Hukum I Termodinamika

Oleh: M.Eggy Z.Nando (@K13-Eggy), M. Rivaldi (@K15-Rivaldi), Syaiful Hidayat (@K16-Syaiful), (@Kel-K05)

Abstrak

Sebagai ulasan termodinamika merupakan salah satu ilmu fisika yang membahas tentang suhu, kalor, dan besaran lain yang berkaitan. dan pengertian dari termodinamika pertama adalah energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan, melainkan hanya bisa diubah bentuknya saja. Dalam hukum termodinamika, jika sesuatu diberikan kalor, maka kalor tersebut akan berguna untuk usaha luar dan mengubah energi dalam.

HukumITermodinamika
Dari bunyi hukum I Termodinamika, maka rumus hukum I Termodinamika dapat dituliskan sebagai berikut :
Q = ∆U + W atau ∆U = Q – W
Perubahan energi dalam ΔU tidak bergantung pada proses bagaimana keadaan sistem berubah, tetapi hanya bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir sistem tersebut.
Kita telah mengetahui bahwa proses-proses dalam termodinamika terbagi atas empat jenis, yaitu isotermal, isokhorik, isobarik, dan adiabatik. Perubahan energi dalam terjadi pada setiap proses tersebut dijelaskan sebagai berikut.

a. Proses Isotermal

Kita telah memahami bahwa proses isotermal merupakan suatu proses yang terjadi dalam sistem pada suhu tetap. Besar usaha yang dilakukan sistem proses isotermal ini adalah W = nRT In (V₂/V₁). Oleh karena ΔT = 0, menurut Teori Kinetik Gas, energi dalam sistem juga tidak berubah (ΔU = 0) karena perubahan energi dalam bergantung pada perubahan suhu. Ingatlah kembali persamaan energi dalam gas monoatomik yang dinyatakan dalam persamaan ΔU = 3/2  nRΔT yang telah dibahas.

Dengan demikian, persamaan Hukum Pertama Termodinamika untuk proses isotermal ini dapat dituliskan sebagai berikut.
Q = ΔU + W = 0 + W

Q = W = nR T ln (V₂/V₁)                    

b. Proses Isokhorik

Dalam proses isokhorik perubahan yang dialami oleh sistem berada dalam keadaan volume tetap. Kita telah memahami bahwa besar usaha pada proses isokhorik dituliskan W = pΔV = 0. Dengan demikian, persamaan Hukum Pertama Termodinamika untuk proses ini dituliskan sebagai
Q = ΔU + W = ΔU + 0

Q = ΔU = U₂ - U₁                             

Dari Persamaan  kita dapat menyatakan bahwa kalor yang diberikan pada sistem hanya digunakan untuk mengubah energi dalam sistem tersebut. Jika persamaan energi dalam untuk gas ideal monoatomik disubstitusikan ke dalam Persamaan diatas, didapatkan perumusan Hukum
Pertama Termodinamika pada proses isokhorik sebagai berikut.

Q = ΔU = 3/2 nR ΔT,                     atau          Q = U₂ - U₁ = 3/2 nR (T₂ —T₁)

C. Proses Isobarik
Jika gas mengalami proses isobarik, perubahan yang terjadi pada gas berada dalam keadaan tekanan tetap. Usaha yang dilakukan gas dalam proses ini memenuhi persamaan W = P ΔV = p(V₂ – V₁). Dengan demikian, persamaan Hukum Pertama Termodinamika untuk proses isobarik dapat dituliskan sebagai berikut.
Q = ΔU + W

Q = ΔU + p(V₂ – V₁)

 Untuk gas ideal monoatomik, Persamaan diatas  dapat dituliskan sebagai :

Q = 3/2 nR (T₂ —T₁) + p (V₂ – V₁)        

d. Proses adiabatik
Dalam pembahasan mengenai proses adiabatik, Kita telah mengetahui bahwa dalam proses ini tidak ada kalor yang keluar atau masuk ke dalam sistem sehingga Q = 0. Persamaan Hukum Pertama Termodinamika untuk proses adiabatik ini dapat dituliskan menjadi
Q = ΔU + W

0 = ΔU + W, 
atau,     W = - ΔU = - (U₂ - U₁)        

Berdasarkan Persamaan  tersebut, Kita dapat menyimpulkan bahwa usaha yang dilakukan oleh sistem akan mengakibatkan terjadinya perubahan energi dalam sistem di mana energi dalam tersebut dapat bertambah atau berkurang dari keadaan awalnya.
Persamaan Hukum Pertama Termodinamika untuk gas ideal monoatomik pada proses adiabatik ini dituliskan sebagai :

W = - ΔU = - 3/2 nR (T₂ —T₁)

        ∆U adalah perubahan energi dalam system , Q adalah kalor yang diterima atau di lepas system, W adalah usaha, V adalah kecepatan, T adalah waktu dan P adalah daya.

dari beberapa huku tersebut terdapat beberapa perjanjian di dalam hukum termodinamika yaitu :

·        Usaha (W) bernilai positif (+) jika melakukan usaha

·        Usaha (W) bernilai negative (-) jika menerima usaha

·        Q bernilai positif jika menerima kalor

·        Q bernilai negatif jika melepas kalor

penerapan hukum I termodinamika dalam mesin kalor Carnot

Mesin Carnot adalah suatu model mesin ideal yang memiliki efisiensi paling tinggi dari semua mesin yang mungkin diciptakan. Mesin Carnot bekerja berdasarkan suatu proses termodinamika yang membentuk siklus, disebut juga siklus Carnot.

Usaha pada mesin pemanas Carnot:

W = Q_t – Q_y

Karakteristik mesin kalor carnot dinyatakan dengan efisiensi mesin (η) yaitu perbandingan antara usaha yang dilakukan dengan kalor yang diserap. Secara matematis ditulis sebagai berikut.

https://www.pelajaran.id/wp-content/uploads/2016/05/c10-300x224.jpg

Efisiensi suatu mesin kalor jenis apa pun selalu lebih kecil dari efisiensi mesin ideal atau mesin Carnot.

Berdasarkan hukum I Termodinamika berlaku:

https://www.pelajaransekolahonline.com/wp-content/uploads/2016/05/c11.jpg

Keterangan:
η = efisiensi mesin
T_r = temperatur pada reservoir rendah
T_t = temperatur pada reservoir tinggi
Q_r = kalor yang dibuang pada reservoir rendah
Q_t = kalor yang diserap pada reservoir tinggi

Mesin Pendingin Carnot

Contoh dari mesin pendingin Carnot antara lain mesin pendingin ruangan dan lemari es. Siklus mesin pendingin Carnot merupakan kebalikan siklus mesin kalor Carnot karena siklusnya reversibel (dapat balik).

Usaha pada mesin pendingin Carnot dapat dituliskan:

W= Q_t — Q_r

Karakteristik pada mesin pendingin dinyatakan dengan koefisien performansi atau koefisien kinerja yang simbolnya K_d. Koefisien kinerja didefinisikan sebagai perbandingan antara kalor yang dipindahkan dengan usaha yang dilakukan sistem.

Mesin Pemanas Carnot

dijelaskan bahwa kalor yang diambil dipindahkan ke dalam ruangan.
Karakteristik mesin pemanas dinyatakan dengan koefisien kerja yang simbolnya K_p . Secara matematis dapat dituliskan:

https://www.pelajaransekolahonline.com/wp-content/uploads/2016/05/c13-300x274.jpg

Daftar Pustaka

anonym, 2018, hukum I termodinamika

http://www.informasi-pendidikan.com/2015/02/hukum-i-termodinamika.html

anonym, 2018, mesin carnot

https://www.studiobelajar.com/termodinamika/

masmin, 2016, mesin carnot

https://www.pelajaran.id/2016/05/hukum-termodinamika-i-dan-iipenjelasan-rumus-dan-contoh-pembahasan-soal.html

djukarna, 2014, proses proses termodinamika

https://djukarna.wordpress.com/2014/05/07/proses-proses-termodinamika/

wikipedia, 2018, hukum termodinamika I

https://id.wikipedia.org/wiki/Hukum_pertama_termodinamika