Hukum Pertama Termodinamika

Hukum pertama termodinamika adalah suatu pernyataan mengenai hukum universal dari kekekalan energi dan mengidentifikasikan perpindahan panas sebagai suatu bentuk perpindahan energi. Pernyataan paling umum dari hukum pertama termodinamika ini berbunyi:

Kenaikan energi internal dari suatu sistem termodinamikasebanding dengan jumlah energi panas yang ditambahkan ke dalam sistem dikurangi dengan kerja yang dilakukan oleh sistem terhadap lingkungannya.

Pondasi hukum ini pertama kali diletakkan oleh James Prescott Joule yang melalui eksperimen-eksperimennya berhasil menyimpulkan bahwa panas dan kerja saling dapat dikonversikan. Pernyataan eksplisit pertama diberikan oleh Rudolf Clausius pada 1850: "Terdapat suatu fungsi keadaan E, yang disebut 'energi', yang diferensialnya sama dengan jumlah kerja yang dipertukarkan dengan lingkungannya pada suatu proses adiabatik."

Energi dalam sistem merupakan jumlah total semua energi molekul dalam sistem. Apabila usaha dilakukan pada sistem atau sistem memperoleh kalor dari lingkungan, maka energi dalam pada sistem akan naik. Sebaliknya energi dalam akan berkurang apabila sistem melakukan usaha pada linngkungan atau sistem memberi kalor pada lingkungan. Dengan demikian, perubahan energi dalam pada sistem yang tertutup merupakan selisih kalor yang diterima dengan usaha yang dilakukan sistem.

∆U = Q – W         atau            Q = ∆U + W

dengan

∆U  : Perubahan energi dalam (J)

Q     : Kalor yang diterima/dilepas (J)

W    : Usaha (J)

demensi / tanda :

d : + (bila energy system bertambah)
      - (sebaliknya)
Q : + (bila dQ  masuk kedalam system)
       - (bila dQ keluar dari system)
w : + ( bila volume di kompresi )

      - (bila terjadi ekspansi volume)

Hukum pertama termodinamika merupakan hukum kekekalan energi.  Menurut hukum pertama termodinamika, setelah mengalami proses tertentu, sistem berubah dari keadaan 1 ke keadaan 2, maka energi-dalamnya berubah dari U₁ ke U₂. Selama proses itu berlangsung, sistem menerima kalor sebanyak Q dan melakukan usaha sebesar W, sehingga didapat persamaan :

dQ = dU + dW                                                           (persamaan 1)

Q = (U₂  - U₁)  + W                                                    (persamaan 2)

Baik persamaan 1 ataupun persamaan 2 merupakan hukum pertama termodinamika.

Hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa energi kekal adanya, kalau diperhitungkan semua bentuk energi yang timbul. Tidak hanya energi mekanik saja yang harus diperhitungkan, tapi juga energi-dalam dan kalor.

Hukum ini menyatakan pula, bahwa usaha tak dapat diperoleh dengan cuma-cuma. Kalau tidak diberi energi dari luar, sistem yang melakukan usaha itu akan berkurang energi-dalamnya dan pada suatu saat akan habis sehingga sistem akan berhenti.