Hukum I Termodinamika dan Prosesnya

A. INDIKATOR
3.7.1 Menyimpulkan pemahaman dasar terkait hukum I termodinamika
3.7.2 Menggunakan formulasi besaran-besaran pada proses termodinamika
3.7.3 Mengatribusikan pemahaman terkait hukum I termodinamika pada proses termodinamika

B. TUJUAN PEMBELAJARAN

Setelah kegiatan pembelajaran dengan menggunakan model brain based learning, siswa  diharapkan dapat:

1.  menyimpulkan pemahaman terkait hukum I termodinamika

2. menentukan nilai energi dalam pada proses termodinamika

3. mengorganisasikan nilai kalor pada proses termodinamika

C. MATERI AJAR
1. Peta Konsep

Gambar 2.1 peta konsep pertemuan kedua

2. Materi

a) Hukum I Termodinamika

Hukum pertama termodinamika dikenal dengan prinsip konservasi energi. Hukum pertama ini memberikan dasar yang kuat untuk mempelajari hubungan antara berbagai bentuk energi dan interaksi energi.

Berdasarkan pengamatan eksperimental, hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa, “energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan, tetapi hanya bisa berubah bentuk dari satu bentuk energi ke energi yang lain”. Oleh karena itu, setiap bagian energi harus diperhitungkan selama proses.

Dari kekekalan energi ini, kita akan mengemukakan sebuah hukum penting, dimana energi dalam pada suatu sistem akan naik jika kerja dilakukan padanya atau jika kalor ditambahkan pada sistem tersebut. Energi dalam pun bisa turun jika kerja dilakukan oleh sistem atau kalor keluar dari sistem, sehingga kalau diubah ke dalam bentuk persamaan akan menjadi,

Persamaan di atas dikenal sebagai hukum pertama termodinamika. Inilah kenapa hukum pertama termodinamika merupakan pernyataan hukum kekekalan energi. Karena sampai abad kesembilan belas, hukum kekekalan energi tidak dirumuskan. Karena bergantung pada interpretasi kalor sebagai transfer energi.

Agar lebih memahami terkait hukum pertama termodinamika, silahkan klik link di bawah ini:

https://www.studiobelajar.com/termodinamika/

atau bisa tonton video di bawah ini:

b) Aplikasi Hukum I Termodinamika pada Proses Termodinamika

Inilah pengaplikasian hukum pertama termodinamika jika dilibatkan ke dalam beberapa proses. Ada beberapa proses yang berhubungan dengan usaha, perubahan volume, suhu, tekanan, dan energi dalam gas. Proses-proses tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut.

1)   Isobarik

Isobarik merupakan proses perubahan keadaan sistem pada tekanan konstan. Persamaan gas ideal yang berlaku pada proses isobarik sesuai dengan hukum Charles, yaitu:

Usaha yang dilakukan pada proses ini sebesar,

Perubahan energi dalam pada proses ini sebesar,

Besarnya kalor pada proses ini sebesar,

Kurva P – V pada proses isobarik berbentuk garis lurus yang sejajar dengan sumbu V.

Gambar 2.2 Proses Isobarik

2)   Isokhorik

Isokhorik merupakan proses perubahan keadaan sistem pada volume konstan. Persamaan gas ideal yang berlaku pada proses isokhorik sesuai dengan hukum Gay-Lussac, yaitu:

Pada proses ini, perubahan volume yang dihasilkan bernilai nol, sehingga usahanya:

Perubahan energi dalam pada proses ini:

Kalor pada proses ini:

Kurva P – V pada proses isobarik berbentuk garis lurus yang sejajar dengan sumbu P

Gambar 2.3 Proses Isokhorik

3)   Isotermik

Proses isotermik adalah proses perubahan keadaan gas pada suhu konstan. Proses ini sesuai dengan hukum Boyle, yaitu:

Karena tidak adanya perubahan suhu, sehingga energi dalam sistem juga tidak mengalami perubahan,

Sehingga nilai usahanya menjadi:

Dan nilai kalor pada proses ini,

Grafik pada proses isotermik terlihat bahwa, tekanan berbanding lurus dengan kebalikan volume, sehingga kurva P-V berbentuk hiperbola.

Gambar 2.4 Proses Isotermik

4)   Adiabatik

Proses adiabatik adalah proses perubahan keadaan gas bila tidak ada kalor yang masuk dan keluar dari sistem, atau dengan kata lain: 

Artinya pada proses adiabatik seluruh kerja yang dilakukan/diterima gas digunakan untuk menurunkan/menaikkan energi dalam gas. Sehingga nilai energi dalam pada proses ini,

usaha yang dilakukan gas pada proses adiabatik adalah:

Karena laplace adalah ketetapan, maka kurva P-V berbentuk hiperbola seperti proses isotermik. Namun kurva P-V pada proses adiabatik lebih curam

Gambar 2.5 Proses Adiabatik

Untuk lebih memahami keempat proses di atas, silahkan simak video di bawah ini: