Thermodinamika
Gas
ideal
Gaya interaksi antar
atom pada gas dapat diabaikan, karena atom pada terpisah pada jarak yang
lebih lebar dibandingkan dengan atom pada zat cait ataupun zat padat, sehingga
hukum-hukum yang berlaku untuk gas menjadi lebih sederhana.
Pada
tahun 1660, Robert Boyle dalam salah satu laporan eksperimennya tentang sifat
gas menyatakan jika massa dan temperatur suatu gas dijaga konstan, ementara
volume gas diubah, ternyata tekanan yang dikeluarkan gas juga berubah
sedemikian rupa sehingga perkalian antara tekanan ( p ) dsn volume (v), selalu
mendekati konstan. Pernyataan ini dikenal dengan hukum Boyle .
pV
= konstan
(10.1)
Namun demikian, bila eksperimen diatas terjadi
pada temperatur yang mendekati keadaan gas terkondensasi menjadi cairan maka
harga perkalian pV tersebut tidak lagi konstan.
Untuk
gas tertentu bila dilakukan proses dengan tekanan konstan, maka volume gas
adalah sebanding dengan temperatur. Pernyataan ini, dikenal sebagai hukum
Charles dan Gay-Lussac. Hukum Boyle dapat digabungkan dengan hukum Gay-Lussac,
maka untuk suatu gas dengan massa tetap berlaku.
Volume
yang ditempati oleh suatu gas pada suatu tekanan dan temperatur yang diberikan
adalah sebanding dengan massanya. Sehingga, konstan pada persamaan diatas juga
sebanding dengan massa gas. Jika massa gas dinyatakan dalam mol, maka konstanta
pada persamaan diatas adalah nR , dengan
n adalah banyaknya mol gas dan R adalah sebuah konstanta yang harus ditentukan
dengan eksperimen untuk setiap gas.
Hasil eksperimen menunjukkan bahwa,
pada kerapatn yang cukup rendah R mempunyai nilai yang sama untuk semua gas.
R = 8,314 J/mol.K
R = 1,986 kal/mol.K
R
dinamakan konstanta gas universal. Persamaan (10.2) dapat ditulis :
pV=nRT
(10.3)
Gas
ideal adlah gas yang mengikuti hubungan persamaan (10.3) untuk semua kondisi.
Tidak ada gas yang betul-betul merupakan gas ideal, tetapi gas ideal tersebut
tetap merupakan sebuah konsep sederhana dan berguna yang dihubungkan dengan
keadaan yang sebenarnya bahwa sifat riil akan mendekati abstraksi sifat gas
ideal jika kerapatan gas adalah cukup rendah. Persaman (10.3) dinamakan persamaan keadaan (equation of state) suatu gas ideal.
Persamaan keadaan gas ideal sering
pula ditulis :
pV=NkT
a.
Isothermik
(kerja pada temperatur konstan)
Selama proses perpindahan piston terjadi perubahan volume dan
temperatur dijaga konstan melalui kontaknya dengan reservoir bertemperatur T,
sedangkan tekanan gas tidak konstan. Kerja total W yang dilakukan gas dari
keadaan awal 1 ke keadaan akhir 2 dapat dihitung dengan mengintegralkan kerja
terhadap perubahan volume.b. Isobarik (kerja pada tekanan konstan )
Proses dari keadaan awal 1 ke keadaan akhir 2 tekanan dijaga konstan,
sehingga kerja yang dilakukan oleh gas adalah
Karena v2 lebih besar
dari v1 maka kerja
W oleh gas adalah positif, dan besarnya sama dengan luas daerah yang diarsir
pada diagram p-V ,
c.
Isokhorik
( kerja pada volume yang sama )
D.
Adiabatik
Dalam proses adiabatik tidak ada kalor yang masuk (diserap)
ataupun keluar (dilepaskan) oleh sistem (Q = 0). Dengan demikian, usaha yang
dilakukan gas sama dengan perubahan energi dalamnya (W = ∆U).
Hukum I thermodinamika
Tinjau suatu
sistem yang mengalami perubahan dari keadaan setimbang awal 1 ke keadaan
setimbang akhir 2 dengan cara tertentu. Selama proses tersebut sistem menyerap
kalor Q dan kerja yang dilakukan oleh sistem adalah W. Nilai (Q-W) untuk setiap
proses yang mungkin, mempunyai nilai yang sama. Dengan kata lain Q dan W
tergantung pada proses, sedangkan nilai Q-W tidak tergantung pada proses,
tetapi hanya tergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir sistem tersebut.
Misalkan Q adalah energi yang
ditambahkan pada sistem melalui perpindahan kalor dan W adalah energi yang
diserahkan oleh sistem idalam melakukan kerja, sehingga menurut definisi, Q-W
menyatakan perubahan energi dalam ()
dari sistem tersebut. Sehingga U2-U1 adalah perubahan energi dalam dari sistem,
dan uantitas ini mempunyai suatu nilai tertentu yang tidak tergantung dari
bagaimana proses sistem tersebut dari keadaan 1 ke keadaan 2. Maka dapat di
tuliskan
Dan
Persamaan diatas disebut hukum I thermodinamika
yang tidak lain merupakan penjabaran dari hukum kekekalan energi. Didalam
pemakaian nya perlu diingat bahwa Q adalah positif bila sistem menyerap kalor
dan negatif bila sistem mengeluarkan kalor. Sedangkan W adalah positif bila
sistem melakukan kerja dan negatif bila kepada sisitem dilakukan kerja.
selamat belajar :)