HUKUM TERMODINAMIKA I

Oleh: 

Farah Dita Salsabila (@J04-Farah)
Sinta Anggraeni (@J12-Sinta)
Silvia Jihan Dwi Arinda (@J13-Silvia)

Pengertian Termodinamika

     Menurut Sridanti (2018), termodinamika adalah cabang fisika yang berkaitan dengan hubungan antara kalor dan bentuk energi lainnya.
Menjelaskan bagaimana energi kalor diubah ke dan dari bentuk-bentuk lain dari energi dan bagaimana hal itu mempengaruhi materi.
Di dalam termodinamika kita mengenal adanya sistem dan lingkungan. Sistem diartikan sebagai kumpulan dari benda atau objek yang diteliti atau menjadi pusat perhatian kita sedangkan lingkungan diartikan sebagai benda atau objek yang berada di luar sistem. Batas ialah perantara antara sitem dan lingkungan. Daerah tempat sistem dan lingkungan berada disebut semesta.

Hukum I Termodinamika

Gambar 1

Salah satu dari hukum fisika yang berhubungan dengan kekekalan. Hukum I Termodinamika menyatakan "Jumlah kalor pada suatu sistem adalah sama dengan perubahan energi di dalam sistem tersebut ditambah dengan usaha yang dilakukan oleh sistem". Perubahan energi dalam pada sistem tertutup merupakan selisih kalor yang diterima dengan usaha yang dilakukan sistem. Hubungan antara kalor dan lingkungan dalam hukum I Termodinamika seperti yang ditunjukkan pada gambar 1.

Rumus Hukum I Termodinamika

Q = ∆U + W atau ∆U = Q – W

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

Perjanjian 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

Penerapan Hukum I Termodinamika

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

Suatu proses yang terjadi dalam sistem pada suhu tetap. Besar usaha yang dilakukan sistem proses isotermal ini adalah W = n RT 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. Persamaan energi dalam gas monoatomik, ΔU = 3/2 nRΔT. 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

Perubahan yang dialami oleh sistem berada dalam keadaan volume tetap. Besar usaha pada proses isokhorik, W = p ΔV = 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

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

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)        

Kesimpulannya, 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

Sridanti. 2018. Pengertian Termodinamika. Dalam https://www.sridianti.com/pengertian-termodinamika.html (Diakses 30 September 2018)
Anonim. 2015. Hukum I Termodinamika. Informasi Pendidikan. Dalam http://www.informasi-pendidikan.com/2015/02/hukum-i-termodinamika.html (Diakses pada 30 September 2018)
Diana, Fiska. 2015. Hukum I Termodinamika dan penerapannya. Dalam
http://fiskadiana.blogspot.com/2015/04/hukum-i-termodinamika-dan-penerapannya.html
(Diakses pada 30 September 2018)