Termodinamika | Fisika Kelas XI - Latiseducation

Termodinamika | Fisika Kelas XI

Konsep Pelajaran

Termodinamika | Fisika Kelas XI

Hukum Pertama Termodinamika

1. Pengertian Usaha, Kalor, dan Energi

1. Pengertian Usaha dan Kalor

Usaha yang dilakukan pada (atau oleh) sistem adalah ukuran energi yang dipindahkan dari sistem ke lingkungan, atau sebaliknya. 

Kalor muncul ketika energi dipindahkan akibat adanya perbedaaan suhu atau perubahan wujud zat. Jadi, istilah kalor sebenarnya kurang tepat; yang tepat adalah aliran kalor.

2. Pengertian Energi Dalam

Jumlah energi kinetik dan energi potensial yang berhubungan dengan atom-atom atau diabaikan, sehingga energi potensial molekul-molekul zat disebut energi dalam. Untuk gas ideal, gaya antarmolekul dapat diabaikan, sehingga energi potensial molekul-molekul adalah nol. Dengan demikian, energi dalam hanyalah total energi kinetik dari seluruh molekul. 

Perubahan energi dalam dapat dituliskn secara matematis sebagai berikut.

ΔU = U2 - U1

2. Formulasi Usaha, Kalor, dan Energi Dalam

1. Formulasi Usaha

W = pΔV = p(V2 - V1)

Rumus  W = pΔV hanya dapat digunakan untuk menghitung usaha gas pada tekanan tetap (proses isobarik). Jika tekanan gas berubah, usaha W harus dihitung dengan cara integral. Secara umum, usaha dihitung dengan persamaan integral berikut.

W = ∫ p dV

Usaha yang dilakukan oleh (atau pada) sistem gas yang menjalani suatu proses siklus (grafik p-V-nya diberikan) sama dengan luas daerah yang dimuat oleh siklus tersebut.

2. Formulasi Kalor

Kalor yang diserap (atau diberikan) oleh sistem gas dapat dihitung dari rumus kalor, yaitu

Q = mcΔT atau  Q = CΔT

Dengan c adalah kalor jenis gas dan C adalah kapasitas kalor gas. 

3. Formulasi Energi Dalam

Telah Anda ketahui bahwa untuk gas ideal, energi dalam gas sama dengan total energi kinetik dari seluruh molekul-molekul gas. Dalam bab teori kinetik gas telah diformulasikan energi dalam sebagai berikut.

Gas monoatomik: U = 3/2 NkT = 3/2 nRT

Gas diatomik: U = 5/2 NkT = 5/2 nRT

dengan N =  jumlah molekul

n =  mol

k=  tetapan Boltzmann  

R =  tetapan umum gas  

Tentu saja perubahan energi dalam  untuk sistem yang berubah dari suhu awal  ke suhu  dapat dinyatakan sebagai

Gas monoatomik: U = 3/2 nRΔT = 3/2 nR (T2 - T1)

Gas diatomik: U = 5/2 nRΔT = 5/2 nR (T2 - T1)

dengan ΔU = U2 - U1

3. Proses-Proses Termodinamika Gas

1. Proses Isobarik

Proses Isobarik adalah proses perubahan keadaan gas pada tekanan tetap. Persamaan keadaan untuk proses isobarik (p tetap) adalah

                     Persamaan keadaan isobarik V/T = C atau  V2/T2 = V1/T1

Ini adalah hukum Gay-Lussac.

Usaha Isobarik: W = pΔV = p (V2 - V1)

2. Proses Isokhorik

Proses isokhorik atau isovolumik adalah proses perubahan gas pada volume tetap.

Persamaan keadaan untuk proses isokhorik (V tetap) adalah

Persamaan keadaan isokhorik pV/T = C  karena V tetap p/T = C

atau   p2/T2 = p1/ T1

Ini adalah hukum Charles.

3. Proses Isotermal

Proses isotermal adalah proses perubahan keadaan gas pada suhu tetap. Persamaan keadaan untuk proses isotermal (T tetap) adalah

Persamaan keadaan isotermal pV/T = C karena V tetap pV

atau  p2V2 = p1V1

Usaha Isotermal W = nRT ln (V2/V1)

d. Proses Adiabatik

Proses adiabatik adalah proses perubahan keadaan gas di mana tidak ada aliran kalor yang masuk ke dalam sistem atau keluar dari sistem. Dengan kata lain, pada proses adiabatik Q = 0.  

4. Hukum Pertama Termodinamika Gas

1. Pernyataan Hukum Pertama Termodinamika

Energi dalam suatu sistem berubah dari nilai awal U1 ke nilai akhir U2 sehubungan dengan kalor Q dan usaha W:

ΔU = U2 - U1 = Q - W

b. Hukum Pertama pada Berbagai Proses Termodinamika Gas

Proses Isotermal

ΔU= Q - W

0 = Q - W

Q = W

Pada proses isotermal ΔU = 0 dan Q = W

Proses Isokhorik

Pada proses isokhorik, volume gas tetap (V1 = V2 atau ΔV = 0), sehingga usaha W = 0. Hukum pertma termodinamika memberi

ΔU= Q - W

ΔU = Q - 0

ΔU = Q

Pada proses Isokhorik W = 0  dan ΔU = Q

Proses Adiabatik

Pada proses adiabatik, Q = 0, sehingga hukum pertama termodinamika memberikan 

ΔU= Q - W

ΔU = 0 - W

ΔU = -W

Pada proses adiabatik Q = 0 dan ΔU = - W

5. Kapasitas Kalor Gas

Definisi kapasitas kalor C = Q/ΔT atau Q = CΔT

Satuan SI untuk kapasitas kalor adalah J/K.

Kapasitas kalor pada tekanan tetap Cp = Qp/ ΔT atau Qp = CpΔT 

Kapasitas kalor pada tekanan tetap  Cv = Qv/ ΔT atau Qv = CvpΔT

 



Beri Komentar

wa