Dokumen ini menjelaskan tentang termodinamika, termasuk hukum-hukum yang mengatur perubahan energi dan aplikasinya pada gas. Siswa diharapkan dapat menganalisis dan memformulasikan hukum termodinamika serta memahami proses-proses yang terjadi pada gas seperti proses isobarik, isokhorik, isotermal, dan adiabatik. Selain itu, dokumen ini juga memberikan contoh soal untuk menerapkan teori yang telah dipelajari.

1. termodinamika

2. Kompetensi Dasar:
 Menganalisis dan menerapkan hukum
termodinamika

3. Indikator :
 Setelah mempelajari bab ini, siswa diharapkan
mampu :
 Menganalisis keadaan gas karena perubahan suhu,
tekanan, dan volume.
 Menggambarkan perubahan keadaan gas dalam
diagram P-V.
 Memformulasikan hukum I termodinamika dan
penerapannya.
 Mengaplikasikan hukum II termodinamika pada
masalah fisika sehari-hari.
 Memformulasikan siklus Carnot.
 Merumuskan proses reversibel dan tak reversibel.

4.  Termodinamika adalah : ilmu yang
mempelajari hukum-hukum yang
mengatur perubahan energi dari suatu
bentuk ke bentuk lain, aliran dan
kemampuan energi melakukan usaha.
 Dua istilah yang berkaitan erat dalam
termodinamika, yaitu:

5.  Sistem
adalah : sesuatu yang menjadi subyek
pembahasan atau fokus perhatian.
 Lingkungan
adalah : segala sesuatu yang tidak
termasuk dalam sistem atau segala
keadaan di luar sistem.

6. Perhatikan gambar:
Tabung berisi gas:
lingkungan
gas
Batas sistem
sistem

7. Hukum termodinamika
dibagi 2 yaitu :
 Hukum pertama, yaitu : prinsip kekekalan
energi yang memasukkan kalor sebagai
mode perpindahan energi.
 Hukum kedua, yaitu : bahwa aliran kalor
memiliki arah, dengan kata lain, tidak
semua proses di alam adalah reversibel
(dapat dibalikkan arahnya)

8. Usaha, Kalor, dan Energi
Dalam
 Pengertian Usaha dan Kalor.
 Usaha adalah: ukuran energi yang
dipindahkan dari sistem ke
lingkungan atau sebaliknya.
 Energi mekanik sistem adalah :
energi yang dimiliki sistem akibat
gerak dan koordinat kedudukannya.

9. Pengertian Energi Dalam
 Energi dalam adalah : suatu sifat
mikroskopik zat, sehingga tidak dapat di
ukur secara langsung.
 Secara umum perubahan energi dalam
(U), di rumuskan :
U = U2 – U1

10. Formulasi usaha, kalor dan Energi
dalam
 Usaha oleh sistem terhadap
lingkungannya.
 Proses isobarik (tekanan konstan)
V1
V2
W = p V = p( V2 – V1 )

11.  Perjanjian tanda :
 Usaha bertanda positif (+), jika sistem
melakukan usaha pada lingkungan
(gas memuai V2 > V1).
 Usaha bertanda negatif (-), jika
lingkungan melakukan usaha pada
sistem ( gas memampat V2  V1 ).

12. Contoh soal 1
 Sejenis gas berada dalam wadah yang
memiliki volum 2 m3 dan tekanan 4 atm.
Hitung usaha luar yang dilakukan gas jika
:
a. Gas memuai pada tekanan tetap sehingga
volumnya mejadi dua kali semula.
b. Gas dimampatkan pada tekanan tetap
sehingga volumnya mejadi sepertiga
semula.
(1 atm = 1,0 x 105N/m2)

13. Penyelesaian
 Diket :
V1 = 2 m3
p = 4 atm = 4 x 105 N/m2
 Ditanya : W, jika:
a. V2 = 2V1
b. V2 = 1
3
1
V

14. Jawab :
a. W = pV
= p ( V2 – V1 )
= p ( 2V1 – V1)
= pV1
= ( 4 x 105 ) 2
W = 8 x 105 J

15. b. W = pV
= p ( V2 – V1)
= p ( 1/3 V1 – V1)
= p (-2/3 )V1
= (-2/3)pV1
= (-2/3) 4 x 105 x 2
W = - 5,33 x 105 J

16. Grafik p - V
 Dari grafik diperoleh :
 Usaha yg dilakuka oleh
atau pada sistem gas
sama dg luas daerah di
bawah grafik p-V dg
batas volum awal dan
volum akhir.
Luas =
usaha
V1 V2
p1
p2

17. Contoh soal 2
 Sejumlah gas pada
keadaan A berubah
ke keadaan B (lihat
gambar).
a. Bagaimana cara anda
menghitung usaha
luar yang dilakukan
gas ?
b. Hitung usaha luar
tersebut.
A
B
8 36
2
5
p (x105 N/m2)
V(x10-3 m3)

18. Penyelesaian :
a. U = luas trapesium
b. Usaha luar:
    J
x
x
x
U 3
3
5
10
8
,
9
2
10
8
36
10
2
5






19. Usaha dalam proses
siklus
 Dari grafik diperoleh:
“usaha yang dilakukan
oleh (atau pada) sistem
gas yang menjalani suatu
proses siklus sama
dengan luas daerah yang
dimuat oleh siklus
tersebut (luas daerah yg
diasir)”
Lintasan 1
Lintasan 2
A
B
p
V

20. Contoh soal 3
 Gas ideal diproses
seperti gambar di
samping.
a. Berapa usaha yang
dilakukan sistem per
siklus ?
b. Jika mesin bekerja 5
siklus per 2 sekon,
berapa daya yang
dibangkitkan sistem ?
A
B
C
V
p
0,0125 0,025
105
2x105
(Nm-2)
(m3)

21. Penyelesaian :
a. Usaha yg dilakukan sistem per siklus.
W = luas ABC
= AB x BC/2
= ( 0,0125 – 0,025) x (2x 105
– 1 x 105)/2
= (- 0,0125) x (1/2) x 105
= - 0,00625 x 105
W = - 6,25 x 102 J

22. b. Usaha dlm 5 siklus = 5 x – 6,25 x 102 = -
3,125 x 103 J
maka daya selama 2 sekon adalah :
watt
x
x
t
W
P 3
3
10
563
,
1
2
10
125
,
3






23.  Formulasi Kalor
Q = mcT = CT
 Formulasi Energi Dalam
 Gas monoatomik
nRT
NkT
U
2
3
2
3



24.  Gas diatomik
 Perubahan Energi Dalam
 Gas monoatomik
nRT
NkT
U
2
5
2
5


 
1
2
2
3
2
3
T
T
nR
T
nR
U 





25.  Gas diatomik
 Dari dua persamaan perubahan energi dalam di
atas dapat disimpulkan :
“Perubahan energi dalam U hanya bergantung
pada keadaan awal dan keadaan akhir dan tidak
bergantung pada lintasan yang ditempuh oleh
sistem”
 
1
2
2
5
2
5
T
T
nR
T
nR
U 





26. Beberapa Proses
Termodinamika Gas
 Proses Isobarik ( tekanan tetap )
A. Usaha yang dilakukan oleh sistem
terhadap lingkungan (V2 > V1).
W = p ( V2 – V1)

27. W positif ( + )
1 2
p
V1 V2
V

28. B. Usaha yang dilakukan lingkungan
terhadap sistem (V2  V1).
W = p ( V2 – V1 )

29. W negatif ( - )
p
V
V2 V1
1
2

30.  Proses Isokhorik
(volum tetap )
W = 0
Karena V2 = V1
o Perhatikan gambar
p
V
V1 = V2
p1
p2

31.  Proses Isotermal ( suhu tetap )
Dari persamaan :
pV = nRT
diperoleh :
V
nRT
p 

32.  Sehingga usaha yang dilakukan sistem
(gas) dirumuskan :
dV
p
W
V
V


2
1
dV
V
nRT
W
V
V


2
1

33.   2
1
2
1
ln
V
V
V
V
V
nRT
V
dV
nRT
W 
 
 
1
2 ln
ln V
V
nRT
W 










1
2
ln
V
V
nRT
W

34.  Perhatikan gambar :
p
V
V1 V2

35. Contoh soal 4
 Suhu tiga mol suatu gas ideal 373 K.
Berapa besar usaha yang dilakukan gas
dalam pemuaian secara isotermal untuk
mencapai empat kali volum awalnya ?

36. penyelesaian
 Diket :
n = 3 mol
T = 373 K
V2 = 4V1
R = 8,31 J/mol
 Ditanya : W

37.  Jawab :
4
ln
373
31
,
8
3 x
x
x
W 









1
2
ln
V
V
nRT
W 








1
1
4
ln
373
31
,
8
3
V
V
x
x
J
W 999
,
12890


38.  Proses Adiabatis
adalah : suatu proses keadaan gas di mana
tidak ada kalor yang masuk ke dalam atau
keluar dari sistem ( Q = 0 )

39.  Perhatikan gambar
Bahan pengisolasi
Silinder logam

40. Grafik p – V pada proses
Adibatik
kurva adiabatik
T1
T2
V1
V2
p1
p2

41.  Contoh proses adiabatis:
 Pemuaian gas dalam mesin diesel
 Pemuaian gas dalam sistem pendingin
 Langkah kompresi dalam mesin pendingin

42.  Usaha dalam proses adiabatik secara
matematis di rumuskan :
1
2
2
1
1
1
2
2
1
1



 



V
T
V
atauT
V
p
V
p
v
p
C
C
dengan 


43. Contoh soal 5
 Suatu gas ideal monoatomik  = 5/3
dimampatkan secara adiabatik dan
volumnya berkurang dengan faktor pengali
dua. Tentukan faktor pengali
bertambahnya tekanan.

44. Diket :
 = 5/3
V1 = 2V2 atau V2 = (1/2)V1
Ditanya : p2

45. Jawab : 

2
2
1
1 V
p
V
p 
3
5
2
2
1
2
1
1
2
2














V
V
p
V
V
p
p

  1
67
,
1
1
2 18
,
3
2 p
p
p 


46. Hukum pertama
termodinamika
Perhatikan Gambar.
lingkungan
sistem
+Q -Q
+W
-W

47.  Secara matematis hukum I Termodinamika,
dirumuskan :
U = U2-U1= Q – W
+Q = sistem menerima kalor
-Q = sistem mengeluarkan kalor
+W = sistem melakukan usaha
-W = sistem dikenai usaha

48. Contoh soal 6
 Suatu sistem menyerap 1500 J kalor
dari lingkungannya dan melakukan
2200 J usaha pada lingkungannya.
Tentukan perubahan energi dalam
sistem. Naik atau turunkah suhu
sistem?

49. Diket :
Q = 1500 J
W = 2200 J
Ditanya : U

50. Jawab :
U = Q – W
= 1500 – 2200
= - 700 J
Karena energi dalam sistem bernilai negatif maka
suhu sistem menurun (T2  T1)

51. Aplikasi Hukum Pertama pada Berbagai
Proses
 Proses Isotermal
( suhu tetap T1 = T2 )
Karena T1 = T2 maka U = 0 sehingga:
U = Q – W
0 = Q – W atau








1
2
ln
V
V
nRT
W
Q

52. Proses Isokhorik
( volume tetap )
 Karena V = 0, maka W = 0 sehingga
persamaannya menjadi:
U = Q – W
U = Q – 0
U = Q

53. Proses Isobarik
( tekanan konstan )
 Dirumuskan :
U = Q – W = Q – p ( V2 – V1 )

54. Proses Adiabatik
 Karena Q = 0 , dirumuskan:
U = Q – W
U = - W
Atau
Gas monoatomik
  T
nR
T
T
nR
U
W 







2
3
2
3
2
1

55. Contoh
 Sebanyak 2,4 mol gas oksigen (O2) pada
47oC dimampatkan melalui proses
adiabatik sehingga suhu mutlaknya
meningkat menjadi tiga kali semula.
Berapa besar usaha yang harus diberikan
pada gas O2? ( R = 8,3 J mol-1K-1).

56. Penyelesaian :
Diket :
n = 2,4 mol
T1 = 47 + 273 = 320 K
T2 = 3 T1
R = 8,3 J. mol-1.K-1
Ditanya : W (gas diatomik)

57. Jawab :
 
1
2
2
5
T
T
nR
W 


  1
1
1
1 5
2
2
5
3
2
5
nRT
T
nR
T
T
nR
W 






J
x
x
x
W 31872
320
3
,
8
4
,
2
5 




58. Kapasitas Kalor Gas
 Kapasitas kalor gas
dirumuskan :
T
C
atauQ
T
Q
C 




59. o Kapasitas kalor pada tekanan tetap ( Cp )
adalah : kalor yg diperlukan untuk menaikkan suhu suatu
zat satu kelvin pada tekanan tetap.
dirumuskan :
T
C
atauQ
T
Q
C p
p
p
p 




60. o Kapasitas kalor pada volume tetap ( Cv )
adalah : kalor yg diperlukan untuk menaikkan suhu suatu
zat satu kelvin pada volume tetap.
dirumuskan :
T
C
atauQ
t
Q
C v
v
v 




61.  Usaha yang dilakukan pada tekanan tetap
dirumuskan:
)
( 1
2 V
V
p
V
p
W 



 
1
2 T
T
nR
T
nR
W 



  T
C
C
Q
Q
W v
p
v
p 





62. Contoh
 Lima kilogram gas N2 dipanaskan pada
tekanan tetap sehingga suhunya naik dari
10oC menjadi 130oC. Jika Cv = 0,177
kal/goC dan Cp = 0,248 kal/goC, hitung :
a. Kenaikan energi dalam.
b. Usaha luar yang dilakukan gas.

63. Diket :
m = 5 kg
T1 = 10 + 273 = 283 K
T2 = 130 + 273 = 403 K
Cv = 0,177 kal/goC
Cp = 0,248 kal/goC
Ditanya :
a. U
b. W

64.  Jawab :
a. U = Qp – nR (T2 – T1)
= Cp (T2-T1) – nR(T2-T1)
= Cp (T2-T1) – (Cp-Cv)(T2-T1)
=(Cp – Cp + Cv) (T2-T1)
= (Cv )(T2-T1)
= 0,177 (403 – 283)
= 0,177 x 120
= 21,24 kalori

65. b. W = (Cp – Cv)T
= ( 0, 248 – 0,177)120
= 0,071 x 120
= 8,52 kalori

66. Kapasitas Kalor Molar ( Cm )
 Adalah : kalor yang diperlukan untuk
menaikkan suhu satu mol zat dalam satu
kelvin.
Secara matematis dirumuskan :
T
nC
atauQ
T
n
Q
C m
m 




67.  Kapasitas molar pada tekanan tetap ( Cp,m
)
dirumskan :
T
n
C
atauQ
T
n
Q
C m
p
p
p
m
p 


 ,
,

68.  Kapasitas kalor molar pada volume tetap (
Cv,m )
dirumuskan :
T
n
C
atauQ
T
n
Q
C m
v
v
v
m
v 


 ,
,

69.  Hubungan antara Cp,m dengan Cv,m.
dirumuskan :
Cp,m – Cv,m = R

70. Kalor jenis gas (c)
 Dirumuskan :
T
mc
atauQ
T
m
Q
c 




71.  Kalor jenis gas pada tekanan tetap dan
volume tetap.
dirumuskan :
m
C
danc
m
C
c v
v
p
p 


72.  Hubungan antara cp dg cv
dirumuskan :
M
R
c
c v
p 


73. Contoh soal
 Kalor jenis nitrogen pada volume tetap Cv
= 0,177 kal.g-1K-1. Jika massa molekul
nitrogen adalah 28 kg.kmol-1, tentukan
kalor jenis nitrogen pada tekanan tetap.

74. Diket :
cv = 0,177 kal.g-1K-1
= 743,4 J/kgK
M = 28 kg.kmol-1
R = 8314 J/kmol K
1k = 4,2 J
Ditanya : cp

75. Jawab :
cp – cv = R/M
cp = R/M + cv
cp = 8314/ 28 + 743,4
cp = 296,9 + 743,4
cp = 1040,3 J/kgK

76.  Nilai Cp,m Cv,m dan cv
 Gas monoatomik
nR
nRdanC
C p
v
2
5
2
3

 R
RdanC
C m
p
m
v
2
5
2
3
,
, 

M
R
danc
M
R
c p
v
2
5
2
3



77.  Tetapan Laplace
dirumuskan :
v
p
m
v
m
p
v
p
c
c
C
C
C
C



,
,
