Latihan termodinamika dengan pembahasan

Kompresi pada tekanan luar konstan

Latihan 8 · Pelajaran 4 — Hukum Pertama Termodinamika

  • kerja gaya tekanan
  • tekanan luar konstan
  • kompresi
  • ekspansi
  • ekspansi bebas

Soal

Suatu gas dikompresi dari volume VAV_A ke volume VB<VAV_B<V_A di bawah tekanan luar konstan P0P_0.

  1. Hitung kerja yang diterima gas.
  2. Gas kembali dari VBV_B ke VAV_A melawan tekanan luar P0P_0 yang sama. Hitung kerja yang diterima dan bandingkan dengan kerja kompresi.
  3. Ulangi ekspansi dari VBV_B ke VAV_A ketika gas mengembang ke ruang hampa. Tafsirkan ketiga tanda yang diperoleh.

Petunjuk
Gunakan W=−∫Pext dVW=-\int P_{\mathrm{ext}}\,\mathrm{d}V. Yang harus diintegralkan ialah tekanan luar, termasuk ketika proses tidak kuasistatik.

Pembahasan terperinci

Solusi
Pertanyaan 1. Tekanan luar konstan, sehingga

WA→B=−P0(VB−VA)=P0(VA−VB)>0.W_{A\to B}=-P_0(V_B-V_A)=P_0(V_A-V_B)>0.

Gas menerima kerja selama kompresi.

Pertanyaan 2. Untuk proses kembali,

WB→A=−P0(VA−VB)<0.W_{B\to A}=-P_0(V_A-V_B)<0.

Kedua kerja saling berlawanan karena kedua proses berlangsung melawan tekanan luar konstan yang sama.

Pertanyaan 3. Dalam ruang hampa, Pext=0P_{\mathrm{ext}}=0, sehingga

WB→Avide=0.W_{B\to A}^{\mathrm{vide}}=0.

Jadi ekspansi tidak otomatis berarti kerja negatif: harus benar-benar ada gaya luar yang didorong.