Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2
210
2. Gas oksigen dengan tekanan 76 cm Hg dimampatkan secara
adiabatik sehingga volumenya menjadi
2 3
volume awal. Bila gas oksigen adalah gas diatomik dan
R = 8,317 Jmol.K, tentukanlah tekanan akhir gas tersebut
3. Hitunglah kalor jenis gas-gas berikut ini pada volume dan tekanan
tetap a.
Gas neon monoatomik, bila massa molekulnya 2,018 gram mol.
b. Gas hidrogen diatomik, bila massa molekulnya 2,016 gram
mol. 4.
Hitunglah kapasitas kalor jenis nitrogen pada tekanan tetap, jika kalor jenisnya pada volume tetap adalah 7,14 × 10
2
Jkg.K. Diketahui massa molekul nitrogen 28 grammol dan konstanta
umum gas R = 8,317 Jmol.K.
5. Hitunglah kalor jenis pada tekanan tetap dari gas oksida zat lemas
beratom dua, bila kalor jenisnya volume tetap adalah 6,95 × 10
2
Jkg.K dan γ = 1,4.
Hukum I Termo-
dinamika
3. Hukum I Termodinamika
Pada pembahasan sebelumnya kita telah mempelajari usaha pada masing-masing proses Termodinamika. Kali ini kita akan
mempelajari kemampuan untuk melakukan usaha energi pada masing-masing proses Termodinamika dengan menggunakan hukum
I Termodinamika.
Hukum I Termodinamika merupakan perluasan dari hukum
kekekalan energi. Hukum I Termodinamika menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan tetapi dapat berubah bentuk
menjadi bentuk energi lain.
Sebelum kita mempelajari hukum I Termodinamika lebih lanjut, kita akan mempelajari tentang energi dalam. Energi dalam sering disebut
energi termal atau energi dakhil U. Energi dalam suatu sistem adalah
jumlah total energi yang terkandung dalam sistem. Energi dalam merupakan jumlah energi kinetik, energi potensial, energi kimiawi, energi
listrik, energi nuklir, dan segenap bentuk energi lain yang dimiliki atom dan molekul sistem. Energi dapat berganti menjadi bentuk energi yang
lain, misalnya energi listrik menjadi energi kalor.
Selama proses perubahan bentuk energi berlangsung, sistem menerima kalor sebanyak
ΔQ dan melakukan usaha sebesar ΔW. Selisih energi sebesar
ΔQ – ΔW digunakan untuk mengubah energi dalam sistem tersebut. Secara matematis dapat dirumuskan sebagai
berikut. ΔQ = ΔU + ΔW
. . . 9.24
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2
211
Keterangan:
Δ Q : perubahan kalor J ΔW : perubahan usaha J
ΔU : perubahan energi dalam J 1 joule = 0,24 kalori; 1 kalori = 4,2 joule
ΔQ bertanda positif jika sistem menerima kalor dan bertanda negatif jika sistem melepas kalor.
ΔW bertanda positif jika sistem melakukan usaha dan bertanda negatif jika sistem dikenai usaha.
ΔU bertanda positif jika sistem mengalami penambahan energi dalam dan bertanda negatif jika sistem mengalami penurunan energi dalam.
Penerapan hukum I Termodinamika
Seperti telah kita ketahui, bahwa perubahan pada gas dapat melalui berbagai proses. Bagaimanakah penerapan hukum I
Termodinamika pada masing-masing proses? Untuk memahami hal ini, pelajarilah pembahasan berikut
a. Proses Isobarik
Kurva tekanan terhadap waktu pada proses isobarik terlihat pada gambar 9.7.
Berdasarkan gambar di samping, usaha yang dilakukan gas adalah:
ΔW = P V
2
– V
1
= P .
ΔV Dari persamaan gas ideal,
P . ΔV = n . R . ΔT,
diperoleh: ΔW = P . ΔV
ΔW = n . R . ΔT
Sedangkan banyaknya kalor yang di- perlukan untuk melakukan proses isobarik adalah:
ΔQ
p
= m c
p
ΔT atau
ΔQ
p
= n c
p
ΔT Perubahan energi dalam pada proses isobarik sama dengan
banyaknya kalor yang diperlukan untuk melakukan proses isokhorik. Secara matematis ditulis:
ΔU =
ΔQ
v
. . . 9.25 Seperti telah disebutkan sebelumnya bahwa energi dalam
gas merupakan energi kinetik gas tersebut. Dari bab 8 kita ketahui bahwa
E
k
=
3 2
n . K . ΔT. Dengan menggunakan E
k
=
3 2
n . K .
Gambar 9.7 Diagram tekanan terhadap volume pada proses isobarik
P
V
1
P
V
2
V
Kompetensi Fisika Kelas XI Semester 2
212
ΔT dan persamaan 9.25 diperoleh nilai kalor jenis gas monoatomik pada volume tetap adalah:
ΔU =
3 2
n . K . ΔT
n . c
v
. ΔT =
3 2
n . R . ΔT
c
v
=
3 2
R .
Sedangkan nilai kalor jenis gas monoatomik pada tekanan tetap ditentukan dari rumus berikut.
ΔQ
p
= ΔU +ΔW
n c
p
ΔT = n c
v
ΔT + n R ΔT c
p
= c
v
+ R
c
p
=
3 2
R +
R c
p
=
5 2
R Analogi dengan cara di atas, diperoleh nilai kalor jenis gas diatomik
pada volume dan tekanan tetap adalah:
– Suhu rendah :
c
v
=
3 2
R ;
c
p
=
5 2
R
– Suhu sedang :
c
v
=
5 2
R ;
c
p
=
5 2
R
– Suhu tinggi
: c
v
=
7 2
R ;
c
p
=
7 2
R Kalor jenis pada persamaan-persamaan di atas dinyatakan
dalam satuan Jmol.K. Jika 1 Jmol.K =
1 M
Jkg.K, dengan M
adalah massa molekul gas maka persamaan-persamaan di atas menjadi sebagai berikut.
Pada gas monoatomik: c
v
=
3 2
R M
c
p
=
5 2
R M
