Hukum I Termodinamika

Pengertian Hukum 1 Termodinamika

Hukum ini berbunyi: “Kalor dan kerja mekanik adalah bisa saling tukar”. Sesuai denganhukum ini, maka sejumlah kerja mekanik dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah kalor, dansebaliknya.Hukum ini bisa juga dinyatakan sebagai: “Energi tidak bisa dibuat atau dimusnahkan,namun bisa dirubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya”. Sesuai dengan hukum ini, energi yangdiberikan   oleh   kalor   mesti   sama   dengan   kerja   eksternal   yang   dilakukan   ditambah   denganperolehan energi dalam karena kenaikan temperatur.

Jika kalor diberikan kepada sistem, volume dan suhu sistem akan bertambah (sistem akan terlihat mengembang dan bertambah panas). Sebaliknya, jika kalor diambil dari sistem, volumedan suhu sistem akan berkurang (sistem tampak mengerut dan terasa lebih dingin). Prinsip inimerupakan hukum alam yang penting dan salah satu bentuk dari hukum kekekalan energi.Sistem   yang   mengalami   perubahan   volume   akan   melakukan   usaha   dan   sistem   yangmengalami perubahan suhu akan mengalami perubahan energi dalam. Jadi, kalor yang diberikan kepada sistem akan menyebabkan sistem melakukan usaha dan mengalami perubahan energi dalam. Prinsip ini dikenal sebagai hukum kekekalan energi dalam termodinamika atau disebut Hukum I Termodinamika. 

Persamaan Termodinamika 

Yang artinya perubahan energi dalam (U) sistem merupakan jumlah energi kalor (Q) dalam sistem yang dikurangi dengan kerja (W) yang dilakukan oleh sistem. Perlu diperhatikan bahwa,

Q bertanda positif (+) jika sistem menyerap kalor

Q bertanda negatif (-) jika sistem melepas kalor

W bertanda positif (+) jika sistem melakukan kerja

W bertanda negatif (-) jika sistem diberikan kerja

Konsekuensi hukum 1 Termodinamika : Dilansir dari Encyclopedia Britannica, hukum 1 termodinamika tampak sederhana untuk dinyatakan namun membawa konsekuensi yang sangat luas.  Hukum 1 termodinamika menggagas kekekalan energi, termasuk energi alam semesta yang dianggap konstan atau tetap. Dilansir dari Space, hal tersebut berarti evolusi alam semesta adalah transformasi energi dari suatu bentuk ke bentuk lainnya.  Artinya, terbentuknya planet, runtuhnya bintang, bersinarnya matahari, kegiatan makhluk hidup, semuanya didasari oleh perubahan energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya tanpa mengurangi atau menambah jumlah total energi di alam semesta.

Proses-Proses Dalam Termodinamika I

Dalam Hukum Termodinamika I ini akan mengalami 4 proses, yakni:

1. Proses Isotermal (Suhu Tetap)

Suatu sistem dapat mengalami proses termodinamika, dimana terjadi perubahan-perubahan di dalam sistem tersebut. Proses termodinamika yang berlangsung terutama dalam suhu konstan itulah yang disebut dengan proses isotermal. Berhubung prosesnya berlangsung dalam suhu konstan, maka tidak terjadi perubahan energi dalam. Proses isotermal ini dapat dibuktikan dalam kegiatan sehari-hari, misalnya popcorn di dalam  panci.

Nah, jika mengacu pada Hukum Termodinamika I, maka kalor yang diberikan akan sama dengan usaha yang dilakukan oleh sistem (Q = W). Perlu diketahui bahwa proses ini juga dapat diberlakukan dengan Hukum Boyle, yakni menjadi:

Nah, berhubung suhunya tetap maka pada proses isotermal ini tidak akan terjadi perubahan energi dalam ∆U=O. Sementara usahanya tetap dapat dihitung dari luas daerah yang ada di bawah kurva, dengan rumus:

2. Proses Isokhorik (Volume Tetap)

Ketika gas melakukan proses termodinamika dalam volume yang konstan, maka gas tersebut tengah dalam proses isokhorik. Hal tersebut karena gas berada dalam volume konstan (∆V=0), sehingga gas tidak melakukan usaha (W=0) dan kalor yang diberikan juga akan sama dengan perubahan energi di dalamnya. Kalor dalam proses ini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada volume konstan QV. Proses ini memiliki rumus berupa:

W = P dV = P.0 = 0

Sementara grafik dari proses isokhorik akan membentuk:

3. Proses Isobarik (Tekanan Tetap)

Ketika gas melakukan proses termodinamika supaya menjaga tekanan tetap konstan maka gas tersebut tengah melalui proses isobarik. Contoh penerapan proses isobarik ini adalah air mendidih pada tekanan konstan. Hal tersebut karena gas berada dalam tekanan konstan, sementara gas melakukan usaha ((W = p∆V). Keberadaan kalor dalam proses ini dinyatakan sebagai kalor gas pada tekanan konstan (Qp ). Nah, jika proses isobarik ini jika didasarkan pada Hukum Termodinamika I, maka akan berlaku rumus:

Sementara grafik usaha gas dalam proses isobarik dapat dinyatakan sebagai: 

4. Proses Adiabatik (Kalor Tetap)

Proses adiabatik adalah proses termodinamika yang cara kerjanya dilakukan oleh gas murni yang berasal dari perubahan energi internalnya. Tidak ada energi apapun yang masuk maupun keluar selama proses ini berjalan. Contoh penerapan proses adiabatik ini adalah penggunaan pompa sepeda motor. Jika didasarkan pada Hukum Termodinamika I maka akan menjadi: perubahan energi internal gas (dU) adalah banyaknya energi kalor yang disuplai (Q) dikurangi kerja yang dilakukan oleh gas (P.dV). Apabila Grameds bingung dengan uraian tersebut, berikut ini adalah rumusnya secara singkat: