Materi : Hukum 1 Termodinamika


Sebelum membahas hukum–hukum Termodinamika terlebih dahulu kita harus tahu apa itu termodinamika. Termodinamika merupakan ilmu yang mempelajari hubungan antara usaha dan kalor. Dalam proses termodinamika kita kenal Kalor (Q), Kerja (W), Sistem dan Lingkungan.

Salah satu contoh sederhana berkaitan dengan perpindahan energi antara sistem dan lingkungan yang melibatkan Kalor dan Kerja adalah proses pembuatan popcorn.

Apakah kalian mengerti pembuatan popcorn? Biasanya popcorn dimasukkan ke dalam wadah tertutup (panci atau alat masak lainnya). Selanjutnya, wadah tertutup tersebut dipanasi dengan nyala api kompor. Adanya tambahan kalor dari nyala api membuat biji popcorn dalam panci kepanasan dan meletup. Ketika meletup, biasanya biji popcorn berjingkrak-jingkrak dalam panci dan mendorong penutup panci. Gaya dorong biji popcorn cukup besar sehingga kadang tutup panci bisa berguling.

Untuk kasus ini, kita bisa menganggap popcorn sebagai sistem, panci sebagai pembatas dan udara luar, nyala api dkk sebagai lingkungan. Karena terdapat perbedaan suhu, maka kalor mengalir dari lingkungan (nyala api) menuju sistem (biji popcorn). Adanya tambahan kalor menyebabkan sistem (biji popcorn) memuai dan meletup sehingga mendorong penutup panci (si biji popcorn tadi melakukan kerja terhadap lingkungan). Dalam proses ini, keadaan popcorn berubah. Keadaan popcorn berubah karena suhu, tekanan dan volume popcorn berubah saat memuai dan meletup… meletupnya popcorn hanya merupakan salah satu contoh perubahan keadaan sistem akibat adanya perpindahan energi antara sistem dan lingkungan

Masih sangat banyak contoh lain, sebagiannya sudah dibahas pada bagian pendahuluan… Perubahan keadaan sistem akibat adanya perpindahan energi antara sistem dan lingkungan yang melibatkan Kalor dan Kerja, disebut sebagai proses termodinamika.

Pada materi 1 ini kamu akan mempelajari hukum I termodinamika, perhatikan gambar berikut ini!

Hukum pertama termodinamika merupakan salah satu contoh hukum kekekalan energi. Artinya, energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Energi hanya dapat berubah dari bentuk satu ke bentuk lainnya. Hukum I termodinamika menyatakan bahwa untuk setiap proses apabila kalor (Q) diberikan kepada sistem dan sistem melakukan usaha (W), maka akan terjadi perubahan energi dalam ( ). Pernyataan ini dapat dituliskan secara matematis sebagai berikut.

Dengan

  : perubahan energi dalam (Joule)
  Q : jumlah kalor (Joule)
  W : usaha sistem (Joule)
     

Apabila sistem menerima kalor dari lingkungan (Q+)dan sistem melakukan usaha (W+). Dan bila sistem melepas kalor ke lingkungan (Q-) dan sistem dilakukan usaha (W-) . Untuk mengingat hukum I termodinamika, bisa diperjelas dengan gambar di bawah ini :

 

Contoh soal 1 :

Jika kalor sebanyak 2000 Joule ditambahkan pada sistem, sedangkan sistem melakukan kerja 1000 Joule, berapakah perubahan energi dalam sistem ?

Panduan jawaban:

  = Q - W
  = 2000J - 1000J
  = 1000J
     

Sistem mendapat tambahan kalor (sistem menerima energi) sebanyak 2000 Joule. Sistem juga melakukan kerja 1000 Joule. Dengan demikian, perubahan energi sistem = 1000 Joule

Contoh soal 2 :

Jika kalor sebanyak 2000 Joule meninggalkan sistem dan sistem melakukan kerja 1000 Joule, berapakah perubahan energi dalam sistem ?

  = Q - W
  = -2000J - 1000J
  = -3000J
     

Panduan jawaban :

Ingat ya, jika kalor meninggalkan sistem, berarti Q bernilai negatif Kalor meninggalkan sistem (sistem melepaskan energi) sebanyak 2000 Joule. Sistem juga melakukan kerja sebesar 1000 Joule. Dengan demikian, energi dalam sistem berkurang sebanyak 3000 J.

Contoh soal 3 :

Jika kalor sebanyak 2000 Joule ditambahkan pada sistem dan kerja 1000 Joule dilakukan pada sistem, berapakah perubahan energi dalam sistem ?

  = Q - W
  = 2000J - (-1000J)
  = 3000J
     

Panduan jawaban : Ingat ya, jika kerja dilakukan pada sistem, berarti W bernilai negatif Sistem mendapat tambahan kalor (sistem menerima energi) sebanyak 2000 Joule dan kerja dilakukan pada sistem 1000 Joule. Dengan demikian, energi dalam sistem bertambah sebanyak = 3000 Joule.