Termodinamika

Present by :

Efert KajoEmenus WeyaFajar LumentaLois Tulangow

Ni made Widiasih

Pengertian&

Istilah-istilahTerkait

Hukum I

Termodinamika

& Usaha dalam proses Termodinamika

Asas Black

Hukum II

Termodinamika

T E R M O D I N A M I K A

Thermos

• Panas

Dynamic

• Perubahan

Termodinamika adalah kajian mengenai kalor (panas) yang berpindah.

••••••••••••••••••••••••••••••••••

PENGERTIAN

Energi Dalam

Lingkungan

Kalor

Istilah-istilah Terkait • Istilah-istilah Terkait •

Siklus

Usaha

Sistem

Main Menu

Ada pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungannya.

Sistem Terbuka

Ada pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungannya.

Sistem Terbuka

Ada pertukaran energi tetapi tidak terjadi pertukaran massa sistem dengan lingkungan

Sistem Tertutup

yang menjadi subyek pembahasan / fokus perhatian

••••••••••••••••••••••••••••••••••

SISTEM

Main Menu

Istilah

segala sesuatu yang tidak termasuk dalam sistem atau segala keadaan di luar sistem.

LingkunganBatas sistem

••••••••••••••••••••••••••••••••••

Lingkungan

Main Menu

Istilah

kalor adalah energi yang berpindah akibat adanya perbedaan suhu

••••••••••••••••••••••••••••••••••

Kalor (Q)

TmcQ TCQ atau

Dengan :

c : kalor jenis gas

C : kapasitas kalor gas Main Menu

Istilah

Jumlah seluruh energi kinetik molekul sistem, ditambah jumlah energi potensial, timbul akibat adanya interaksi antara molekul sistem.

••••••••••••••••••••••••••••••••••

Energi Dalam (U)

WQUUU 12

U = U2-U1= Q – W

+Q = sistem menerima kalor

-Q = sistem mengeluarkan kalor

+W = sistem melakukan usaha

-W = sistem dikenai usahalingkungan

sistem

+Q -Q

+W-W

••••••••••••••••••••••••••••••••••...Energi Dalam (U)

perubahan energi dalam gas untuk gas monoatomik

Untuk gas diatomik

∆U: perubahan energi dalam gas

n : jumlah mol gasR : konstanta umum

gas (R = 8,31 J mol−1 K−1)

∆T : perubahan suhu gas (K)

TnRNkTU 2

3

2

3

TnRTNkU 2

5

2

5

••••••••••••••••••••••••••••••••••...Energi Dalam (U)...

“Perubahan energi dalam U hanya bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir dan tidak bergantung pada lintasan yang

ditempuh oleh sistem”

••••••••••••••••••••••••••••••••••...Energi Dalam (U)

Main Menu

Istilah

W = ∫ P.dVdv

P = F.A

Usaha merupakan proses perpindahan energi melalui

cara-cara mekanis.

••••••••••••••••••••••••••••••••••

Usaha (W)

2

1

V

VPdVW

Jika volume gas berubah dari V1 menjadi V2, maka:

(m3) (m3)

(N/m2) (N/m2)

••••••••••••••••••••••••••••••••••

...Usaha (W)...

W negatif ( - )

p

VV2 V1

12

sistem menerima usaha dari lingkunganbila gas menyusut atau berkompresi atau volume menyusut (V2<V1) atau arah lintasan proses ke kiri .

••••••••••••••••••••••••••••••••••

...Usaha (W)...

W positif ( + )

1 2

p

V1 V2

V

sistem melakukan usaha terhadap lingkungan bila gas memuai atau berekspansi atau volume bertambah (V2>V1) atau arah lintasan proses ke kanan .

••••••••••••••••••••••••••••••••••

...Usaha (W)

Main Menu

Istilah

Siklus adalah :

Serangkaian proses pada suatu sistem

sedemikian sehingga sistem tersebut

kembali ke keadaan semula

W

P

Va

b

c

d

0

••••••••••••••••••••••••••••••••••

SIKLUS

Main Menu

Istilah

“Total panas yang ditambahkan pada suatu sistem sama dengan perubahan energi internal sistem ditambah usaha yang dilakukan oleh sistem tersebut".Q

sistemΔU

W

Q=ΔU + W

Q = kalorW = usaha∆U = perubahan energi dalam

HUKUM I TERMODINAMIKA

P

V

W

P

ΔV

W = P.ΔV

= P (V2-V1)

Besaran W adalah luasan kurva pada grafik P-V

0

• Selama proses Tekanan sistem tetap konstan

USAHA GAS PADA ISOBARIK

Contoh soal

Sejenis gas berada dalam wadah yang memiliki volum 2 m3 dan tekanan 4 atm. Hitung usaha luar yang dilakukan gas jika :a) Gas memuai pada tekanan tetap sehingga

volumnya mejadi dua kali semula.b) Gas dimampatkan pada tekanan tetap sehingga

volumnya mejadi sepertiga semula. (1 atm = 1,0 x 105N/m2)

Pembahasan Contoh soal

Dik : V1 = 2 m3

p = 4 atm = 4 x 105 N/m2

Ditanya : W....? jika:a. V2 = 2V1

b. V2 = 13

1V

a. W = pV = p ( V2 – V1 )

= p ( 2V1 – V1)

= pV1

= ( 4 x 105 ) 2

W = 8 x 105 J

b. W = pV = p ( V2 – V1)

= p ( 1/3 V1 – V1)

= p (-2/3 )V1

= (-2/3)pV1

= (-2/3) 4 x 105 x 2

W = - 5,33 x 105 J

...Pembahasan Contoh soal

atau

P

V

P1

P2

V1 V20

1

2lnV

VnRTWisotermis

1

2lnP

PnRTWisotermis

• Selama proses temperatur sistem tetap konstan

USAHA GAS PADA ISOTERMIS

V

nRTp

nRTpV dVpWV

V

2

1

dVV

nRTW

V

V

2

1

2

1

2

1

ln VV

V

V

VnRTV

dVnRTW

12 lnln VVnRTW

1

2lnV

VnRTW

...USAHA GAS PADA ISOTERMIS

0TRnU 23

Hk. Termodinamika ke-1:

U = Q – W = 0

W = Q

...USAHA GAS PADA ISOTERMIS

Contoh soal

Suhu tiga mol suatu gas ideal 373 K. Berapa besar usaha yang dilakukan gas dalam pemuaian secara isotermal untuk mencapai empat kali volum awalnya ?

Diket : n = 3 mol

T = 373 K

V2 = 4V1

R = 8,31 J/mol

Ditanya : W....?

4ln37331,83 xxxW

1

2lnV

VnRTW

1

14ln37331,83

V

VxxW

JW 999,12890

Pembahasan Contoh soal

• Grafik proses isokhorikPada proses isokhorik tidak terjadi perubahan volume (ΔV = 0), sehingga besarnya usaha

luar yang dilakukan oleh gas adalah

W = P (∆V) = P (0) = 0

P

V0

USAHA GAS PADA ISOKHORIK

Hk. ke-1: U = Q – W = Q

V = 0 , jadi W = 0

U = Q

...USAHA GAS PADA ISOKHORIK

• Grafik proses Adiabatik Pada proses ini tidak ada kalor yang diserap atau dilepas(Q = 0), sehingga usaha luar yang dilakukan oleh gas berasal dari perubahan energi dalam gas

ΔU = -W

P

V

P1

V1

P2

V20

USAHA GAS PADA ADIABATIK

Hk. ke-1: U = Q – W = 0

Q = 0

U = - W

...USAHA GAS PADA ADIABATIK

122

111

VTVTv

p

C

Cdengan

2211 VpVp atau

kVp 11

kVV

kp

dVPWV

V

2

1

...USAHA GAS PADA ADIABATIK

dVkVWV

V

y 2

1

dVVkWV

V

y 2

1

)(1

11

12

yy VVy

kW

...USAHA GAS PADA ADIABATIK

)(1

11

12

yy VVy

kW

kPPVP yy 2211

2212 VPkV y

111

1 VPkV y

)(1

11122 VPVP

yW

)(

1

12211 VPVP

yW

Contoh soal

• Suatu gas ideal monoatomik = 5/3 dimampatkan secara adiabatik dan volumnya berkurang dengan faktor pengali dua. Tentukan faktor pengali bertambahnya tekanan.Diket : = 5/3

V1 = 2V2 atau V2 = (1/2)V1

Ditanya : p2....?

Pembahasan Contoh soal

2211 VpVp

3

5

2

21

2

112

2

V

Vp

V

Vpp

167,1

12 18,32 ppp

Main Menu

“ jika dua benda atau dua macam zat yang berbeda suhunya disentuhkan atau icampurkan

maka zat yang suhunya lebih tinggi akan melepaskan kalor yang sama banyaknya dengan kalor yang diserap oleh zat yang suhunya lebih

rendah ”

Asas Black

Jika benda A melepas kalor pada benda B maka:

Qdilepas A = Qdiserap B

Qdilepas A = Qdiserap B

TmcQ

...Asas Black...

(m.c.ΔT) zat yang melepas kalor = (m.c.ΔT) zat yang menerima kalor

m = massa benda atau zat (gr atau kg)

c = kalor jenis zat (J/kg K atau kal/gr C)

ΔT = perubahan suhu benda atau zat ( oC)

ΔT zat yang melepas kalor = T1 – To

Δt zat yang menerima kalor = Tx – To

30 oC

Air1 gr

120 oC

To = suhu awal zat yang bersuhu rendah yaitu 30oC

T1 = suhu awal zat yang bersuhu tinggi yaitu 120oC

Tembaga 2 gr

...Asas Black...

Adalah suhu kesetimbangan sistem diberi lambang TX

30 oC

Air

TEMBAGA 120 oC

80 oC 80 oC

80 oC

...Asas Black

airTembaga

Main Menu

Tandon panas

sistemTandon panas

Tandon dingin

sistem

Q

Q1

Q2

W

W

Mesin sempurna hal yang tidak mungkin

Mesin sesungguhnya

Rumusan Kelvin - Plank

“Tidak mungkin membuat mesin yang

bekerja dalam suatu siklus,menerima kalor

dari suatu sumber kalor dan mengubah kalor itu

seluruhnya menjadi usaha”

Hukum II Termodinamika

• Diagram teori Clausius

sistem

Tandon panas

Tandon dingin

Tandon panas

Tandon dingin

sistem

Refrigator Sempurna

hal yang tidak mungkin

Refrigator

sesungguhnya

Q1

Q2

Q1

Q2

W

“kalor mengalir secara alami dari benda yang

panas ke benda yang dingin,kalor tidak akan

mengalir secara spontan dari benda

dingin ke benda panas”

Rumusan Clausius

[Rudolf Clausius (1822 – 1888)]

...Hukum II Termodinamika

1W

Q

W

WQ

W

QCOPQQW CCC

CH

COP = Coefficient Of Performance mesin pendingin

Mesin Pendingin

A

B

C

D

E

Pompa listrik A memompakan

gas (misal : freon,amoniak)

yang dimampatkan

melalui B dengan melepaskan kalor

Di dalam pipa C terjadi

pengembunan sehingga gas

berubah wujud menjadi cair

Freon cair dialirkan ke ruang beku (D)

dan menyerap kalor di sekitar

ruang beku sehingga suhu

ruang beku turun

Kemudian gas dialirkan kembali

menuju pompa untuk melakukan

proses siklus kembali

Prinsip Kerja Mesin Pendingin

• Skema Mesin Pendingin

Koefisien performasi mesin pendingin

adalah perbandingan antara panas yang

diambil dari tandon dingin (Q1)dengan

pemakaian usaha (W)

Tandon panas

Tandon dingin

sistem

W

Q1

Q2

Koefisien Performasi Mesin Pendingin (COP)

W

QCOP

1

Contoh soal

Sebuah lemari pendingin memerlukan usaha 150 joule untuk memindahkan kalor sebesar 100 joule dari tandon bersuhu rendah ke tandon bersuhu tinggi. Tentukan koefisien kerja lemari pendingin tersebut !

Diket : W = 150 joule

Q= 100 joule

Ditanya : COP....?

Pembahasan Contoh soal

COP = Q/W

= 100/150

= 0,67

H

C

H

CH

HCH Q

Q1

Q

QQ

Q

WQQW

= Efisiensi mesin kalor

Mesin Kalor

Contoh soal

Sebuah mesin panas yang efisiensinya 20% memiliki daya keluaran 5kW. Mesin ini membuang kalor sebesar 8.000 J/siklus. Energi yang diserap per siklus oleh mesin dan interval waktu per siklusnya adalah

Diket : 20% = η = 0,2P = 5000 wQ2 = 8000 JQ1 = Q2+w

Ditanya :Q1= ....?T=...?

Pembahasan Contoh soal

η = w/Q1η = P · t/Q1Q1 · η = P · tQ1 · 0,2 = 5000 · t0,2 · 10.000 = 5000 · t

0,4 = t

Q1 = Q2+wQ1 = Q2+ η·Q1Q1(1- η) = Q2Q1(1-0,2) = Q2Q1(0,8)= 8000JQ1 = 10000J

= 10 kJ

• Diagram proses siklus carnot

P

V

Q1

Q2

W

a

b

cd

Awal

Ekspansi isotermis

Ekspansi adiabatik

Kompresi isotermis

Kompresiadiabatik

AwalP1,V1,T1

P2,V2,T2

P3,V3,T3

P4,V4,T40

SIKLUS CARNOT

W = Q1 – Q2

EFISIENSI MESIN CARNOT

Contoh soal 1

Suatu mesin Carnot, jika reservoir panasnya bersuhu 400 K akan mempunyai efisiensi 40%. Jika reservoir panasnya bersuhu 640 K, efisiensinya…..%

Diket : η = 40% = 4 / 10 T1 = 400 K

Ditanya :jikaT1 = 640 K, η = ....?

Pembahasan Contoh soal 1

η = 40% = 4 / 10T1 = 400 K

hilangkan 100%η = 1 − (T2/T1)4 / 10 = 1 − (T2/400)(T2/400) = 6 / 10T2 = 240 K

T1 = 640 KT2 = 240 K η = ( 1 − T2/T1) x 100%η = ( 1 − 240/640) x 100%η = ( 5 / 8 ) x 100%

= 62,5%

Contoh soal 2

Mesin Carnot bekerja pada suhu tinggi 600 K, untuk menghasilkan kerja mekanik. Jika mesin menyerap kalor 600 J dengan suhu rendah 400 K, maka usaha yang dihasilkan adalah….

Diket : T1 = 600 K T2 = 400 K Q1=600J

Ditanya :W = ....?

Pembahasan Contoh soal 2

η = ( 1 − T2 / T1 ) x 100 %η = ( 1 − 400/600) η = 1/3η = ( W / Q1 )1/3 = W/600W = 200 J

P

V

Udara + Bahan Bakar

Gas dibuang

a

b

c

d

Q2

Q1

0

SIKLUS OTTO

Contoh soal

• Suatu mesin kalor bekerja pada tandon bersuhu tinggi dengan suhu 1500 K, dan tandon bersuhu rendah rendah 750 K. Jika dia menyerap kalor sebanyak 2000 joule, berapakah usaha maksimum yang dapat dilakukan ?

Diket : T1 = 1500 K T2 = 750 K Q1 = 2000 J

Ditanya : Q2....?

Pembahasan Contoh soal

Q1/T1 = Q2/T22000/1500 = Q2/750

Q2 = 1000 joule

Main Menu