3_energi dan Hk termo.pptx

Pertemuan 32 Maret 2015

Termodinamika

04/21/2023

Materi bahan UTS(maks 8 pertemuan)

Pertemuan 1 Kontrak kuliahPendahuluan Termodinamika

Pertemuan 2 - Konsep-konsep termodinamika

- definisi-definisi dalam Termodinamika

Pertemuan 3-5

Energi dan Hukum ke I Termodinamika:

Pertemuan 6-8

Evaluasi sifat-sifat termodinamika

04/21/2023

Termodinamika Dasar, Sudjito

MJ Moran, Termodinamika

04/21/2023MJ Moran, Termodinamika



Kuliah ke 3

Kuliah ke 4

Kuliah ke 5

04/21/2023Termodinamika Dasar, Sudjito



04/21/2023

Bab 1 : Konsep dan definisi 29-1= 28 halaman 2x, @14Bab 2 : energi dan hk termo 78-39= 39 halaman 3x, @13Bab 2 : Evaluasi sifat 143-92= 51 halaman

3x, @17TOTAL 118 halamn

Kuliah ke 3:

04/21/2023

ENERGI dan HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA2.1 Tinjauan Konsep Mekanika Energi2.2 Evaluasi Perpindahan Energi melalui kerja

04/21/2023

Pengertian energi dan mengembangkan persamaan untuk menerapkan prinsip kekekalan energi

Dibatasi pada sistem tertutup

Gagasan Dasar: Gagasan dasar, energi bisa disimpan dlm suatu

sistem dlm berbagai bentuk makroskopik Energi dapat dikonversi dari satu bentuk ke bentuk

lain dan dipindahkan antar sistem Untuk sistem tertutup, energi dapat dipindahkan

dlm bentuk kerja dan perpindahan panas Jumlah total energi selama proses konversi energi

dan perpindahan energi adalah tetap

Pendahuluan

04/21/2023

TUJUAN

Memadukan gagasan dan pengertian mengenai energi ke dalam suatu bentuk yg tepat untuk analisa teknik

Pembahasan dimulai dg menggunakan ulasan konsep energi di bidang mekanika

Dilanjutkan konsep termodinamika ttg energi sbg perluasan dari konsep energi dlm mekanika

Pendahuluan

04/21/2023

2.1. TINJAUAN KONSEP MEKANIKA ENERGI

2.1.1 Kerja dan energi Kinetik

Gaya resultas F (yg besarnya berubah di setiap titik pd lintasannya) menggerakkan benda A dg massa m melintasi kurva garis (pd sistem tertutup) dengan kecepatan gerak pusat massa benda V.

s: posisi sesaat benda yg diukur di sepanjang lintasan dr bbrp titik yg tetap ditandai 0.

GAMBAR 2.1 Gaya yg bekerja pd sistem bergerak

04/21/2023

Dengan menganggap A bergerak dari s ke s1, dg kecepatan V1, kemudian ke s2 dg kecepatan V2, dst.

Berdasarkan hukum Newton kedua, besarnya komponen F berhubungan dg perubahan nilai V:

= m

Berdasarkan kaidah rantai, persamaan ditulis:

= m

(2.1)

(2.2)

04/21/2023

Bentuk ½ mV2 menunjukkan energi kinetik (EK) dari benda tsb (besaran skalar)

Perubahan energi kinetik (∆EK) dari benda tsb adalah:

(2.5)

(2.4)

04/21/2023

Pers 2.6 menyatakan bhw kerja dari resultan gaya pd benda = perubhana energi kinetiknya

Ketika badan dipercepat oleh resultan gaya, kerja yg diberikan pd benda dapat dianggap sbg suatu perpindahan energi ke benda yg disimpan sbg energi kinetik

Energi kinetik dpt dihitung nilainya hanya dg mengetahui massa benda dan besarnya kecepatan sesaat relatifthd kordinat tertentu, tanpa peduli bgm kecepatan diperoleh

OKI, energi kinetik adalah: sifat (property) dari benda tsb. Karena EK berhubungan dg benda scr keseluruhan, maka EK mrpkn sifat ekstensif

(2.6)

KerjaEnergi kinetik

04/21/2023

2.1.2 Energi Potensial

Gambar 2.2 Ilusrasi memperkenalkan konsep energi potensial

Hubungan antara konsep EK dan kerja digunakan sbg acuan memperluas konsep energi, dimulai pd Gbr berikut:

Gerakan vertikal benda bermassa m dari ketinggi z1 ke ketinggian z2 relatif thd permukaan bumi

Dua gaya bekerja pd sistem: - gaya ke bawah akibat

gravitasi (mg) dan - gaya vertikal (R) yg

menunjukkan resultas semua gaya lain yg bekerja pd sistem

04/21/2023

Kerja untuk setiap gaya yg bekerja pd benda spt ditunjukkan pd gbr tsb dpt diperoleh dr definisi sebelumnya.

Jumlah kerja total mrpkn penjumlahan aljabar dr nilai masing2, yaitu:

Tanda minus arah ke bawah

(2.7)

Integral pertama pd sisi kanan mewakili kerja yg dilakukan oleh gaya R pd benda ketika bergerak vertikal dari z1 ke z2

Integral kedua dihitung sbb:

g dianggap konstan thd ketinggian

(2.8)

04/21/2023

Menggabungkan pers 2.8 ke dalam 2.7 diperoleh:

Bentuk mgz menunjukkan energi potensial gravitasi, EP dari benda tsb.

Perubahan energi potensial gravitasi , EP adalah:

Satuan energi pontensial = EK dan kerja

04/21/2023

Energi potensial: Berhubungan dg gravitasi, shg jadi

bagian sistem yg terdiri dari benda dan bumi bersama-sama

EP merupakan sifat ekstensif dr suatu benda

04/21/2023

Persamaan menunjukkan kerja total dr semua gaya yg bekerja pd benda dg pengecualian gaya gravitasi, sama dg jumlah dari perubahan EK dan EP benda.

04/21/2023

2.2. EVALUASI PERPINDAHAN ENERGI MELALUI KERJA

Kerja W yang dilakukan oleh atau pd sistem yg dihitung berdasarkan gaya dan pergeseran yg terukur scr makroskopik ditulis:

Persamaan ini digunakan untuk - menghitung kerja kompresi dan

ekspansi gas (cairan), - Pemuaian benda padat atau - pemekaran lapisan cairan

2.12

04/21/2023

Gambar : 2.3. Dua contoh kerja

Peningkatan suatu beban pd dasarnya berupa gaya yg bekerja pd suatu jarak tertentu, shg konsep kerja menurut termodinamika mrpkn suatu perluasan alamiah dr konsep kerja dlm mekanika

Pengaruh utama bhw telah terjadi interaksi kerja bisa berupa peningkatan ketinggian suatu beban

Kerja menurut Termodinamika : Kerja dilakukan oleh suatu sistem pd lingkungannya jika memberikan pengaruh utama pd segala sesuatu yg berada di luar sistem berupa peningkatan suatu beban

04/21/2023


Kerja bisa dipelajari dlm bentuk gaya dan pergerakan pd daerah batas antara roda pengaduk dan gas

- 2 sistem A dan B- Dalam A, gas diaduk- Roda pengaduk melakukan

kerja pd gas

Evaluasi kerja ini sesuai dg persamaan :Dimana kerja adalah perkalian antara gaya dan jarak pergeseran

04/21/2023


Kita bisa membayangkan ada arus listrik diberikan pd motor listrik maya yg mengangkat beban di sekitarnya

Kerja merupakan suatu cara untuk memindahkan energi

Jadi pengertian kerja tdk merujuk pd apa yg sedang dipindahkan dr satu sistem ke sistem yg lain atau apa yg sedang disimpan ke dalam sistem

Energi dipindahkan dan disimpan ketika kerja dilakukan

- Dalam sistem B, gaya dan gerakan tidak terjadi, hanya terdapat arus listriki akibat beda tegangan listrik antara terminal a dan b.

- Interaksi ini pd daerah batas bisa diklasifikasikan sbg kerja sesuai definisi kerja menurut termodinamika

04/21/2023

KONVENSI TANDA, NOTASI dan DAYA

W > 0 : kerja dilakukan oleh sistemW < 0 : kerja dilakukan pada sistem

Nilai kerja W bergantung pd rincian interaksi yg terjadi antara sistem dg lingkungannya selama proses dan bukan hanya keadaan awal dan akhir sistem

Jadi kerja bukan merupakan sifat sistem atau lingkungannya

Daerah batas integral pd persamaan 2.12 berarti ‘dari keadaaan 1 ke 2’ dan tidak bisa diartikan sbg nilai besarnya kerja pd keadaan ini (bukan mengindikasikan sbg W2-W1)

Bentuk diferensial δW dikatakan tak pasti, karena tdk dapat dihitung tanpa penjelasan rincian proses yg terjadi

04/21/2023

Hal ini berbeda dg perubahan sifat antara 2 keadaan tertentu yg tidak tergantung pd rincian proses yg menghubungkan kedua keadaan. Misal: perubahan volume pd 2 keadaan dpt ditentukan dgn mengitegralkan dV tanpa perlu melihat rincian proses yg terjadi, shg : V1: volume keadaan 1

V2: volume keadaan 2

Bentuk diferensial dg simbol d dikatakan pasti untuk membedakan dg diferensial tak pasti

04/21/2023

Banyak analisis termodinamika yg berhubungan dengan laju perpindahan energi yg terjadi

Laju perpindahan energi dlm bentuk kerja disebut DAYA, W

Scr makroskopik (pers 2.12) laju perubahan energi dlm bentuk kerja, sama dg hasil kali antara Gaya dan kecepatan pd titik dimana gaya diberikan

W = F . V

Tanda titik (dot) diberikan di atas W untuk menandai suatu bentuk laju.

Untuk mendapatkan kerja total selama internal waktu, pers 2.13 diintegralkan dr waktu t1 ke t2:

04/21/2023

Karena daya mrpkn suatu laju kerja, Maka daya dpt diberikan dlm satuanYg berlaku untuk energi dan waktu

Satua daya dalam SI : J/s atau WattSatuan daya British : ft.lbf/s atau Btu/h dan horse power (hp)

Contoh: Seseorang menggerakkan sepeda pd kecepatan 20 mil per jam, dimana terjadi hambatan gaya (drag force) dr udara sekitar. Hitung daya yg dibutuhkan !

Gaya hambatan aerodinamika diberikan oleh persamaan:

Fd = ½ Cd. A.ρV2

Dengan Cd=0,88 adalah konstanta yg disebut koef hambatanA= 3,9 ft2 adalah luas permukaan frontal ban sepeda dan pengemudinyaDensitas udara= 0,075 lb/ft3

04/21/2023

Maka daya yg dibutuhkan adalah Fd.V atau: Fd = (½ Cd. A.ρV2).V = ½ Cd. A.ρV3

Dengan memasukkan nilai V = 20mil/h, dan konversi satu ke hp, diperoleh daya yg diperlukan : 0,183 hp.

04/21/2023

KERJA EKSPANSI atau KOMPRESI

Ekspansi atau kompresi dari gas atau cairan

Kerja pd sistem tertutup terdapat silinder torak berisi gas atau cairan.

Ketika gas kompresi, tekanan gas meningkat dan dihasilakn gaya normal pd dinding torak

Jika p tekanan yg bekerja pd daerah batas gas dan torak, maka gaya yg dihasilkan gas di dinding dinyatakan bentuk perkalian p dan A.

Kerja yg dihasilkan sistem pd saat torak bergerak sejauh dx adalah

2.16

04/21/2023

dV bernilai positif ketika volume bertambah, shg keja pd daerah batas bergeraka adalah positif saat gas ekspansi

Untuk proses ekspansi, dV negatif, shg perhitungan kerja perdasarkan pers. 2.16 juga akan menghasilkan nilai negatif

Kerja yg terjadi selama perubahan volume V1 ke V2 dpt dihitung dg mengitegralkan pers 2.16:

Meskipun persamaan ini disusun berdasarkan kasus mekanisme silinder-torak untuk gas atau cairan, tp tetap bisa digunakan untuk berbagai bentuk sistem selama terdapat tekanan seragam pd dinding pergerakan daerah batas

04/21/2023

04/21/2023

Buat kelompok urut absen, jumlah menyesuaikan

Kerjakan 10 kasus diskusi pd halaman 80-81 di buku Termodinamika, Moran dan Saphiro, urut absen urut no

Dikerjakan di kertas folio bergaris

Minggu depan dikumpulkn dlm keadaan urut nomor absen dan soal, dan diberi cover.

TUGAS -2 :

3_energi dan Hk termo.pptx

Documents

Transcript of 3_energi dan Hk termo.pptx