KELAS OLIMPIADE SAINS

Selasa, 26 Juli 2022

Usaha dan Proses dalam Termodinamika

Fakta, Konsep, dan Berbagai Pembahasan Mengenai Termodinamika

Daftar Isi:

A. Usaha dan Proses dalam Termodinamika

Termodinamika adalah cabang ilmu Fisika yang membahas tentang hubungan antara panas (kalor) dan usaha yang dilakukan oleh kalor tersebut. Dalam melakukan pengamatan mengenai aliran energi antara panas dan usaha ini dikenal dua istilah, yaitu sistem  dan  lingkungan. Apakah yang dimaksud sistem dan lingkungan dalam termodinamika? Untuk memahami penggunaan kedua istilah tersebut dalam termodinamika, perhatikanlah Gambar 9.1 berikut. Misalkan, Anda mengamati aliran kalor antara bola besi panas dan air dingin. Ketika bola besi tersebut dimasukkan ke dalam air. Bola besi dan air disebut sistem karena kedua benda tersebut menjadi objek pengamatan dan perhatian Anda. Adapun, wadah air dan udara luar disebut lingkungan karena berada di luar sistem, tetapi dapat memengaruhi sistem tersebut. Dalam pembahasan termodinamika, besaran yang digunakan adalah besaran makroskopis suatu sistem, yaitu tekanan, suhu, volume, entropi, kalor, usaha, dan energi dalam.

1.  Usaha Sistem terhadap Lingkungannya

Anda telah mempelajari definisi usaha (W) yang dilakukan pada benda tegar, yaitu

Bagaimanakah cara menghitung usaha pada gas? Tinjaulah suatu gas yang berada dalam tabung dengan penutup berbentuk piston yang dapat bergerak bebas, seperti terlihat pada Gambar 9.2.

Ketika gas tersebut dipanaskan, piston akan berpindah sejauh 
karena gas di dalam tabung memuai dari volume awal
menjadi volume akhir
Gaya yang bekerja pada piston adalah F = pA. Jika luas penampang piston (A) dan tekanan gas dalam tabung (P) berada dalam keadaan konstan, usaha yang dilakukan oleh gas dinyatakan dengan persamaan
Oleh karena

persamaan usaha yang dilakukan gas dapat ditulis menjadi
atau

Nilai W dapat berharga positif atau negatif bergantung pada ketentuan berikut.
a. Jika gas memuai sehingga perubahan volumenya berharga positif, gas (sistem) tersebut dikatakan melakukan usaha yang menyebabkan volumenya bertambah. Dengan demikian, usaha W sistem berharga positif.
b. Jika gas dimampatkan atau ditekan sehingga perubahan volumenya berharga negatif, pada gas (sistem) diberikan usaha yang menyebabkan volume sistem berkurang. Dengan demikian, usaha W pada tersebut sistem ini bernilai negatif.

Usaha yang dilakukan oleh sistem dapat ditentukan melalui metode grafik. Pada Gambar 9.3a dapat dilihat bahwa proses bergerak ke arah kanan (gas memuai). Hal ini berarti 

sehingga W bernilai positif (gas melakukan usaha terhadap lingkungan). W sama dengan luas daerah di bawah kurva yang diarsir (luas daerah di bawah kurva p –V dengan batas volume awal dan volume akhir).

Selanjutnya perhatikan Gambar 9.3b. Jika proses bergerak ke arah kiri(gas memampat),


sehingga W bernilai negatif (lingkungan melakukan usaha terhadap gas). W = – luas daerah di bawah kurva p–V yang diarsir.

Cobalah Anda tinjau kembali Persamaan (9–1). Dari persamaan tersebut dan grafik hubungan tekanan (p) terhadap (V) pada Gambar 9.3, Anda dapat menyimpulkan bahwa suatu sistem dikatakan melakukan usaha (W berharga positif) atau sistem diberi usaha (W berharga negatif), jika pada sistem tersebut terjadi perubahan volume 

prima.fisikasiswa.com