Hukum Pertama Termodinamika Fisika 2 Kelas 2 Setya Nurachmandani 2009

268 Fisika SMAMA Kelas XI monoatomik U = 3 2 NkT. Perubahan energi dalam gas monoatomik dapat ditentukan dengan persamaan U D = U 2 – U 1 = 3 2 NkT 2 –T 1 = 3 2 Nk D T. Anda akan menerapkan hukum I termodinamika pada keempat proses termodinamika, yaitu proses isotermal, isobarik, isokorik, dan adiabatik. Perlu ditekankan bahwa konsep tentang perubahan energi dalam U D dan usaha W pada berbagai proses yang telah dibahas sebelumnya akan digunakan langsung pada aplikasi hukum I termodinamika. Tabel Proses Termodinamika Proses Usaha Perubahan Energi Hukum I Keterangan Dalam Termodinamika Isobarik W p V = D 3 2 U nR T D = D p Q W U = + D p D = Isokorik W = 3 2 U nR T D = D V Q U = D V D = Isotermal 2 1 ln V V W nRT æ ö ç ÷ è ø = U D = Q = W T D = Adiabatik 1 2 3 2 W nR T T = - 3 2 U nR T D = D U W D = - Q D = Dua mol gas ideal monoatomik suhunya dinaikkan dari 27 o C menjadi 127 o C pada tekanan tetap. Jika konstanta gas umum R = 8,31 JmolK, maka hitunglah perubahan energi dalam, usaha yang dilakukan oleh gas, dan kalor yang diperlukan Diketahui : a. n = 2 mol b. T 1 = 27 + 273 = 300 K c. T 2 = 127 + 273 = 400 K d. R = 8,31 Jmol k Ditanyakan : a. U D = ...? b. W = ...? c. Q = ..? Jawab: a. Perubahan energi dalam U D = 1 2 3 2 nR T T - = 3 28, 31400 300 2 - = 2.493 J Contoh 9.1 269 Termodinamika Kolom Diskusi 9.1 b. Usaha yang dilakukan oleh gas W = p V D = p V 2 – V 1 = n R T 2 – T 1 = 2 × 8,31 × 400 –300 = 1.662 J c. Kalor yang diperlukan oleh gas Q = U W D + = 2.493 + 1.662 = 4.155 J Anda mungkin pernah berlibur ke daerah pegunungan. Di sana udara terasa dingin, bukan? Di sisi lain mungkin Anda pernah mendengar bencana yang disebabkan angin yang bertiup kering dan panas ini merupakan salah satu penyebab terbentuknya gurun di bumi. Diskusikan dengan kelompok Anda, mengapa terdapat variasi suhu di atmosfer bumi. Mintalah kepada guru Anda agar menunjuk salah satu kelompok untuk mempresentasikan hasil diskusinya Buatlah kesimpulan secara mandiri dan kumpulkan di meja guru

C. Kapasitas Kalor

Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebesar 1 kelvin. Secara matematis dapat dinyatakan dengan persamaan berikut. Q C T = ´ D Keterangan: Q : kalor yang diserap J C : kapasitas kalor JK T D : perubahan suhu K Persamaan ini berlaku untuk gas. Kalor yang diberikan kepada gas untuk menaikkan suhunya dapat dilakukan pada tekanan tetap proses isobarik atau pada volume tetap proses isokorik. Oleh karena itu, pada gas ada dua jenis kapasitas kalor, yaitu kapasitas kalor pada tekanan tetap C p dan kapasitas kalor pada volume tetap C V . Secar matematis dapat ditulis seperti berikut. p p Q C T = D dan V V Q C T = D 270 Fisika SMAMA Kelas XI Keterangan: Q V : kalor yang diberikan pada volume tetap Q p : kalor yang diberikan pada tekanan tetap Hukum I termodinamika pada proses isobaris p Q U W = D + , sedangkan untuk proses isobarik V Q U = D . Bila kedua persamaan digabungkan, diperoleh: p Q = V Q W + p C T D = V C T p V D + D p V C C T - D = p V D p V C C - = p V T D D Berdasarkan persamaan gas ideal pV = nRT, maka V p nR T D = D . Oleh karena itu persamaan di atas dapat ditulis sebagai berikut. p V C C - = nR

1. Untuk Gas Monoatomik

3 2 U nR T D = D 3 3 2 2 V nR T C nR T D = = D V C = 3 2 nR p C = V C nR + = 3 2 nR nR + = 5 2 nR p C = 5 2 nR

2. Untuk Gas Diatomik

Pada suhu sedang maupun tinggi, energi dalam gas diatomik bertambah besar. Hal ini disebabkan pada suhu sedang terdapat energi kinetik rotasi, sedangkan pada suhu tinggi terdapat energi kinetik rotasi dan vibrasi getaran gas.