E-MODUL FISIKA-2

E-MODUL FISIKA

TERMODINAMIKA

BERBASIS PBL(Problem Based Learning)

SMA/SMK

XIKelas

Disusun Oleh : Maulida Sapira

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas
berkatNya saya dapat menyelesaikan e-modul pembelajaran fisika untuk
SMA/SMK ini. Penyusunan modul ini menggunakan materi
“Termodinamika” menggunakan pendekatan PBL (Problem Based
Learning). Modul ini dapat saya susun karena adanya pihak-pihak yang telah
membantu. Oleh karena itu, saya mengucapkan terima kasih kepada Ibu
Indica Yona Okyranida, M.Pd selaku dosen pembimbing inti dan Bapak Drs.
Asep Setiadi, M.Pd pembimbing teknik skripsi saya yang telah membimbing
saya dalam penyusunan modul ini.

Modul pembelajaran ini menggunakan pendekatan PBL (Problem Based
Learning), model pembelajaran ini melatih dan mengembangkan
kemampuan untuk menyelesaikan masalah yang berorientasi pada masalah
otentik dari kehidupan aktual siswa, untuk merangsang kemampuan berpikir
tingkat tinggi. kondisi yang tetap harus dipelihara adalah suasana kondusif,
terbuka, negosiasi, demokratis, suasana nyaman dan menyenangkan agar
siswa dapat berpikir optimal.

Modul ini saya susun untuk memenuhi tugas akhir saya. saya berharap
modul ini dapat bermanfaat bagi siswa untuk memudahkan siswa belajar
secara mandiri maupun belajar secara kelompok di kelas ataupun di luar
kelas serta menambah wawasan dan menjawab permasalahan yang dihadapi
dalam berbagai soal mengenai materi Termodinamika. Dalam menyusun
modul ini, saya tidak terlepas dari kesalahan baik dalam penulisan kata
maupun redaksi, maka saya selaku penulis mengharapkan kritik dan saran
yang membangun bagi saya di masa yang akan datang.

ii

E-Modul Fisika Berbasis PBL (Problem Based Learning) dengan
Tema TERMODINAMIKA Untuk Kelas XI SMA/SMK

Penulis : Maulida Sapira (201842500091)

Dosen Pembimbing : 1. Indica Yona Okyranida, M.Pd.

2. Drs. Asep Setiadi, M.Pd

Ahli Materi :

Ahli Media :

Ahli Bahasa :

Praktisi Pendidikan :

Desain Modul : Maulida Sapira
Layout : Maulida Sapira
Software : Canva,Microsoft Word 2010, Ibis PaintX,
Ukuran Kertas : 21 cm x 29,7 cm (A4)

UNDANG-UNDANG REPUBLIK INDONESIA
NOMOR 19 TAHUN 2002
TENTANG HAK CIPTA


PASAL 72
KETENTUAN PIDANA
SANKSI PELANGGARAN

1.Barang siapa dengan sengaja dan tanpa hak mengumumkan atau memperbanyak suatu
Ciptaan atau memberikan izin untuk itu, dipidana dengan penjara paling singkat 1 (satu)
bulan dan/atau denda paling sedikit Rp. 1.000.000,00 (satu juta rupiah). Atau pidana
penjara paling lama 7 (tujuh) tahun dan/atau denda paling banyak Rp. 5.000.000.000,00
(lima miliar rupiah).

2.Barang siapa dengan sengaja menyerahkan, menyiarkan, memamerkan, mengedarkan
atau menjual kepada umum suatu Ciptaan atau barang hasil pelanggaran Hak Cipta atau
Hak Terkait sebagaimana dimaksud pada ayat (1), dipidana penjara paling lama 7
(tujuh) tahhun dan/atau denda paling banyak Rp. 500.000.000,00 (lima ratus juta rupiah

iii

DAFTAR ISI

Cover ............................................................................................................i
Kata Pengantar.............................................................................................ii
Halaman Francis.........................................................................................iii
Daftar Isi......................................................................................................iv
Daftar Gambar..............................................................................................v
Daftar Tabel................................................................................................vi
Pendahuluan...............................................................................................vii
Prasyarat....................................................................................................viii
Komponen PBL (Problem Based Learning)...............................................ix
Petunjuk Penggunaan Modul.......................................................................x
Kompetensi Inti...........................................................................................xi
Kompetensi Dasar......................................................................................xii
Indikator.....................................................................................................xii
Tujuan Pembelajaran..................................................................................xii
Peta Konsep..............................................................................................xiii
Kegiatan PBL (Problem Based Learning) ..................................................1

A. Orientasi Terhadap Masalah...............................................................1
Diskusi kasus......................................................................................2

B. Mengorganisasikan Siswa..................................................................3
C. Membimbing Penyelidikan Individual Maupun Kelompok...............3

Data Percobaan..................................................................................4
Analisis Data......................................................................................4
Materi Termodinamika................................................................................5
Usaha dan Proses dalam Termodinamika ...................................................5
Hukum I Termodinamika...........................................................................11
Hukum II Termodinamika..........................................................................15
Hukum III Termodinamika........................................................................19
Eksperimen Termodinamika .....................................................................21
D. Mengembangkan dan Menyajikan Hasil Karya...............................24
E. Menganalisis dan engevaluasi Proses Pemecahan Masalah.............24
Soal Evaluasi..............................................................................................26
Rangkuman.................................................................................................31
Kunci Jawaban...........................................................................................33
Glosarium...................................................................................................36
Daftar Pustaka ...........................................................................................38
Riwayat Penulis..........................................................................................39

iv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Kompetensi Inti........................................................................1
Gambar 1.2 Silinder Tertutup.......................................................................6
Gambar 1.3 Isotermal...................................................................................8
Gambar 1.4 Isokhorik...................................................................................9
Gambar 1.5 Isobarik...................................................................................10
Gambar 1.6 Adiabatik................................................................................10
Gambar 1.7 Siklus Carnot .........................................................................12
Gambar 1.8 Proses Reversibel...................................................................13
Gambar 1.9 Mesin Pendingin.....................................................................18
Gambar 1.10 Hukum III Termodinamika..................................................20

v

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Komponen PBL (Problem Based Learning)...............................ix
Tabel 1.2 Kompetensi Inti...........................................................................xi
Tabel 1.3 Kompetensi Dasar......................................................................xii
Tabel 1.4 Indikator.....................................................................................xii
Tabel 1.5 Tujuan Pembelajaran.................................................................xii
Tabel 1.6 Data Percobaan.............................................................................4
Tabel 1.7 Isotermal.......................................................................................7
Tabel 1.8 Isokhorik......................................................................................8
Tabel 1.9 Isobarik.........................................................................................9
Tabel 1.10 Adiabatik..................................................................................10
Tabel 1.11 Menjodohkan............................................................................30
Tabel 1.12 Rumus......................................................................................32

vi

PENDAHULUAN

Mata pelajaran fisika merupakan salah satu mata pelajaran dari bidang Ilmu
Pengetahuan Alam (IPA) yang mempelajari tentang fenomena-fenomena alam yang
dapat diamati oleh panca indra manusia serta berisikan fakta, konsep, dan prinsip
yang berdasarkan pada pengamatan tentang fenomena-fenomena alam dan disusun
secara sistematis. Ilmu Pengetahuan Alam (IPA) dikategorikan sebagai ilmu yang
bersifat induktif, maksudnya ilmu yang dibangun atas dasar penyimpulan kejadian-
kejadian khusus di alam. Pembelajaran Fisika bertujuan agar dapat mengembangkan
proses pengalaman belajar mulai dari merumuskan masalah, mengajukan dan
menguji hipotesis melalui percobaan, merancang dan merakit alat percobaan,
mengumpulkan data, mengolah dan menafsirkan data, serta mengkomunikasikan
hasil percobaan secara lisan dan tulisan melalui diskusi.

Menurut Permendikbud No. 65 tahun 2013, kurikulum 2013 menekankan pada
pendidikan karakter peserta didik yang dipandu dengan kaidah-kaidah pendekatan
ilmiah dalam proses pembelajarannya. Upaya penerapan. Pendekatan ilmiah
(Scientific Approach) dalam proses pembelajaran merupakan ciri khas dari
Kurikulum 2013. Pendekatan Ilmiah diyakini merupakan jembatan antara
perkembangan dan pengembangan sikap, keterampilan, dan pengetahuan peserta
didik. Model pembelajaran yang dipandang sejalan dengan prinsip-prinsip
pendekatan ilmiah salah satunya Problem Based Learning.

Problem Based Learning (PBL) merupakan pembelajaran kontekstual yang
menghubungkan materi pembelajaran dengan konteks dunia nyata, sehingga peserta
didik dapat belajar tentang cara berpikir kritis dan keterampilan pemecahan masalah,
serta memperoleh pengetahuan dan konsep yang esensial dari materi pelajaran.
Problem Based Learning (PBL) menuntun peserta didik untuk mengenal masalah,
merumuskan masalah, mencari solusi atau menguji jawaban sementara atas suatu
masalah atau pertanyaan yang diajukan dengan melakukan penyelidikan, serta
menarik kesimpulan dan menyajikannya secara lisan maupun tulisan.

vii

PRASYARAT

Prasyarat atau bekal dasar yang digunakan agar dapat
mempelajari modul ini dengan baik adalah peserta didik
sebaiknya mencari tahu terlebih dahulu mengenai tema
yang digunakan pada modul ini.

Nilai < 78 harus mengulang
Nilai > 78 sudah dikatakan

dengan mengerjakan soal lulus pada BAB ini

viii

KOMPONEN PBL

(PROBLEM BASED LEARNING)

Tabel 1.1 Komponen PBL (Problem Based Learning)

Taha
pan Kegiatan Ico
n





Guru Murid



Guru menyampaikan
Kelompok mengamati dan



Orientasi terhadap
masalah yang akan
memahami masalah yang


masa
lah dipecahkan secara
disampaikan g
uru atau yang

kelompok. diperoleh dari bahan bacaan


yang disarankan.

Guru memastikan
Peserta didik berdiskusi dan

membagi tugas untuk

Mengorganisasikan setiap anggota
mencari data/
bahan-bahan/

alat yang diperlukan untuk

sisw
a memahami tugas
menyelesaikan masalah

untuk belajar masing-masing.

Guru memantau
Peserta didik melakukan

Membimbing
keterlibatan peserta
penyelidikan (mencari data/

referensi/ sumber) untuk

penyelidikan
didik dalam

individua
l maupun
pengumpulan data/



bahan diskusi kelompok.

kelompok bahan selama proses


penyelidikan.

Guru memantau diskusi
Kelompok melakukan


Mengembangkan
dan membimbing
diskusi untuk menghasil-kan

dan men
yajikan

pembuatan laporan
solusi pemecahan masalah


hasil karya
sehingga karya setiap
dan hasilnya


kelompok siap untuk
dipresentasikan/disajikan


dipresentasikan. dalam bentuk karya.

Guru membimbing
Setiap kelompok

melakukan presentasi,

presentasi dan
kelompok yang lain

memberikan apresiasi.

mendorong kelompok
Kegiatan dilan
jutkan

dengan membuat

Menganalisis dan
memberikan
kesimpulan sesuai dengan

mengev
aluasi
penghargaan serta
masukan yang diperoleh

proses pemecahan
masukan kepada
dari kelompok lain

masalah kelompok lain. Guru


bersama peserta didik


menyimpulkan materi.

ix

PETUNJUK

PENGGUNAAN MODUL

Bagi Peserta didik

Keberhasilan belajar dengan modul IPA berbasis Problem Based Learning
(PBL) pada materi Termodinamika ini tergantung pada kedisplinan dan
ketekunan anda dalam memahami dan mematuhi langkah-langkah belajarnya.
Pembelajaran dengan modul ini dapat dilakukan dengan mandiri atau kelompok
berdasarkan masalah yang diberikan oleh guru baik disekolah maupun diluar
sekolah.

Langkah-langkah dalam mempelajari Modul IPA kelas XI berbasis Problem
Based Learning (PBL), yaitu :

1.Baca dan pahami terlebih dahulu tujuan dari modul pembelajaran SMA IPA
kelas XI yang berbasis Problem Basic Learning (PBL) pada materi
Termodinamika ini.

2.Lakukan setiap kegiatan yang tertera pada modul dengan baik sesuai pada
petunjuk yang telah diberikan.

3.Perhatikan dan pelajari setiap materi, contoh soal, dan latihan soal yang
tertera pada modul ini.

4.Jika materi yang diberikan telah selesai dipelajari dengan baik, siswa dapat
menyelesaikan soal evaluasi yang ada dibagian akhir modul ini.

5.Siswa dapat memeriksa hasil jawabannya dengan kunci jawaban yang telah
disediakan pada bagian akhir modul

Peran guru

Guru dapat membantu dan membimbing peserta didik dalam mengorganisir
tugas belajar yang terkait dengan permasalahan yang diberikan. Guru
memberikan bantuan kepada para peserta didik dalam hal perencanaan dan
penyajian karya misalkan laporan dan lain sebagainya. Selain itu guru pun ikut
membantu para siswa untuk berbagi tugas dalam kegiatan berkelompoknya. Guru
melakukan sebuah usaha untuk membantu para siswa dalam melakukan evaluasi
terhadap proses yang telah dilakukan selama kegiatan pemecahan masalah

x

Tabel 1.2 Kompenensi Inti

KOMPETENSI INTI

KI 1 dan KI 2 Menghayati dan mengamalkan ajaran agama
yang dianutnya, menghayati dan mengamalkan
perilaku jujur, disiplin, tanggunng jawab, peduli
(gotong royong, kerjasama, toleran, damai),
santun, responsif dan pro-aktif dan menunjukan
sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai
permasalahan dalam berinteraksi secara efektif
dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam
menempatkan diri sebagai cerminan bangsa
dalam pergaulan dunia.

Memahami, menerapkan, menganalisis

pengetahuan prosedural berdasarkan rasa

ingintahunya tentang ilmu pengetahuan,

teknologi, seni, budaya, dan humaniora dengan

KI 3 wawasan kemanusiaan, kebangsaan,

kenegaraan, penyebab fenomena dan kejadian,

serta menerapkan pengetahuan prosedural pada

bidangkajian yang spesifik sesuai dengan bakat

dan minatnya untuk memecahkan mas alah.

faktual, konseptual, dan peradaban terkait

KI 4 Mengolah, menalar, dan menyaji dalam ranah
pengembangan dari yang dipelajarinya sekolah
menggunakan keilmuan. konkret dan ranah
abstrak terkait dengan mandiri, dan mampu
kaidah secara
metoda sesuai

xi

Tabel 1.3 Kompenensi Dasar

KOMPETENSI DASAR

1.Mengagumi keteraturan dan kompleksitas ciptaan Tuhan tentang aspek fisik dan kimiawi,
kehidupan dalam ekosistem, dan peranan manusia dalam lingkungan serta mewujudkannya
dalam pengamalan ajaran agama yang dianutnya.

2.Menunjukkan perilaku ilmiah (memiliki rasa ingin tahu, objektif, jujur, teliti, cermat, tekun,
hati-hati, bertanggung jawab, terbuka, kritis, kreatif, inovatif dan peduli lingkungan) dalam
aktivitas sehari-hari.

3.Mendeskripsikan hukum-hukum pertam dan kedua termodinamika baik rumus maupun
pengaplikasiannya.

4.Membuat laporan hasil penyelidikan tentang termodinamika dalam kehidupam seharihari .

Tabel 1.4 Indikator

INDIKATOR

1.Mendeskripsikan Pengertian Termodinamika
2.Mengitentifikasi usaha dan proses termodinaika
3.Menjelaskan hukum pertama termodinamika
4.Mengidentifikasi rumus-rumus yang ada pada hukum pertama termodinamika
5.Memberikan gambaran tentang hukum pertama termodinamika
6.Menjelaskan hukum kedua termodinamika
7.Mengidentifikasi rumus-rumus yang ada pada huku kedua termodinamika
8.Memberikan ilustrasi tentang hukum kedua termodinamika
9.Memberikan contoh pengaplikasian termodinamika, hukum termodinamika kesatu dan

hukum termodinamika kedua dalam kehidupan sehari-hari.
10.Menyusun laporan hasil pengamatan termodinamika dalam kehidupan sehari-hari.

Tabel 1.5 Tujuan Pembelajaran

TUJUAN PEMBELAJARAN

1.Menjelaskan dan memahami apa yang dimaksud dengan termodinamika
2.Mendeskripsikan usaha dan proses termodinamika
3.Menjelaskan hukum-hukum termodinamika
4.Mendeskripsikan dan memahami hukum pertama termodinamika
5.Menjelaskan dan memahami apa saja pengeaplikasian hukum pertama termodinamika
6.Mendeskripsikan dan memahami hukum kedua termodinamika
7.Menjelaskan dan memahami apa saja pengaplikasian hukum kedua termodinamika
8.Membuat laporan hasil observasi pengaplikasian termodinamika dalam kehidupan sehari-hari.

xii

PETA KONSEP

TERMODINAMIKA

Usaha dan proses
Hukum I
dalam Termodinamika

Termodinamika DDaasar--ddaassaarr Hukum I

THeurkmuomdIinTaemrmikoadinamika
Usaha dan Proses Proses yang terjadi pada

HPuroksuems yIanTgertemrjoaddiinpaamdaika
UTsaehrma osdisinteammiktearhadap ShikulkuusmCIaTrner
omt odinamika
lingkungan
ProPrsoesseIssIosbteorbmaraikl Hukum III
Proses Isokhorik Termodinamika
PrPorsoessesIsIsoobtearrmikik
PrPorsoessesAAddiiaabbaattiikk Dasar-dasar

Hukum II DHasuakru-mdaIsIaTreHrmuokduimnamIIiIk
a
Termodinamika Termodinamika
PrPorsoessesyyaannggtteerrjjadii ppaaddaa

DDasaasra-rd-adsaasrarHukum II
HuhkukuummIIIII TTeermrmoodidnianmamikaika

TeHrmukoudminIaImTiekramodinamika


Postulat menurut Kelvin – Planck

PoBstautlaastamn-ebnatuarsuatnCplaaduasius
ApHliukkausmi dIaIriTheurmkuomdinIaI
mika

Termodinamika
EnAtprolipkiasi yang ada
Mdei sHinukPuemndIiInTgienrmodinamika




xiii

A. Orientasi terhadap masalah

Gambar 1.1 Fenomena air mendidih
Sumber : Dokumen Pribadi

Pernahkan kalian memperhatikan air yang mendidih di dalam panci ?
Mengapa air tersebut mendidih ketika di panaskan?

Mendidih terjadi pada seluruh bagian air yang dipanaskan. Sebelum terjadi
pendidihan, air mengalami proses pemanasan yang unik. Hal ini terjadi karena
perambatan atau perpindahan kalor dalam air selama mengalami kenaikan suhu.
Perambatan kalor dalam air yang sedang dipanaskan terjadi karena gerakan
partikel air.

Mendidih adalah suatu kondisi di mana terjadi perubahan suatu zat dari fase
cair menjadi fase gas. Suhu saat zat cair mendidih pada tekanan 1 atmosfer disebut
titik didih. Pada saat mendidih, suhu zat cair tidak dapat bertambah lagi karena
kalor yang diberikan akan digunakan untuk mengubah wujud zat cair menjadi gas.

1

DISKUSI KASUS
PENIYbuAJRIiAsaNmMenAgSisAi aLiAr pHanas ke dalam termos untuk dibawanya pergi

jauh. Ketika dipertengahan jalan risa menangis ingin dibuatkan susu
oleh ibunya. Kemudian ibu segera membuatkan risa susu hangat
menggunakan air di dalam termos tersebut. Lalu Mengapa air dalam
termos tersebut dapat tetap panas setelah beberapa jam?

JAWABAN DISKUSI KASUS

2

B. MENGORGANISASIKAN SISWA

Sebelum menyelesaikan masalah, Lakukan kegiatan berikut!
1.Buat kelompok yang terdiri atas 4-5 orang
2.Diskusikan masalah tersebut dengan anggota kelompokmu dan
susunlah jawaban sementara (hipotesis) tentang permasalahan
tersebut

C. MEMBIMBING PENYELIDIKAN INDIVIDUAL
MAUPUN KELOMPOK

Alat dan bahan :
Alat peraga termoskop
Stopwatch
Penggaris

Langkah percobaan :
1.Ukur dan catatlah tinggi alkohol serta suhu pada masing masing
lampu sebelum lilin di nyalahkan.
2.Nyalahkan lilin dan susun di antara kedua lampu.
3.Lihatlah apa yang yg terjadi pada alkohol serta suhu pada masing
masing lampu ketika lilin sudah menyala
4.Catatlah perubahan tinggi alkohol dan suhu sesudah lilin di
nyalahkan selama waktu 5 menit.
5.Ulangi percobaan no.4 sampai waktu yang telah ditentukan (5 – 20
menit)

3

DATA PERCOBAAN

Tabel 1.6 Data Percobaan

No. Waktu (s) Ketinggian (cm) Suhu ( OC)

1.




2.




3.




4.




ANALISIS DATA

1.Berdasarkan data percobaan pada tabel, apa yang menyebabkan kenaikan

dan penurunan pada alkohol tersebut?

2.Berdasarkan data percobaan pada tabel, adakah perbedaan ketinggian dan

suhu yang dialami benda tersebut? 

4

TERMODINAMIKA

A. Pengertian Termodinamika

Termodinamika adalah cabang fisika yang mempelajari hukum-hukum dasar dan
membahas konversi energi termal menjadi usaha yang bermanfaat. Dalam

termodinamika, kumpulan benda-benda yang diperhatikan disebut sistem, sedangkan

semua yang ada disekitar sistem disebut lingkungan. Dalam termodinamika ada dua

jenis sistem, yaitu sistem tertutup dan sistem terbuka. Dalam sistem tertutup masa

dari sistem yang dianalisis tetap dan tidak ada

masa keluar dari sistem atau masuk kedalam

sistem, tetapi volumenya bisa berubah. Yang dapat

keluar masuk sistem tertutup adalah energi dalam

bentuk panas atau kerja. Dalam sistem terbuka,

energi dan masa dapat keluar sistem atau masuk Rudolf Julius Emanuel Clausius
kedalam sistem melewati batas sistem. Sebagian
besar mesin-mesin konversi energi adalah sistem Lahir di Rudolf Gottlieb, pada 2

terbuka. Januari 1822 – 24 Agustus 1888,


B. Usaha dan proses dalam Termodinamika adalah seorang fisikawan dan

Usaha yang dilakukan pada atau oleh matematikawan Jerman yang

dianggap sebagai salah satu

pencetus konsep dasar sains

termodinamika. Ia menyempurnakan

prinsip Sadi Carnot yang dikenal


sebagai Siklus Carnot.

sistem adalah ukuran energi yang dipindahkan Sumber : www.wacaberita.com
dari sistem ke lingkungan, atau sebaliknya.

1. Usaha Sistem terhadap Lingkungan

Usaha yang dilakukan sistem pada lingkungannya merupakan ukuran
energi yang dipindahkan dari sistem ke lingkungan.

5

Gambar 1.2 Silinder Tertutup
Sumber : Dokumen Pribadi

Gambar diatas, menunjukkan suatu gas di dalam silinder tertutup dengan
piston (penghisap) yang dapat bergerak bebas tanpa gesekan. Pada saat gas memuai,
piston akan bergerak naik sejauh Δs. Apabila luas piston A, maka usaha yang
dilakukan gas untuk menaikkan piston adalah gaya F dikalikan jarak Δs. Gaya yang
dilakukan oleh gas merupakan hasil kali tekanan P dengan luas piston A, sehingga:

= F. Δs
W = P. A . Δs

Karena A . Δs = ΔV , maka :
W = P . ΔV atau W = P ( V2 - V1 ) (berlaku apabila tekanan gas konstan)

Keterangan :
W = Usaha (J)
V1 = Volume mula-mula (m 3)
P = Tekanan (N/M2 )
V2 = Volume akhir (m3)
V = Perubahan volume (m3)

6

Apabila2V 1>V , maka usaha akan positif (W > 0). Hal ini berarti gas
(sistem) melakukan usaha terhadap lingkungan. Apabila V 2 < V 1 , maka usaha
akan negatif (W< 0). Hal ini berarti gas (sistem) menerima usaha dari
lingkungan. Untuk gas yang mengalami perubahan volume dengan tekanan tidak
konstan, maka usaha yang dilakukan sistem terhadap lingkungan dirumuskan:

dW = F. d = F. P. A . ds
dW = PdV

Jika volume gas berubah dari V1 menjadi V2 , maka:

dW = P
dV

Besarnya usaha yang dilakukan oleh gas sama dengan luas daerah di bawah kurva
pada diagram P-V

2. Proses dalam Termodinamika

Proses perubahan energi dalam termodinamika terbagi menjadi empat jenis,
yaitu proses isokhorik, proses isobarik, proses isotermal, dan proses adiabatik.

A. Proses Isotermal

Proses isotermal merupakan proses perubahan keadaan termodinamika
yang terjadi pada suhu konstan atau tetap. Suhu konstan tersebut menyebabkan
tidak ada perubahan energi dalam sistem atau ΔU = 0. Proses isotermal dapat
merumuskan sebagai berikut :

Tabel 1.7 Rumus Isotermal

Hukum I

Usaha

Perubahan
Energi Dalam Termodinamika

( )
W = T ln v2 U
= 0 Q =
W
v1

Menurut hukum Boyle, proses isothermal dapat dinyatakan dengan persamaan

PV = konstan atau P1 .V1 = P2 .V2

7

Gambar 1.3 Isotermal
Sumber : Dokumen Pribadi

B. Proses Isokhorik

Proses isokhorik adalah proses perubahan keadaan termodinamika yang

terjadi pada volume konstan atau tetap. Karena volumenya tetap, sistem tidak

melakukan ataupun menerima usaha dari lingkungannya. Kita dapat

merumuskannya dengan W = 0. Proses isokhorik dapat merumuskan sebagai
berikut :

Tabel 1.8 Rumus Isokhorik

Perubahan Hukum I
Energi Dalam Termodinamika



Usaha



W = 0 3 T Q =
U
U = 2

Pada proses isokhorik, kalor yang diberikan kepada sistem hanya digunakan
untuk menaikkan energi di dalamnya.
Menurut Hukum Gay Lussac proses isokhorik pada gas dapat dinyatakan dengan
persamaan :

p = Konstan atau p1 = p2
T T1 T2

8

Gambar 1.4 Isokhorik
Sumber : Dokumen Pribadi

C. Proses Isobarik

Proses isobarik merupakan proses perubahan sistem pada tekanan tetap.
Proses ini merujuk kepada perubahan keadaan termodinamika dalam tekanan
konstan. Usaha pada proses isobarik (W) dapat dirumuskan sebagai hasil kali
antara tekanan (P) dan perubahan volume (ΔV). Proses isobarik dapat
merumuskan sebagai berikut :

Tabel 1.9 Rumus Isobarik


Usaha

Perubahan Hukum I

Energi Dalam Termodinamika




W = p x V3
U = 2 T Q = W + U

Menurut Hukum Charles, persamaan keadaan gas pada proses isobarik dinyatakan
dengan persamaan :

v = konstan atau v1 = v2
T T1 T2

9

Gambar 1.5 Isobarik
Sumber : Dokumen Pribadi

D. Proses Adiabatik

Proses ini merujuk kepada perubahan keadaan termodinamika yang
berlangsung tanpa disertai perpindahan kalor antara sistem dan lingkungannya.
Kalor sistem yang konstan menyebabkan tidak terdapat perubahan kalor di dalam
sistem. Dalam matematika, kita dapat merumuskannya sebagai ΔQ = 0. Proses
adiabatik dapat dinyatakan sebagai berikut.

Tabel 1.10 Rumus Adiabatik


Usaha

Perubahan Hukum I

Energi Dalam Termodinamika




W =3 3
2 (T1 -T2 ) U = 2 T U = -W

Proses adiabatik ini mengikuti persamaan Poisson sebagai berikut PV = konstan
atau PV = PV

Gambar 1.6 Adiabatik
Sumber : Dokumen Pribadi

10

Hukum I Termodinamika

Hubungan antara kalor yang diterima atau dilepaskan suatu sistem, usaha yang

dilakukan pada sistem, serta perubahan energi dalam sistem yang ditimbulkan oleh
kalor dan usaha tersebut dijelaskan dalam Hukum I Termodinamika.

Hukum I Termodinamika adalah perluasan bentuk dari Hukum Kekekalan
Energi dalam mekanika. Hukum ini menyatakan bahwa: "Jumlah kalor pada
suatu sistem sama dengan perubahan energi dalam sistem tersebut ditambah
usaha yang dilakukan oleh sistem." Dengan demikian, meskipun energi kalor
sistem telah berubah menjadi energi mekanik (usaha) dan energi dalam, jumlah
seluruh energi tersebut selalu tetap. Secara matematis, Hukum I Termodinamika
dituliskan sebagai berikut :

Q = ΔU + W

Keterangan :
Q = kalor yang diterima atau dilepaskan oleh sistem,
ΔU = U2 — U1 = perubahan energi dalam sistem, dan
W = usaha yang dilakukan sistem.

Perjanjian tanda yang berlaku untuk Persamaan diatas tersebut adalah sebagai
berikut.
1. Jika sistem melakukan kerja maka nilai W berharga positif.
2. Jika sistem menerima kerja maka nilai W berharga negatif
3. Jika sistem melepas kalor maka nilai Q berharga negatif
4. Jika sistem menerima kalor maka nilai Q berharga positif

11

1. Siklus Carnot

Siklus Carnot adalah proses dimana gas yang melakukan proses dapat
dikembalikan ke keadaan semula (bersifat reversibel) tanpa kehilangan energi,
sehingga gas dapat melakukan usaha kembali.

Nicolas Léonard Sadi Carnot

Gambar 1.7 Siklus Carnot Ialah seorang ilmuwan yang lahir

Sumber : Dokumen Pribadi diPrancis. Sebagian besar

waktunya ia gunakan untuk

Keadaan suatu sistem dalam termodinamika
dapat berubah-ubah, berdasarkan percobaan menyelidiki mesin uap. Pada

1824, ia mempublikasikan esai

yang berjudul e lexions sur la


puissance motrice du eu.

Penemuannya menjadi dasar ilmu


termodinamika dan memberi
manfaat, besar terhadap

kehidupan manusia.

besaran-besaran keadaan sistem tersebut. Sumber: www.alliographies.com
Namun, besaran keadaan tersebut hanya berarti

jika sistem berada dalam keadaan setimbang.
Misalnya, jika mengamati suatu gas yang sedang memuai di dalam tabung,
temperatur dan tekanan gas tersebut di setiap bagian tabung dapat berubah-ubah.
Oleh karena itu, kita tidak dapat menentukan suhu dan temperatur gas saat kedua
besaran tersebut masih berubah. Agar dapat menentukan besaran-besaran gas, gas
harus dalam keadaan reversibel. Apakah yang dimaksud dengan proses reversibel?

Proses reversibel adalah suatu proses dalam sistem di mana sistem hampir selalu
berada dalam keadaan setimbang.

12

Gambar 1.8 Proses Reversibel
Sumber : Dokumen Pribadi

Perhatikan gambar berikut. Dari grafik P-V tersebut, suatu gas mengalami
perubahan keadaan dari A ke B. diketahui bahwa pada keadaan A sistem memiliki
tekanan P1 dan volume V1. Pada tekanan B, tekanan sistem berubah menjadi P2 dan
volumenya menjadi V2. Jika gas tersebut mengalami proses reversibel, keadaan gas
tersebut dapat dibalikkan dari keadaan B ke A dan tidak ada energi yang terbuang.
Oleh karena itu pada proses reversibel kurva P-V yang dibentuk oleh perubahan
keadaan sistem dari A ke B dan dari B ke A adalah sama.

Dalam kenyataannya, sulit untuk menemukan proses reversibel karena proses
ini tidak memperhitungkan energi yang hilang dari dalam sistem (misalnya,
gesekan). Namun, proses reversibel memenuhi Hukum I Termodinamika.Siklus
Carnot ini merupakan salah satu prinsip dasar siklus termodinamika yang
digunakan untuk memahami cara kerja mesin Carnot. Siklus Carnot juga
merupakan dasar dari mesin ideal, yaitu mesin yang efisiensi tertinggi yang disebut
dengan mesin Carnot. Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot adalah :

13

W = Q 1 – Q2 , Karena Q1 = T1
Q1 T2

Maka,

1 – T2
T2
( )W = Q1

Keterangan :
W = usaha mesin Carnot (J)
Q1 = kalor yang diserap dari reservoir suhu T1
Q2 = kalor yang dibuang pada reservoir suhu T2
T1 = suhu tinggi (K)
T2 = suhu rendah (K)

Dalam prakteknya dikenal mesin kalor seperti motor bakar, diesel dan mesin
uap. Pada siklus Otto terdiri dari proses adiabatis dan isokhorik, sedangkan pada
siklus diesel terdiri dari 3 proses, yaitu proses adiabatik, isobarik dan isokhorik.
Efisiensi mesin carnot adalah :

( )η =w 1– T2
Q1 x100% = T1 x 100%

Atau

( )η = 1 – Q2 x100%
Q1

Dari persamaan tersebut dapat disimpulkan bahwa efisiensi mesin Carnot dapat
ditingkatkan dengan cara menaikkan temperatur reservoir suhu tinggi atau
menurunkan temperatur reservoir suhu rendah.

14

Hukum II Termodinamika

H ukum II Termodinamika menyatakan adanya proses ireversible atau tidak

dapat balik. Hukum II Termodinamika menyebutkan bahwa "tidak mungkin
untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang
semata-mata mengubah energi panas yang diperoleh dari suatu reservoir
pada suhu tertentu seluruhnya menjadi usaha mekanik". Proses reversibel
sebenarnya menunjukkan adanya tenaga mekanis yang hilang. Semua proses
reversibel menuju ke ketidakteraturan. Misalkan sebuah kotak berisi gas
kemudian kotak menumbuk dinding secara tidak elastis. Gerak gas dalam kotak
menjadi tidak teratur, sehingga suhu gas naik. Gas menjadi kurang teratur dan
kehilangan kemampuan untuk melakukan usaha.

Hukum kedua termodinamika bisa dinyatakan sebagai berikut: “Entropi
dapat diciptakan tetapi tidak dapat dimusnahkan.” Berdasarkan postulat ini,
entropi yang ada pada sebuah proses bisa tetap tidak berubah dan bisa pula naik,
namun tidak mungkin berkurang. Entropi hanya bisa tetap tidak berubah pada
sebuah proses reversible (s1= s2). Contoh sebuah proses reversible adalah ayunan
bandul teoritis, dimana sama sekali tidak ada friksi yang menghambat ayunan.
Dengan demikian, jika bandul diayunkan ke arah kanan sejauh x maka bandul
akan kembali ke sebelah kiri sejauh x pula. Namun dalam kenyataannya, proses
semacam ini sangat sulit ditemui karena friksi meski hanya sedikit pasti akan ada.
Dalam kenyataannya, hampir semua proses yang terjadi di alam adalah
irreversible. Dalam sebuah proses irreversible, pasti akan terjadi kenaikan entropi
(s2> s1).

Hukum II Termodinamika memberikan batasan-batasan terhadap perubahan

energi yang mungkin terjadi dengan beberapa perumusan :
1.Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam satu siklus, menerima kalor

dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi energi atau usaha luas
(Kelvin Planck).
2.Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam suatu siklus mengambil
kalor dari sebuah reservoir rendah dan memberikan pada reservoir bersuhu
tinggi tanpa memerlukan usaha dari luar (Clausius).
3.Pada proses reversibel, total entropi semesta tidak berubah dan akan bertambah
ketika terjadi proses irreversibel (Clausius).

15

Postulat Hukum II Termodinamika menurut Kelvin – Planck

Postulat Kelvin – Planck adalah rumusan hukum kedua termodinamika
yang berlaku pada semua heat engine: “Sebuah mesin yang bekerja dalam
sebuah siklus tidaklah mungkin menerima panas dari sebuah reservoir
termal lalu mengubah seluruh panas tersebut menjadi kerja”. Postulat ini
menegaskan bahwa tidak mungkin sebuah heat engine bisa memiliki efisiensi 100
persen.

Formulasi Kelvin-Planck “Tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin
kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata mengubah energi panas
yang diperoleh dari suatu sumber pada suhu tertentu seluruhnya menjadi usaha
mekanik.” Dengan kata lain, formulasi Kelvin-Planck menyatakan bahwa tidak
ada cara untuk mengambil energi panas dari lautan dan menggunakan energi ini
untuk menjalankan generator listrik tanpa efek lebih lanjut, misalnya pemanasan
atmosfer. Oleh karena itu, pada setiap alat atau mesin memiliki nilai efisiensi
tertentu. Efisiensi menyatakan nilai perbandingan dari usaha mekanik yang
diperoleh dengan energi panas yang diserap dari sumber suhu tinggi.

Postulat Hukum II Ternodinamika menurut Clausius

Postulat Clausius untuk hukum kedua termodinamika merupakan landasan
kerja semua heat pump ataupun refrigerator: “Sebuah mesin yang bekerja
dalam sebuah siklus untuk memindahkan panas dari temperatur rendah ke
temperatur tinggi pasti membutuhkan asupan kerja (work input)”. Heat pump
adalah mesin siklik yang berfungsi sebagai pemanas. Adapun refrigerator adalah
mesin siklik yang berfungsi sebagai pendingin.

Formulasi Clausius “Tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor
yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata memindahkan energi panas
dari suatu benda dingin ke benda panas”. Dengan kata lain, seseorang tidak dapat
mengambil energi dari sumber dingin (suhu rendah) dan memindahkan seluruhnya
ke sumber panas (suhu tinggi) tanpa memberikan energi pada pompa untuk
melakukan usaha

16

Aplikasi dari hukum II Termodinamika

Aplikasi dari hukum II Termodinamika ialah mesin carnot. Hukum II
Termodinamika pada mesin Carnot berbunyi “Tidak mungkin untuk membuat
sebuah mesin kalor yang cara kerjanya meyerap kalor dari reservoir bersuhu
tinggi kemudian mengubah semua kalor tersebut menjadi usaha”. Dari
pernyataan tersebut dapat disimpulkan tidak mungkin ada mesin carnot dengan
efisiensi 100 %. Kalor yang diterima (Q1) oleh mesin Carnot di ubah menjadi usaha
(W) dan kalor sisanya akan dibuang (Q2 ).

Q1 = W + Q2

Entropi

Salah satu besaran termodinamika yang mengukur energi dalam sistem
persatuan temperatur yang tak dapat digunakan untuk melakukan usaha. Mungkin
manifestasi yang paling umum dari entropi adalah (mengikuti hukum
termodinamika), entropi dari sebuah sistem tertutup selalu naik dan pada kondisi
transfer panas, energi panas berpindah dari komponen yang bersuhu lebih tinggi ke
komponen yang bersuhu lebih rendah. Pada suatu sistem yang panasnya terisolasi,
entropi hanya berjalan satu arah (bukan proses reversibel/ bolak-balik). Entropi
suatu sistem perlu diukur untuk menentukan bahwa energi tidak dapat dipakai untuk
melakukan usaha pada proses-proses termodinamika. Proses-proses ini hanya bisa
dilakukan oleh energi yang sudah diubah bentuknya, dan ketika energi diubah
menjadi kerja/usaha, maka secara teoritis mempunyai efisiensi maksimum tertentu.
Selama kerja/ usaha tersebut, entropi akan terkumpul pada sistem, yang lalu
terdisipasi dalam bentuk panas buangan.

Hukum II Termodinamika juga menyatakan bahwa “Total entropi suatu
semesta adalah konstan atau tetap jika berlangsung proses reversible dan total
entropi suatu semesta akan bertambah jika berlangung proses irreversible.”
Dalam menyatakan Hukum II Termodinamika ini, Clausisu memperkenalkan
besaran baru yang disebut entropi (S). Entropi adalah besaran yang menyatakan
banyaknya energi atau kalor yang tidak dapat diubah menjadi usaha.

17

Ketika suatu sistem menyerap sejumlah kalor Q dari reservoir yang memiliki
temperatur mutlak, entropi sistem tersebut akan meningkat dan entropi reservoirnya
akan menurun sehingga perubahan entropi sistem dapat dinyatakan dengan
persamaan:

Q
ΔS= T

∆Pada persamaan tersebut berlaku pada sistem yang mengalami siklus reversibel dan

besarnya perubahan entropi ( ) hanya bergantung pada keadaan akhir dan keadaan
awal sistem.
Mesin Pendingin

Kalor dapat dipaksa mengalir dari benda dingin ke benda panas dengan
melakukan usaha pada sistem. Peralatan yang bekerja dengan cara seperti ini disebut
mesin pendingin (refrigerator). Contohnya lemari es dan pendingin ruangan.

Gambar 1.9 Mesin Pendingin
Sumber : Dokumen Pribadi

18

Dengan melakukan usaha W pada sistem (pendingin), sejumlah kalor 2Q
diambil dari resevoir bersuhu rendah T 2 (misalnya, dari dalam lemari es).
Kemudian, sejumlah kalor Q 1 dibuang ke reservoir bersuhu tinggi T 1 (misalnya,
lingkungan di sekitar lemari es). Ukuran kemampuan sebuah mesin pendingin
dinyatakan sebagai koefisien daya guna (koefisien permormansi) yang diberi
lambang Kp dan dirumuskan dengan persamaan

Kp = Q2
W

Oleh karena usaha yang diberikan pada mesin pendingin tersebut dinyatakan
dengan W = Q 1 – Q 2 , persamaannya dapat ditulis:

Kp = Q2

Q1 - Q 2

Jika gas yang digunakan dalam sistem mesin pendingin adalah gas ideal,
persamaannya dapat dituliskan menjadi :

Kp = T2
T1 - T2

Lemari es dan pendingin ruangan memiliki koefisien performansi dalam
jangkauan 2 sampai dengan 6. Semakin tinggi nilai Kp, semakin baik mesin
pendingin tersebut.

Hukum III Termodinamika

H ukum ke 3 termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum 3

termodinamika menyatakan bahwa “suatu sistem yang mencapai temperatur
nol absolut (temperatur dalam kelvin), semua prosesnya akan berhenti dan
entropi sistem akan mendekat nilai minimum”.

19

Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna
pada temperatur nol absolut bernilai nol.

Gambar 1.10 Hukum III Temodinamika
Sumber : Dokumen Pribadi

Susunan paling teratur dari zat kristalin sempurna pada nol absolut, dimana
pada susunan seperti ini atom atau molekul paling sulit bergerak. Entropi adalah
munculnya efek ketidak teraturan atau kerusakan pada saat terjadi peningkatan
energi pada suatu sistem. Semakin tinggi entropi semakin tinggi ketidak
teraturannya.

∆Δ S = S 2 - S 1 = Q
T

∆Keterangan :
S = perubah entropi (J/K)
S1 = entropi mula-mula
S2 = entropi akhir

∆T = temperatur (K)
Q = kalor yang diberikan kepada sistem (J)

20

Jadi, entropi paling rendah yang dapat dicapai setiap zat ialah entropi dari
suatu kristal sempurna pada nol absolut. Bedasarkan hukum ketiga termodinmika,
entropi kristal sempurna adalah nol pada suhu nol absolut. Jika suhu meningkat,
kebebasan gerak juga meningkat. Jadi, entropi pada suhu di atas 0 oK lebih besar
dari nol. Perhatikan juga bahwa jika kristal terkotori atau ada cacat, entropi lebih
besar dari nol meskipun pada 0 oK sebab susunnya tidak akan teratur secara
sempurna.

Hal terpenting tentang hukum ketiga termodinamika ialah bahwa hukum ini
memungkinkan kita menentukan entropi mutlak suatu zat. Dimulai dengan
mengetahui bahwa entropi suatu zat Kristal murni adalah nol pada suhu 0oK,

∆kitadapat mengukur peningkatan entropi zat bila dipanaskan, katakanlah pada 298o

K. perubahan entropi, S, diberikan oleh :

∆S = Sf - Si

= Sf

∆ Karena Si adalah nol. Entropi zat pada 298o K, dengen demikian, adalah
S atau Sf yang disebut entropi mutlak karena merupakan nilai sejati dan bukan
nilai yang diturunkan dengan menggunakanacuan sembarang.

Eksperimen Termodinamika

1. Praktikum “Hukum I Termodinamika”
a. Alat dan bahan :
Balon 2 buah
Lilin 1 buah
Gelas
Air
Korek api

21

b. Cara kerja
Masukan lilin ke dalam gelas, lalu hidupkan lilin menggunakan korek api.
Tiup balon dan ikat balonnya, kemudian taruh balon tersebut diatas lilin
yang telah di hidupkan. Lihat apa yang akan terjadi !
Ikuti seperti langkah pertama.
Isi balon dengan air, lalu tiup balonnya dan ikat.
Letakkan balon yang berisi air ke dalam gelas yang berisi lilin. Lihat apa
yang terjadi !

c. Hasil Pengamatan
Balon yang tidak berisi air jika dipanaskan akan meletus.
Balon yang berisi air akan menggembung ke dalam gelas memasuki gelas
yang berisi api. Lilin di dalam gelas akan mati disebabkan tidak ada lagi
udara yang masuk ke dalam gelas

d. Pembahasan
Balon adalah bahan yang terbuat dari karet dan bersifat elastis. Karet dari
balon yang tanpa air sangat lemah menahan tekanan udara dalam balon dan
menyebabkan balon akan meletus. Ketika api didekatkan pada balon yang
berisi air, maka air tersebut akan menyerap sebagian besar dari panas dari api.
Karet balon tersebut menjadi tidak terlalu panas sehingga karet masih bisa
menahan tekanan udara dari dalam balon sehingga balon tidak meletus.
Percobaan tersebut berhubungan dengan hukum I termodinamika yaitu
“kenaikan energi internal dari suatu sistem termodinamika sebanding dengan
jumlah panas yang ditambahkan kedalam sistem dikurangi dengan kerja yang
dilakukan oleh sistem terhadap lingkungannya.

2. Meniup balon tanpa di tiup “Hukum II Termodinamika”

a. Alat dan bahan
Balon
Baking soda
Cuka
Botol bekas
Karton di gulung

22

b. Cara kerja
Masukan baking soda dalam balon.
Masukan cuka dalam botol
Tutupkan balon pada mulut botol, sampai dirasa udara tidak adayang keluar.
Lalu tuang baking soda kedalam botol. Dan lihat apa yang terjadi !
Hasil pengamatan
Balon mengembang menjadi besar.

c. Pembahasan
Karena dalam hal ini terjadi reaksi antara baking soda dan cuka menghasilkan
karbondioksida. Kemudian karbondioksida yang bersuhu lebih tinggi akan
naik lalu mendorong udara menuju suhu yang lebih rendah, sehingga lama
kelaman menjadi mengembang. Hal ini sesuai dengan bunyi hukum
termodinamika II.

23

D. Mengembangkan dan Menyajikan Hasil Karya

Bagi kelompok yang telah ditunjuk oleh guru, persentasikanlah hasil
diskusi kelompokmu dari kegiatan praktikum yang telah dilakukan ke
depan kelas.
Bagi kelompok yang belum ditujuk, amatilah presentasi yang dilakukan
kelompok yang maju dan berikanlah tanggapan berupa pertanyaan atau
komentar, yang akan ditanggapi oleh kelompok yang maju.
Bagi kelompok yang maju, catat dan jawablah hasil pertanyaan atau
komentar dari kelompok lain.

E. Menganalisis dan Mengevaluasi
Proses Pemecahan Masalah

Kalian terlah mempelajari materi termodinamika. Hal-hal apa sajakah
yang harus diketahui dalam mempelajarinya? Catatlah dalam bentuk
rangkuman dari materi yang telah disampaikan oleh guru dan teman
kalian di kolom yang telah disediakan.
Kerjakanlah soal-soal evaluasi berupa pilihan ganda dan uraian dibawah
ini, kemudian hitunglah skor sesuai dengan pedomannya yantuk melihat
pemahaman.

24

KESIMPULAN

25

SOAL EVALUASI

Pilihan Ganda!

Pilihlah jawaban yang paling benar pada soal dibawah ini dengan memberi tanda

silang (x) pada huruf a,b,c,d atau e.

1. Pernyataan yang benar tentang proses termodinamika adalah…
a. Isobarik adalah proses perubahan gas pada suhu tetap
b. Isotermis adalah proses perubahan gas pada volume tetap
c. Isobarik adalah proses perubahan gas pada tekanan tetap
d. Isokhorik adalah proses perubahan gas pada suhu tetap
e. Isokhorik merupakan proses perubahan gas pada tekanan tetap

2. Semua gas ideal mengalami proses isokhorik sehingga…
a. Pada suhu tinggi kecepatan rata-rata molekul lebih besar
b. Tidak memiliki energi dalam
c. Gas akan melakukan usaha
d. Tekanan gas menjadi tetap
e. Semua molekul kecepatannya sama

3. Pada termodinamika, gas ideal mengalami proses isotermal jika…
a. Tekanan dan volume gas tidak mengalami perubahan
b. Perubahan keadaan gas suhunya selalu tetap
c. Semua keadaan gas suhunya selalu berubah
d. Semua molekul bergerak dengan kecepatan berbeda
e. Pada suhu tinggi kecepatan molekulnya lebih tinggi

4. Pernyataan yang benar mengenai proses adiabatik adalah ….
a. Volume gas berubah sehingga usahanya W = P ΔV
b. Volume gas tetap sehingga usahanya nol
c. Suhu gas tidak berubah sehingga energi dalam bernilai tetap
d. Panas yang diterima sistem digunakan untuk menaikkan energi dalam
e. Sistem tidak menerima ataupun melepas kalor

26

5. Jumlah kalor pada suatu sistem sama dengan perubahan energi dalam sistem
tersebut ditambah usaha yang dilakukan oleh sistem. Pernyatan tersebut
merupakan bunyi hukum…
a. Energi termodinamika
b. I Termodinamika
c. II Termodinamika
d. III Termodinamika
e. Siklus carnot

6. Mesin Carnot bekerja pada suhu tinggi 600°K, untuk menghasilkan kerja
mekanik. Jika mesin menyerap kalor 600 J dengan suhu rendah 400°K, maka
usaha yang dihasilkan adalah…
a. 135 J
b. 124 J
c. 200 J
d. 148 J
e. 120 J

7. Mesin pendingin memiliki reservoir suhu rendah sebesar −15°C. Jika selisih
suhu antara reservoir suhu tinggi dan suhu rendahnya sebesar 40°C, koefisien
performansi mesin tersebut adalah….
a. 7,2
b. 6,7
c. 8,5
d. 6,45
e. 7,5

8. Mesin carnot yang menggunakan reservoir suhu tinggi bersuhu 800°K
mempunyai efisiensi sebesar 40%. Agar efisiensinya naik menjadi 50%, maka
suhu reservoir suhu tinggi dinaikkan menjadi….
a. 1.000 K
b. 900 K
c. 2.000 K
d. 180 K
e. 960 K

27

9. Sistem menyerap kalor 1.500 kalori dari lingkunganya ( 1 kalori = 4,2 J ) dan
melakukan kerja sebesar 2.300 J terhadap lingkunganya. Perubahan energi
sistem adalah....
a. 6.000 J
b. 8.000 J
c. 4.000 J
d. 7.000 J
e. 5.000 J

10.Perhatikan Grafik Tekanan (P) dan Volume (V). pada Grafik tersebut
menunjukan terjadinya perubahan tekanan dalam ruang tertutup (Volume Tetap)
proses ini disebut proses…

a. Isotermal
b. Isokhorik
c. Siklus Carnot
d. Isobarik
e. Adiabatik

Essay!

Jawablah pertanyaan dibawah ini dengan benar!

1.Mesin dalam satu siklus menyerap kalor sebesar 3x10 3 Joule dari reservoir panas
dan melepaskan kalor 2,5x10 3 Joule ke reservoir yang tempeataturnya lebih
rendah. Jika waktu yang diperlukan untuk melaukan 6 siklus adalah 3 detik. Maka
daya tersebut sebesar!

2.Suatu gas memiliki volume awal 2m 3 dipanaskan dengan kondisi isobarik hingga
volume akhirnya menjadi 4m 3 . Jika tekanan gas adalah 3 atm, tentukan usaha luar
gas tersebut! (1 atm = 1,01 x 10 5 Pa)

3.Volume awal dari suatu gas adalah 4m 3 akan dipanaskan secara isobarik dengan
usaha luar gas tersebut adalah 6,06 × 10 5Joule . Jika diketahui tekanan gas adalah 2
atm, berpakah volume gas tersebut setelah dipanaskan? (1 atm = 1,01 x 10 5 Pa)

4.Sebuah mesin kalor menyerap kalor sebesar Joule 400 Joule dari tendon bersuhu
dan melepas kalor 200 Joule pada tendon bersuhu rendah. Maka hitunglah usaha
luar yang dilakukan mesin dan efisiensi mesin tersebut.

5.0,5 m 3 gas dipanaskan pada proses isobaris volumenya menjadi 2m 3. Jika usaha
luar gas tersebut 3 × 10 5 joule besar tekanan gas sekarang adalah

28

Isilah kolom dibawah ini sesuai dengan pertanyaan berikut!

3

2 5
1

4

SOAL MENDATAR
1. Proses perubahan keadaan termodinamika yang terjadi pada volume konstan

atau tetap merupakan proses dari...
3. Proses perubahan keadaan termodinamika yang berlangsung tanpa disertai

perpindahan kalor antara sistem dan lingkungannya merupakan proses dari...

SOAL MENURUN
2. Proses perubahan sistem pada tekanan tetap merupakan proses dari...
4. Proses perubahan keadaan termodinamika yang terjadi pada suhu konstan atau

tetap merupakan proses dari...
5. Salah satu besaran termodinamika yang mengukur energi dalam sistem per

satuan temperatur yang tak dapat digunakan untuk melakukan usaha merupakan
pengertian dari dari...

29

Jodohkanlah pernyataan pada bagian A dengan jawaban pada bagian B
berikut dengan tepat!

Tabel 1.11 Menjodohkan

A 1 B

"Jumlah kalor pada suatu a Siklus Car
not
sistem sama dengan perubahan
energi dalam sistem
tersebut
ditambah usaha yang
dilakukan oleh sistem."

Q
2 b Hukum II
Termodinamika
ΔS= T

“suatu sistem yang mencapai 3 c Hukum I T
ermodinamika
temperatur nol absolut
(temperatur dalam kelvin),




semua prosesnya akan berhenti
dan entropi sistem akan
mendekat nilai minimum”.

1 –
T2
T2
( )W = Q1 4 d Entropi


Menyebutkan bahwa tidak 5 e Hukum II
I Termodinamika
mungkin untuk membuat
sebuah mesin kalor yang
bekerja dalam suatu siklus
yang semata-mata
mengubah
energi panas yang diperoleh
dari suatu reservoir pada suhu
tertentu seluruhnya menjadi
usaha mekanik.

30

RANGKUMAN

Termodinamika sendiri merupakan cabang ilmu fisika yang mempelajari
tentang usaha untuk mengubah kalor menjadi energi.
Usaha dan Proses dalam Termodinamika, persamaan usaha yang dilakukan gas
dapat ditulis sebagai berikut: = . atau = ( 2 – 1) (berlaku apabila
tekanan gas konstan).
Usaha yang dilakukan sistem pada lingkungannya merupakan ukuran energi
yang dipindahkan dari sistem ke lingkungan.
Proses termodinamika adalah proses yang dialami oleh suatu sistem yang
melibatkan perubahan energi akibat perubahan tekanan, volume, temperatur,
atau perpindahan kalor.
Proses termodinamika terdiri dari empat jenis, yaitu:
Isokhorik → volume tetap (atau isovolumis atau isometric) → W = 0
Isobarik → tekanan tetap
Isotermal → suhu tetap → ΔU = 0
Adiabatik → tidak terjadi pertukaran kalor → Q = 0
Hukum I Termodinamika, menyatakan bahwa: "Jumlah kalor pada suatu sistem
sama dengan perubahan energi dalam sistem tersebut ditambah usaha yang
dilakukan oleh sistem." Yang dituliskan sebagai berikut Q = ΔU + W
Hukum kedua termodinamika menyatakan: “Entropi dapat diciptakan tetapi
tidak dapat dimusnahkan.” Berdasarkan postulat ini, entropi yang ada pada
sebuah proses bisa tetap tidak berubah dan bisa pula naik, namun tidak mungkin
berkurang. Entropi hanya bisa tetap tidak berubah pada sebuah proses reversible
(s = s ). 1 2
Aplikasi dari hukum II Termodinamika salah satunya ialah mesin carnot.
Hukum II Termodinamika pada mesin Carnot berbunyi “Tidak mungkin untuk
membuat sebuah mesin kalor yang cara kerjanya meyerap kalor dari reservoir
bersuhu tinggi kemudian mengubah semua kalor tersebut menjadi usaha”. Dari
pernyataan tersebut dapat disimpulkan tidak mungkin ada mesin carnot dengan
efisiensi 100 %.

31

Rangkuman Rumus

Persamaan Keadaan Gas
Hukum Boyle, Suhu tetap

PV = konstan atau P1 .V1 = P2 .V2

Maka,
Hukum Gay-Lussac, Tekanan tetap

p = Konstan atau p1 = p2
T T1 T2

Hukum Charles, Volume tetap

v = konstan atau v1 = v2
T T1 T2

Tabel 1.12 Rumus

Pro
ses Usa
ha Perubahan Hukum I





Energi Dalam Termodinamika
Q =
W
( )Isote
rmal v2 U
= 0 Q =
U
W = T
ln v1
Q = W
+ U
Isokh
orik W =
0 U = 23
T U =
-W

Isob
arik W = p
x V U = 23
T

Adiab
atik W= 3
(T1 -T2 ) U = 23
T
2

Mesin carnot

( )η = w 1– T2
Q1 x100% = T1 x 100%

Efisiensi mesin carnot adalah :

W = Q1 – Q2

32

KUNCI JAWABAN

Pilihan Ganda!

1. C
2. A
3. B
4. E
5. B
6. C
7. D
8. E
9. C
10. B

ESSAY! 2. Pembahasan
Diketahui :
1. Pembahasan V1 = 2 m3
Diketahui : V2 = 4 m3
6 siklus = 3 detik P = 3 atm = 3,03 x 10 5 Pa
1 siklus = 0,5 detik
Q1 = 3000 J Ditanya : Usaha (W)?
Q2 = 2500 J
Jawab :
Ditanya : Daya (P)? W = P (ΔV)
W = P (V2-V1 )
Jawab : W = 3,03 x 105(4-2)
W = 3000 - 2500 W = 3,03 x 105(2)
W = 500 J W = 6,06 x 105
P = W/t
P = 500/0,5 33
P = 1000 Watt = 103 Watt

3. Pembahasan 4. Pembahasan
Diketahui : Diketahui :
V = 4 m3 Q 1 = 400 Joule
W = 6,06 x 105 Joule Q 2 = 200 Joule
P = 2 atm = 2,02 x 10 5 Pa
Ditanya : Usaha (W) dan Efisiensi (η) ?
Ditanya : Isobaris -> Tekanan Tetap ?
Jawab :
Jawab : A. W = Q1- Q 2
W = P (ΔV)
W = P(V2 − V1 ) W = 400 -200
6,06 × 105 = 2,02 × 105 × (V − 4) W = 200 Joule
V2 − 4 = (6,06 × 105) / (2,02 × 10 5) B. η = W/Q1 x 100%
V2 − 4 = 3 η = 200/400 x 100%
V2 = 3 + 4 η = 50 %
V2 = 7 m3

5. Pembahasan

Diketahui :
W = 3 x 105Joule
ΔV = 0,5 m3

Ditanya : Tekanan Gas (P) ?

Jawab :

W = P . ΔV
3 × 10 5 = P . (2 – 0,5)
P = 1,5 × 105N/m 2

34

KUNCI JAWABAN

TTS!

1. Isokhorik
2. Isobarik
3. Adiabatik
4. Isotermal
5. Entropi

Sambung Kata!

1c
2d
3e
4a
5b

35

GLOSARIUM

1.Termodinamika adalah cabang fisika yang mempelajari hukum-hukum dasar
dan membahas konversi energi termal menjadi usaha yang bermanfaat.

2.Usaha yang dilakukan pada (atau oleh) sistem adalah ukuran energi yang
dipindahkan dari sistem ke lingkungan, atau sebaliknya.

3.Usaha yang dilakukan sistem pada lingkungannya merupakan ukuran energi
yang dipindahkan dari sistem ke lingkungan.

4.Proses isotermal merupakan proses perubahan keadaan termodinamika yang
terjadi pada suhu konstan atau tetap.

5.Proses isokhorik adalah proses perubahan keadaan termodinamika yang
terjadi pada volume konstan atau tetap.

6.Proses isobarik merupakan proses perubahan sistem pada tekanan tetap.
7.Proses adiabatik ini merujuk kepada perubahan keadaan termodinamika yang

berlangsung tanpa disertai perpindahan kalor antara sistem dan
lingkungannya.
8.Hukum I Termodinamika adalah perluasan bentuk dari Hukum Kekekalan
Energi dalam mekanika. Hukum ini menyatakan bahwa: "Jumlah kalor pada
suatu sistem sama dengan perubahan energi dalam sistem tersebut ditambah
usaha yang dilakukan oleh sistem."
9.Siklus carnot adalah proses dimana gas yang melakukan proses dapat
dikembalikan ke keadaan semula (bersifat reversibel) tanpa kehilangan
energi, sehingga gas dapat melakukan usaha kembali.
10.Proses reversibel adalah suatu proses dalam sistem di mana sistem hampir
selalu berada dalam keadaan setimbang.
11.Hukum II Termodinamika menyebutkan bahwa tidak mungkin untuk
membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-
mata mengubah energi panas yang diperoleh dari suatu reservoir pada suhu
tertentu seluruhnya menjadi usaha mekanik.
12.Postulat Hukum II Termodinamika menurut Kelvin – Planck yaitu “Sebuah
mesin yang bekerja dalam sebuah siklus tidaklah mungkin menerima panas
dari sebuah reservoir termal lalu mengubah seluruh panas tersebut menjadi
kerja”.

36

13. Formulasi Kelvin-Planck “Tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin
kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata mengubah energi
panas yang diperoleh dari suatu sumber pada suhu tertentu seluruhnya
menjadi usaha mekanik.”

14. Postulat Hukum II Ternodinamika menurut Clausius yaitu “Sebuah mesin
yang bekerja dalam sebuah siklus untuk memindahkan panas dari temperatur
rendah ke temperatur tinggi pasti membutuhkan asupan kerja (work input)”.

15. Formulasi Clausius “Tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor
yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata memindahkan energi
panas dari suatu benda dingin ke benda panas”.

16. Hukum II Termodinamika pada mesin Carnot berbunyi “Tidak mungkin
untuk membuat sebuah mesin kalor yang cara kerjanya meyerap kalor dari
reservoir bersuhu tinggi kemudian mengubah semua kalor tersebut menjadi
usaha”.

17. Entropi merupakan salah satu besaran termodinamika yang mengukur energi
dalam sistem per satuan temperatur yang tak dapat digunakan untuk
melakukan usaha.

18. Entropi menurut "Clausius" adalah besaran yang menyatakan banyaknya
energi atau kalor yang tidak dapat diubah menjadi usaha.

19. Hukum ke III termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum
III termodinamika menyatakan bahwa “suatu sistem yang mencapai
temperatur nol absolut (temperatur dalam kelvin), semua prosesnya akan
berhenti dan entropi sistem akan mendekat nilai minimum”.

37