Isokhorik kalor tabung tertutup berisi gas ideal diukur volumenya 4,0 L

Soal

Isokhorik: kalor tabung tertutup berisi gas ideal diukur volumenya 4,0 L dan berisi 0,40 mol gas. Gas dipanaskan secara isokhorik dari 300 K menjadi 450 K. Tentukan:

1. besar kalor yang diserap gas jika gas bersifat diatomik
2. perubahan energi dalam gas tersebut

Diketahui

1. Jumlah mol: $n=0,40\text{mol}$
2. Suhu awal: $T_1=300\text{K}$
3. Suhu akhir: $T_2=450\text{K}$
4. Perubahan suhu: $\Delta T=T_2-T_1=450-300=150\text{K}$

Konsep Penting (Isokhorik)

1. Proses isokhorik artinya volume tetap, sehingga usaha: $W=0$
2. Hukum I Termodinamika: $Q=\Delta U+W$ karena $W=0$, maka: $Q=\Delta U$
3. Untuk gas ideal diatomik (tanpa getaran), kalor jenis pada volume tetap: $C_V=\frac{5}{2}R$

a) Kalor yang Diserap (Q)

Rumus kalor pada isokhorik:

$Q=n{C}_V\Delta T$

Substitusi nilai:

$Q=n\left(\frac{5}{2}R\right)\Delta T$

$Q=0,40\times \frac{5}{2}\times 8,314\times 150$

$Q\approx 1247\text{J}=1,25\text{kJ}$

b) Perubahan Energi Dalam (ΔU)

Karena proses isokhorik punya $W=0$, maka:

$\Delta U=Q$

Jadi: $\Delta U\approx 1247\text{J}=1,25\text{kJ}$

Jawaban Akhir

1. Kalor yang diserap gas (diatomik) pada proses isokhorik: $Q\approx 1,25\text{kJ}$
2. Perubahan energi dalam gas: $\Delta U\approx 1,25\text{kJ}$

Catatan: di sini diasumsikan gas diatomik hanya punya 5 derajat kebebasan (tanpa kontribusi getaran), sehingga $C_V=\frac{5}{2}R$.