Materi Pertemuan 2

(Hukum 1 Termodinamika)

Termodinamika (bahasa Yunani: thermos = ‘panas’ and dynamic =

‘perubahan’) adalah fisika energi ,panas, kerja, entropi dan kespontanan proses.

Termodinamika berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana banyak hubungan

termodinamika berasal. Pada sistem di mana terjadi proses perubahan wujud atau

pertukaran energi, termodinamika klasik tidak berhubungan dengan kinetika reaksi

(kecepatan suatu proses reaksi berlangsung). Karena alasan ini, penggunaan istilah

“termodinamika” biasanya merujuk pada termodinamika setimbang. Dengan hubungan

ini, konsep utama dalam termodinamika adalah proses kuasistatik, yang diidealkan,

proses “super pelan”. Proses termodinamika bergantung-waktu dipelajari dalam

termodinamika tak-setimbang. Karena termodinamika tidak berhubungan dengan konsep

waktu, telah diusulkan bahwa termodinamika setimbang seharusnya dinamakan

termostatik.

Hukum termodinamika kebenarannya sangat umum, dan hukum-hukum ini

tidak bergantung kepada rincian dari interaksi atau sistem yang diteliti. Ini berarti mereka

dapat diterapkan ke sistem di mana seseorang tidak tahu apa pun kecuali perimbangan

transfer energi dan wujud di antara mereka dan lingkungan. Contohnya termasuk

perkiraan Einstein tentang emisi spontan dalam abad ke-20 dan riset sekarang ini tentang

termodinamika benda hitam.

Hukum 1 Termodinamika

Bunyi Hukum 1 Termodinamika

“Untuk setiap proses, apabila kalor Q diberikan kepada sistem dan sistem melakukan

usaha W, maka selisih energi Q-W sama dengan perubahan energi dalam ∆U dari sistem:

Perjanjian Tanda untuk Q dan W

1. Kalor Q

Jika sistem menerima kalor, Q (+)

Jika sistem melepas kalor, Q (-)

2. Usaha W

Jika sistem melakukan usaha, W (+)

Jika sistem menerima usaha, W (-)

Perjanjian tanda tersebut dapat digambarkan dengan diagram berikut:

Perubahan Energi Dalam ∆U

Energi dalam suatu gas merupakan ukuran langsung dari suhu. Perubahan energi dalam

∆U hanya tergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir, tidak tergantung pada proses

bagaimana keadaan sistem berubah.

Untuk gas monoatomik dengan f = 3, perubahan energi dalam ∆U:

Untuk gas diatomik dan poliatomik f = 3 diganti dengan derajat kebebasan yang dimiliki

gas tersebut.

Hukum 1 Termodinamika pada Proses-proses Termodinamika

Proses Isotermal

∆T = O

Sehingga ∆U = 3/2 nR(∆T) = O

Maka

Q = ∆U + W = O + W = W

Q = W = nRT ln V2 / V1

Persamaan tersebut menyatakan bahwa kalor yang diberikan kepada suatu sistem

pada suhu tetap seluruhnya digunakan untuk melakukan usaha luar.

Proses Isokhorik

∆V = O

W = P (∆V) = O

∆U = 3/2 nR (∆T)

Sehingga,

Q = ∆U + W = ∆U + O = ∆U

Q = ∆U = 3/2 nR (∆T)

Persamaan tersebut menyatakan bahwa kalor yang diberikan kepada suatu sistem

pada volume tetap seluruhnya digunakan untuk menaikkan energi dalam sistem.

Proses Isobarik

Pada proses isobarik tidak terjadi perubahan tekanan. Penerapan hukum 1

termodinamika menghasilkan:

Q = ∆U + W

= ∆U + P (∆V)

= 3/2 n R (∆T) + P (∆V)

Proses Adiabatik

Q = O

∆U = 3/2 nR (∆T) = 3/2 nR (T2 – T1)

Penerapan hukum 1 termodinamika:

Q = ∆U + W

O = 3/2 nR (T2 – T1) + W

W = - ∆U

W = - 3/2 nR (T2 – T1)

Kapasitas Kalor

Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu

suatu zat sebesar 1 kelvin.

Secara matematis ditulis:

Kapasitas kalor untuk gas ada dua macam, yaitu untuk volume tetap (CV) dan untuk

tekanan tetap (CP).

a. Kapasitas kalor untuk proses isokhorik:

b. Kapasitas kalor untuk proses isobarik

Sehingga diperoleh persamaan:

Besar volume tetap (CV) dan tekanan tetap (CP) untuk gas diatomik adalah sebagai

berikut:

Pada suhu rendah (±250 K)

Pada suhu sedang (±500 K)

Pada suhu tinggi (±1000 K)