ITU PertamaHukummemberiTermodinamika merupakan aplikasi dari prinsipmemberikonservasimemberienergi untuk sistem termodinamika. Menurut hukum ini, variasi dari energi dalam suatu sistem termodinamika adalah selisih antara jumlah panas diserap oleh sistem dan kerja yang dilakukan olehnya.
Lihatjuga:Konsep dasar dan ringkasan Termologi
Apa Hukum Pertama Termodinamika?
Hukum Pertama Termodinamika adalah konsekuensi langsung dari prinsip kekekalan energi. Menurut prinsip ini, energi total sistemselalu tetap konstan, karena dia tidak hilang, tetapi berubah.
Dalam lingkup Termodinamika, digunakan pengertian yang lebih spesifik dan kurang umum dibandingkan yang digunakan dalam prinsip konservasi energi. Dalam Hukum Pertama Termodinamika, kami menggunakan konsep seperti energiintern,panas dan kerja, yang relevan dengan ruang lingkup Mesin termal (aplikasi teknologi yang sangat penting untuk Termodinamika).
Bayangkan sebuah mesin bertenaga uap, ketika fluida kerja mesin itu (uap air) menerima panas dari sumber eksternal, dua konversi energi dimungkinkan: uap dapat memiliki sendiri
suhu meningkat beberapa derajat atau, bahkan, itu bisa memperluas dan gerakkan piston mesin itu, sehingga melakukan sejumlah kerja."Variasi energi internal sistem termodinamika sesuai dengan perbedaan antara jumlah panas yang diserap olehnya dan jumlah kerja yang dilakukan sistem ini."
Rumus Hukum Pertama Termodinamika
Rumus yang digunakan untuk menjelaskan secara matematis Hukum Pertama Termodinamika ditunjukkan di bawah ini:
kamu – variasi energi dalam (kal atau J)
Q – panas (kapur atau J)
τ – kerja (kapur atau J)
Untuk menggunakan rumus ini, kita perlu memperhatikan beberapa aturan sinyal:
U – akan positif jika suhu sistem meningkat;
U – akan menjadi negatif jika suhu sistem menurun;
Q – akan positif jika sistem menyerap panas dari lingkungan luar;
Q – akan menjadi negatif, jika sistem memberikan panas ke lingkungan luar;
τ – itu akan menjadi positif jika sistem berkembang, melakukan pekerjaan pada lingkungan eksternal;
τ – itu akan menjadi negatif jika sistem berkontraksi, menerima pekerjaan dari lingkungan eksternal.
variasi energi internal
Istilah U mengacu pada perubahan energi yang dikaitkan dengan energi kinetik partikel penyusun sistem, dalam kasus gas ideal, dapat dikatakan bahwa U setara dengan:
tidak - jumlah mol (mol)
R – konstanta universal gas ideal (0,082 atm.l/mol. K atau 8,31 J/mol. K)
T - suhu mutlak (kelvin)
Menganalisis rumus, dapat dilihat bahwa, jika tidak ada perubahan suhu dalam sistem, energi dalam juga akan tetap tidak berubah. Selain itu, penting untuk mengatakan bahwa untuk mesin termal, yang beroperasi dalam siklus, variasi energi internal, pada akhir setiap siklus, harus nol, karena pada saat itu, mesin kembali beroperasi dengan suhu awal.
Lihatjuga:Kinerja mesin termal: bagaimana cara menghitungnya?
Panas
Pindah ke istilah berikutnya, Q, yang mengacu pada jumlah panas yang ditransfer ke sistem, kami biasanya menggunakan persamaan dasar kalorimetri, ditunjukkan di bawah ini:
Q -panas (kapur atau J)
saya - massa (g atau kg)
ç – kalor jenis (cal/gºC atau J/kg. K)
T – variasi suhu (celsius atau kelvin)
Kerja
Besaran terakhir yang berhubungan dengan Hukum I Termodinamika adalah kerja (τ), yang memiliki rumus analitik hanya untuk transformasi yang terjadi di bawah tekanan konstan, juga dikenal Suka transformasi isobarik, tonton:
P - tekanan (Pa atau atm)
V – variasi volume (m³ atau l)
Ketika tekanan yang diberikan pada sistem tidak konstan, pekerjaan dapat dihitung dengan luas grafik tekanan versus volume (P x V). Untuk mempelajari lebih lanjut tentang besaran skalar ini, kunjungi: kerja.
latihan yang diselesaikan
Pertanyaan 1)(CefetMG) Pekerjaan yang dilakukan dalam siklus termal tertutup sama dengan 100 J, dan panas yang terlibat dalam pertukaran termal masing-masing sama dengan 1000 J dan 900 J, dengan sumber panas dan dingin.
Dari Hukum Pertama Termodinamika, variasi energi internal dalam siklus termal ini, dalam joule, adalah
a) 0
b) 100
c) 800
d) 900
e) 1000
Resolusi
Alternatif a.
Mari selesaikan latihan menggunakan Hukum Pertama Termodinamika, perhatikan:
Berdasarkan pernyataan tersebut, kita diminta untuk menghitung variasi energi dalam dalam suatu siklus termodinamika tertutup, dalam hal ini kita mengetahui bahwa variasi energi internal harus nol, karena mesin akan kembali beroperasi pada suhu yang sama seperti pada awal siklus.
Pertanyaan 2)(Upf) Sampel gas ideal memuai dengan menggandakan volumenya selama transformasi isobarik dan adiabatik. Mengingat bahwa tekanan yang dialami oleh gas adalah 5,106 Pa dan volume awalnya 2.10-5 m³, kita dapat mengatakan:
a) Kalor yang diserap gas selama proses tersebut adalah 25 kal.
b) Usaha yang dilakukan gas selama pemuaian adalah 100 kal.
c) Variasi energi dalam gas adalah -100 J.
d) Temperatur gas tetap.
e) Tidak satu pun di atas.
Resolusi
Alternatif c.
Dengan menggunakan informasi yang diberikan oleh pernyataan latihan, kita akan menggunakan Hukum Pertama Termodinamika untuk menemukan alternatif yang benar:
Pertanyaan 3)(Wow) Sebuah tabung dapur berisi gas bertekanan tinggi. Ketika kita membuka silinder ini, kita melihat bahwa gas dengan cepat keluar ke atmosfer. Karena proses ini sangat cepat, kita dapat menganggapnya sebagai proses adiabatik.
Mengingat Hukum I Termodinamika diberikan oleh U = Q - W, di mana U adalah perubahan energi di dalam gas, Q adalah energi yang dipindahkan dalam bentuk panas dan W adalah usaha yang dilakukan oleh gas, ini benar menyatakan bahwa:
a) Tekanan gas meningkat dan suhu menurun.
b) Usaha yang dilakukan oleh gas positif dan suhu gas tidak berubah.
c) Usaha yang dilakukan oleh gas positif dan suhu gas menurun.
d) Tekanan gas meningkat dan kerja yang dilakukan negatif.
Resolusi
Alternatif c.
Begitu volume gas mengembang, kita katakan bahwa kerja yang dilakukan adalah positif, yaitu, gas itu sendiri melakukan kerja pada lingkungan luar. Selanjutnya, karena prosesnya berlangsung sangat cepat, tidak ada waktu bagi gas untuk bertukar panas dengan lingkungan, sehingga terjadi hal berikut:
Menurut perhitungan, energi internal gas berkurang dengan jumlah yang sama dengan pekerjaan yang dilakukan. oleh gas, selain itu, karena ada penurunan energi internal gas, ada juga penurunan suhu.
Pertanyaan 4)(Udesc) Di laboratorium fisika, eksperimen dilakukan dengan gas yang, untuk tujuan analisis termodinamika, dapat dianggap sebagai gas ideal. Dari analisis salah satu percobaan, di mana gas mengalami proses termodinamika, disimpulkan bahwa semua panas yang disuplai ke gas diubah menjadi kerja.
Centang alternatif yang mewakili benar proses termodinamika yang dilakukan dalam percobaan.
a.proses isovolumetrik
b.proses isotermal
c.proses isobarik
d) proses adiabatik
e) proses komposit: isobarik dan isovolumetrik
Resolusi
Alternatif b.
Untuk semua panas yang disuplai ke gas untuk diubah menjadi kerja, tidak boleh ada penyerapan energi internal oleh itu, dengan kata lain, gas perlu melalui proses isotermal, yaitu proses yang berlangsung pada suhu konstan.
Oleh Rafael Hellerbrock
guru fisika
Sumber: Sekolah Brasil - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/primeira-lei-da-termodinamica.htm