Hukum I Termodinamika Mikrajuddin Abdullah Fisika Dasar I 2016

Bab 12 Gas dan Termodinamika 981 Pertambahan energi dalam gas hanya tejadi karena adanya kerja yang dilakukan lingkungan pada gas dan adanya aliran masuk kalor ke dalam gas. Secara matematika, pernyataan di atas dapat diungkapkan oleh persamaan Q W U    12.39 Persamaan 12.39 merupakan ungkapah hukum I termodinamika. Hukum I Thermodinamika dapat diilustrasikan pada Gambar 12.20 U Mendapat kerja W U 1 = U + W Melakukan kerja W U 2 = U - W Gambar 12.20 Ilustrasi hukum I termodinamika. Bab 12 Gas dan Termodinamika 982 Ketika menerapkah hukum I termodinamika, kita harus memperhatikan tanda dengan seksama. Perjanjian untuk tanda U, W, dan Q sebgai berikut:  U positif jika energi dalam yang dimiliki gas bertambah  U negatif jika energi dalam yang dimiliki gas berkurang  W positif jika lingkungan melakukan kerja pada gas sistem  W negatif jika gas sistem melakukan kerja pada lingkungan  Q positif jika kalor mengalir masuk dari lingkungan ke gas sistem  Q positif jika kalor mengalir keluar dari gas sistem ke lingkungan Contoh 12.7 Dalam suatu proses isobaric, volum gas berubah dari 1 L menjadi 2 L. Tekanan gas adalah 10 5 Pa. Jika pada proses tersebut kalor masuk ke dalam gas sebanyak 500 J, berapa perubahan energi dalam gas? Jawab Karena kalor masuk maka Q = + 500 J Kerja isobarik: W = - P V 2 – V 1 = - 10 5  2  10 -3 – 10 -3 = - 100 J Berdasarkan hokum I termodinamika Q W U    Bab 12 Gas dan Termodinamika 983 = -100 + 500 = 400 J Contoh 12.8 Ketika menyerap kalor, sebanyak 0,2 mol gas monoatomik mengalami proses isokhorik hingga suhunya berubah dari 100 o C menjadi 300 o C. Berapakah kalor yang terlibat? Apakah kalor tersbut masuk ke gas atau keluar dari gas? Jawab Informasi yang diberikan dalam soal adalah n = 0,2 mol, T 1 = 100 o C = 100 +273 = 373 K, dan T 2 = 300 o C = 300 +273 = 573 K. Pada proses isokhorik, volum konstan, sehingga W = 0. Dengan hukum I termodinamika didapat Q = U. Untuk gas monoatomik energi dalam memenuhi nRT U 2 3  sehingga 2 3 1 2 T T nR U    373 573 315 , 8 2 , 2 3      = 499 J Dengan demikian Q = U = 499 J. Karena Q positif maka kalor mengalir masuk ke dalam gas. Bab 12 Gas dan Termodinamika 984

12.18 Kapasitas Kalor Gas

Ada satu besaran yang cukup penting yang berkaitan dengan penyerapan atau pelepasan kalor. Besaran tersebut adalah kapasitas kalor. Kapasitas kalor didefinisikan sebagai kalor yang diserapdilepas per satuan perubahan suhu, atau T Q C   12.40 dengan Q kalor yang diserapdilepas dan T suhu. Sekarang kita akan tentukan kapasitas kalor untuk proses-proses khusus. Kapasitas kalor pada volum tetap Jika proses berlangsung pada volum tetap atau isokhorik,maka V 1 = V 2 sehingga W = -PV 2 -V 1 = 0. Dalam kondisi demikian maka hukum I termodinamika menjadi U Q   12.41 Dengan demikian, kapasitas kalor pada volum tetap memenuhi T Q C v   T U    12.42 Untuk gas monoatomik pada semua suhu atau gas diatomik yang berada Bab 12 Gas dan Termodinamika 985 pada suhu rendah kita telah tunjukkan U = 32nRT, atau U = 32nRT. Dengan demikian, T T nR C v    2 3 nR 2 3  12.43 Utuk gas diatomik pada suhu menengah, U = 52nRT, atau U = 52nRT, sehingga T T nR C v    2 5 nR 2 5  12.44 Utuk gas diatomik pada suhu tinggi, U = 72nRT, atau U = 72nRT sehingga T T nR C v    2 7 nR 2 7  12.45