Suatu gas ideal monoatomik sebanyak 4 mol berada pada keadaan awal bervolume 6 liter, gas mengalami kompresi isotermik sampai tekanannya menjadi 4 atm dan volumenya 2 liter. Grafik p-V dinyatakan seperti pada gambar di samping ini. Bandingkan besar usaha yang dikerjakan oleh gas pada lingkungan lewat proses 1-3 dan 1-2-3!

Jawaban yang benar adalah 1,65 : 1. Diketahui: Grafik gas ideal mengalami proses isotermik/isotermis n = 4 mol V1 = 6 liter = 6 x 10^-3 m³ p2 = 4 atm = 4 x 10^5 Pa V2 = 2 liter = 2 x 10^-3 m³ R = 8,31 J/mol.K Ditanya: W13 : W123 = ...? Jawab: Konsep yang kita pakai adalah proses keadaan gas termodinamika. Dalam termodinamika terdapat 4 proses keadaan gas, yaitu isobarik, isokhorik, isotermik, dan adiabatik. Pada proses isotermik atau isotermis, suhu proses berlangsung dalam nilai yang tetap (ΔT = 0). Hal ini menyebabkan tidak terjadi perubahan energi dalam (ΔU = 0). Maka berdasarkan hukum I Termodinamika dapat diperoleh: Q = W + ΔU Q = W + 0 Q = W = n R T ln (V2/V1) Q = W = n R T ln (p1/p2). Keterangan: Q = kalor atau energi panas (J) W = usaha luar (J) p = tekanan (Pa) V = volume (m^3) Indeks 1 = awal dan 2 = akhir. Berdasarkan grafik yang diberikan, hitung suhu yang dialami gas terlebih dahulu dari persamaan umum gas ideal. p2 V2 = n R T T = (4 x 10^5 x 2 x 10^-3) / (4 x 8,31) T = 24,07 K. Sehingga, usaha pada proses 1-3 secara langsung yaitu: W13 = n R T ln (V2/V1) W13 = 4 x 8,31 x 24,07 x ln (2/6) W13 = -878,98 J. Sedangkan pada proses 1-2-3 terdiri dari dua proses, yaitu isobarik dan isokhorik. Maka, tekanan awal gas diperoleh yaitu: p1 V1 = p2 V2 p1 = (4 x 10^5 x 2 x 10^-3) / (6 x 10^-3) p1 = 4/3 x 10^5 Pa. Sehingga, usaha pada proses 1-2-3 yaitu: W123 = W12 + W23 W123 = p1 x (V1 - V2) + 0 W123 = 4/3 x 10^5 x (2 - 6) x 10^-3 W123 = -16/3 x 10^2 W123 = -533,33 J. Maka perbandingan akhir diperoleh: W13 : W123 = -878,98 : -533,33 W13 : W123 = 1,65 : 1. Jadi, perbandingan besar usaha yang dikerjakan oleh gas pada lingkungan lewat proses 1-3 dan 1-2-3 adalah 1,65 : 1.