MAKALAH HUKUM 1 TERMODINAMIKA

Transkripsi

1 MAKALAH HUKUM 1 TERMODINAMIKA DISUSUN OLEH : KELOMPOK 1 1. NURHIDAYAH 2. ELYNA WAHYUNITA 3. ANDI SRI WAHYUNI 4. ARMITA CAHYANI 5. AMIN RAIS KELAS : FISIKA A(1,2) JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA FAKULTAS TARBIYAH DAN KEGURUAN UNIVERSITAS ISLAM NEGERI (UIN) ALAUDDIN MAKASSAR 2016 KATA PENGANTAR

2 Puji syukur penulis penjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas rahmat-nya maka kami dapat menyelesaikan penyusunan makalah yang berjudul Hukum 1 Termodinamika. Penulisan makalah merupakan salah satu tugas yang diberikan dalam mata kuliah Termodinamika. Tugas ini dimulai dengan membahas apa itu termodinamika, menjelaskan Hukum 1 Termodinamika, proses yang terjadi dalam termodinamika yang berkaitan dengan Hukum 1 Termodinamika, kapasitas panas kalor, entalpi, dan kalor dari proses yang berhubungan dengan Hukum 1 Termmodinamika. Dalam penulisan makalah ini kami merasa masih banyak kekurangan baik pada teknis penulisan maupun materi, mengingat akan kemampuan yang kami miliki. Untuk itu kritik dan saran dari semua pihak sangat kami harapkan demi penyempurnaan pembuatan makalah ini. Dan tak lupa menyampaikan ucapan terima kasih yang tak terhingga kepada pihak-pihak yang membantu dalam menyelesaikan makalah ini. Akhirnya kami berharap semoga tugas ini bermanfaat, dan dapat memberikan ilmu yang baik bagi para pembaca. Terima kasih. Samata, 2 Mei 2016 Penulis DAFTAR ISI

3 Kata Pengantar DAFTAR ISI Bab I Pendahuluan A. Latarbelakang B. Rumusanmasalah C. Tujuan Bab IIPembahasan A. Bunyi hokum 1 termodinamika B. Proses dalamtermodinamika Bab III Penutup A. Kesimpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA BAB I PENDAHULUAN

4 A. Latar Belakang Termodinamika berasal dari bahasa Yunani: thermos = panas dandynamic = perubahan, dengan kata lain termodinamika adalah fisikaenergi, panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana banyak hubungan termodinamika berasal. Jadi, secara kompleks termodinamika adalah ilmu tentang energi, yang secara spesifik membahas tentang hubungan antara energi panas dengan kerja. Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain, baik secara alami maupun hasil rekayasa teknologi. Selain itu, energi di alam semesta bersifat kekal, tidak dapat dimusnahkan atau dihilangkan, yang terjadi adalah perubahan energi dari satu bentuk menjadi bentuk lain tanpa ada pengurangan atau penambahan. Hal ini erat hubungannya dengan hukum hukum dasar pada termodinamika. Dalam makalah ini kami akan membahas tentang hukum pertama termodinamika dan kapasitas kalor gas. Hukum termodinamika kebenarannya sangat umum, dan hukum-hukum ini tidak bergantung kepada rincian dari interaksi atau sistem yang diteliti. Ini berarti mereka dapat diterapkan ke sistem di mana seseorang tidak tahu apa pun kecuali perimbangan transfer energi dan wujud di antara mereka dan lingkungan. B. Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang tersebut di atas, maka yang menjadi rumusan masalah dalam makalah ini adalah: 1. Bagaimanabunyihukum 1 termodinamika? 2. Bagaimana proses yang terjadi di dalamhukum 1 termodinamika? C. Tujuan Berdasarkan rumusan masalah yang telah dikemukakan di atas, maka tujuan yang ingin dicapai dalam makalah ini adalah : 1. Mengetahuibunyihukum 1 termodinamika. 2. Mengetahui proses yang terjadi di dalamhukum 1 termodinamika. BAB II PEMBAHASAN

5 A. Hukum 1 Termodinamika Hukum ini berbunyi: Kalor dan kerja mekanik adalah bisa saling tukar. Sesuai dengan hukum ini, maka sejumlah kerja mekanik dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah kalor, dan sebaliknya. Hukum ini bisa juga dinyatakan sebagai: Energi tidak bisa dibuat atau dimusnahkan, namun bisa dirubah dari satu bentuk kebentuk lainnya. Sesuai dengan hukum ini, energi yang diberikan oleh kalor mesti sama dengan kerja eksternal yang dilakukan ditambah dengan perolehan energy dalam karena kenaikan temperatur. Jika kalor diberikan kepada sistem, volume dan suhu system akan bertambah (system akan terlihat mengembang dan bertambah panas). Sebaliknya, jika kalor diambil dari sistem, volume dan suhu system akan berkurang (system tampak mengerut dan terasa lebih dingin). Prinsip ini merupakan hukum alam yang penting dan salah satu bentuk dari hukum kekekalan energi. Sistem yang mengalami perubahan volume akan melakukan usaha dan sistem yang mengalami perubahan suhu akan mengalami perubahan energy dalam. Jadi, kalor yang diberikan kepada system akan menyebabkan system melakukan usaha dan mengalami perubahan energy dalam. Prinsip ini dikenal sebagai hukum kekekalan energy dalam termodinamika atau disebut Hukum I Termodinamika.Untuk suatu proses dengan keadaan akhir (2) dan keadaan awal (1) U = U2 U1 Temodinamika merupakan cabang ilmu fisika yang mempelajari mengenai pengaliran panas, perubahan-perubahan energi yang diakibatkan dan usaha yang dilakukan oleh panas. 1. Usaha luar ( W ) yaitu : Usaha yang dilakukan oleh system terhadap sekelilingnya terhadap sistem. Misalkan gas dalam ruangan yang berpenghisap bebas tanpa gesekan dipanaskan ( pada tekanan tetap ) ; maka volume akanbertambahdengan V. Usaha yang dilakukanoleh gas terhadap udara luar : W = p.v 1. Usaha dalam ( U ) adalah : Usaha yang dilakukan oleh bagian dari suatu system pada bagian lain dari system itu pula. Pada pemanasan gas seperti di atas, usaha dalam adalah berupa gerakan-gerakan antara molekulmolekul gas yang dipanaskan menjadi lebih cepat.

6 Secara matematis, Hukum I Termodinamika dituliskan sebagai Q = W + U Dimana Q = kalor yang masuk/keluarsistem U = perubahanenergidalam W = Usaha luar. Q positif, sistem menerima kalor. Q negatif, sistem melepas kalor. W positif, sistem melakukan usaha. W negatif, sistem menerima usaha. positif, terjadi penambahan energi dalam pada sistem. negatif, terjadi penurunan energi dalam pada sistem. Kalor (Q) merupakan energi yang berpindah dari satu benda ke benda yang lain akibat adanya perbedaan suhu. Berkaitan dengan sistem dan lingkungan, bisa dikatakan bahwa kalor merupakan energi yang berpindah dari sistem ke lingkungan atau energi yang berpindah dari lingkungan ke sistem akibat adanya perbedaan suhu. Jika suhu sistem lebih tinggi dari suhu lingkungan, maka kalor akan mengalir dari sistem menuju lingkungan. Sebaliknya, jika suhu lingkungan lebih tinggi dari suhu sistem, maka kalor akan mengalir dari lingkungan menuju sistem. Jika Kalor (Q) berkaitan dengan perpindahan energi akibat adanya perbedaan suhu, maka Kerja (W) berkaitan dengan perpindahan energi yang terjadi melalui cara-cara mekanis. Misalnya jika sistem melakukan kerja terhadap lingkungan, maka energi dengan sendirinya akan berpindah dari sistem menuju

7 lingkungan. Sebaliknya jika lingkungan melakukan kerja terhadap sistem, maka energi akan berpindah dari lingkungan menuju sistem. Ketika suatu benda sedang bergerak maka benda tersebut memiliki energi kinetik dan berdasarkan energi kinetik ini benda dapat melakukan usaha. Serupa dengan itu, benda yang berada pada pada ketinggian tertentu dari suatu acuan memiliki energi potensial dan berdasarkan energi potensial ini benda juga dapat melakukan usaha. Kedua macam energi ini disebut energi luar (eksternal energi). Sebagai tambahan terhadap energi luar ini setap benda memiliki memiliki energi yang tidak nampak dari luar, energi ini disebut energi dalam. Dari sudut pandang termodinamika, energi dalam (internal energy) didefinisikan suatu sistem sebagai jumlah energi kinetik seluruh partikel penyusunnya, ditambah jumlah seluruh energi potensial dari interaksi antara seluruh partikel itu. Energi dalam merupakan fungsi keadaan sistem, jika keadaan sistem berubah maka energi dalam juga berubah tetapi energi dalam tidak tergantung pada lintasan yang ditempuh sistem untuk perubahan keadaan tersebut. Selama terjadi perubahan suatu sistem, energi dalam dapat berubah dari keadaan awal U 1 ke keadaan akhir U 2. Energi dalam (U) atau energi internal disebut juga energi termal. Ketika pada volume tetap dipanaskan, suhu gas akan bertambah. Akibatnya, tekanan gas bertambah. Saat dipanaskan, molekul-molekul gas mendapat energi sehingga energi kinetik molekul-molekul gas bertambah. Tentu saja kecepatan rata-rata molekul juga bertambah dan frekuensi tumbukan molekul dengan dinding bertambah. Hal ini menyebabkan tekanan gas bertambah. Gejala ini menunjukkan energi dalam gas bertambah. Jika sebuah sistem melakukan kerja dengan berekspansi terhadap lingkungannya dan tidak ada panas yang ditambahkan selama proses, energi meninggalkan system dan energi dalam berkurang. Dari rumus sebelumnya, dapat disimpulkan bahwa secara umum ketika panas Q ditambahkan ke sistem, sebagian dari energi yang ditambahkan ini tetap tinggal di dalam sistem, mengubah energi dalam sebanyak sisanya meninggalkan sistem lagi ketika sistem melakukan kerja W terhadap lingkungannya. Karena W dan Q dapat bernilai positif, negatif atau nol, maka dapat bernilai positif, negatif atau nol untuk proses yang berbeda. Persamaan di atas merupakan hukum pertama termodinamika (first law of thermodynamics). Jika energi panas yang diberikan sistem dikurangi dengan usaha yang dilakukan oleh sistem sama dengan perubahan energi dalam sistem. Dengan demikian, hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa sejumlah

8 kalor (Q) yang diterima dan usaha (W) yang dilakukan terhadap suatu gas dapat digunakan untuk menambah energi dalam Hukum pertama termodinamika sejauh ini bisa dinyatakan dapat mewakili kekekalan energi untuk proses termodinamik. Tapi aspek tambahan yang penting dari hukum pertama ini adalah kenyataan bahwa energi dalam bergantung hanya pada keadaan suatu sistem. Pada perubahan keadaan, perubahan energi dalam tidak bergantung pada lintasan. B. Proses dalamtermodinamika Hukum pertama termodinamika terjadi pada proses termodinamika yang sering terjadi pada keadaan praktis. Proses-proses ini dapat diringkas sebagai tanpa perpindahan panas atau adiabatik, volume konstan atau isokhorik, tekanan konstan atau isobarik, dan suhu konstan atau isotermal. 1. Proses Isotermik Suatu system dapat mengalami proses termodinamika dimana terjadi perubahan-perubahan di dalam system tersebut. Jika proses yang terjadi berlangsung dalam suhu konstan, proses ini dinamakan proses isotermik. Karena berlangsung dalam suhu konstan, tidak terjadi perubahan energy dalam ( U = 0) dan berdasarkan hukum I termodinamika kalor yang diberikan sama denga usaha yang dilakukan sistem (Q = W). Usaha yang dilakukan system dan kalor dapat dinyatakan sebagai Dimana V 2 dan V 1 adalah volume akhir dan awal gas. Oleh karena suhunya tetap, maka berlaku Hukum BO YLE. Karena suhunya konstan T 2 = T 1 maka : P 1 V 2 = P 2 V 2 U = U 2 U 1 = n R T 2 n R T 1 = 0 ( Usaha dalamnya nol ) 2. Proses Isokhorik Jika gas melakukan proses termodinamika dalam volume yang konstan, gas dikatakan melakukan proses isokhorik. Karena gas berada dalam volume konstan ( V = 0), gas tidak melakukan usaha (W = 0) dan kalor yang diberikan sama

9 dengan perubahan energi dalamnya. Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada volume konstan Q V. Karena V = 0 maka W = p. V Q V = U W = 0 ( tidak ada usaha luar selama proses ) Q = U 2 U 1 Kalor yang diserap oleh system hanya dipakai untuk menambah energy dalam (U ) 3. Proses Isobarik Q = U U = m.c v ( T 2 T 1 ) Jika gas melakukan proses termodinamika dengan menjaga tekanan tetap konstan, gas dikatakan melakukan proses isobarik. Karena gas berada dalam tekanan konstan, gas melakukan usaha (W = p V). Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada tekanan konstan Q p. Sebelumnya telah dituliskan bahwa perubahan energi dalam sama dengan kalor yang diserap gas pada volume konstan Q V = U. Dari sini usaha gas dapat dinyatakan sebagai : W = Q p Q V Jadi, usaha yang dilakukan oleh gas (W) dapat dinyatakan sebagai selisih energi (kalor) yang diserap gas pada tekanan konstan (Q p ) dengan energi (kalor) yang diserap gas pada volume konstan (Q V ). Usaha luar yang dilakukan adalah : W = p ( V 2 V 1 ). Karena itu hukum I termodinamika dapat dinyatakan : Q = U + p ( V 2 V 1 ) Panas yang diperlukan untuk meningkatkan suhu gas pada tekanan tetap dapat dinyatakan dengan persamaan : Q = m c p ( T 2 T 1 ) Pertambahan energy dalam gas dapat pula dinyatakan dengan persamaan :

10 U = m c v ( T 2 T 1 ) Karena itu pula maka usaha yang dilakukan pada proses isobaric dapat pula dinyatakan dengan persamaan : m = massa gas c p = kalor jenis gas padatekanan tetap c v = kalor jenispada volume tetap. 4. Proses Adiabatik W =Q U = m ( c p c v ) ( T 2 T 1 ) Dalam proses adiabatik tidak ada kalor yang masuk (diserap) ataupun keluar (dilepaskan) oleh sistem (Q = 0). Dengan demikian, usaha yang dilakukan gas sama dengan perubahan energi dalamnya (W = U). Karena Q = 0 maka O = U + W U 2 -U 1 = -W Bila W negatif( -W = system ditekan ) usaha dalam sistem (U ) bertambah. Sedangkan hubungan antara suhu mutlak dan volume gas pada proses adibatik, dapat dinyatakan dengan persamaan : T.Vg-1 = konstan atau T 1.V1g-1 = T 2.V 2 g-1 Usaha yang dilakukan pada proses adiabatic adalah : W = m.c v ( T 1 T 2 ) atau W = ( V 2 g-1 V1g-1 ) Juga berlaku persamaan : P 1.V1g = P 2.V 2 g Hukum pertama termodinamika adalah suatu pernyataan mengenai hukum universal dari kekekalan energi dan mengidentifikasikan perpindahan panas sebagai suatu bentuk perpindahan energi. Pernyataan paling umum dari hukum pertama termodinamika ini berbunyi: Kenaikan energi internal dari suatu sistem termodinamika sebanding dengan jumlah energi panas yang ditambahkan ke dalam sistem dikurangi dengan kerja yang dilakukan oleh sistem terhadap lingkungannya.

11 Suhu suatu gas dapat dinaikkan dalam kondisi yang bermacam-macam. Volumenya dikonstankan, tekanannya dikonstankan atau kedua-duanya dapat dirubah-rubah menurut kehendak. Pada tiap-tiap kondisi ini panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebesar satu satuan suhu untuk tiap satuan massa adalah berlainan. Dengan kata lain suatu gas mempunyai bermacam-macam kapasitas panas. Tetapi hanya dua macam yang mempunyai arti praktis yaitu : Kapasitas panas pada volume konstan. Kapasitas panas pada tekanan konstan. Kapasitas panas gas ideal pada tekanan konstan selalu lebih besar dari pada kapasitas panas gas ideal pada volume konstan, dan selisihnya sebesar konstanta gas umum yaitu : R = 8,317 J/mol 0 K. cp cv = R cp = kapasitas panas jenis ( kalor jenis ) gas ideal pada tekanan konstan. cv = kapasitas panas jenis ( kalor jenis ) gas ideal pada volume konstan A. Kesimpulan BAB III PENUTUP Kesimpulan yang dapatdisampaikanpadamakalahiniadalahsebagaiberikut : 1. Hukum pertama termodinamika (first law of thermodynamics). Jika energi panas yang diberikan sistem dikurangi dengan usaha yang

12 dilakukan oleh sistem sama dengan perubahan energi dalam sistem. Dengan demikian, hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa sejumlah kalor (Q) yang diterima dan usaha (W) yang dilakukan terhadap suatu gas dapat digunakan untuk menambah energi dalam. 2. Proses dalamtermodinamika, meliputi isobarik (tekanan konstan), isokhorik (volume konstan), isotermik (suhu konstan), dan adiabatik (tanpa panas). Keempat proses ini memiliki aplikasi masing-masing dalam kehidupan sehari-hari, proses ini merupakan salah satu penerapan termodinamika yang dapat dilihat secara jelas. B. Saran Dengan adanya makalah ini, penulis berharap makalah ini dapat dijadikan sebagai bahan referensi dalam memahami dunia fisika khususnya mengenai termodinamika. Makalah ini juga dapat dijadikan sebagai bahan ajar dalam memberikan pengajaran kepada murid-murid Anda. Dan mudah-mudahan dapat bermanfaat dalam kehidupan Anda. DAFTAR PUSTAKA Young, Hugh D dan Roger A. Freedman Fisika Universitas/edisi kesepuluh/jilid 1. Jakarta : Erlangga.

13 kalor gas