Materi Pertemuan 1

(Usaha dan Proses dalam Termodinamika)

Termodinamika adalah kajian tentang kalor (panas) yang berpindah. Dalam

termodinamika kamu akan banyak membahas tentang sistem dan lingkungan. Kumpulan

benda-benda yang sedang ditinjau disebut sistem, sedangkan semua yang berada di

sekeliling (di luar) sistem disebut lingkungan.

Energi termal atau kalor (∆Q) adalah energi yang mengalir dari benda yang satu

ke benda yang lain karena perbedaan suhu. Kalor selalu berpindah dari benda yang panas

ke benda yang dingin. Agar kedua benda yang saling bersentuhan tersebut berada dalam

keadaan termal yang seimbang (yakni tidak ada perpindahan kalor antara kedua benda),

suhu kedua benda haruslah sama. Jika benda pertama dan benda kedua berada dalam

keadaan termal yang seimbang dengan benda ketiga, maka kedua benda pertama berada

dalam keadaan termal yang seimbang.

Energi dalam (U) suatu sistem adalah jumlah total energi yang terkandung

dalam sistem. Energi dalam merupakan jumlah energi kinetik, energi potensial, energi

kimiawi, energi listrik, energi nuklir, dan segenap bentuk energi lain yang dimiliki atom

dan molekul sistem. Khusus untuk gas ideal perlu diingat bahwa energi dalamnya

hanyalah terdiri atas energi kinetik saja, dan hanya bergantung pada suhu saja.

Usaha Sistem pada Lingkungannya

Perhatikan gambar berikut! Suatu sistem berupa gas dalam suatu silinder yang

dilengkapi tutup sebuah piston yang bebas bergerak. Usaha yang dilakukan oleh sistem

sehubungan dengan perubahan volume gas dapat dirumuskan berikut ini.

Piston yang mempunyai luas penampang A dan tekanan gas p menghasilkan gaya yang

mendorong piston sebesar F = p A

Usaha yang dilakukan oleh gas adalah

dW = F dx

= p A dx

= p dV

Sehingga,

W = p (V2 – V1 )

Usaha yang dilakukan oleh gas (sistem) sering disebut usaha luar. Apabila diagram pV

diketahui, usaha luar akan lebih sederhana ditentukan secara grafik yaitu dengan

menentukan luas area di bawah kurva pada diagram tersebut.

Untuk tekanan p yang positif, usaha W akan positif bila gas memuai (V2 > V1 ) atau arah

lintasan proses ke kanan. Perhatikan gambar 1.a!

Sebaliknya, usaha W akan negatif bila gas memampat (V2 < V1 ) atau arah lintasan proses

ke arah kiri. Perhatikan gambar 1.b!

Usaha pada Berbagai Proses Termodinamika

Ada beberapa proses yang kita kenal sehubungan dengan usaha yang dilakukan oleh gas

berkaitan dengan perubahan suhu, volume, tekanan, dan energi dalam gas. Proses

tersebut meliputi:

1. proses isotermal

2. proses isokhorik

3. proses isobarik

4. proses adiabatik

1. Proses Isotermal

Proses isotermal adalah proses perubahan keadaan sistem pada suhu tetap.

Proses ini mengikuti hukum Boyle, yaitu: PV = konstan.

PV = n R T

P = n R T / V

Sehingga,

2. Proses Isokhorik

Proses Isokhorik adalah proses perubahan keadaan sistem pada volume tetap.

Karena gas tidak mengalami perubahan volume, maka usaha yang dilakukan oleh gas

sama dengan nol.

W = P (∆V) = P (0) = 0

3. Proses Isobarik

Proses isobarik adalah proses perubahan keadaan sistem pada tekanan tetap.

Usaha yang dilakukan oleh gas adalah

W = P (∆V)

= P (V2 – V1 )

4. Proses Adiabatik

Proses adiabatik adalah proses perubahan keadaan sistem tanpa adanya kalor yang masuk

ke sistem atau keluar dari sistem (gas), yaitu Q = 0. Pada proses adiabatik terjadi

perubahan suhu, tekanan, dan volume. Kurva adiabatik lebih curam dibandingkan kurva

isotermal.

Proses ini mengikuti rumus Poisson sebagai berikut.

PVγ = tetap atau P1 V1γ = P2 V2

γ

TV(γ-1) = tetap atau T1 V1(γ-1) = T2 V2

(γ-1)

dengan γ > 1 yang merupakan perbandingan kapasitas kalor gas pada tekanan tetap Cp

dan kapasitas kalor gas pada volume tetap Cv . Besaran γ disebut konstanta Laplace.

γ = Cp / CV

Besarnya usaha pada proses adiabatik yaitu