Suatu gas ideal mengalami proses, mula-mula ekspansi isobarik kemudian pemampatan isotermal seperti pada diagram p-V. Tentukan usaha yang dilakukan gas untuk a.

Kelas: VIII

Mata pelajaran: Fisika

Materi:  Tekanan Gas Ideal

Kata Kunci: Proses Isobarik dan Proses Isotermal

Pembahasan:

A. Usaha yang dilakukan untuk proses ekspansi isobarik

Pada gas ideal, usaha yang terjadi pada proses isobarik (proses dimana gas memiliki tekanan tetap atau p₁= p₂ = p), dapat dinyatakan dalam rumus:

W = p. ΔV

dimana:

W = usaha (dalam satuan joule)

p = tekanan (dalam satuan N/m² atau Pascal)

ΔV = perubahan volume (dalam satuan m³)

Sehingga, pada proses isobarik dimana gas memiliki tekanan tetap sebesar 2 Mpa (2 x 10⁶ Pascal), dan berubah volumenya dari 10 liter (10⁻² m³) menjadi 40 liter (4 x 10⁻² m³), sehingga gaya yang dilakukan adalah:

W = p. ΔV

     = (2 x 10⁶) (4 x 10⁻² - 10⁻²)

     = (2 x 10⁶) (3 x 10⁻²)

     = 6 x 10⁴ Joule

     = 60 kJ

B. A. Usaha yang dilakukan untuk proses pemampatan isotermal

Pada gas ideal, usaha yang terjadi pada proses isotermal atau isotermik (proses dimana gas memiliki suhu tetap atau T₁= T₂ = T), dapat dinyatakan dalam rumus:

W = p₁ V₁ ln (V₂ / V₁)

atau:

W = p₂ V₂ ln (V₂ / V₁)

dimana:

W = usaha (dalam satuan joule)

p₁, p₂ = tekanan (dalam satuan N/m² atau Pascal)

V₁, V₂ = volume (dalam satuan m³)

Sehingga, bila suatu gas ideal mengalami pemampatan dari kondisi tekanan sebesar 2 Mpa (2 x 10⁶ Pascal) dan volume 40 liter (4 x 10⁻² m³), menjadi kondisi tekanan sebesar 4 Mpa (4 x 10⁶ Pascal) dan volume 20 liter (2 x 10⁻² m³), adalah:

W = p₁ V₁ ln (V₂ / V₁)

     = (2 x 10⁶)(4 x 10⁻²) ln (2 x 10⁻²/4 x 10⁻²)

     = (8 x 10⁴) ln ½

     = (8 x 10⁴)(-0,693)

     = -5,544 x 10⁴ Joule

     = -55,44 kJ

C. Usaha Keseluruhan proses dari keadaan awal sampai keadaan akhir

Usaha keseluruhan adalah penjumlahan dari usaha pada proses isobarik dengan usaha pada proses isotermal, yaitu:

W = W isobarik + W isotermal

     = 60 + (-55,44)

     = 4,56 kJ