Hukum Pertama Termodinamika
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| first law of thermodynamics/fɜːst lɔː ɒv ˌθɜːməʊdaɪˈnæmɪks/ | hukum pertama termodinamika |
| internal energy/ɪnˈtɜːnl ˈenədʒi/ | energi dalam |
Gas tidak bisa menciptakan energi dari ketiadaan
- Panaskan gas dalam silinder dan gas tersebut dapat mendorong piston, melakukan kerja yang berguna.
- Namun, ia hanya dapat mengeluarkan sebanyak yang masuk — tidak lebih.
- Energi kekal, bahkan untuk partikel gas yang bergoyang-goyang.
- Pencatatan energi ini adalah hukum pertama termodinamika.
Hukum pertama
- Energi internal $U$ dari sebuah gas adalah total energi kinetik partikel-partikelnya.
- Hukum pertama: $\Delta U = Q - W$.
- $Q$ adalah panas yang ditambahkan ke gas; $W$ adalah kerja yang dilakukan oleh gas.
- Ini hanyalah kekekalan energi yang diterapkan pada gas.
Panas, usaha, dan energi dalam
Biarkan gas berekspansi melawan piston dan lihat energi keluar sebagai usaha sementara panas mengalir masuk.
Sebuah gas menyerap $500\ \text{J}$ panas dan melakukan $200\ \text{J}$ usaha. Berapa perubahan energi dalamnya, dalam joule?
$\Delta U = Q - W = 500 - 200 = 300\ \text{J}$.
Hukum pertama termodinamika sebenarnya merupakan pernyataan tentang:
$\Delta U = Q - W$ adalah kekekalan energi yang diterapkan pada sebuah gas.
Ke mana energi pergi
- Tambahkan kalor dan lakukan tanpa usaha: seluruhnya meningkatkan energi dalam ($\Delta U = Q$).
- Biarkan gas memuai dan mendorong piston: sebagian energi keluar sebagai usaha, sehingga $U$ naik lebih sedikit.
- Kompres gas (usaha dilakukan pada gas): energi dalamnya meningkat.
- Gas hanyalah buku catatan energi: kalor masuk, usaha keluar, dan yang tersisa adalah $\Delta U$.
Sebuah gas menyerap $400\ \text{J}$ panas tetapi tidak melakukan usaha (wadah kaku). Berapa $\Delta U$, dalam joule?
Dengan $W = 0$, $\Delta U = Q = 400\ \text{J}$ — seluruh panas meningkatkan energi dalam.
Energi dalam dan suhu
- Untuk gas ideal, energi dalam hanya bergantung pada suhu.
- Energi dalam lebih besar berarti partikel bergerak lebih cepat, sehingga suhu lebih tinggi.
- Jadi $\Delta U > 0$ berarti gas menjadi lebih panas; $\Delta U < 0$ berarti gas mendingin.
- Memanaskan tanpa membiarkannya memuai adalah cara tercepat untuk menaikkan suhunya.
Untuk gas ideal, energi dalam hanya bergantung pada ____-nya.
Energi dalam adalah energi kinetik partikel, yang berbanding lurus dengan suhu.
Perubahan $\Delta U$ positif untuk gas ideal berarti gas menjadi lebih panas.
Lebih banyak energi dalam berarti partikel bergerak lebih cepat dan suhu lebih tinggi.
Perhatikan tanda. $W$ dalam $\Delta U = Q - W$ adalah usaha yang dilakukan oleh gas (positif saat memuai). Kalor ditambahkan bernilai positif $Q$; kalor yang dilepas bernilai negatif. Mengacaukan "usaha oleh" dan "usaha pada" gas adalah kesalahan klasik hukum pertama.
Dalam $\Delta U = Q - W$, pilih semua pernyataan yang benar mengenai tanda-tandanya.
$Q$ adalah panas yang ditambahkan, $W$ adalah usaha oleh gas (positif saat ekspansi); kompresi melakukan usaha pada gas, meningkatkan $U$.
Sebuah gas menyerap $500\ \text{J}$ panas dan melakukan $200\ \text{J}$ kerja mendorong piston keluar.
- $\Delta U = Q - W = 500 - 200 = 300\ \text{J}$.
Energi dalamnya meningkat sebesar $300\ \text{J}$, sehingga gas berakhir lebih panas.
Hukum termodinamika pertama adalah kekekalan energi untuk sebuah gas: $\Delta U = Q - W$, di mana $Q$ adalah kalor ditambahkan dan $W$ adalah usaha yang dilakukan oleh gas. Untuk gas ideal, energi dalam hanya bergantung pada suhu, jadi $\Delta U > 0$ berarti gas menghangat.