> Usaha dan Proses Termodinamika

Sampai permulaan abad sembilan belas, kalor dianggap sebagai zat alir atau kalori yang terdapat pada setiap benda. Benda yang panas dianggap mempunyai kalori yang lebih banyak daripada benda yang bersuhu rendah. Benyamin Thomson, seorang Amerika yang kemudian berganti nama menjadi Count Rumford, merupakan orang pertama yang membuktikan bahwa kalor tidak mungkin merupakan zat.  

Ketika melakukan pemboran meriam, ia mengamati suatu fakta bahwa meskipun mata bor telah tumpul sehingga tidak dapat mengebor lagi, air yang digunakan untuk pendingin tetap mendidih. Ia menarik kesimpulan bahwa gesekan antara air dan bor dapat menimbulkan kalor atau panas. Artinya, panas atau kalor adalah bentuk energi, bukan zat alir seperti yang dipahami sebelumnya.  

Sekitar tahun 1850, James Prescout Joule melakukan percobaan untuk mengukur kesetaraan antara kalor dan energi mekanik. Berdasarkan percobaan tersebut diperoleh nilai antara kalori dan joule, yaitu 1 kalori setara dengan 4,18 joule atau 1 joule setara 0,24 kalori.  

Energi selalu berkaitan dengan usaha. Telah Anda ketahui bahwa usaha merupakan hasil perkalian gaya dengan perpindahan (W = F × s).  Oleh karena itu, usaha yang dilakukan gas adalah sebagai berikut. 

W = F × ^ s
Jika F = p × A, maka
W = p × A × ^ s

Keterangan:
W : usaha (J)
p : tekanan tetap (N/m2)
V1 : volume awal (m3)
V2 : volume akhir (m3)
Gas dalam ruang tertutup dapat mengalami beberapa proses yaitu proses
isobarik, proses isotermal, proses isokori, dan proses adiabatik.

1. Proses Isobarik 

Proses yang berlangsung pada tekanan tetap dinamakan proses isobarik. Bila volume gas bertambah, berarti gas melakukan usaha atau usaha gas positif (proses ekspansi). Jika volume gas berkurang, berarti pada gas dilakukan usaha atau usaha gas negatif (proses kompresi). 

Usaha yang dilakukan oleh gas pada proses isobarik besarnya sebagai berikut W = p × ^ V atau W = p (V2 – V1) Usaha yang dilakukan gas terhadap lingkungannya atau kebalikannya sama dengan luas daerah bawah grafik tekanan terhadap volume (grafik p – V).  

2. Proses Isotermal 

Proses isotermal adalah proses yang dialami gas pada suhu tetap. Usaha yang dilakukan gas pada proses ini tidak dapat dihitung dengan persamaan W = p × ^ V . Hal ini dikarenakan tekanannya tidak konstan.  

3. Proses Isokorik 

Proses isokorik adalah proses yang dialami oleh gas di mana gas tidak mengalami perubahan volume atau volume tetap (^ V = 0 ). Oleh karena itu, usaha yang dilakukan gas pada proses isokorik adalah nol (W = p x 0 = 0).  

4. Proses Adiabatik 

Pada proses isobarik, isotermal, dan isokorik dipengaruhi oleh lingkungan yaitu menerima atau melepaskan kalor. Proses adiabatik merupakan proses yang tidak ada kalor yang masuk atau keluar dari sistem (gas) ke lingkungan (^ Q = 0). Hal ini dapat terjadi apabila terdapat sekat yang tidak menghantarkan kalor atau prosesnya berlangsung cepat. Pada proses adiabatik berlaku rumus Poison.

Read More - > Usaha dan Proses Termodinamika

> Pengertian Gas Ideal

Berdasarkan eksperimen diketahui bahwa semua gas dalam kondisi kimia apapun, pada temperatur tinggi, dan tekanan rendah cenderung memperlihatkan suatu hubungan sederhana tertentu di antara sifat-sifat makroskopisnya, yaitu tekanan, volume dan temperatur.  

Hal ini menganjurkan adanya konsep tentang gas ideal yang memiliki sifat makroskopis yang sama pada kondisi yang sama. Berdasarkan sifat makroskopis suatu gas seperti kelajuan, energi kinetik, momentum, dan massa setiap molekul penyusun gas,  Anda dapat mendefinisikan gas ideal dengan suatu asumsi (anggapan) tetapi konsisten (sesuai) dengan definisi makroskopis. 

Gas ideal merupakan gas yang memenuhi asumsi-asumsi berikut.  

1. Suatu gas terdiri atas molekul-molekul yang disebut molekul. Setiap molekul identik (sama) sehingga tidak dapat dibedakan dengan molekul lainnya. 

2. Molekul-molekul gas ideal bergerak secara acak ke segala arah. 

3. Molekul-molekul gas ideal tersebar merata di seluruh bagian.  

4. Jarak antara molekul gas jauh lebih besar daripada ukuran molekulnya.  

5. Tidak ada gaya interaksi antarmolekul; kecuali jika antarmolekul saling bertumbukan atau terjadi tumbukan antara molekul dengan dinding.  

6. Semua tumbukan yang terjadi baik antarmolekul maupun antara molekul dengan dinding merupakan tumbukan lenting sempurna dan terjadi pada waktu yang sangat singkat (molekul dapat dipandang seperti bola keras yang licin).  

7. Hukum-hukum Newton tentang gerak berlaku pada molekul gas ideal.

Read More - > Pengertian Gas Ideal

> Hukum-Hukum yang Mendasari Persamaan Gas Ideal

Teori kinetik gas memberikan jembatan antara tinjauan gas secara mikroskopik dan makrokospik. Hukum-hukum gas seperti hukum Boyle, Charles, dan Gay Lussac, menunjukkan hubungan antara besaran-besaran makrokospik dari berbagai macam proses serta perumusannya.  

Kata kinetik berasal dari adanya anggapan bahwa molekul-molekul gas selalu bergerak. Hukum Boyle dikemukakan oleh fisikawan Inggris yang bernama Robert Boyle. 

Hasil percobaan Boyle menyatakan bahwa apabila suhu gas yang berada dalam bejana tertutup dipertahankan konstan, maka tekanan gas berbanding terbalik dengan volumenya.  Untuk gas yang berada dalam dua keadaan keseimbangan yang berbeda pada suhu konstan, diperoleh persamaan sebagai berikut. 

p1V1 = p2V2

Keterangan:
p1 : tekanan gas pada keadaan 1 (N/m2)
p2 : tekanan gas pada keadaan 2 (N/m2)
V1 : volume gas pada keadaan 1 (m3)
V2 : volume gas pada keadaan 2 (m3)

Jika dibuat grafik, maka akan menghasilkan sebuah kurva yang disebut kurva isotermal. Kurva isotermal merupakan kurva yang bersuhu sama. Hukum Charles dikemukakan oleh fisikawan Prancis bernama Jacques Charles.

Charles menyatakan bahwa jika tekanan gas  yang berada dalam bejana tertutup dipertahankan konstan, maka volume gas sebanding dengan suhu mutlaknya. Untuk gas yang berada dalam dua keadaan seimbang yang berbeda pada tekanan konstan, diperoleh persamaan sebagai berikut.

V₁ =    V₂
T₁........T₂

Keterangan:
V1 : volume gas pada keadaan 1 (m3)
V2 : volume gas pada keadaan 2 (m3)
T1 : suhu mutlak gas pada keadaan 1 (K)
T2 : suhu mutlak gas pada keadaan 2 (K)

Apabila hubungan antara volume dan suhu pada hukum Charles Anda lukiskan dalam grafik, Kurva yang terjadi disebut kurva isobarik yang artinya bertekanan sama. Hukum Gay Lussac dikemukakan oleh kimiawan Perancis bernama Joseph Gay Iussac. 

Gay Lussac menyatakan bahwa jika volume gas yang berada dalam bejana tertutup dipertahankan konstan, maka tekanan gas sebanding dengan suhu mutlaknya. Untuk gas yang berada dalam dua keadaan seimbang yang berbeda pada volume konstan, diperoleh persamaan sebagai berikut.

P₁ =    P₂
T₁........T₂

Keterangan:
T1 : suhu mutlak gas pada keadaan 1 (K)
T2 : suhu mutlak gas pada keadaan 2 (K)
p1 : tekanan gas pada keadaan 1 (N/m2)
p2 : tekanan gas pada keadaan 2 (N/m2)
Apabila hubungan antara tekanan dan suhu
gas pada hukum Gay Lussac dilukiskan dalam grafik.

Read More - > Hukum-Hukum yang Mendasari Persamaan Gas Ideal