5 Hukum Pertama Termodinamika

7/23/2019 5 Hukum Pertama Termodinamika

http://slidepdf.com/reader/full/5-hukum-pertama-termodinamika 1/19

Kapasitas Panas dan Teorema Ekipartisi

• Kapasitas panas

energi internal

struktur molekul

• Zat muai jika dipanaskan Cp > Cv

– Berkaitan dengan usaha utk memuai padatekanan konstan

– Usaha ini diabaikan pada zat padat dan cair

Cp = Cv

– as! Cp " Cv karena gas #ang dipanaskan

pada tekanan konstan siap memuai dan

melakukan usaha #ang cukup besar



• $anas diberikan pada gas dgn

volume konstan

• $anas #ang diberikan menjadi

energi internal

• Kapasitas panas pada volume

konstan adalah laju perubahan

energi internal terhadaptemperatur

T C Q vv ∆=

dT

dU C v =

U W U Qv ∆=+∆=



• $anas diberikan pada gas

dengan tekanan konstan

• %da kerja &hk ' termodinamika (

• Untuk gas ideal! kapasitas panas

pada tekanan konstan lebih

besar dari kapasitas panas pada

volume konstan sebesar n)

T C Q p p ∆=

nRC C v p +=

V P U W U Q p ∆+∆=+∆=



*abel kapasitas panas kalor molar berbagai gas pada +,oC

dalam -.mol/K

gas Cmp

Cmv

Cmv

/R Cmp

-Cmv

(Cmp

-Cmv

)/R

Monoatomik

He 20,79 12,52 1,51 8,27 0,99

Ne 20,79 12,68 1,52 8,11 0,98

Ar 20,79 12,45 1,50 8,34 1,00

Kr 20,79 12,45 1,50 8,34 1,00

Xe 20,79 12,52 1,51 8,27 0,99

Diatomik

N2 29,12 20,80 2,50 8,32 1,00

H2 28,82 20,44 2,46 8,38 1,01

O2 29,37 20,98 2,52 8,39 1,01

CO 29,04 20,74 2,49 8,30 1,00

Poliatomik

CO2 36,62 28,17 3,39 8,45 1,02

N2O 36,90 28,39 3,41 8,51 1,02

H2S 36,12 27,36 3,29 8,76 1,05



• 0nergi kinetik translasi total K = 1.+ n)*

• -ika energi internal suatu gas han#a terdiriatas energi kinetik translasi saja

U = 1.+ n)*

• Kapasitas panas

Cocok han#a untuk gas monoatomik &lihat tabel

Cv! Cp(

nRdT

dU C

v 2

3== nRnRC C v p 2

5=+=



erak molekul



*eorema ekipartisi

Bila suatu zat ada dalam kesetimbangan! makaada energi rata2rata sebesar 3 k* per molekulatau 3 )* per mol #ang dikaitkan dengan tiap

derajat kebebasan

• 4erajat kebebasan5 tiap koordinat! komponenkecepatan! kecepatan angular dan seterusn#a#ang muncul untuk pern#ataan energi molekul/

– 4ikaitkan dengan energi kinetik translasi! vibrasi!rotasi dan energi potensial vibrasi



as diatomik

• 6itrogen! oksigen! hidrogen! karbon

monoksida Cv = ,.+ )

• 0nergi internal n mol manapun dari gas+

tsb U = ,.+ n)*

• *iap gas memiliki , derajat kebebasan

2

2

12

2

12

2

12

2

12

2

1

y y x x z y x I I mvmvmv K ω ω ++++=



Zat padat

• 7ogam8 aluminium! tembaga! emas! perak Cm = 1) Hukum Dulong Petit

• 0nergi internal n mol zat padat U = 1n)*

• *iap zat memiliki 9 derajat kebebasan

2

2

12

2

12

2

12

2

12

2

12

2

1 Z K Y K X K mvmvmv K z y x z y x +++++=



Kegagalan teorema ekipartisi

• %da tambahan + derajat untuk molekul gasdiatomik – as diatomik berotasi terhadap garis #ang

menghubungkan atom+

– :olekul diatomik tidak kaku vibrasi• $ada logam Cm = 1) han#a berlaku pada

temperatur tinggi• as monoatomik tidak berotasi mengelilingi

salah satu sumbu• %bad '; teorema ekipartisi• %bad +< teorema mekanika kuantum



Contoh soal

'/ $anas jenis logam tertentu terukur sebesar '!+ k-.kg/K – itunglah massa molar logam ini! dengan mengasumsikan

logam tersebut mengikuti hukum 4ulong $etit

– 7ogam apakah itu

+/ atu mole gas oksigen dipanaskan dari temperatur+<oC dan tekanan ' atm sampai temperatur '<<oC/ %sumsikan oksigen sebagai gas ideal/• Berapa panas #ang harus diberikan jika volume dijaga

konstan selama pemanasan

• Berapa panas #ang harus diberikan jika tekanan dijagakonstan selama pemanasan dan berapa usaha #angdilakukan gas pada proses ini



0kspansi adiabatikkuasi statik gas

• as berada dalam tabung terinsulasi secara termisberekspansi secara perlahan menahan sebuah piston

• $roses adiabatik! sebuah proses dimana tidak ada

panas #ang mengalir masuk atau keluar dari suatusistem

• Usaha #ang dilakukan gas sama dengan berkurangn#aenergi internal gas &temperatur gas turun(



Tidak ada kerja



Sedikit kerja



Banyak kerja



• 4ari hukum pertama termodinamika

• ubungan $ dgn ? pada proses ekspansi maupun kompresi

adiabatik kuasi statik

• Usaha pd proses ekspansi adiabatik kuasi statik adalah luas

daerah di ba@ah kurva

0

0

0

=+

=+=

=+=

V

dV nRT dT C

dV P dT C dQ

dW dU dQ

V

V

1

2211

−

−=

γ

V P V P W adiabatik

V

P

C

C γ PV == dengankonstan,γ

T C W V adiabatik ∆−=



Awan



Contoh soal

ejumlah udara &A = '!( berekspansi

secara adiabatik dan kuasi statik dari

tekanan a@al + atm dan volume + 7 pada

temperatur '<oC menjadi dua kali volumea@aln#a/ *entukan

a/ tekanan dan temperatur akhir

b/ usaha #ang dilakukan oleh gas



Kuis

'/ atu mol gas ideal diatomik dipanaskan pada volume konstan

dari 1<< K sampai 9<< K/• *entukan pertambahan energi internal! usaha #ang dilakukan dan

panas #ang ditambahkan pada gas tsb• Carilah besaran #ang sama seandain#a ags dipanaskan dari 1<< K

sampai 9<< K pada tekanan konstan

+/ Kapasitas panas sejumlah gas tertentu pada tekanan konstan

adalah lebih besar +;!' -.K daripada kapasitas panas padavolume tetap/• Berapa mol gas #ang ada• -ika gas adalah monoatomik berapa Cv dan Cp• -ika gas terdiri dari molekul diatomik #ang berotasi tetapi tidak

bervibrasi! berapa Cv dan Cp

1/ '!, mol helium diekspansi secara adiabatik dan kuasi statik daritekanan a@al , atm dan temperatur ,<< K sampai tekanan akhir' atm/ *entukan

• *emperatur dan volume akhir • Usaha #ang dilakukan oleh gas• $erubahan energi internal gas

5 Hukum Pertama Termodinamika

Documents

Transcript of 5 Hukum Pertama Termodinamika