Sembilan liter gas pada tekanan 3 × 10^5 dan suhu 27°C mengalami proses adiabatik sehingga volumenya menjadi 3 L. Tentukan besar usaha gas! ( Y= 5/3)

Kelas: XI

Mata Pelajaran: Fisika

Materi: Proses Termodinamika

Kata Kunci: Tekanan Gas, Proses Adiabatik, Hukum Gas Ideal

Jawaban pendek:

9 liter gas pada tekanan 3 x 10⁵ N/m² dan suhu 27° C mengalami proses adiabatik sehingga volumenya menjadi 3 liter.

Maka bila konstanta Laplace (γ ) sebesar 5/3, besar usaha gas adalah sebesar -4,374 x 10⁶ joule.

Jawaban panjang:

Proses adiabatik adalah perubahan keadaan gas dimana tidak ada kalor yang masuk maupun keluar dari sistem. Pada proses ini, volume maupun tekanan dapat berubah namun kalor tetap.

Persamaan keadaan adiabatik pada gas ideal adalah:

p₁ V₁ᵞ = p₂ V₂ᵞ

Besarnya usaha dalam proses adiabatik ini adalah:

W = (p₁V₁ – p₂V₂)/(γ-1)

Dimana:

p₁, p₂ = tekanan awal dan akhir (dalam satuan N/m², Pascal atau atm)

V₁, V₂ = volume awal dan akhir (dalam satuan m³ atau liter)

γ = tetapan Laplace

W = besarnya usaha (dalam satuan joule)

Dari soal diketahui bahwa tekanan awal (p₁) adalah 3 x 10⁵ N/m², suhu awal (T₁) adalah 27 °C (setara dengan 300 Kelvin) dan volume awal (V₁) adalah 9 liter.

Maka bila volume akhir (V₂) setelah pemampatan adalah 3 liter, bila tetapan Laplace (γ) adalah sebesar 5/3 atau 1,67, tekanan akhir akan menjadi:

p₁ V₁ᵞ = p₂ V₂ᵞ

p₂  = p₁ V₁ᵞ / V₂ᵞ

       = (3 x 10⁵)(9)¹⋅⁶⁷/(3)¹⋅⁶⁷

       = (3 x 10⁵)(3)¹⋅⁶⁷

       = (3 x 10⁵)(6,24)

  p₂ = 18,72 x 10⁵ N/m²

Setelah diketahui tekanan akhir (p₂) besar usaha yang dilakukan dapat dihitung, sebesar:

W = (p₁V₁ – p₂V₂)/(γ-1)

     = ((3 x 10⁵)(9) – (18,72 x 10⁵)(3)) / (1,67 – 1)

     = (-29,16 x 10⁵) / (0,67)

    = -43,74 x 10⁵ joule

    = -4,374 x 10⁶ joule