19
BAB IV. KALOR DAN HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA
4.1. KALOR :
Definisi kalor ialah : berpindahnya „sesuatu“ dari benda bersuhu lebih tinggi ke benda bersuhu lebih rendah, dan “sesuatu” ini disebut kalor.
4.2. HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA
Definisi : Bila suatu sistem yang lingkungannya bersuhu berbeda dan kerja dapat dilakukan
padanya, mengalami suatu proses, maka energi yang dipindahkan dengan cara non mekanis yang sama dengan perbedaan antara perubahan energi internal U dan kerja
W yang dilakukan, disebut kalor Q. Persamaan Hukum Pertama Termodinamika :
Q = U +W 4.1
4.3. Bentuk diferensial hukum pertama termodinamika
dQ = dU +dW 4.2
Untuk proses kuasi statik infinitesimal darsi sistem hidrostatik, hukum pertama menjadi:
dU = dQ - P dV 4.3
U merupakan fungsi dari dua antara tiga koordinat termodinamika P, V, θ P merupakan fungsi dari V, θ
Tabel 4.1. Kerja dalam sistem sederhana Sistem sederhana
Kerja J Hukum pertama termodinamika
U fungsi dari dua antara
Sistem hidrostatik P dV
dU = dQ - P dV P, V, θ
Kawat teregang F dL
dU = dQ - F dL F, L, θ
Selaput permukaan γ dA
dU = dQ - γ dA γ, A, θ
Sel listrik
terbalikkan ε dZ
dU = dQ - ε dZ ε, Z, θ
Lempengan dielektrik
E dΠ dU = dQ - E dΠ
E, Π, θ Batang
paramagnetik μ
H dM dU = dQ - μ
H dM H, M, θ
20
Bentuk diferensial Pfaff :
Untuk mengatasi sistem yang lebih rumit, dengan cara mengganti dW dalam hukum termodinamika dengan dua atau lebih ungkapan.
Misalnya, Dalam kasus sistem gabungan yang terdiri dari dua bagian hidrostatik yang dipisahkan oleh
dinding diatermik, dirumuskan : dQ = dU + PdV + P’dV’
4.4 sedangkan untuk kasus gas paramagnetik :
dQ = dU + PdV + μ H dM
4.5
4.4. KAPASITAS KALOR DAN PENGUKURANNYA
Kapasitas kalor rata-rata =
1 2
Q
Q
awal akhir
4.6 Ketika keduanya, Q dan θ
2
– θ
1
mengecil, maka Harga kapasitas kalor sesaat C :
d dQ
Q C
l
2
1 2
lim 4.7
Kapasitas kalor molar dirumuskan :
d dQ
n n
C c
1
4.8 Kapasitas kalor pada tekanan tetap dirumuskan :
P P
d dQ
C
4.9 Umumnya C
P
merupakan fungsi P, θ. Kapasitas kalor pada volume tetap dirumuskan :
V V
d dQ
C
4.10 Umumnya C
V
merupakan fungsi V, θ. Setiap kapasitas kalor merupakan fungsi dari dua peubah. Namun dalam selang kecil
variasi koordinat, kapasitas kalor dapat dianggap praktis tetap.
21 Tabel 4.2. Kapasitas kalor dalam sistem sederhana
Sistem sederhana Kapasitas kalor
Lambang Sistem hidrostatik
Pada tekanan tetap Pada volume tetap
C
P
C
V
Kawat teregang Pada gaya tegang tetap
Pada panjang tetap C
F
C
L
Selaput permukaan Pada tegangan permukaan tetap
Pada luas tetap C
γ
C
A
Sel listrik
terbalikkan Pada elektromontasi tetap
Pada muatan tetap C
ε
C
Z
Lempengan dielektrik
Pada medan listrik tetap Pada polarisasi tetap
C
E
C
Π
Batang paramagnetik
Pada medan magnetik tetap Pada magnetisasi tetap
C
H
C
M
Pengukuran kapasitas kalor zat padat, cair dan gas merupakan salah satu proyek percobaan fisika modern yang paling penting, karena harga numerik kapasitas kalor memberikan sarana
paling langsung untuk membuktikan perhitungan fisikawan teoritis dan menentukan kesahihan pengandaian beberapa teori modern.
4.5. PERSAMAAN UNTUK SISTEM HIDROSTATIK