Hukum Pertama Termodinamika

A. Sistem dan Lingkungan

Suatu sistem termodinamika adalah suatu masa atau daerah yang

dipilih untuk dijadikan obyek analisis. Daerah sekitar sistem tersebut

disebut sebagai lingkungan. Batas antara sistem dengan lingkungannya

disebut batas sistem (boundary), seperti terlihat pada Gambar 1. Dalam

aplikasinya batas sistem merupakan bagian dari sistem maupun

lingkungannya, dan dapat tetap atau dapat berubah posisi atau bergerak.

Skema sistem temodinamika

B. Jenis Sistem Termodinamika

Ada tiga jenis sistem termodinamika berdasarkan jenis pertukaran

yang terjadi antara sistem dan lingkungan:

1. Sistem Terisolasi

Pada sistem ini tidak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja

dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah

terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.

2. Sistem Tertutup

Pada sistem ini terjadi pertukaran energi tapi tidak terjadi

pertukaran benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah contoh

sistem

Batas Sistem

LINGKUNGAN

Tugas Thermodinamika

Nama : Candra Alim SNIM : 095524054

dari sistem tertutup dimana terjadi pertukaran panas tetapi tidak

terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan. Apakah suatu sistem

terjadi pertukaran panas, kerja atau keduanya biasanya

dipertimbangkan sebagai sifat pembatasnya:

a pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas.

b pembatas rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.

3. Sistem Terbuka

Pada sistem ini terjadi pertukaran energi dan benda dengan

lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran

benda disebut permeabel. Samudra merupakan contoh dari sistem

terbuka.

C. Hukum I Termodinamika

Hukum termodinamika pertama berbunyi “Energi tidak dapat

diciptakan dan dimusnahkan tetapi dapat dikonversi dari suatu bentu ke

bentuk yang lain”. Hukum pertama adalah prinsip kekekalan energi yang

memasukan kalor sebagai model perpindahan energi. Menurut hukum

pertama, energi di dalam suatu benda dapat ditingkatkan dengan cara

menambahkan kalor ke benda atau dengan melakukan usaha pada benda.

Hukum pertama tidak membatasi arah perpindahan kalor yang dapat terjadi.

Berdasarkan hukum kekekalan energi maka Hukum I

Termodinamika dirumuskan:

Yaitu : U = Q + W

Dengan : U = U2-U1

Jadi, hukum pertama termodinamika adalah prinsip kekekalan

energi yang diaplikasikan pada kalor, usaha, & energi dalam. Hukum I

termodinamika menyatakan bahwa kalor yang terlibat diubah menjadi

perubahan energi dalam & usaha.

D. Penerapan Hukum I Termodinamika pada Proses Termodinamika

Hukum pertama termodinamika dilakukan dalam empat proses,

yaitu:

1. Proses Isotermal

Dalam proses ini, suhu sistem dijaga agar selalu konstan. Suhu gas ideal

berbanding lurus dengan energi dalam gas ideal dan tekanan sistem

berubah penjadi (tekanan sistem berkurang).

grafik proses isotermal

2. Proses Adiabatik

Dalam proses adibiatik, tidak ada kalor yang ditambahkan pada sistem

atau meninggalkan sistem (Q = O). Proses adibiatik bisa terjadi pada

sistem tertutup yang terisolasi dengan baik. Untuk sistem tertutup yang

terisolasi dengan baik, biasanya tidak ada kalor yang dengan seenaknya

mengalir kedalam sistem atau meninggalkan sistem. Proses adibiatik

juga bisa terjadi pada sistem tertutup yang tidak terisolasi. Proses

dilakukan dengan sangat cepat sehingga kalor tidak sempat mengalir

menuju sistem atau meninggalkan sistem.

grafik proses adiabatik

3. Proses Isokhorik

Dalam prose isokhorik, volume sistem dijaga agar selalu konstan.

Karena volume sistem selalu konstan, maka sistem tidak bisa melakukan

kerja pada lingkungan. Demikian juga sebaliknya, lingkungan tidak bisa

melakukan kerja pada sistem.

grafik isokhorik

4. Proses Isobarik

Dalam proses isobarik, tekanan sistem dijaga agar selalu konstan.

Karena yang konstan adalah tekanan maka perubahan energi dalam (U)

,kalor (Q), dan kerja (W) pada proses isobarik tidak ada dan bernilai nol.

Dengan demikian, persamaan hukum pertama termodinamika tetep utuh

seperti semula.

grafik isobarik

E. Hukum I Termodinamika pada Manusia

Kita bisa menerapkan hukum pertama termodinamika pada

manusia : Agar bisa bertahan hidup, setiap makhluk hidup, baik manusia,

hewan atau tumbuhan tentu saja membutuhkan energi. Kita tidak bisa

belajar, jalan-jalan atau berolahraga kalau tubuh kita lemas tak berdaya

karena kekurangan energi. Biasanya tubuh memperoleh energi dari

makanan. Ketika menyantap makanan, kita membawa energi potensial

kimia yang terkandung dalam makanan ke dalam tubuh. Adanya tambahan

energi dari makanan menyebabkan energi potensial kimia dalam tubuh kita

bertambah (U bertambah).

Selanjutnya energi tersebut dipakai untuk melakukan Kerja (W).

Banyak sekali bentuk kerja yang kita lakukan, olahraga, jalan-jalan, belajar

dan lain sebagainya. Energi yang kita peroleh dari makanan juga digunakan

tubuh untuk menghasilkan sel-sel yang baru, menggantikan sel-sel lama

yang rusak. Adanya sel-sel yang baru membuat dirimu bisa bertambah

tinggi, dan gemuk.

Selain dipakai untuk melakukan kerja, sebagian energi dibuang ke

luar tubuh (udara dan sekitarnya) dalam bentuk kalor alias panas. Setiap

proses metabolisme dalam tubuh biasanya menghasilkan kalor atau panas.

Demikian juga ketika melakukan kerja, tubuh terasa panas. Panas alias

kalor tersebut dibuang melalui keringat (melalui poses penguapan) dan lain-

lain. Setelah melakukan kerja dan membuang-buang kalor ke luar tubuh,

kita akan merasa lapar lagi. Ketika merasa lapar, tubuh memberi tahu kita

bahwa stok energi dalam berkurang. Dan kita akan menambah energi

dengan makan.

F. Aplikasi Hukum I Termodinamika dalam Kehidupan

Selain pada proses termodinamika dan manusia, penerapan hukum

I termodinamika juga dapat ditemukan dalam kehidupan sehari-hari, misal:

1. Termos

Pada alat rumah tangga tersebut terdapat aplikasi hukum I

termodinamika dengan sistem terisolasi. Dimana tabung bagian dalam

termos yang digunakan sebagai wadah air, terisolasi dari lingkungan

luar karena adanya ruang hampa udara di antara tabung bagian dalam

dan luar. Maka dari itu, pada termos tidak terjadi perpindahan kalor

maupun benda dari sistem menuju lingkungan maupun sebaliknya.

2. Mesin kendaraan bermotor

Pada mesin kendaraan bermotor terdapat aplikasi termodinamika

dengan sistem terbuka. Dimana ruang didalam silinder mesin

merupakan sistem, kemudian campuran bahan bakar dan udara masuk

ke dalam silinder, dan gas buang keluar sistem melalui knalpot.

Pendapat :

Hukum termodinamika pertama yang berbunyi “Energi tidak dapat

diciptakan dan dimusnahkan tetapi dapat dikonversi dari suatu bentu ke bentuk

yang lain”. Hukum pertama ini didasarkan atas prinsip kekekalan energi yang

memasukan kalor sebagai model perpindahan energi. Menurut hukum pertama,

energi di dalam suatu benda dapat ditingkatkan dengan cara menambahkan kalor

ke benda atau dengan melakukan usaha pada benda. Hukum pertama tidak

membatasi arah perpindahan kalor yang dapat terjadi. Jadi, hukum pertama

termodinamika adalah prinsip kekekalan energi yang diaplikasikan pada kalor,

usaha, & energi dalam. Hukum I termodinamika menyatakan bahwa kalor yang

terlibat diubah menjadi perubahan energi dalam & usaha.

Penerapan Hukum I termodinamika pun beragam, salah satunya adalah

penerapan pada proses Isothermal dimana proses yang mempertahankan agar suhu

sistem selalu konstan. Penerapan pada proses lain pun ada, misal penerapan pada

proses Adiabatik, Isokhorik, Isobarik. Penerapan Hukum I termodinamika pun

dapat dijumpai pada manusia maupun kehidupan sehari – hari.