang terisolasi dengan baik, biasanya tidak ada kalor yang dengan seenaknya mengalir ke dalam sistem atau meninggalkan sistem. Proses adiabatik juga bisa terjadi pada sistem tertutup yang tidak terisolasi. Untuk kasus ini, proses harus dilakukan dengan sangat cepat sehingga kalor tidak sempat mengalir menuju sistem atau meninggalkan sistem. Jika diterapkan pada proses adiabatik, persamaan Hukum pertama termodinamika akan berubah bentuk seperti ini :



Apabila sistem ditekan dengan cepat (kerja dilakukan terhadap sistem), maka kerja bernilai negatif. Karena W negatif, maka U bernilai positif (energi dalam sistem bertambah). Sebaliknya jika sistem berekspansi atau memuai dengan cepat (sistem melakukan kerja), maka W bernilai positif. Karena W positif, maka U bernilai negatif (energi dalam sistem berkurang). Energi dalam sistem (gas ideal) berbanding lurus dengan suhu (U = 3/2 nRT), karenanya jika energi dalam sistem bertambah maka sistem juga bertambah. Sebaliknya, jika energi dalam



sistem berkurang maka suhu sistem berkurang. Perubahan tekanan dan volume sistem pada proses adiabatik digambarkan melalui grafik di



bawah : Kurva adiabatik pada grafik ini (kurva 1-2) lebih curam daripada kurva isotermal (kurva 13). Perbedaan kecuraman ini menunjukkan bahwa untuk kenaikan volume yang sama, tekanan sistem berkurang lebih banyak pada proses adiabatik dibandingkan dengan proses isotermal. Tekanan sistem berkurang lebih banyak pada proses adiabatik karena ketika terjadi pemuaian adiabatik, suhu sistem juga berkurang. Suhu berbanding lurus dengan tekanan, karenanya apabila suhu sistem berkurang, maka tekanan sistem juga berkurang. Sebaliknya pada proses isotermal, suhu sistem selalu konstan. Dengan demikian pada proses isotermal suhu tidak ikut mempengaruhi penurunan tekanan. Salah satu contoh proses yang mendekati adiabatik terjadi pada mesin pembakaran dalam, misalnya mesin diesel dan mesin motor yang pakai bensin. Pada mesin diesel, udara dimasukan ke dalam silinder dan udara yang berada di dalam silinder ditekan dengan cepat menggunakan piston (kerja dilakukan pada udara). Proses penekanan adiabatik (pengurangan volume sistem) digambarkan melalui kurva 2-1. Karena ditekan dengan cepat secara adiabatik maka suhu udara naik dengan cepat. Pada saat yang sama, solar disemprotkan ke dalam silinder lewat injektor dan campuran terpicu seketika (terjadi proses pembakaran)… Pada mesin motor yang pakai bensin, campuran udara dan bensin dimasukkan ke dalam silinder kemudian ditekan dengan cepat menggunakan piston. Karena ditekan dengan cepat secara adiabatik maka suhunya naik dengan cepat. Pada saat yang sama, busi memercikan bunga api sehingga terjadi proses pembakaran. Selengkapnya akan dibahas pada episode berikutnya… Proses Isokorik (volume selalu konstan) Dalam proses Isokorik, volume sistem dijaga agar selalu konstan. Karena volume sistem selalu konstan, maka sistem tidak bisa melakukan kerja pada lingkungan. Demikian juga sebaliknya, lingkungan tidak bisa melakukan kerja pada sistem. Jika diterapkan pada proses isokorik, persamaan Hukum pertama termodinamika akan berubah bentuk seperti ini :



Dari hasil ini, kita bisa menyimpulkan bahwa pada proses isokorik (volume konstan), kalor (Q) yang ditambahkan pada sistem digunakan untuk menaikkan energi dalam sistem. Perubahan tekanan dan volume sistem pada proses isokorik digambarkan melalui grafik di bawah :



Mula-mula tekanan sistem = p1 (tekanan kecil). Adanya tambahan kalor pada sistem menyebabkan energi dalam sistem bertambah. Karena energi dalam sistem bertambah maka suhu sistem (gas ideal) meningkat (U = 3/2 nRT). Suhu berbanding lurus dengan tekanan. Karenanya, jika suhu sistem meningkat, maka tekanan sistem bertambah (p2). Karena volume sistem selalu konstan maka tidak ada kerja yang dilakukan (tidak ada luasan yang diarsir). Catatan : Sebelumnya dikatakan bahwa dalam proses isokorik, sistem tidak bisa melakukan kerja terhadap lingkungan. Demikian juga sebaliknya, lingkungan tidak bisa melakukan kerja terhadap sistem. Hal ini disebabkan karena pada proses isokorik, volume sistem selalu konstan alias tidak berubah. Btw, terdapat jenis kerja tertentu yang tidak melibatkan perubahan volume. Jadi walaupun volume sistem konstan alias tidak berubah, kerja masih bisa dilakukan terhadap sistem. Misalnya terdapat sebuah kipas + baterai dalam sebuah wadah tertutup. Kipas bisa berputar menggunakan energi yang disumbangkan baterai. Untuk kasus ini, kipas, baterai dan udara yang berada di dalam wadah dianggap sebagai sistem. Ketika kipas berputar, kipas melakukan kerja terhadap udara yang ada dalam wadah. Pada saat yang sama, energi kinetik kipas berubah menjadi energi dalam udara. Energi listrik pada baterai tentu saja berkurang karena sudah berubah bentuk menjadi energi dalam udara. Contoh ini hanya mau menunjukkan bahwa pada proses isokorik (volume selalu konstan), kerja masih bisa dilakukan terhadap sistem (kerja yang tidak melibatkan perubahan volume). Proses Isobarik (tekanan selalu konstan) Dalam proses Isobarik, tekanan sistem dijaga agar selalu konstan. Karena yang konstan adalah tekanan, maka perubahan energi dalam (delta U), kalor (Q) dan kerja (W) pada proses



isobarik tidak ada yang bernilai nol. Dengan demikian, persamaan hukum pertama termodinamika tetap utuh seperti semula : Perubahan tekanan dan volume gas pada proses isobarik digambarkan melalui grafik di bawah :



Mula-mula volume sistem = V1 (volume kecil). Karena tekanan dijaga agar selalu konstan maka setelah kalor ditambahkan pada sistem, sistem memuai dan melakukan kerja terhadap lingkungan. Setelah melakukan kerja terhadap lingkungan, volume sistem berubah menjadi V2 (volume sistem bertambah). Besarnya kerja (W) yang dilakukan sistem = luasan yang diarsir.



Contoh soal 1 : Kurva 1-2 pada dua diagram di bawah menunjukkan pemuaian gas (pertambahan volume gas) yang terjadi secara adiabatik dan isotermal. Pada proses manakah kerja yang dilakukan oleh gas lebih kecil ?



Guampang sekali kali Kerja yang dilakukan gas pada proses adiabatik lebih kecil daripada kerja yang dilakukan gas pada proses isotermal. Luasan yang diarsir = kerja yang dilakukan gas selama proses pemuaian (pertambahan volume gas). Luasan yang diarsir pada proses adiabatik lebih sedikit dibandingkan dengan luasan yang diarsir pada proses isotermal. Contoh soal 2 : Serangkaian proses termodinamika ditunjukkan pada diagram di bawah… kurva a-b dan d-c = proses isokorik (volume konstan). Kurva b-c dan a-d = proses isobarik (tekanan konstan). Pada proses a-b, Kalor (Q) sebanyak 600 Joule ditambahkan ke sistem. Pada proses b-c,



Kalor (Q) sebanyak 800 Joule ditambahkan ke sistem. Tentukan : a) Perubahan energi dalam pada proses a-b b) Perubahan energi dalam pada proses a-b-c c) Kalor total yang ditambahkan pada proses a-d-c



P1 = 2 x 105 Pa = 2 x 105 N/m2 P2 = 4 x 105 Pa = 4 x 105 N/m2 V1 = 2 liter = 2 dm3 = 2 x 10-3 m3 V2 = 4 liter = 2 dm3 = 4 x 10-3 m3 Panduan jawaban : Sambil lihat diagram ya… a) Perubahan energi dalam pada proses a-b Pada proses a-b, kalor sebanyak 600 J ditambahkan ke sistem. Proses a-b = proses isokorik (volume konstan). Pada proses isokorik, penambahan kalor pada sistem hanya menaikkan energi dalam sistem. Dengan demikian, perubahan energi dalam sistem setelah menerima sumbangan kalor :



b) Perubahan energi dalam pada proses a-b-c Proses a-b = proses isokorik (volume konstan). Pada proses a-b, kalor sebanyak 600 J ditambahkan ke sistem. Karena volume konstan maka tidak ada kerja yang dilakukan oleh sistem. Proses b-c = proses isobarik (tekanan konstan). Pada proses b-c, kalor (Q) sebanyak 800 Joule ditambahkan ke sistem. Pada proses isobarik, sistem bisa melakukan kerja. Besarnya kerja yang dilakukan sistem pada proses b-c (proses isobarik) adalah : W = P(V2-V1) — tekanan konstan W = P2 (V2-V1) W = 4 x 105 N/m2 (4 x 10-3 m3 - 2 x 10-3 m3) W = 4 x 105 N/m2 (2 x 10-3 m3) W = 8 x 102 Joule W = 800 Joule



Kalor total yang ditambahkan ke sistem pada proses a-b-c adalah : Q total = Qab + Qbc Q total = 600 J + 800 J Q total = 1400 Joule Kerja total yang dilakukan oleh sistem pada proses a-b-c adalah : W total = Wab + Wbc W total = 0 + Wbc W total = 0 + 800 Joule W total = 800 Joule Perubahan energi dalam sistem pada proses a-b-c adalah :



Perubahan energi dalam pada proses a-b-c = 600 J



c) Kalor total yang ditambahkan pada proses a-d-c



Kalor total yang ditambahkan pada sistem bisa diketahui melalui persamaan di bawah :



Kalor total yang ditambahkan pada proses a-d-c = perubahan energi dalam pada proses ad-c + kerja total yang dilakukan pada proses a-d-c Sebelum melanjutkan acara pengoprekan, baca terlebih dahulu pesan-pesan berikut ini Kalor dan kerja terlibat dalam perpindahan energi antara sistem dengan lingkungan, sedangkan perubahan energi dalam merupakan korban dari adanya perpindahan energi antara sistem dan lingkungan. Karenanya perubahan energi dalam tidak bergantung pada proses perpindahan energi. Sebaliknya, kalor dan kerja sangat bergantung pada proses. Pada proses isokorik (volume sistem konstan), perpindahan energi hanya dalam bentuk kalor saja, sedangkan kerja tidak. Pada proses isobarik (tekanan konstan), perpindahan energi melibatkan kalor dan kerja… Walaupun tidak bergantung pada proses, perubahan energi dalam bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir sistem. Apabila keadaan awal dan keadaan akhir sama maka perubahan energi dalam juga selalu sama, walaupun proses yang ditempuh berbeda-beda. Keadaan awal dan keadaan akhir untuk proses a-b-c pada grafik di atas = keadaan awal dan keadaan akhir proses a-d-c. Sambil lihat grafik ya… Dengan demikian, perubahan energi dalam pada proses a-d-c = 600 J Perubahan energi dalam sudah beres. Sekarang giliran kerja yang dilakukan sistem… Kerja (W) total yang dilakukan pada proses a-d-c = W pada proses a-d + W pada proses d-c Proses a-d merupakan proses isobarik (tekanan konstan), sedangkan proses d-c merupakan proses isokorik (volume konstan). Karena volume konstan maka tidak ada kerja yang



dilakukan pada proses d-c. Terlebih dahulu kita hitung kerja yang dilakukan pada proses a-d. Sambil lihat grafik ya, biar dirimu tidak pake bingung…. Wad = P(V2-V1) — tekanan konstan Wad = P1 (V2-V1) Wad = 2 x 105 N/m2 (4 x 10-3 m3 - 2 x 10-3 m3) Wad = 2 x 105 N/m2 (2 x 10-3 m3) Wad = 4 x 102 Joule Wad = 400 Joule W total = W pada proses a-d + W pada proses d-c W total = 400 Joule + 0 W total = 400 Joule Dengan demikian, banyaknya kalor yang ditambahkan pada proses a-d-c adalah :



Contoh soal 3 : 1 liter air berubah menjadi 1671 liter uap ketika dididihkan pada tekanan 1 atm. Tentukan perubahan energi dalam dan besarnya kerja yang dilakukan air ketika menguap… (Kalor penguapan air = LV = 22,6 x 105 J/Kg) Panduan jawaban :



Massa jenis air = 1000 Kg/m3 LV = 22,6 x 105 J/Kg P = 1 atm = 1,013 x 105 Pa = 1,013 x 105 N/m2 V1 = 1 liter = 1 dm3 = 1 x 10-3 m3 (Volume air) V2 = 1671 liter = 1671 dm3 = 1671 x 10-3 m3 (Volume uap) a) Perubahan energi dalam Perubahan energi dalam = Kalor yang ditambahkan pada air – Kerja yang dilakukan air ketika menguap. Terlebih dahulu kita hitung Kalor (Q) yang ditambahkan pada air… Q = mLV Massa (m) air berapa ? Massa jenis air = massa air / volume air Massa air (m) = (massa jenis air)(volume air) Massa air (m) = (1000 Kg/m3)(1 x 10-3 m3) Massa air (m) = (1000 Kg/m3)(0,001 m3) Massa air (m) = 1 Kg Q = (1 Kg)(22,6 x 105 J/Kg) Q = 22,6 x 105 J Sekarang kita hitung Kerja (W) yang dilakukan oleh air ketika menguap. Ingat ya, pendidihan air terjadi pada tekanan tetap (proses isobarik). W = p (V2 – V1)



W = 1,013 x 105 N/m2 (1671 x 10-3 m3 – 1 x 10-3 m3) W = 1,013 x 105 N/m2 (1670 x 10-3 m3) W = 1691,71 x 102 Joule W = 1,7 x 105 Joule Perubahan energi dalam air :



21 x 105 J kalor yang ditambahkan pada air digunakan untuk menaikkan energi dalam (mengatasi gaya tarik antara molekul yang menjaga agar air tetap cair). Dengan kata lain, 21 x 105 J digunakan untuk mengubah air menjadi uap. Ketika air suah menjadi uap, 1,7 x 105 J yang tersisa dipakai untuk melakukan kerja…



Hukum Pertama Termodinamika pada manusia Kita bisa menerapkan hukum pertama termodinamika pada manusia :



Agar bisa bertahan hidup, setiap makhluk hidup, baik manusia, hewan atau tumbuhan tentu saja membutuhkan energi. Kita tidak bisa belajar, jalan-jalan atau pacaran kalau tubuh kita lemas tak berdaya karena kekurangan energi. Biasanya tubuh memperoleh energi dari makanan. Ketika menyantap makanan, kita membawa energi potensial kimia yang terkandung dalam makanan ke dalam tubuh. Adanya tambahan energi dari makanan menyebabkan energi potensial kimia dalam tubuh kita bertambah (delta U bertambah)…



HTTP://DAIN-UMAR.BLOGSPOT.COM/2010/01/BLOG-POST.HTML