Sejumlah gas helium menempati volume 5liter pada tekanan 10n/m^3 gas mengalami proses adiabatik hingga volumenya menjadi 7,68 liter dan gas melakukan usaha sebe

Kelas: XI

Mata Pelajaran: Fisika

Materi: Proses Termodinamika

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

Jawaban pendek:

Sejumlah gas helium menempati volume 5 liter pada tekanan 10 N/m². Gas mengalami proses adiabatik hingga volumenya menjadi 7,68 liter dan gas melakukan usaha sebesar 120 joule. Maka:

a. Tekanan akhir gas: 16,9 N/m²

b. Perbandingan suhu akhir terhadap suhu awalnya: T₁ =  1,33 T₂

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 usaha yang dilakukan dalam keadaan adiabatik pada gas ideal adalah:

W = (p₁ V₁ - p₂ V₂) / (γ - 1)

Dimana:

W = besar usaha (dalam satuan joule)

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

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

γ = tetapan Laplace

Gas helium (He) adalah gas monoatomik sehingga tetapan atau konstanta Laplace (γ) dari gas helium adalah 5/3 atau 1,67.

Bila diketahui volume awal (V₁) sebesar 5 liter, volume akhir (V₂) sebesar 7,68 liter, tekanan awal (p₁) sebesar 10 N/m², dan besar usaha (w) adalah -120 joule (usaha bertanda negatif karena gas mengembang), maka:

a. Tekanan akhir gas (p₂)

W = (p₁ V₁ - p₂ V₂) / (γ - 1)

-120 = ((5)(10) - p₂(7,68)) / (1,67 – 1)

-120 = (50 – 7,68 p₂)/ (0,67)

(-120)(0,67) = (50 – 7,68 p₂)

-80 = 50 - 7,68 p₂

7,68 p₂ = 130

p₂ = 16,9 N/m²

b. Perbandingan suhu akhir terhadap suhu awalnya

Pada usaha adiabatik, berlaku perbandingan suhu awal dan akhir sebagai berikut:

T₁ V₁ᵞ⁻¹ = T₂ V₂ᵞ⁻¹

T₁/T₂ = (V₂/V₁)ᵞ⁻¹

Sehingga, bila volume awal (V₁) sebesar 5 liter, volume akhir (V₂) sebesar 7,68 liter, dan konstanta Laplace (γ) adalah 5/3 atau 1,67, maka perbandinganya adalah:

T₁/T₂ = (V₂/V₁)ᵞ⁻¹

             = (7,68/5)⁰’⁶⁷

             = (1,536)⁰’⁶⁷

T₁/T₂ = 1,33

T₁ =  1,33 T₂

Jadi suhu awalnya adalah 1,33 kali suhu akhirnya