217579755 Hukum Termodinamika I Sistem Tertutup Dan Penerapannya
2. Hukum Termodinamika I
6
1. Hukum Termodinamika I Hukum termodinamika I pada dasarnya adalah hukum kekekalan energi dimana energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan a. Proses Isobar Pada proses isobar, kalor yang dipertukarkan sama dengan usaha yang terjadi ditambah perubahan energi dalam = + ∆ Kapasitas kalor pada tekanan tetap adalah ! = ! ∆! ! = !!∆! ∆! ! = !∆!!∆! ∆! ! = !"∆!! ! ! !"#∆! ∆! ! = + ! ! ! = 1 + ! ! Jumlah kalor yang dipertukarkan antara sistem dan lingkungan sama dengan usaha yang terjadi di tambah dengan perubahan energi dalam sistem ∆ = + ∆ Kapasitas kalor sistem pada proses tekanan tetap isobar adalah ! = 1 + 1 2
Transcript of 2. Hukum Termodinamika I
1. Hukum Termodinamika I Hukum termodinamika I pada dasarnya adalah hukum kekekalan energi dimana energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan
a. Proses Isobar Pada proses isobar, kalor yang dipertukarkan sama dengan usaha yang terjadi ditambah perubahan energi dalam
𝑄 =𝑊 + ∆𝑈 Kapasitas kalor pada tekanan tetap adalah 𝐶! = !
∆!
𝐶! = !!∆!∆!
𝐶! = !∆!!∆!∆!
𝐶! =!"∆!!!!!"#∆!
∆!
𝐶! = 𝑛𝑅 + !!𝑓𝑛𝑅
𝐶! = 1+ !!𝑓 𝑛𝑅
Jumlah kalor 𝑄 yang dipertukarkan antara sistem dan lingkungan sama dengan usaha 𝑊 yang terjadi di tambah dengan perubahan energi dalam sistem ∆𝑈
𝑄 =𝑊 + ∆𝑈
Kapasitas kalor sistem pada proses tekanan tetap isobar adalah
𝐶! = 1+12 𝑓 𝑛𝑅
b. Proses Isokhorik Pada proses volume tetap atau isokhorik usaha sama dengan nol 𝑊 = 0 sehingga 𝑄 =𝑊 + ∆𝑈𝑄 = 0+ ∆𝑈𝑄 = ∆𝑈𝑄 = !
!𝑓𝑛𝑅∆𝑇
Jika kalor diberikan ke sistem 𝑄 > 0 maka energi dalam sistem ∆𝑈 > 0 bertambah sehingga suhu naik ∆𝑇 > 0 Jika kalor dilepaskan sistem ke lingkungan 𝑄 < 0 maka energi dalam sistem ∆𝑈 < 0 berkurang sehingga suhu turun ∆𝑇 < 0 Kapasitas kalor pada volume tetap adalah 𝐶! = !
∆!
𝐶! =!!!"#∆!
∆!
𝐶! = !!𝑓𝑛𝑅
Kapasitas kalor sistem pada proses volume tetap isokhorik adalah
𝐶! =12 𝑓𝑛𝑅
Pada proses isokhorik karena volume tetap maka 𝑊 = 0 sehingga
𝑄 = ∆𝑈 =12 𝑓𝑛𝑅∆𝑇
Selisih kapasitas kalor Perbandingan kapasitas kalor
𝐶! − 𝐶! = 1+ !
!𝑓 𝑛𝑅 − !
!𝑓𝑛𝑅
𝐶! − 𝐶! = 1+ !!𝑓 − !
!𝑓 𝑛𝑅
𝐶! − 𝐶! = 1+ 0 𝑛𝑅𝐶! − 𝐶! = 𝑛𝑅
𝛾 = !!!!
𝛾 =!!!!! !"!!!"#
𝛾 =!!!!!!!!
𝛾 =! !!!!!
!
𝛾 = !!!!
Selisih kapasitas kalor pada tekanan tetap dengan kapasitas kalor pada volume tetap adalah
𝐶! − 𝐶! = 𝑛𝑅 Perbandingan antara kapasitas kalor pada tekanan tetap terhadap kapasitas kalor pada volume tetap yang disebut konstanta Laplace adalah
𝛾 =𝐶!𝐶!=2+ 𝑓𝑓
dimana 𝑓 adalah derajat kebebasan molekul gas
c. Proses Isoterm Pada proses isoterm suhu adalah tetap maka ∆𝑈 = !
!𝑓𝑛𝑅∆𝑇
∆𝑈 = !!𝑓𝑛𝑅 0
∆𝑈 = 0
Energi dalam sama dengan nol sehingga 𝑄 =𝑊 + ∆𝑈𝑄 =𝑊 + 0𝑄 =𝑊
Jika kalor diberikan ke sistem 𝑄 > 0 maka sistem melakukan usaha luar 𝑊 > 0 sehingga volume membesar ∆𝑉 > 0 Jika kalor dilepaskan sistem ke lingkungan 𝑄 < 0 maka pada sistem dilakukan usaha luar 𝑊 < 0 sehingga volume menyusut ∆𝑉 < 0
Pada proses isoterm karena suhu tetap maka ∆𝑈 = 0 sehingga
𝑄 =𝑊
d. Proses Adiabatik Proses adiabatik adalah proses dimana tidak terjadi pertukaran kalor antar sistem dan lingkungan 𝑄 = 0 maka
𝑄 =𝑊 + ∆𝑈0 =𝑊 + ∆𝑈−∆𝑈 =𝑊
Jika sitem melakukan usaha luar 𝑊 > 0 maka energi dalam berkurang ∆𝑈 < 0 sehingga suhu turun ∆𝑇 < 0 Jika terhadap sitem dilakukan usaha luar 𝑊 < 0 maka energi dalam bertambah ∆𝑈 > 0 sehingga suhu naik ∆𝑇 > 0
Untuk mengetahui hubungan antara 𝑃 dan 𝑉 pada proses adiabtik
𝑈 = !
!𝑓 𝑛𝑅𝑇
𝑈 = !!𝑓 𝑃𝑉
𝑑𝑈 = !!𝑓𝑑 𝑃𝑉
𝑑𝑈 = !!𝑓 𝑃𝑑𝑉 + 𝑉𝑑𝑃
Dengan menggunakan integral tertentu akan diperoleh −𝑑𝑊 = 𝑑𝑈−𝑃𝑑𝑉 = !
!𝑓 𝑃𝑑𝑉 + 𝑉𝑑𝑃
−𝑃𝑑𝑉 = !!𝑓𝑃𝑑𝑉 + !
!𝑓𝑉𝑑𝑃
−𝑃𝑑𝑉 − !!𝑓𝑃𝑑𝑉 = !
!𝑓𝑉𝑑𝑃
−2𝑃𝑑𝑉 − 𝑓𝑃𝑑𝑉 = 𝑓𝑉𝑑𝑃− 2 + 𝑓 𝑃𝑑𝑉 = 𝑓𝑉𝑑𝑃
− !!!!
𝑃𝑑𝑉 = 𝑉𝑑𝑃
−𝛾 !"!
= !"!
−𝛾 !"!
!!!!
= !"!
!!!!
−𝛾 ln𝑉𝑉!
𝑉!= ln𝑃
𝑃!
𝑃!
−𝛾 ln𝑉𝑉!
𝑉!= ln𝑃
𝑃!
𝑃!−𝛾 ln𝑉! − ln𝑉! = ln𝑃! − ln𝑃!−𝛾 ln !!
!!= ln !!
!!
ln !!!!
!!= ln !!
!!
ln !!!!
!= ln !!
!!!!!!
!= !!
!!!!!
!!!= !!
!!𝑃!𝑉!! = 𝑃!𝑉!!
Pada proses isoterm karena suhu tetap maka 𝑄 = 0 sehingga
𝑊 = −∆𝑈
𝑃!𝑉!! = 𝑃!𝑉!!!"!!!!
𝑉!! = !"!!!!
𝑉!!
𝑛𝑅𝑇!!!!
!!= 𝑛𝑅𝑇!
!!!
!!
𝑇!!!!
!!= 𝑇!
!!!
!!
𝑇!𝑉!!!! = 𝑇!𝑉!!!!
Perbandingan kurva 𝑃 − 𝑉 proses isotermis dan proses Proses isotermis Proses adiabatik 𝑃𝑉 = 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑃𝑉 = 𝑘𝑃 = !
!
𝑃𝑉! = 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑃𝑉! = 𝑘𝑃 = !
!!
Karena 𝑉! > 𝑉 maka untuk nilai 𝑉 yang sama tekanan pada proses adiabatik lebih kecil dari pada tekanan pada proses isotermis sehingga kurva pada proses adiabatik lebih curam daripada kurva proses isotermis
Pada proses adiabatik, berlaku hubungan antara tekanan 𝑃 , volume 𝑉 dan konstanta Laplace 𝛾 sebagai berikut
𝑃!𝑉!! = 𝑃!𝑉!!
Pada proses adiabatik, berlaku hubungan antara suhu 𝑇 , volume 𝑉 dan konstanta Laplace 𝛾 sebagai berikut
𝑇!𝑉!!!! = 𝑇!𝑉!!!!
