Penerapan rumus termodinamika.
foto: freepik.com
BACA JUGA :
Rumus reamur ke celcius, pahami pengertian, sifat, contoh dan cara pengerjaan
Termodinamika memiliki banyak aplikasi dalam bidang ilmu pengetahuan, teknologi, dan kehidupan sehari-hari. Beberapa contoh aplikasi termodinamika adalah:
1. Mesin panas: adalah alat yang mengubah energi panas menjadi energi mekanik. Contoh mesin panas adalah mesin uap, mesin mobil, dan turbin gas.
2. Mesin dingin: adalah alat yang mengubah energi mekanik menjadi energi panas. Contoh mesin dingin adalah kulkas, AC, dan pompa panas.
BACA JUGA :
Rumus kalor jenis air, beserta pengertian, faktor, manfaat, contoh soal, dan cara mudah pengerjaannya
3. Siklus Carnot: adalah siklus termodinamika ideal yang memiliki efisiensi maksimum. Siklus Carnot terdiri dari dua proses isotermal dan dua proses adiabatik.
4. Hukum Joule: adalah hukum yang menyatakan bahwa kalor yang dilepaskan oleh suatu sistem yang melakukan usaha adiabatik sama dengan usaha yang dilakukan oleh sistem tersebut.
5. Efek Seebeck: adalah efek yang menyebabkan timbulnya beda potensial listrik akibat adanya perbedaan suhu antara dua ujung konduktor atau rangkaian konduktor.
Contoh soal rumus termodinamika dan pembahasannya.
foto: freepik.com
Soal 1
Suatu gas ideal memiliki tekanan awal 2 atm, volume awal 4 L, dan suhu awal 300 K. Gas tersebut mengalami proses isotermal, yaitu proses yang suhunya tetap, hingga volume akhirnya menjadi 8 L. Berapakah tekanan akhir gas tersebut?
Jawaban:
Karena gas tersebut mengalami proses isotermal, maka kita dapat menggunakan persamaan keadaan gas ideal yang berbunyi:
pV = nRT
Di mana:
- p: tekanan gas (atm)
- V: volume gas (L)
- n: jumlah mol gas (mol)
- R: konstanta gas ideal (0,082 atm.L/mol.K)
- T: suhu gas (K)
Karena suhu gas tetap, maka bisa ditulis:
p1V1 = p2V2
Di mana:
- p1: tekanan awal gas (atm)
- V1: volume awal gas (L)
- p2: tekanan akhir gas (atm)
- V2: volume akhir gas (L)
Dengan mengganti nilai-nilai yang diketahui, kita dapat menyelesaikan persamaan tersebut untuk mencari tekanan akhir gas:
p2 = p1V1 / V2 = 2 4 / 8 = 1 atm
Jadi, tekanan akhir gas tersebut adalah 1 atm.
Soal 2
Suatu mesin panas beroperasi dengan siklus Carnot, yaitu siklus termodinamika ideal yang memiliki efisiensi maksimum. Mesin tersebut menerima kalor sebesar 500 J dari sumber panas dengan suhu 400 K dan melepaskan kalor sebesar 300 J ke sumber dingin. Berapakah suhu sumber dingin dan usaha yang dilakukan oleh mesin tersebut?
Jawaban:
Karena mesin tersebut beroperasi dengan siklus Carnot, maka kita dapat menggunakan rumus efisiensi mesin Carnot yang berbunyi:
= 1 TC / TH
Di mana:
- : efisiensi mesin Carnot
- TC: suhu sumber dingin (K)
- TH: suhu sumber panas (K)
Efisiensi mesin Carnot juga dapat dinyatakan sebagai perbandingan antara usaha yang dilakukan oleh mesin (W) dengan kalor yang diterima dari sumber panas (QH):
= W / QH
Dengan mengganti nilai-nilai yang diketahui, kita dapat menyelesaikan persamaan tersebut untuk mencari suhu sumber dingin:
W/QH = 1 TC/TH
W/500 = 1 TC/400
TC = 400 W/500 400
Untuk mencari usaha yang dilakukan oleh mesin, kita dapat menggunakan hukum pertama termodinamika yang berbunyi:
QH = QC + W
Di mana:
- QH: kalor yang diterima dari sumber panas (J)
- QC: kalor yang dilepaskan ke sumber dingin (J)
- W: usaha yang dilakukan oleh mesin (J)
Dengan mengganti nilai-nilai yang diketahui, kita dapat menyelesaikan persamaan tersebut untuk mencari usaha yang dilakukan oleh mesin:
W = QH QC = 500 300 = 200 J
Jadi, usaha yang dilakukan oleh mesin tersebut adalah 200 J. Dengan mengganti nilai usaha tersebut ke dalam persamaan suhu sumber dingin, kita dapat menemukan suhu sumber dingin:
TC = 400 200/500 400 =240 K
Jadi, suhu sumber dingin adalah 240 K.