Termodinamika adalah cabang fisika yang mempelajari hukumhukum dasar dan membahas konversi energi termal menjadi usaha yang bermanfaat. Dalam termodinamika, kumpulan bendabenda yang diperhatikan disebut sistem, sedangkan semua yang ada disekitar sistem disebut lingkungan.

Kita sudah mempelajari tentang usaha pada semester lalu. Apabila melakukan usaha pada suatu sistem, maka kita memindahkan tenaga kita ke sistem. Sekarang kita akan membahas usaha padagas.

Perhatikan Gambar (1) sebuah tabung yang terpasang dengan rapat, tutup tabung bisa digeser, kita asumsikan tidak adagesekan. Tabung berisi gas. Bila tutup tabung kita gerakkan maka volume akan berubah, tekanan atau suhu, atau keduanya akan berubah, sesuai dengan persamaan keadaan gas. Begitu juga dengan gambar tabung di atas. Jika diberi kalor dari bawah maka suhunya berubah.

Gambar 1 Sebuah tabung yang diisi gas. Luas piston atau penghisap adalah A. Piston dapat bergeser sebesar ds. ds bisa ke atas atau ke bawah. Tekanan dalam tabung dapat menggerakkan piston

Apabila diatur suhunya dengan cara dipanasi, maka tekanan semakin tinggi dan gas akan mengembang secara perlahan serta memberikan tekanan pada tutup tabung. Gaya yang diberikangas pada tutup tabung adalah PA, dengan A adalah luas tutup. Jika tutup bergeser sejauh ds maka usaha yang dilakukan gas pada tutup yaitu dW adalah:

dW = Fds = PAdx = PdV

Dari persamaan gas kita tahu perubahan P akan diikuti V atau T atau keduanya. Demikian juga perubahan V akan diikuti perubahan T, V atau keduanya. Kita bisa mengatur agar salah satu dari besaran V, P atau T konstan. Kita bisa mengetahui keadaan gas dengan mengetahui dua besaran. Misalkan kedua besaran itu adalah P dan V, maka kita dapat menyatakan keadaan gas dengan diagram P berbanding V. Tiap titik pada diagram menyatakan keadaan tertentu dari gas.

Bila proses terjadi pada tekanan tetap kita bisa mencari usaha yang dilakukan gas menggunakan Persamaan (1), bila proses terjadi tidak pada tekanan konstan maka usaha adalah luasan daerah di bawah diagramPV.

Proses Termodinamika

Gas yang berada dalam ruang tertutup dapat diubah keadaanya dengan melalui beberapa proses, yang disebut proses termodinamika, yaitu :

1. Proses Isobarik

Yaitu proses yang berlangsung pada tekanan tetap (tekanan sama). Grafik tekanan gas (P) terhadap volume (V) adalah sebagai berikut :

2. Proses Iso volume (isokhorik)

Yaitu proses yang berlangsung pada volume tetap (volume sama). Grafik tekanan gas (P) terhadap volume (V) adalah sebagai berikut :

3. Proses Isotermik

Yaitu proses yang berlangsung pada suhu tetap (suhu sama). Grafik tekanan gas (P) terhadap volume (V) adalah sebagai berikut :

4. Proses Adiabatik

Yaitu proses perubahan keadaan gas dimana tidak ada kalor yang masuk maupun kalor yang keluar dari sistem (Q = 0). Grafik tekanan gas (P) terh adap volume (V) adalah sebagai berikut :

Contoh Soal :

4 liter gas ideal pada tekanan 2 atm dipanaskan sehingga volumenya mengembang dengan tekanan konstan sampai mencapai 6 l. Berapa usaha yang dilakukan oleh gas?