Contoh soal penerapan hukum I termodinamika pada proses isobarik (tekanan tetap)

1. Grafik tekanan (P) – volume (V) gas yang mengalami proses isobarik. Usaha yang dilakukan oleh gas pada proses AB adalah…

Pembahasan
Diketahui :
Tekanan (P) = 5 x 10⁵ N/m²
Volume awal (V₁) = 2 m³
Volume akhir (V₂) = 6 m³
Ditanya : usaha yang dilakukan pada proses AB
Jawab :
W = P (V₂ – V₁)
W = (5 x 10⁵)(6 – 2) = (5 x 10⁵) (4)
W = 20 x 10⁵ = 2 x 10⁶ Joule

2. Selisih usaha yang dilakukan oleh gas pada proses AB dan CD adalah…

Pembahasan
Diketahui :
Proses isobarik AB :
Tekanan (P) = 6 atm = 6 x 10⁵ N/m²
Volume awal (V₁) = 1 liter = 1 dm³ = 1 x 10^-3m³
Volume akhir (V₂) = 3 liter = 3 dm³ = 3 x 10^-3m³  
Proses isobarik CD :
Tekanan (P) = 4 atm = 4 x 10⁵ N/m²
Volume awal (V₁) = 2 liter = 2 dm³ = 2 x 10^-3 m³
Volume akhir (V₂) = 5 liter = 5 dm³ = 5 x 10^-3 m³
Ditanya : Selisih usaha yang dilakukan oleh gas pada proses AB dan CD
Jawab :
Usaha yang dilakukan oleh gas pada proses AB :
W = P (V₂ – V₁)
W = (6 x 10⁵)(3 x 10^-3 - 1 x 10^-3)
W = (6 x 10⁵)(2 x 10^-3)
W = 12 x 10² = 1200 Joule
Usaha yang dilakukan oleh gas pada proses CD :
W = P (V₂ – V₁)
W = (4 x 10⁵)(5 x 10^-3 - 2 x 10^-3)
W = (4 x 10⁵)(3 x 10^-3)
W = 12 x 10² = 1200 Joule
Selisih usaha yang dilakukan gas pada proses AB dan CD adalah 1200 – 1200 = 0.

3. Usaha yang dilakukan gas pada proses ABC adalah…

Pembahasan
Diketahui :
Tekanan 1 (P₁) = 6 x 10⁵ Pascal = 6 x 10⁵ N/m²
Tekanan 2 (P₂) = 3 x 10⁵ Pascal = 3 x 10⁵ N/m²
Volume 1 (V₁) = 2 cm³ = 2 x 10^-6 m³
Volume 2 (V₂) = 6 cm³ = 6 x 10^-6 m³
Ditanya : Usaha yang dilakukan pada proses ABC.
Jawab :
Pada proses AB, volume konstan sehingga tidak ada usaha yang dilakukan oleh gas. Gas melakukan usaha hanya pada proses BC. Jadi usaha pada proses ABC = usaha pada proses BC.
W = P₂ (V₂ – V₁)
W = (3 x 10⁵)(6 x 10^-6 – 2 x 10^-6)
W = (3 x 10⁵)(4 x 10^-6)
W = 12 x 10^-1
W = 1,2 Joule

Usaha yang dilakukan pada proses ABC = 1,2 Joule.