Usaha Luar dan Kapasitas Kalor

Ilmu termodinamika membahas hubungan antara kalor dan energi dalam suatu sistem. Sistem yang dimaksud biasanya berupa gas di dalam wadah tertutup. Energi kalor yang diberikan pada gas tidak hanya meningkatkan suhu, tetapi juga dapat menghasilkan usaha luar berupa perubahan volume gas.

Usaha Luar

Usaha adalah perpindahan energi melalui gaya yang dilakukan sistem pada lingkungannya. Jika gas dalam tabung berpiston dipanaskan, maka gas akan memuai dan mendorong piston sehingga volumenya bertambah. Perubahan volume inilah yang menunjukkan adanya usaha luar.

Persamaan usaha luar:

dengan:

P = tekanan gas (Pa),

Jika usaha dilakukan oleh sistem (ekspansi gas), nilainya positif. Jika usaha dilakukan oleh lingkungan (pemampatan gas), nilainya negatif:

Usaha Luar untuk Berbagai Proses

Gas dapat mengalami beberapa jenis proses, yaitu:

dengan:

n = mol gas,

R = tetapan gas (8,31 J/mol·K),

T = suhu mutlak gas (K),

Kapasitas Kalor

Kapasitas kalor (C) adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu benda sebesar 1 K.

Ada dua jenis kapasitas kalor pada gas:

Hubungan dan

Jika gas dipanaskan pada volume tetap (isokhorik), seluruh kalor hanya menaikkan suhu. Tetapi pada tekanan tetap (isobarik), sebagian kalor digunakan untuk menaikkan suhu dan sebagian untuk usaha luar.

Perbedaan antara kalor pada tekanan tetap dan kalor pada volume tetap dituliskan sebagai:

dengan:

n = mol gas,

R = tetapan gas (8,31 J/mol·K).

Kapasitas Kalor Molar

Kapasitas kalor molar adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu mol gas sebesar 1 K.

Untuk gas ideal, berlaku hubungan:

Nilai dan pada Gas

Nilai kapasitas kalor molar bergantung pada jumlah atom dalam molekul gas: