Pengertian dan Persamaan Usaha Luar dan Energi Dalam

Usaha Luar

Sistem gas melakukan usaha luar apabila volume sistem bertambah. Dengan bertambahnya volume ini, sistem melakukan usaha untuk melawan tekanan udara di luar sistem. Perhatikan Gambar berikut ini!

Sistem gas mulamula berada dalam kondisi P₁, V₁, dan T₁ berada dalam ruang yang salah satu sisinya dibatasi torak. Pada kasus ini dinding berupa dinding diatermal. Ketika sistem menyerap kalor secara isobarik, maka akan terjadi perubahan volume sistem menjadi V₂ dimana V₂ > V₁. Usaha luar yang dilakukan oleh sistem gas dapat dijabarkan sebagai berikut.

W = F s karena F = p A maka

W = p A s

W = pA (h₂ – h₁)

W = p (Ah₂ – Ah₁)

W= p (V₂ – V₁)

W = pΔV

Keterangan:

W : usaha luar

P  : tekanan sistem

ΔV : perubahan volume

Contoh Soal

Suatu sistem gas berada dalam ruang yang fleksibel. Pada awalnya gas berada pada kondisi P₁ = 1,5 × 10⁵ N/m² , T₁ = 27º C, dan V₁ = 12 liter. Ketika gas menyerap kalor dari lingkungan secara isobarik suhunya berubah menjadi 127º C. Hitunglah volume gas sekarang dan besar usaha luar yang dilakukan oleh gas!

Penyelesaian

Diketahui : P₁= 1,5 × 10⁵ N/m²

 T₁= 27 + 273 = 300 K

 V₁= 12 liter = 1,2 × 10^-2 m³

 T₂= 127 + 273 = 400 K

 P₂ = P₁ (isobarik)

Ditanyakan:

a. V2 = ... ?

 b. W = ... ?

Jawab :

a. V₁/V₂ = T₁/T₂

  V₂ = V₁T₂/T₁ = (400 × 1,2×10^-2)/300 = 1,6 × 10^-2 m³

Jadi, volume gas akhir sebesar 1,6 × 10^-2 m³

b. W = P × Δ V = P × (V₂ – V₁)

= 1,5 × 10⁵ (1,6 × 10^-2 – 1,2 × 10^-2)

= (1,5 × 10⁵) × (0,4 × 10^-2)

= 0,6 × 10³

= 6 × 10⁴ J

Jadi usaha luar yang dilakukan oleh gas sebesar W = 6 × 10⁴ J

Energi dalam gas monoatomik

Coba Anda ingat lagi pada pembahasan sebelumnya tentang teori kinetik gas. Berapa energi kinetik total yang dimiliki oleh sistem yang terdiri atas N buah partikel gas? Besarnya energi total ini disebut sebagai “energi dalam” sistem, yaitu U = N · Ek.

Karena N×Ek = 3/2 PV, maka U = 3/2 PV dan dengan melihat lagi persamaan gas ideal pV = nRT, maka akan diperoleh persamaan sebagai berikut.

U = 3/2 nRT

Berdasarkan persamaan tersebut dapat disimpulkan bahwa suatu sistem gas akan mengalami perubahan energi dalamnya jika mengalami perubahan suhu.

Contoh soal

Suatu gas yang berada dalam ruang yang fleksibel memiliki tekanan 1,5 × 10⁵ Pa, suhu 27º C, dan volume 12 liter. Ketika gas menyerap kalor suhunya menjadi 127º C. Hitunglah energi gas mula-mula, volume gas sekarang, energi dalam sistem gas sekarang!

Diketahui : P₁= 1,5 × 10⁵ Pa

T₁ = 27 + 273 = 300 K

V₁ = 12 liter = 1,2 × 10^-2 m³

T₂ = 127 + 273= 400 K

Ditanyakan:

a. U₁ = ...?

b. V₂ = ...?

c. U₂ = ...?

Jawab :

a. U₁ = n R T₁ = 3/2 P₁V₁

= 3/2 (1,5 × 10⁵) × (1,2 · 10^-2)

= 2,7 × 10³ J

b. V₁/V₂ = T₁/T₂

V₂ = V₁T₂/T₁ = (400 × 1,2×10^-2)/300 = 1,6 × 10^-2 m³

c. U₂ = n R T₂ = 3/2 P₂V₂

= 3/2 × (1,5 × 10⁵) × (1,6 × 10²)

= 3,6 × 10³ J

Usaha luar dan energi dalam, Pengertian dan Persamaan Usaha Luar dan Energi Dalam, Pengertian Usaha Luar dan Energi Dalam, Persamaan Usaha Luar dan Energi Dalam, Rumus Usaha Luar dan Energi Dalam, rumus dan pengertian usaha luar, rumus dan pengertian energi dalam, termodinamika, Energi dalam gas monoatomik, pengertian Energi dalam gas monoatomik, persamaan, Energi dalam gas monoatomik, rumus Energi dalam gas monoatomik, Fisika SMA, materi fisika SMA, materi fisika SMA kelas X, materi fisika SMA kelas XI, materi fisika SMA kelas XII, fisika SMP, soal dan latihan fisika, persiapan UN fisika, rumus dan persamaan-persamaan fisika

Pengertian dan Persamaan Usaha Luar dan Energi Dalam 2016-04-25T10:05:00-07:00 Rating: 4.5 Diposkan Oleh: Mantan Tentor Fisika