1

USAHA dan PROSES dalam TERMODINAMIKA

A. Definisi Termodinamika

Termodinamika berasal dari bahasa Yunani yaitu, thermos= panas dan

dynamite=perubahan. Jadi termodinamika adalah salah cabang ilmu fisika

yang mempelajari usaha dan kalor pada suatu sistem dan lingkungan.

B. Istilah-Istilah Penting Dalam Termodinamika

1. Sistem : Bagian yang kita amati/atau menjadi fokus.

2. Lingkungan : Semua bagian di luar sistem.

3. Usaha : Satuan perpindahan energi dari sistem ke lingkungan ataupun

sebaliknya.

4. Kalor : Energi panas yang dimiliki suatu zat.

5. Sistem Terbuka : Suatu sistem dimana dapat terjadi perpindahan materi

dan energi dengan lingkungannya. Contoh: kopi panas dalam gelas

terbuka, akan melepaskan panas dan uap air ke lingkungannya.

6. Sistem Tertutup : Suatu sistem dimana hanya dapat terjadi perpindahan

energi ke lingkungannya tetapi tidak dapat terjadi perpindahan materi.

Contoh: kopi panas dalam gelas tertutup, dapat melepaskan panas /

kalor ke lingkungannya tetapi tidak ada uap air yang hilang.

7. Sistem Terisolasi : Suatu sistem dimana tidak dapat terjadi perpindahan

materi maupun energi ke lingkungannya. Contoh: kopi panas dalam

suatu termos.

Usaha SistemTerhadapLingkungan

Usaha padasistempadalingkunganmerupakanukuranenergiyang

dipindahkandarisistemlingkungan.

Suatu gas di dalam silinder tertutup dengan piston (penghisap) yang

dapat bergerak bebas tanpa gesekan. Pada saat gas memuai, piston akan

bergerak naik sejauh Δs . Apabilaluas piston A, maka usaha yang dilakukan

gas untukmenaikkan piston adalah gaya F dikalikan jarak Δs . Gaya yang

dilakukan oleh gas merupakan hasil kali tekanan P dengan luas piston A,

sehingga: W = F. Δ s

W = P.A. Δs

karena A. Δs = ΔV , maka:

W = P. ΔV

WW == PP((VV22 –– VV

11))

2

(Gas dalam silinder tertutup

melakukanusahaterhadaplingkungan)

Keterangan:

W = usaha (J)

P =tekanantetap (N/m2)

V1 = volume awal (m3)

V2 = volume akhir (m3)

Untuk gas yang mengalami perubahan volume dengan tekanan tidak konstan,

maka usaha yang dilakukan sistem terhadap lingkungan dirumuskan:

dW = F.d

= F.P.A ds

dW = P dV

Jika volume gas berubah dari V1 menjadi V2, maka:

2

1

V

V

PdVW

(N/m2) (N/m2)

(m3) (m3)

3

P (+) makaW (+ → sistemmelakukanusahaterhadaplingkungan) bila gas

memuai atau berekspansi atau volume bertambah (V2>V1) atauarahlintasan

proses kekanan .

P (–) makaW (– → sistemmenerimausahadarilingkungan) bila gas menyusut

atau berkompresi atau volume menyusut (V2<V1) atauarahlintasan proses

kekiri .

Usaha sistem(W)= 0 jika =

Usaha sistem (W)= + jika 2 > 1

Usaha sistem (W)= - jika 2< 1

Usaha pada Proses Termodinamika

Usahayang terdapatpada gas yang mengalami proses-proses

termodinamikatersebutakandiuraikansebagaiberikut.

1. Usaha pada Proses Isotermal ( T=C )

Pada proses Isotermal, sistem tidak mengalami perubahan suhu atau

T=konstan. Jika kita lihat dari Hukum Boyle, persamaan untuk proses

isotermal akan menjadi:

Atau

Konsep integral

(m3)

(N/m2)

4

2. Usaha pada Proses Isobarik ( P = C )

Pada proses Isobarik, tekanan yang ada akan selalu konstan. Jika kita lihat

persamaan hukum Charles yaitu . Sehingga . Usaha yang

terjadi pada proses Isobarik dapat ditulis:

W = P (∆V)

= P (V2 – V1 )

3. Usaha pada Proses Isokhorik (V = C )

Proses isokhorik adalah proses perubahan keadaan sistem pada volume

konstan. Pada proses isokhorik gas tidak mengalami perubahan volume,

sehingga usaha yang dilakukan sistem sama dengan nol.

W = P (V2– V1)

W = P (0) = 0

4. Usaha pada Proses Adiabatik

Proses adiabatik adalah suatu proses perubahan keadaan gas di mana tidak

ada kalor (Q) yang masuk atau keluar dari sistem (gas). Proses ini dapat

dilakukan dengan cara mengisolasi sistem menggunakan bahan yang tidak

mudah menghantarkan kalor atau disebut juga bahan adiabatik.

(N/m2)

(m3)

(N/m2)

(m3)

5

Faktor merupakan hasil perbandingan kapasitas kalorgas pada

tekanan konstan dengan kapasitas kalor gas pada volum konstan dan

selanjutnya disebut Konstanta Laplace.

Karena sistem tidak menerima atau melepas kalor, maka usaha yang

dilakukan oleh sistem hanya digunakan untuk mengubah energi dalam

(mengurangi energi dalam).

Karena ,maka dan sehingga

diperoleh

Usaha yang dilakukan oleh sistem pada proses adiabatik dapat juga

dituliskan sebagai berikut

Untuk gas monoatomik

6

Untuk gas diatomik

Usaha pada proses siklus bisa dihitung dari luas grafik