Satuan Proses (TPI-2301)Minggu ke-3

Arita Dewi Nugrahini, STP., MT.Email: arita.dewi.n@gmail.com

TIP FTP UGM

Hukum I Termodinamika

• Untuk menaikkan suhu gas, sehingga mempunyai suhu tertentu, diperlukan sejumlah kalor (Q)

• Jika sejumlah kalor ditambahkan pada sistem, maka energi kalor akan digunakan untuk melakukan usaha. Namun, tidak semua energi kalor digunakan untuk usaha

• Jadi, jumlah kalor yang diterima sistem digunakan untuk menambah energi dalam sistem dan untuk melakukan usaha

• Pemberian kalor pada suatu sistem, akan menambah energi dalam sistem (U).• Banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan energi dalam sebesar ∆U

dan melakukan usaha sebesar W dapat dicari dengan persamaan :Q = ∆U + W ..... (Persamaan 17)

Keterangan: ∆U = perubahan energi dalam sistem (J)Q = jumlah kalor yang ditambahkan (J)W = usaha yang dilakukan sistem (J)

• Persamaan tersebut merupakan rumusan Hukum I Termodinamika yang digunakan apabila sistem menerima kalor dari lingkungan (Q bernilai positif) dan sistem melakukan usaha (W bernilai positif)

• Namun, bagaimanakah jika sistem memberikan kalor kepada lingkungan dan pada sistem dilakukan usaha (sistem menerima usaha dari lingkungan)? Untuk mencari energi dalam sistem menggunakan hukum termodinamika I, kita mengikuti perjanjian sebagai berikut:a. Jika sejumlah kalor ditambahkan pada sistem (kalor memasuki sistem),

maka Q bernilai positif (+Q). Sementara, jika sejumlah kalor dikurangi (kalor keluar dari sistem), maka Q bernilai negatif (-Q).

b. Jika sistem melakukan usaha, W bernilai positif (+W). Sementara jika pada sistem dilakukan usaha (sistem menerima usaha), W bernilai negatif (-W).

Contoh Soal

• Soal 1Kedalam sejumlah gas dialirkan kalor sebesar 300 joule. Kemudian gas dikenai kerja 120 joule. Berapakah perubahan energi dalam gas?

• Soal 2Suatu gas di dalam ruang tertutup dipanasi sehingga memuai. Akibatnya, gas tersebut melakukan usaha sebesar 200 J. Selama pemuaian, gas menyerap kalor sebanyak 300 J. Tentukan kenaikan energi dalam gas.

Jawaban Soal

• Jawaban Soal 1PenyelesaianQ = 300 joule (menyerap)W = -120 joule (dikenai kerja)Perubahan energi dalamnya memenuhi:Q = W + U300 = -120 + UU = 420 joule ( berarti energi dalamnya naik )

• Jawaban Soal 2Penyelesaian:Diketahui: W = 200 J (melakukan usaha)

Q = 300 J (kalor ditambahkan)Ditanyakan: ∆U = ... ?Jawab:Untuk mencari perubahan energi dalam,gunakan Hukum I Termodinamika.

Q = ∆U + W∆U = Q – W= 300 J - 200 J= 100J

Jadi, energi dalam gas tersebut bertambah sebesar 100 J.

• Soal 3Sebelum piston diberi beban, volume awal gas di dalam tabung adalah 400 cm3 . Namun, setelah piston diberi beban sebesar 1 kg, volume gas menjadi 300 cm3 . Jika selama penyusutan dibebaskan kalor sebanyak 2 kalori, dan luas permukaan piston 15 cm 2 , tentukan perubahan energi dalam gas.

Jawaban Soal 3• Penyelesaian:Diketahui: V1 = 400 cm3 = 4 x 10-4 m3 → (1 cm3 = 10-6 m3 )

V2 = 300 cm3 = 3 x 10-4 m3mbeban = 1 kgQ = -2 kal = -8,4 J (kalor keluar) → (1 kal = 2,4 J)A = 15 cm2 = 15 x 10-4 m2 → (1 cm2 = 10-4 m2 )

Ditanyakan: ∆U = ... ?Jawab: Untuk mencari ∆U, terlebih dahulu kita cari usaha pada sistem.

W = P ∆VBesar tekanan (P) dapat dicari dengan persamaan,

P = P = = = 0,67 x N/mJadi, W = P ∆V

= P (V2 - V1) = 0,67 x 10-4 (3 x l0-4 - 4 x l0-4 )= -0,67 x l0-8 J (tanda negatif menunjukkan sistem menerima usaha)

Perubahan energi dalam gas dicari dengan persamaan:Q = ∆U + W∆U = Q – W

= -8,4 - (-0,667)= -9,067 J

Jadi, perubahan energi dalamnya adalah 9,067 J

Proses – proses Termodinamika

Isotermik Isokhorik Isobarik Adiabatik