Termodinamika: panduan belajar

Gagasan utama

Termodinamika menelusuri kalor, usaha, dan energi dalam. Hukum pertama adalah kekekalan energi, hukum kedua menyatakan mesin kalor tidak bisa sempurna efisien, dan suhu harus dalam kelvin.

• Hukum gas ideal PV = nRT menghubungkan tekanan, volume, jumlah zat, dan suhu mutlak. Selalu pakai kelvin (K = °C + 273,15).
• Kalor untuk mengubah suhu adalah Q = mcΔT. Perubahan fase menyerap kalor pada suhu tetap: Q = mL.
• Hukum pertama adalah ΔU = Q − W, dengan W usaha yang dilakukan oleh sistem.
• Tidak ada mesin antara T_h dan T_c yang melebihi efisiensi Carnot 1 − T_c ÷ T_h. Entropi sistem terisolasi tidak pernah berkurang.

Persamaan penting

• PV = nRT
• Q = mcΔT
• ΔU = Q − W
• η_Carnot = 1 − T_c ÷ T_h
• ΔS = Q ÷ T
• P = kAΔT ÷ d

Contoh soal

Sebuah mesin kalor bekerja antara 500 K dan 300 K. Efisiensi maksimum (Carnot) adalah 1 − 300 ÷ 500 = 0,40, atau 40 %. Jika ia menyerap 1000 J dari reservoir panas per siklus, ia paling banyak menghasilkan usaha 400 J dan harus membuang sedikitnya 600 J ke reservoir dingin.

Kesalahan umum

• Memasukkan suhu dalam °C ke hukum gas atau rumus Carnot. Keduanya memerlukan kelvin.
• Lupa tanda usaha: usaha oleh gas bernilai positif pada ΔU = Q − W, dan usaha pada gas bernilai negatif.
• Menganggap kalor dan suhu sebagai besaran yang sama. Kalor adalah energi yang berpindah; suhu mengukur energi rata-rata partikel.

Latihan

Uji dirimu dengan soal latihan tentang topik ini: Termodinamika