11_Kalor-Termodinamika
-
Upload
gunawan-wirandika -
Category
Documents
-
view
217 -
download
0
description
Transcript of 11_Kalor-Termodinamika
11
Kalor &
Hk Termodinamika
Departemen FisikaFak. Sains dan Tekonologi, UNAIR
2013
22
Heat (Kalor/Panas/Bahang)
KALOR, Q Konsep Makroskopis/Konsep Statistik
Rerata usaha luar (pertukaran energi antara sistem dan sekeliling karenapertukaran energi individual yg terjadi sbg hasil tumbukanAntara molekul2 sistem dengan molekul2 sekelilingnya)
Salah satu bentuk EnergiSatuan: kalori 1 kalori = 4,1840 J
+
–
Usaha luar netto yg dilakukan pada sistem
Usaha luar netto yg dilakukan oleh sistem
Setimbang Termal Tidak ada pertukaran energi (kalor) antara 2 sistem
Kalor ditransfer karena ada perbedaan suhu
1 BTU = 252 kalori
Kapasitas KalorKapasitas Kalor dan Kalor dan Kalor JenisJenis
dTdQ
NC 1
V
p
CC
tetappp dT
dQN
C
1
Kapasitas Kalor molar Kalor yang diserap oleh satu mol bahan untuk menghasilkan satu derajat suhu
tetapVV dT
dQN
C
1
Kapasitas kalor pada tekanan konstan Kapasitas kalor pada volume konstan
Hubungan Gas ideal mengalami transformasi adiabatisberlaku tetappV
33
Kalor untuk menaikkan suhu zat sebanding dengan perubahan suhu dan massanya TmcTCQ
C = Kapasitas Kalor Zat = energi kalor untuk menaikkan suhu per derajat c = Kalor Jenis Zat = Kapasitas Kalor per satuan massa
Akan dibuktikan kemudian
44
Kalor Jenis dan Kapasitas Kalor Molar
55
Kalorimetri
Jika suhu awal benda lebih tinggi dari pada suhu air:Benda memberikan kalor sebesar: fbbb TTcmQ o
Air menerima kalor sebesar: 0TTcmQ faaia
Kalorimeter menerima kalor sebesar: kfkkik TTcmQ
Kalorimeter (wadah terisolasi) suhu awal Tk
Benda bersuhu awal Tb
Air bersuhu awal T0
Awal
Air bersuhu akhir campuranTf
Akhir
Setimbang Termal
ikia QQQ o kfkkfaafbbb TTcmTTcmTTcm 0
66
Perubahan Fase dan Kalor LatenKalor yang diterima zat dapat mengubah
fase zat tanpa mengubah suhunya
Perubahan Fase
?
GAS
PADAT CAIR
Penguapan
Pembekuan
Pencairan
77
Kalor untuk mencairkan Zat Padat tanpa berubah suhunya
mLQ
peleburanlaten kalor L
Kalor untuk menguapkan Zat Cair tanpa berubah suhunya
umLQ
penguapanlaten kalor uL
Transfer Kalor/Energi Termis
Cara transfer kalor
1. Konduksi lewat interaksi antar atom/molekul2. Konveksi via perpindahan massa/ media fluida3. Radiasi bentuk pancaran elektromagnetik
88
Konduksi
xTKA
tQI
99
Arus Termal:
K = konduktivitas termal
T = suhux = panjang/tebal bahan
A = luas penampang
KAxR
Resistensi Termal
IRKAxIT
Pemindahan energi kalor Pemindahan energi kalor melalui konduksi melalui konduksi bergantungbergantung pada:pada:Luas daerah kontakLuas daerah kontakPerbedaan suhuPerbedaan suhuLama terjadinya kontakLama terjadinya kontakMaterial konduksi Material konduksi kalor/panaskalor/panas
Sambungan Seri: ...21 RRRT Paralel: ...111
21
RRRT
1010
Nilai Konduktivitas Termal Bahan
Konveksi
vTTJ asq 3,8
v = kecepatan udara (medium perambatan)Ts = suhu permukaan (kulit)Ta = suhu udara
1111
(dalam J/s)
Laju aliran energi kalor dari tubuh manusia ke udara sekitar
1212
Radiasi
4ATeP
e = emisivitas (kemampuan pancaran kalor) suatu permukaan
= konstanta Stefan-Boltzman = 5,6703 x 10–8 W/m2.K4
T = suhu dalam Kelvin
Hukum Stefan-Boltzman
Nilai emisivitas antara 0 dan 1
P = daya yang diradiasikan (watt)
1313
Evaporasi
vppJ udarakulitq 7,13 (dalam J/s)
p = tekanan (atm) p = kecepatan mediun perambatan (udara)
Penguapan/evaporasi juga dapat menghantarkan energi kalor
Laju evaporasi energi kalor dari tubuh:
Metabolisme sebagai konversi energi
Kandungan/konversi energi berbagai macam bahan
Karbohidrat dari Tumbuhan:-Sukrosa 3,94 kkal/g-Glukosa 3,74 kkal/g-Glikogen 4,19 kkal/g-Tepung 4,18 kkal/g
Lemak Hewan/Tumbuhan-Rata-rata 9,3 kkal/gProtein Hewan/Tumbuhan-Rata-rata 5,6 kkal/g
Pada Manusia-Protein/Karbohidrat 4,1 kkal/g-Lemak 9,3 kkal/g
Efek Efek KalorKalor
Efek BiologisEfek Biologis akibat gabungan efek fisik dan kimia akibat gabungan efek fisik dan kimiapeningkatan sel darah putihpeningkatan sel darah putihfenomena reaksi peradanganfenomena reaksi peradangan pelebaran pembuluh darah pelebaran pembuluh darah peningkatan sirkulasi darah peningkatan sirkulasi darahpeningkatan tekanan kapilerpeningkatan tekanan kapilerpeningkatan tekanan Openingkatan tekanan O22 dan CO dan CO22 dalam darah dalam darahpenurunan pH darahpenurunan pH darah
Efek FisikEfek Fisik pemuaianpemuaian peningkatan hambatan peningkatan hambatan listriklistrik penurunan konduktivitas penurunan konduktivitas listriklistrik Efek KimiaEfek Kimia peningkatan kecepatan reaksipeningkatan kecepatan reaksi peningkatan permeabilitas peningkatan permeabilitas membranmembran peningkatan metabolismepeningkatan metabolisme
Hukum Termodinamika
Hukum ke Nol
Hukum PertamaHukum KeduaHukum Ketiga
1616
Hukum Pertama TermodinamikaKalor netto yang ditambahkan pada suatu sistem sama
dengan perubahan energi internal sistem ditambah usaha yang
dilakukan sistem
Q = U + W U = energi dalamQ = kalorW = usaha oleh sistem
1717
W ext= usaha luar pada sistem = W
Hk I TermodinamikaHk I Termodinamika
extWQU
WWext
WQU
WUQ
Jika sistem membentuk siklus[transformasi siklis]
Kasus:0 siklusU WQ
Jika transformasi adiabatis 0Q WU
Jika tak ada usaha dilakukan sistem[transformasi isokoris]
0W QU
1818
Proses Reversible (dProses Reversible (daappaat t balik)balik)
Proses Reversibel Proses/transformasi lambat yg tiap saat/tahap terjadi kesetimbangan termal/statistikdan tidak ada gaya disipasi seperti gaya gesek
Contoh: Pemuaian gas perlahan-lahan
Proses Reversibel dapat digambarkan dengan diagram p-V dg kurva yg menghubungkan keadaan awal dan akhir
Proses Irreversible (tak dpt balik)
Proses Irreversibel tidak dapat digambarkan dengan diagram p-V
Proses Irreversibel Proses yg mengakibatkan terjadi penyimpangan jauh dari keadaan setimbang selama proses
Akhir proses, sistem pd kesetimbangan baru
dg p, V, dan T baru
Work (usaha)Work (usaha)
extWU
pdVpAdxFdxdW
Pertukaran energi sistem dengan luar sistem Usaha luar Wext
V
VpdVW
0
Dihitung melalui diagram p – V(Luas di bawah kurva)
digambarkan oleh
Wext = +[Usaha dilakukan pd sistem]
U bertambah
Wext = – U berkurang
[Usaha dilakukan oleh sistem]p (N/m2)
V (m3)
A
B
pp1 p2
2121
Kasus 1 Kasus 1 Tekanan Tekanan konstankonstan
122
1
VVpdVpWV
V
NkTpV Karena maka 12 TTNkW
Usaha yang dilakukan oleh sistem
TNCTTNCQ pp 12
pdVdTNCdQ V
Hukum Termodinamika I menjadi
2222
Kasus 2 Kasus 2 Suhu konstan Suhu konstan
2
1
2
1
V
V
V
V VdVNkTpdVW
1
2lnVVNkTW
T konstan U = 0
Q = W
2323
Kasus 3 Kasus 3 volume volume konstan konstan
0dV 0V
VpdVWV konstan
TNCQ V
Kalor berbanding lurus dengan perubahan suhu, jumlah zat, dan kapasitas kalor volume tetap CV
Usaha nol
2424
2525
Ekspansi Adiabatik Kuasi Statik GasProses Adiabatik tidak ada kalor yang mengalir masuk atau keluar
Lintasan Adiabatik
0 PdVdTCdWdUdQ V
VnRTP
0VdVnRTdTCV
0VdV
CnR
TdT
V
nRCC Vp
11
V
p
V
Vp
V CC
CCC
CnR
01 VdV
TdT konstanln1ln VT
konstln 1 TVkonst1 TV konstPV
Usaha Adiabatik : 12211
VPVPVVadb TCdTCPdVW
Hukum Kedua Termodinamika
Dalam mesin kalor terjadi proses yang mana energi kalor diambil oleh sejumlah energi mekanik tetapi selang waktu tertentu jumlah kalor yang masuk mesin sama dengan yang hilang
Sadi Carnot (1796 – 1832)
Lord Kelvin (1853) Batasan Hk 2 Termodinamika
Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam suatu siklus, menerima kalor dari suatu reservoir dan mengubah kalor itu seluruhnya menjadi usaha
= 1- Q1/Q2 = 1 – T1/T2
2626
Efisiensi Mesin Kalor Q1 = Kalor pada suhu rendah T1
Q2 = Kalor pada suhu tinggi T2
Hukum Ketiga Termodinamika
Terkait dengan ENTROPI sistem
Ukuran penyimpangan/KETIDAKTERATURAN suatu sistem
2727
EntropiEntropi
PkS ln
Penggambaran alam dalam mencapai kesetimbangan statistik/ keteraturan sistem
k = konstanta BoltzmannP = probabilitas
2828
Hubungan Entropi dengan Hubungan Entropi dengan KalorKalor
TdQdS
2
1
S
S
TdSQ
Contoh: Hitung perubahan entropi satu mole es untuk melebur pada 0oCjika selama proses es menyerap 1435 kalori/mol
Jawab:
kal/K.mol26,5K1,273
kal/mol1435S
2929
Hukum ke Nol Termodinamika
Dalam keadaan adiabatik, suatu gas ideal dalam ruangan terisolasi/tertutup, pemuaian sangat lambat, tidak ada kalor yang diterima maupun
yang dilepas. Tercapai kesetimbangan termal suhu sama merata di setiap bagian
3030