Tugas 1 Termodinamika

Standar Kompetensi : Menerapkan konsep termodinamika dalam mesin kalor
Kompetensi Dasar : 1. Mendeskripsikan sifat-sifat gas ideal monoatomik
2. Menganalisis perubahan keadaan gas ideal dengan menerapkan hukum termodinamika
Indikator
: 1.1 menjelaskan pengertian sistem dan lingkungan
1.2 membedakan system terbuka dan sistem tertutup
1.3 mendeskripsikan uasaha suatu sistem
1.4 mengaplikasikan konsep usaha dalam pemecahan aplikasi soal
Dalam kehidupan sehari-hari sering kita temui hal-hal yang berhubungan dengan prinsip termodinamika.
Pernahkah kalian melihat kereta lokomotif yang menggunakan mesin uap? Kereta tersebut menerapkan prinsip
termodinamika. Energi panas yang dihasilkan melalui pembakaran batubara diubah menjadi energi mekanik yang
dapat menggerakkan roda kereta Untuk memahami lebih lanjut ikutilah pembahasan berikut ini.
Termodinamika adalah cabang fisika yang mempelajari hukum-hukum dasar yang dipatuhi oleh kalor dan
usaha. Dalam termodinamika, sekumpulan benda ( gas ) yang ditinjau disebut sistem, sedang semua yang ada di
sekitar sistem disebut lingkungan.
A. Pengertian termodinamika, sistem dan lingkungan
Termodinamika adalah Cabang ilmu Fisika yang mempelajari hukum-hukum dasar
yang berkaitan dengan kalor dan usaha adalah ilmu tentang energi, yang secara spesific
membahas tentang hubungan antara energi panas dengan kerja. Termodinamika juga
merupakan ilmu yang mengatur perubahan energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya,
pemanfaatan energi dalam bentuk kalor dan usaha. Dalam termodinamika ada dua besaran
yang sangat mendasar yaitu sistem dan lingkungan

Sistem adalah: Sesuatu yang menjadi subjek pembahasan (fokus perhatian)

Lingkungan adalah: Segala sesuatu di luar sistem yang berpengaruh langsung terhaap
sistem
Dalam Termodinamika dikenal ada dua jenis sistem yaitu: yaitu sistem tertutup dan
sistem terbuka. Dalam sistem tertutup massa dari sistem yang dianalisis tetap dan tidak ada
massa yang keluar dari sistem atau masuk kedalam sistem, tetapi volumenya bisa
berubah.Contoh sistem tertutup adalah suatu balon udara yang dipanaskan, dimana massa
udara didalam balon tetap, tetapi volumenya berubah, dan energi panas
masuk kedalam masa udara didalam balon.
Dalam sistem terbuka, energi dan massa dapat keluar sistem atau masuk kedalam
sistem melewati suatu pembatas sistem. Sebagian besar mesin-mesin konversi energi adalah
sistem terbuka. Sistem mesin motor bakar merupakan ruang didalam silinder mesin, dimana
campuran bahan bahan bakar dan udara yang masuk kedalam silinder, dan gas buang keluar
sistem melalui knalpot. Turbin gas, turbin uap, pesawat jet dan lain-lain merupakan sistem
thermodinamika terbuka, karena secara simultan ada energi dan masa yang keluar-masuk
sistem tersebut. Sehingga dapat disimpulkan:
1.Sistem Terbuka terjadi ketika energi dan massa dapat keluar sistem atau masuk kedalam
sistem melewati suatu pembatas sistem. misal: tangki air yang terbuka
2.Sistem tertutup terjadi ketika tidak ada perpindahan massa melalui batas sistem
tetapi dapat terjadi perpindahan energi misal: Gas dalam balon
B. USAHA ( W ) PADA SISTEM GAS
Usaha oleh Sistem / Lingkungan
Usaha yang dilakukan pada (atau oleh) sistem adalah ukuran energi yang dipindahkan dari
sistem ke lingkungan atau sebaliknya. Dengan demikian, ketika kita melakukan usaha pada suatu
sistem, energi dipindahkan dari kita ke sistem.
Suatu sistem yang berada dalam wadah silinder yang ditutup oleh sebuah pengisap yang
dapat bergerak. Tekanan dalam dijaga tetap oleh tekanan atmosfer dan berat pangisap serta balok
diatasnya. Proses yang terjadi pada tekanan tetap disebut proses isobarik.
Usaha dapat dihitung dari persamaan W=Fs dengan F adalah besarnya gaya dan s adalah
besarnya perpindahan. Gaya F ditimbulkan oleh tekanan gas p yang bekerja pada bagian bawah
pengisap, yang besarnya F=pA, sehingga usaha dapat ditulis W= (pA)s. As merupakan perubahan
volum gas, ΔV= V2- V1
Usaha W dapat dinyatakan oleh persamaan
W= pΔV = p(V2- V1)
Ket grafik 1
Usaha yang dilakukan oleh atau pada sistem (gas) sama dengan luas daerah
dibawah grafik P-V dengan batas volum awal V1 sampai dengan volum akhir V2.
Pada sistem gas yang menempuh proses siklus, yaitu kembali pada keadaan
awalnya, sama dengan luas daerah yang dimuat oleh siklus tersebut.
Sistem gas pada gambar di samping berada pada suhu T dan volume V. Jika
suhu gas bertambah, maka volume bertambah dengan cara sistem mendorong
piston keluar untuk menjaga agar tekanan gas tetap. Dalam keadaan demikian
dikatakan sistem melakukan usaha / kerja terhadap lingkungan.
Sebaliknya bila suhu sistem berkurang, maka volume menyusut dengan cara piston bergerak ke dalam agar
tekanan gas tetap. Dalam hal ini lingkungan melakukan kerja terhadap sistem.
V;T
Besarnya usaha yang dilakukan oleh sistem diberikan oleh persamaan :
W  P.V  V  V2  V1
dimana :
W : kerja / usaha yang terjadi ( joule )
P
: tekanan gas ( Pa atau Nm-2 )
V1 : volume gas mula-mula ( m3 )
V2 : volume gas akhir ( m3 )
V : perubahan volume gas ( m3 )
Perhatikan :
Jika V2 > V1 (volume sistem bertambah), nilai usaha W positif yang berarti sistem melakukan usaha terhadap
lingkungan, sebaliknya jika V2 < V1 (volume sistem berkurang), nilai usaha W negatif yang berarti sistem
dikenai usaha oleh lingkungan.
Contoh Soal :
Sejenis gas berada dalam wadah yang volumenya 1 liter dan tekanan 2 atm (anggap 1 atm = 10 5 Pa).
Tentukan usaha yang terjadi jika :
a. gas memuai pada tekanan tetap sehingga volumenya menjadi dua kali semula
b. gas dimampatkan pada tekanan tetap sehingga volumenya menjadi setengah kali semula
Penyelesaian :
P = 2 atm = 2 x 105 Pa dan V1 = 1 liter = 10-3 m3
a. usaha yang terlibat untuk V2 = 2 V1 = 2 x 10-3 m3
W = P V = P (V2 – V1) = 2.105 (2.10-3 – 10-3) = 2.102 joule
Usaha bernilai positif yang berarti sistem melakukan kerja terhadap lingkungan.
b. usaha yang terlibat untuk V2 = ½V1 = 0,5 x 10-3 m3
W = P V = P (V2 – V1) = 2.105 (0,5.10-3 – 10-3) = -102 joule
Usaha bernilai negatif yang berarti sistem dikenai kerja oleh lingkungan.
(bila diperlukan gunakan 1 atm = 105 Pa)
1. Jelaskan dan tunjukan contoh perbedaan antara sistem dan lingkungan?
2. Apa perbedaan antara sistem terbuka dan tertutup?
3. Jelaskan apa itu usaha?
4. Berapa usaha yang dibutuhkan untuk memampatkan sejumlah gas dari volume 3 liter menjadi 1 liter
jika dilakukan pada tekanan tetap 4 atm ?
5. Suatu sistem gas berada pada tekanan 5 atm dengan volume 1 liter. Kemudian gas melakukan kerja
sebesar 400 joule terhadap lingkungan pada tekanan tetap, hitung volume akhir sistem gas !
6. Gas ideal berada pada ruang fleksibel yang menjaga tekanannya selalu konstan. Untuk memuaikan
gas sehingga volumenya menjadi dua kalinya sistem harus melakukan kerja sebesar 200 joule. Berapa
kerja yang dibutuhkan untuk memampatkan gas tersebut sehingga volumenya menjadi separonya ?
(Kerjakan di kertas selembar senin tanggal 8 april 2013 dikumpulkan)