1. HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA
1. Kerja
Dalam mekanika dikenal bahwa besar kerja oleh suatu kakas pada suatu benda, sama dengan hasil
kali komponen kakas pada arah jalan dengan panjang jalan tersebut. Karena pada umumnya baik
besar maupun arah garis kerja kakas itu berubah-ubah, maka diambil jalan atau lintasan yang tak
terhingga kecil ds, sehingga sepanjang ds kakas dapat dianggap tetap. Jadi
(1-1)
F cos ɵ adalah komponen kakas F pada arah jalan ds dan ɵ sudut antara F dan ds. Jika benda
bergerak melalui jalan yang terhingga, atau anta (finite) misalnya dari S1 ke S2, maka besar kerja
oleh F adalah :
(1-2)
Dalam mekanika juga dikenal, bahwa besar kerja oleh suatu kakas pada suatu benda sama dengan
perubahan tenaga kinetiknya.
(1-3)
Jika benda bergerak dari tempat 1 ke tempat 2, maka besar kerja
(1-4)
Atau
(1-5)
Jika kakas yang bekerja pada benda itu konservatif, besar kerjanya
(1-6)
Persamaan (1-5) berlaku untuk sebarang kakas, sedangkan persamaan (1-6) hanya berlaku untuk
kakas konservatif saja. Jadi untuk kakas konservatif
Atau
(1-7)
Jumlah tenaga kinetik dengan tenaga potensial suatu benda disebut tenaga mekanis total E, jadi
(1-8)
Jika pada benda itu kecuali kakas konservatif bekerja pula kakas nonkonservatif, maka kerja oleh
kakas nonkonservatif ini sama dengan perubahan tenaga mekanis totalnya, yaitu
(1-9)
Dari uraian di atas, tampaklah bahwa antara kerja dan tenaga terdapat hubungan yang amat erat.
Kerja adalah bentuk peralihan (transitional form) dari tenaga, sedangkan tenaga kinetik ataupun
tenaga potensional adalah bentuk tenaga tersimpan (stored energy).
Dalam termodinamika pengertian kerja menyatakan pertukaran tenaga antara sistem dengan
lingkungan. Kerja dapat dilakukan oleh sistem dapat pula dilakukan terhadap sistem. Contohnya, gas
dalam silinder mobil yang mendorong piston.

2. 2. Kerja pada Perubahan Volume
Pada Gb. 1-1 terlukis suatu sistem yang terdiri atas sejumlah gas di dalam sebuah bejana yang
dilengkapi dengan piston. Misalkan tekanan gas p, yang mungkin sekali berubah selama terjadinya
proses. Jika luas penampang piston A, maka besar kakas pada piston adalah F = pA,. jika piston
bergeser ke atas sejarak dh, maka besar kerja oleh kakas itu adalah δW = pA dh cos ɵ . Tetapi A dh
sendiri adalah perubahan volume dV dan ɵ , yaitu sudut antara F dengan dh sama dengan nol, jadi
(1-10)
dh
p
Gb. 1-1. Gas di dalam suatu sistem melakukan kerja
Jika prose situ berlangsung dari keadaan 1 ke keadaan 2 atau dari volume V1 ke volume V2, maka besar
kerja yang dilakukan oleh sistem adalah
(1-11)
Umumnya dalam proses itu p tidak tetap, sehingga tak boleh dikeluarkan dari tanda integral. Jika kerja
dilakukan oleh sistem, W akan diberi tanda positif dan sebaliknya jika kerja dilakukan terhadap sistem,
maka W diberi tanda negatif.
Jika rumus-rumus di atas ruas kiri dan kanan dibagi dengan jumlah massa atau jumlah mol dalam sistem,
maka rumus-rumus tersebut berubah menjadi hubungan nilai jenisnya, jadi
(1-12)
Hubungan antara tekanan dan volume system dalam suatu proses reversibel, dapat dinyatakan dengan
sebuah grafik pada diagram p-V seperti pada gb. 1-2.
p
1 2
v
V1 dV V2
Gb. 1-2. Luas bagian yang bergaris menyatakan besar kerja untuk perubahan volume dV

3. Pada perubahan volume sebesar dV, maka besar kerja oleh sistem adalah δW = p dV dan secara matematis
dinyatakan oleh luas bagian yang dihitamkan. Jika volume berubah dari V1 ke V2, maka kerja seluruhnya
diperoleh dengan pengintegralan. Secara matematis kerja ini dinyatakan oleh luas bangun dibatasi oleh
grafik dan dua garis vertikal dari V1 ke V2 serta sumbu V. kerja ini adalah positif jika volume bertambah
besar dan negative jika volume bertambah kecil. Yang pertama kerja dilakukan oleh sistem dan yang
kedua kerja dilakukan terhadap sistem. Jika proses berputar kembali ke keadaan awal, maka proses
disebut siklik dan dinyatakan sebagai
(1-13)
Gb. 1-3. Proses siklik, W ≠ 0
Pada proses isometrik (isobarik), V = C sehingga dV = 0. Dengan kata lain tak ada kerja yang dilakukan
oleh ataupun terhadap sistem. Pada proses isobarik, tekanan p = C sehingga rumus (1-11) menjadi
Grafiknya terlihat pada Gb. 1-4 (a). Pada proses isothermal suhu T tetap tidak berubah. Jadi untuk gas
sempurna, kerja itu besarnya
Grafiknya ditunjukkan gambar 1-5 (b).
Persamaan (1-15) dapat pula ditulis dalam bentuk lain, sebab untuk proses isothermal p1V1 = p2V2 = C,
atau
p p
0 V 0 V

4. Gb. 1-4. Kerja oleh gas sempurna pada (a) proses isobarik dan (b) proses isothermal.
Jika persamaan (1-16) dimasukkan ke persamaan (1-15) diperoleh
1-3. Bentuk Lain Kerja
Jika secara umum variabel intensif diberi lambing Y dan variabel ekstensif deberi lambing X,
maka secara umum kerja oleh sistem dapat dirumuskan sebagai
δW = Y dx
ditinjau suatu sistem berupa sebatang kawat, panjang L, seperti terlukis pada Gb 1-5. L adalah
variabel ekstensif, sebab nilainya bergantung pada massa sistem. Bila ujung kiri kawat dibuat tetap dan
ujung kanan ditarik dengan kakas luar F, maka kawat akan bertambah panjang dengan dL. Dalam proses
ini, jelaslah bahwa kerja dilakukan terhadap sistem, sehingga nilainya harus negatif.
F
L dL
Gb. 1-5, kerja pada kawat oleh kakas luar F
atau
Untuk menentukan berapa nilai W, beberapa besaran perlu ditampilkan, yaitu tegangan (stress) ζ,
regangan (strain) ε, dan modulus elastisitas E, yang definisinya adalah sbb
Bila ketiga persamaan ini dimasukkan ke dalam pers. (1-20), akan diperoleh

5. Untuk sistem yang hanya melibatkan kerja elektrik saja, maka
Untuk sistem yang hanya melibatkan kerja magnetik saja
Dengan χ = intensitas magnetik dan M = momen magnetik.
Untiuk sistem yang melibatkan tegangan permukaan pada suatu saput atau lapisan, besar kerja
adalah
Dengan γ adalah tegangan permukaan.
Untuk suatu sistem yang berbentuk lempeng dielektrik, maka besar kerjanya adalah
P adalah momen dwikutub lempeng, sedangkan E adalah intensitas elektrik.