Hukum Termodinamika 1

(Gambar 1: Mind Maping)

Oleh: Denny Farazumar Arief Kelana, Arnando, dan Muhammad Bayu Adji (@Kel-J05, @J11-Denny, @J14-Arnando, @J17-Bayu).

ABSTRAK: Apa itu Termodinamika? Termodinamika berasal dari bahasa Yunani dimana thermos yang artinya panas dan dynamic yang artinya perubahan. Termodinamika adalah suatu ilmu yang menggambarkan usaha  untuk mengubah kalor menjadi energi serta sifat-sifat pendukungnya. Termodinamika berhubungan erat dengan fisika energi, panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika juga berhubungan dengan mekanika statik. Cabang ilmu fisika ini mempelajari suatu pertukaran energi dalam bentuk kalor dan kerja, sistem pembatas dan lingkungan. Aplikasi dan penerapan termodinamika bisa terjadi pada tubuh manusia, peristiwa meniup kopi panas, perkakas elektronik, Refrigerator, mobil, pembangkit listrik dan industri.

Kata Kunci: Termodinamika, Proses, Rumus.

A. Hukum Termodinamika 1

   Energi tidak bisa diciptakan maupun dimusnahkan. Manusia hanya bisa mengubah bentuk energi dari bentuk energi satu ke energi lainnya. Dalam termodinamika, jika sesuatu diberikan kalor, maka kalor tersebut akan berguna untuk usaha luar dan mengubah energi dalam.

(Gambar 2: Sistem Termodinamika. Sumber: https://www.perpusku.com/2016/04/pengertian-klasifikasi-dan-sifat-sifat-sistem-termodinamika.html)

B. Bunyi Hukum 1 Termodinamika

  “Untuk setiap proses apabila kalor Q diberikan kepada sistem dan sistem melakukan usaha W, maka akan terjadi perubahan energi dalam ΔU = Q – W”.

   Dimana U menunjukkan sifat dari sebuah sistem, sedangkan W dan Q tidak. W dan Q bukan fungsi Variabel keadaan, tetapi termasuk dalam proses termodinamika yang bisa merubah keadaan. U merupakan fungsi variabel keadaan (P,V,T,n). 

  W bertanda positif bila sistem melakukan usaha terhadap lingkungan dan negatif jika menerima usaha lingkungan.

   Q bertanda positif jika sistem menerima kalor dari lingkungan dan negatif jika melepas kalor pada lingkungan. Perubahan energi dari sebuah sistem hanya tergantung pada transfer panas ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan oleh sistem dan tidak bergantung pada proses yang terjadi. Pada hukum ini tidak ada petunjuk adanya arah perubahan dan batasan-batasan lain.

   Secara matematis hukum I termodinamika dapat dirumuskan sebagai berikut:

Q = ∆U+W

Dengan ketentuan, jika:

Q(+) → system menerima kalor.

OR   → system melepas kalor.

W(+) → system melakukan usaha.

W(-) → system dikenai usaha.

∆U(+) → terjadi penambahan energi dalam.

∆U(-) → terjadi penurunan energi dalam.

C. Proses-proses yang Terjadi dalam Termodinamika

    Proses-proses yang terjadi adalah sebagai berikut:

Isobaris → tekanan tetap

Isotermis → suhu tetap → ΔU = 0

Isokhoris → volume tetap (atau isovolumis atau isometric) → W = 0

Adiabatis → tidak terjadi pertukaran kalor → Q = 0

Siklus → daur → ΔU = 0

D. Persamaan Keadaan Gas

Hukum Gay-Lussac:

Tekanan tetap → V/T = Konstan → V1/T1 = V2/T2

Hukum Charles:

Volume tetap → P/T = Konstan → P1/T1 = P2/T2

Hukum Boyle:

Suhu tetap → PV = Konstan → P1V1 = P2V2

P, V, T Berubah (non adiabatis)

(P1V1) / (T1) = (P2V2) / (T2)

Adiabatis:

P1V1 γ= P2V2γ

T1V1 γ − 1= T2V2γ − 1

γ = perbandingan kalor jenis gas pada tekanan tetap dan volum tetap → γ = Cp/Cv

Usaha:

W = P(ΔV) → Isobaris

W = 0 → Isokhoris

W = nRT ln (V2 / V1) → Isotermis

W = − 3/2 nRΔT → Adiabatis ( gas monoatomik)

Keterangan:

T = suhu (Kelvin, jangan Celcius)

P = tekanan (Pa = N/m2)

V = volume (m3)

n = jumlah mol

1 liter = 10−3m3

1 atm = 105 Pa (atau ikut soal!)

Jika tidak diketahui di soal ambil nilai ln 2 = 0,693

Mesin Carnot

η = ( 1 − Tr / Tt ) x 100 %

η = ( W / Q1 ) x 100%

W = Q1 − Q2

Keterangan:

η = efisiensi mesin Carnot (%)

Tr = suhu reservoir rendah (Kelvin)

Tt = suhu reservoir tinggi (Kelvin)

W = usaha (joule)

Q1 = kalor masuk / diserap reservoir tinggi (joule)

Q2 = kalor keluar / dibuang reservoir rendah (joule)

CONTOH SOAL

Suatu gas mempunyai volume awal 2,0 m3 dipanaskan dengan kondisi isobaris hingga volume akhirnya menjadi 4,5 m3. Bila tekanan gas yaitu 2 atm, tentukan usaha luar gas tersebut ? (1 atm = 1,01 x 105 Pa)

PEMBAHASAN

Diketahui:

V2 = 4,5 m3

V1 = 2,0 m3

P = 2 atm = 2,02 x 105 Pa

Isobaris → Tekanan Tetap

Ditanya:

W?

Dijawab:

W = P (ΔV)

W = P(V2 – V1)

W = 2,02 x 105 (4,5 − 2,0) = 5,05 x 105 joule

KESIMPULAN

Akan terjadi perubahan energi pada setiap proses kalor yang diberikan kepada sistem dan sistem melakukan usaha sehingga terjadi perubahan energi menurut Hukum 1 Termodinamika.

DAFTAR PUSTAKA

• (2014. Pengertian, Prinsip, Sistem Termodinamika. gurupendidikan.com dalam https://www.gurupendidikan.co.id/termodinamika-pengertian-prinsip-sistem-hukum-dan-rumus-beserta-contoh-soalnya-lengkap/ diakses tanggal 30 September 2018).
• (2016. Sifat, Gambar, Klasifikasi Termodinamika. perpusku.com dalam https://www.perpusku.com/2016/04/pengertian-klasifikasi-dan-sifat-sifat-sistem-termodinamika.html diakses tanggal 30 September 2018).
• (Mas Min. 2016. Hukum Termodinamika I dan II. pelajaran.id dalam https://www.pelajaran.id/2016/05/hukum-termodinamika-i-dan-iipenjelasan-rumus-dan-contoh-pembahasan-soal.html diakses tanggal 30 September 2018).