B.4 · Termodinamika

Lembar kerja ini mencakup topik HL terpilih untuk kurikulum yang pertama kali diassesmen pada 2025; ini bukan keseluruhan silabus.

Prasyarat: baca kuantitas dan satuan yang ditentukan, serta gunakan aritmatika dan kondisi model di bawah ini.

Contoh-contoh ini orisinal dan fiksi: mereka bukan pengukuran nyata atau investigasi mahasiswa sungguhan.

Apa yang akan menjelaskan observasi ini?

• Memampatkan gas dapat membuatnya panas bahkan tanpa pemanas. Kerja adalah jalur lain untuk perpindahan energi ke dalam sistem.

Bangun modelnya

• Energi dalam adalah sifat dari sistem yang dipilih.
• Kalor dan kerja menggambarkan transfer energi melintasi batasannya.
• Untuk gas ideal monatomik, energi dalam bergantung pada suhu dan jumlah zat.
• Adiabatik: Proses tanpa perpindahan kalor.
• Energi dalam: Total energi kinetik dan potensial mikroskopis suatu sistem.

Pilih bukti yang dapat mengujinya

• Nyatakan konvensi tanda sebelum menggunakan hukum pertama.
• Di sini perubahan energi dalam sama dengan kalor masuk ke sistem dikurangi kerja yang dilakukan oleh sistem.
• Kerja ekspansi dapat mengurangi energi dalam ketika tidak ada kalor yang masuk.

Di laboratorium: Identifikasi apakah sebuah proses adalah isothermal, adiabatik, atau pada volume tetap. Pada grafik tekanan-volume, luas di bawah kurva proses memberikan kerja yang dilakukan oleh gas. Jalur penting untuk kerja meskipun titik awal dan akhirnya sama.

Bekerja dari kuantitas yang diketahui

• Diketahui: gas menerima 300 J melalui pemanasan dan melakukan 120 J kerja.
• Dengan ΔU = Q-W, maka ΔU = 300-120 = 180 J.
• Untuk kompresi adiabatik, Q=0 dan kerja yang dilakukan oleh gas bernilai negatif, sehingga ΔU bernilai positif.

Giliran Anda: Gas menerima 500 J kalor dan melakukan 200 J kerja. Temukan perubahan energi dalam.

Periksa kesimpulan dan batasannya

• Adiabatik tidak berarti suhu konstan.
• Gunakan konvensi tanda yang dinyatakan; beberapa mata kuliah menulis kerja yang dilakukan pada gas dengan tanda berlawanan.

Tidak benar: Setiap proses adiabatik memiliki suhu konstan. Adiabatik menetapkan perpindahan kalor (Q = 0), bukan suhu. Kompresi adiabatik menaikkan suhu - pompa sepeda menjadi panas - dan ekspansi adiabatik menurunkannya. Isothermal, bukan adiabatik, adalah proses suhu konstan.

Kunci:

• Energi dalam adalah sifat dari sistem yang dipilih.
• Nyatakan konvensi tanda sebelum menggunakan hukum pertama.
• Perhatikan: adiabatik tidak berarti suhu konstan.

Tulis dari perubahan energi dalam 450 J

• Gas menerima 800 J panas dan melakukan 350 J usaha.
• Tentukan perubahan energi dalam. Adiabatik berarti tidak ada perpindahan panas, bukan suhu konstan.

Tuliskan dari akun isothermal

• Gas memuai secara lambat pada suhu konstan, melakukan 200 J usaha.
• ΔU = 0, sehingga Q = W = 200 J: panas masuk tepat secepat kerja keluar — sebuah isoterm adalah keseimbangan, bukan ketiadaan energi.

Tuliskan dari bersih siklus

• Selama satu siklus penuh gas menyerap 500 J dan melepaskan 300 J.
• Kerja bersih = 500 − 300 = 200 J dan ΔU = 0 selama siklus — energi dalam adalah fungsi keadaan; ia kembali ke nilai awalnya.