HUKUM I TERMODINAMIKA

Abstrak

Hukum pertama termodinamika adalah suatu pernyataan mengenai hukum universal dari kekekalan energi dan mengidentifikasikan perpindahan panas sebagai suatu bentuk perpindahan energi. Pernyataan paling umum dari hukum pertama termodinamika ini berbunyi:

"Kenaikan energi internal dari suatu sistem termodinamika sebanding dengan jumlah energi panas yang ditambahkan ke dalam sistem dikurangi dengan kerja yang dilakukan oleh sistem terhadap lingkungannya." (James Prescott Joule 1850)

Kata Kunci: kekekalan energi, hukum pertama termodinamika

A. Rumus Hukum I Termodinamika

Dari bunyi hukum I Termodinamika, maka rumus hukum I Termodinamika dapat dituliskan sebagai berikut:

Q = ∆U + W atau ∆U = Q – W atau
Dimana :
∆U : Perubahan energi dalam sistem (J)
Q : Kalor yang diterima/dilepas sistem (J)
W : Usaha (J)

Gambar: Hukum I Termodinamika (http://www.informasi-pendidikan.com/2015/02/hukum-i-termodinamika.html)

B. Perjanjian pada hukum I Termodinamika

Rumus hukum I Termodinamika digunakan dengan perjanjian sebagai berikut:

1. Usaha (W) bernilai positif (+) jika sistem melakukan usaha
2. Usaha (W) bernilai negatif (-) jika sistem menerima usaha
3. Q bernilai negatif jika sistem melepas kalor
4. Q bernilai positif jika sistem menerima kalor

C. PENERAPAN HUKUM I TERMODINAMIKA PADA BEBERAPA PROSES 

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)   

Daftar Pustaka:

•  Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas.Hukum pertama termodinamika. Diakses pada tanggal 30 September 2018. https://id.wikipedia.org/wiki/Hukum_pertama_termodinamika 
• Anonim.2015.Hukum I Termodinamika. Diakses pada tanggal 30 september 2018.http://www.informasi-pendidikan.com/2015/02/hukum-i-termodinamika.html
• Anonim.2014.Rumus Termodinamika I. Diakses pada tanggal 30 september 2018. http://www.rumus-fisika.com/2014/03/hukum-termodinamika.html 
• Moran.2004.Termodinamika Teknik.Jakarta:Erlangga
• Moran.2004.Termodinamika Teknik Jilid 2.Jakarta:Erlangga