HUKUM TERMODINAMIKA I

Selamat datang diblog kami, semoga blog yang kami buat dapat membantu kalian dalam Pelajaran Fisika

Blog ini disusun oleh kelompok Archimedes 

1. Hani Nur siti 
2. Maghfira Najwa
3. Nabila Syaidina 
4. RIzka putri

PENGERTIAN 
Hukum pertama termodinamika adalah suatu pernyataan mengenai hukum universal dari kekekalan energi dan mengidentifikasikan perpindahan panas sebagai suatu bentuk perpindahan energi. 

Bunyi Hukum Termodinamika I:

“ Setiap proses yang diberikan kalor (Q) terhadap sistem dan sistem tersebut melakukan usaha (W) maka energi kalor dalam sistem (U) akan terjadi perubahan di dalam sistem setelah dikurangi kerja pada sistem terhadap lingkungan (ΔU = Q-W)”.

Persamaan Hukum Termodinamika I

Hukum untuk mencari banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan energi dalam  sebesar ∆U dan melakukan usaha sebesar W  dapat dirumuskan secara matematis sebagai berikut:

Q = ∆U + W

Keterangan:

∆U = perubahan energi dalam sistem (J)

Q  = jumlah kalor yang ditambahkan (J)

W  = usaha yang dilakukan sistem (J)

Dari persamaan rumusan termodinamika I tersebut maka Q atau W akan bernilai positif atau negatif bila:

• Q positif apabila panas atau kalor ditambahkan pada sistem, sebaliknya jika keluar sistem maka Q bernilai negatif.
• Usaha (W) bernilai positif jika sistem melakukan usaha, sedangkan bernilai negatif apabila sistem menerima usaha dari lingkungan.
• Perubahan energi dalam (∆U) positif jika mengalami kenaikan, dan bernilai negatif apabila mengalami penurunan.

PROSES HUKUM TERMODINAMIKA 1

1. Proses tekanan konstan (isobarik)
Pada proses tekanan konstan, tekanan awal proses sama dengan tekanan akhir proses atau p₁= p₂ . Bila p = C maka dp = 0. Pada diagram p-V dapat digambar sebagai berikut.

Kerja akibat ekspansi atau kompresi gas pada tekanan konstan dapat dihitung sebagai berikut :

Perubahan energi dalam pada proses isobarik dapat dihitung :

Perubahan kalor pada proses isobarik dapat dihitung :

Dari persamaan gas ideal didapat :

dan

Sehingga :

Entalpi pada proses isobar :

2. Proses volume konstan (isokhorik)
Pada proses isokhorik, volume awal akan sama dengan volume akhir gas atau V₁ = V₂. Bila V₁ = V₂ maka dV = 0.
Pada diagram p-V dapat digambar sebagai breikut :

Pada proses isokhorik atau volume konstan, tidak ada kerja yang diberikan atau dihasilkan sistem, karena volume awal dan akhir proses sama sehingga perubahan volume (dV) adalah 0. Pada proses isokhorik semua kalor yang diberikan diubah menjadi energi dalam sistem.

Perubahan energi dalam pada proses isokhorik :

Kalor pada proses isokhorik :

Dimana dV = 0 sehingga dQ = dU = m.c_v.(T2 – T1)
Entalpi pada proses isokhorik :

 3. Proses temperatur konstan (isotermal)
Pada proses isotermal, temperatur awal proses akan sama dengan temperatur akhir proses atau T₁ = T₂ . kondisi ini menyebabkan dT = 0 sehingga perubahan energi dalam sistem (dU) = 0.

Kerja pada proses isotermal dapat dihitung :

Dari hukum gas ideal :

Karena T = konstan maka p.V = konstan (C). sehinggamaka

m, R dan T konstan maka :

Didapat:

Perubahan energi dalam pada proses isotermal adalah 0 sehingga besar perubahan kalor akan sama dengan kerja pada proses isotermal.

Perubahan entalpi pada proses isotermal :

4. Proses Isentropis (adiabatis reversibel)

Proses adiabatis reversibel adalah proses termodinamika dimana tidak ada kalor yang masuk atau keluar dari sistem (adiabatis) dan proses ini mampu balik (reversibel) artinya tidak ada hambatan atau gesekan. Pada kenyataannya proses ini tidak ada di alam, tetapi penyederhaan yang demikian dapat mempermudah untuk menganalisa sistem. Pada p-V diagram dapat digambarkan sebagai berikut.

Karena tidak ada kalor yang dapat masuk dan keluar dari sistem, maka tidak ada perubahan kalor atau dQ = 0. Sehingga kerja yang diberikan atau dilakukan oleh sistem akan mengubah energi dalam sistem. Proses ini berlangsung pada kondisi p.V^k = konstan. Dimana k adalah rasio panas jenis pada tekanan konstan dengan panas jenis pada volume konstan atau sering disebut juga sebagai index isentropis. Kerja pada proses adiabatis reversibel dapat dihitung sebagai berikut :

Karena proses berlangsung pada kondisi p.V^k ₌C , maka:

sehingga :

Perubahan energi dalam sistem adiabatis reversibel :

Tidak ada kalor yang masuk atau keluar sistem sehingga :

Entalpi pada proses adiabatis reversibel :

Entalpi proses adiabatis reversibel  adalah massa dikali panas jenis tekanan konstan dan dikali dengan delta temperatur. Dari mana asalnya coba turunin sendiri. Petunjuk dQ = 0 untuk proses ini.

5. Proses polytropis

Proses polytropis adalah proses termodinamika dengan index isentropis k = n dimana n > 1 atau p.Vⁿ = C. Proses ini sama dengan proses adiabatis reversibel hanya dibedakan jika pada proses adiabatis, kalor tidak dapat keluar atau masuk ke sistem, tetapi pada proses ini kalor dapat berubah (dapat keluar – masuk sistem). p – V diagram untuk proses politropis sama dengan p-V diagram proses adiabatis.

Kerja pada proses politropis adalah sama dengan kerja pada proses adiabatis reversibel, hanya k diganti dengan n dimana n > 1.

Karena proses berlangsung pada kondisi p.Vⁿ ₌C , maka

sehingga :

Perubahan energi dalam sistem politropis :

Perubahan kalor dalam sistem politropis :

Bila n pada proses politropis sama dengan 1 maka proses akan berjalan mengikuti proses isotermal, sedangkan bila besar harga n = k, maka proses akan berjalan berdasarkan proses adiabatis reversibel dan bila n sama dengan 0, maka harga vn akan sama dengan 1 sehingga proses akan mengikuti proses tekanan konstan.

CONTOH HUKUM TERMODINAMIKA I DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI

1.        Termos

Pada alat rumah tangga tersebut terdapat aplikasi hukum I termodinamika dengan sistem terisolasi. Dimana tabung bagian dalam termos yang digunakan sebagai wadah air, terisolasi dari lingkungan luar karena adanya ruang hampa udara di antara tabung bagian dalam dan luar. Maka dari itu, pada termos tidak terjadi perpindahan kalor maupun benda dari sistem menuju lingkungan maupun sebaliknya.

2.        Mesin kendaraan bermotor

Pada mesin kendaraan bermotor terdapat aplikasi termodinamika dengan sistem terbuka. Dimana ruang didalam silinder mesin merupakan sistem, kemudian campuran bahan bakar dan udara masuk kedalam silinder, dan gas buang keluar sistem melalui knalpot.

3. Refferigerator (Lemari Es)

Adalah suatu unit mesin pendingin di pergunakan dalam rumah tangga, untuk menyimpan bahan makanan atau minuman. Untuk menguapkan bahan pendingin di perlukan panas.                 

  Lemari es memanfaatkan sifat ini. Bahan pendingin yang digunakan sudah menguap pada suhu -200C. panas yang diperlukan untuk penguapan ini diambil dari ruang pendingin, karena itu suhu dalam ruangan ini akan turun. Penguapan berlangsung dalam evaporator yang ditempatkan dalam ruang pendingin. Karena sirkulasi udara, ruang pendingin ini akan menjadi dingin seluruhnya.
              Lemari Es merupakan kebalikan mesin kalor. Lemari Es beroperasi untuk mentransfer kalor keluar dari lingkungan yang sejuk kelingkungn yang hangat. Dengan melakukan kerja W, kalor diambil dari daerah temperatur rendah T_L (katakanlah, di dalam lemari Es), dan kalor yang jumlahnya lebih besar dikeluarkan pada temperature tinggi T_h (ruangan).

Sistem lemari Es yang khas, motor kompresor memaksa gas pada temperatur tinggi melalui penukar kalor (kondensor) di dinding luar lemari Es dimana Q_hdikeluarkan dan gas mendingin untuk menjadi cair. Cairan lewat dari daerah yang bertekanan tinggi , melalui katup, ke tabung tekanan rendah di dinding dalam lemari es, cairan tersebut menguap pada tekanan yang lebih rendah ini dan kemudian menyerap kalor (Q_L) dari bagian dalam lemari es. Fluida kembali ke kompresor dimana siklus dimulai kembali.

             Lemari Es yang sempurna (yang tidak membutuhkan kerja untuk mengambil kalor dari daerah temperatur rendah ke temperatur tinggi) tidak mungkina ada. Ini merupakan pernyataan Clausius mengenai hukum Termodinamika kedua. Kalor tidak mengalir secara spontan dari benda dingin ke benda panas. Dengan demikian tidak akan ada lemari Es yang sempurna.

4. Pendingin Ruangan (AC)

Air Conditioner (AC) alias Pengkondision Udara merupakan seperangkat alat yang mampu mengkondisikan ruangan yang kita inginkan, terutama mengkondisikan ruangan menjadi lebih rendah suhunya dibanding suhu lingkungan sekitarnya. Filter (penyaring) tambahan digunakan untuk menghilangkan polutan dari udara. AC yang digunakan dalam sebuah gedung biasanya menggunakan AC sentral. Selain itu, jenis AC lainnya yang umum adalah AC ruangan yang terpasang di sebuah jendela. Kunci utama dari AC adalah refrigerant, yang umumnya adalah fluorocarbon, yang mengalir dalam sistem, menjadi cair dan melepaskan panas saat dipompa (diberi tekanan), dan menjadi gas dan menyerap panas ketika tekanan dikurangi. Mekanisme berubahnya refrigerant menjadi cairan lalu gas dengan memberi atau mengurangi tekanan terbagi mejadi dua area. Sebuah penyaring udara, kipas, dan cooling coil (kumparan pendingin) yang ada pada sisi ruangan dan sebuah kompresor (pompa), condenser coil (kumparan penukar panas), dan kipas pada jendela luar.

Udara panas dari ruangan melewati filter, menuju ke cooling coil yang berisi cairan refrigerant yang dingin, sehingga udara menjadi dingin, lalu melalui teralis/kisi-kisi kembali ke dalam ruangan. Pada kompresor, gas refrigerant dari cooling coil lalu dipanaskan dengan cara pengompresan. Pada condenser coil, refrigerant melepaskan panas dan menjadi cairan, yang tersirkulasi kembali ke cooling coil. Sebuah thermostatmengontrol motor kompresor untuk mengatur suhu ruangan.

.

ads

Contoh Soal Hukum Termodinamika I

Contoh soal 1:

Gas yang berada didalam sistem di beri kalor sebesar 200  joule.  Setelah itu gas diberi usaha sebesar 125 joule. Berapakah perubahan energi dalam gas?

Penyelesaian

Diketahui Q  =  200 joule (menyerap) ; W =  -125 joule (dikenai kerja)

Ditanyakan: ∆U…?

Jawab:

∆U = Q-W  = 200- (-125) = 325 joule

Terjadi kenaikan energi didalam sistem sehingga perubahan enegi tersebut menjadi 325 joule.

Contoh Soal 2:

Didalam ruang tertutup terdapat gas yang memuai dengan menyerap kalor sebesar 350 J dan melakukan usaha sebesar 250 Joule. Berapa kenaikan energi dalam gas?

Penyelesaian:

Diketahui:

W = 250 J (melakukan usaha) ; Q = 350 J (kalor ditambahkan)

Ditanyakan: ∆U = … ?

Jawab:

∆U = Q – W =  350 J – 250 J = 100J

Kenaikan energi dalam gas tertutup tersebuat adalah sebesar 100 J

SOAL HUKUM TERMODINAMIKA I

1). Pada percobaan Joule, beban bermassa 5 kg mengalami perpindahan kedudukan sebesar 2 m. Jika massa air sebesar 0,2 kg, perubahan suhu air akibat kalor hasil gesekan sudu-sudu dan air adalah...
a. 1°C
b. 10°C
c. 100°C
d. 0,1°C
e. 0,12°C

2). Suatu gas dimampatkan secara isobarik pada tekanan 2 MPa dari 0,5 m³ menjadi 0,4 m³. Usaha yang dilakukan pada gas adalah...
a. 10 kJ
b. 20 kJ
c. 100 kJ
d. 200 kJ
e. 400 kJ

TERIMA KASIH 

SEMOGA BERMANFAAT