A

Sistem dalam termodinamika adalah suatu daerah dalam ruang atau sejumlah benda yang dibatasi oleh permukaan tertutup. Permukaan tertutup yang membungkus system itu dapat berupa permukaan khayal, hanya dibayangkan saja atau permukaan yang benar-benar nyata.

Daftar Isi

Daftar Isi.................................................................................................................................. i

Kata Pengantar......................................................................................................................ii

1. Pendahuluan.....................................................................................................................1

1.1 Latar Belakang Makalah............................................................................................1

1.2 Tujuan............................................................................................................................2

1.3 Manfaat..........................................................................................................................3

2. Pembahasan.........................................................................................................................4

2.1 Sistem Termodinamika...................................................................................................4

2.1.1 Macam-macam sistem............................................................................................6

2.1.2 Keadaan Kesetimbangan Sistem dan Persamaan Keadaannya................................9

2.2 Persamaan Keadaan Sistem.........................................................................................13

2.2.1. Persamaan Keadaan.............................................................................................13

2.2.2 Perubahan Diferensial Keadaan............................................................................14

2.2.3. Teorema Matematis.............................................................................................16

Contoh Soal............................................................................................................................20

Latihan...................................................................................................................................22

Daftar Pustaka......................................................................................................................... iii

i

Kata Pengantar

Bismillahirrahmanirrahim.

Puji syukur kami persembahkan kehadirat Allah SWT atas rahmat

dan karunia-Nya kami dapat menyelesaikan makalah ini. Shalawat

dan salam semoga dilimpahkan oleh-Nya kepada junjungan kita

Nabi Besar Muhammad Saw., para sahabat, dan semua

pengikutnya yang setia di sepanjang zaman. Aamiin!

Keberhasilan pembuatan makalah ini di tunjang dari beberapa

materi yang tersedia baik dari dosen pengasuh maupun dari

informasi yang di dapat di luar. Meskipun demikian, kami sadar

bahwa makalah ini masih jauh dari kesempurnaan. Hal itu di

karenakan keterbatasan kemampuan dan pengetahuan kami. Oleh

karena itu kami sangat mengharapkan kritik dan saran yang

bersifat membangun dari para pembaca. Semoga makalah ini

dapat bermanfaat bagi kita semua. Aamiin.

Kami sebagai penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak

Apit Fathurohman S.Pd., M.Si. yang telah bersedia membimbing

kami di dalam mata kuliah Termodinamika.

Palembang, Februari 2015

Penyusun

ii

1. Pendahuluan

1.1 Latar Belakang Makalah

Penggunaan paling umum dari sebuah persamaan keadaan adalah dalam

memprediksi keadaan gas dan cairan. Salah satu persamaan keadaan paling

sederhana dalam penggunaan ini adalah hukum gas ideal, yang cukup akurat

dalam memprediksi keadaan gas pada tekanan rendah dan temperatur tinggi.

Tetapi persamaan ini menjadi semakin tidak akurat pada tekanan yang makin

tinggi dan temperatur yang makin rendah, dan gagal dalam memprediksi

kondensasi dari gas menjadi cairan. Namun demikian, sejumlah persamaan

keadaan yang lebih akurat telah dikembangkan untuk berbagai macam gas

dan cairan. Saat ini, tidak ada persamaan keadaan tunggal yang dapat

dengan akurat memperkirakan sifat-sifat semua zat pada semua kondisi.

Selain memprediksi kelakuan gas dan cairan, terdapat juga beberapa

persamaan keadaan dalam memperkirakan volume padatan, termasuk

transisi padatan dari satu keadaan kristal ke keadaan kristal lainnya.

Terdapat juga persamaan-persamaan yang memodelkan bagian dalam

bintang, termasuk bintang netron. Konsep yang juga berhubungan adalah

mengenai fluida sempurna di dalam persamaan keadaan yang digunakan di

dalam kosmologi.

Ketika sistem dalam keadaan seimbang dalam kondisi yang ditentukan, ini

disebut dalam keadaan pasti (atau keadaan sistem). Untuk keadaan

termodinamika tertentu, banyak sifat dari sistem dispesifikasikan. Properti

yang tidak tergantung dengan jalur di mana sistem itu membentuk keadaan

tersebut, disebut fungsi keadaan dari sistem. Bagian selanjutnya dalam seksi

ini hanya mempertimbangkan properti, yang merupakan fungsi keadaan.

1

Jumlah properti minimal yang harus dispesifikasikan untuk menjelaskan

keadaan dari sistem tertentu ditentukan oleh Hukum fase Gibbs. Biasanya

seseorang berhadapan dengan properti sistem yang lebih besar, dari jumlah

minimal tersebut. Pengembangan hubungan antara properti dari keadaan

yang berlainan dimungkinkan. Persamaan keadaan adalah contoh dari

hubungan tersebut

1.2 Tujuan Tujuan dari penulisan makalah ini adalah :

1. Mengetahui pengertian sistem termodinamika

2. Mengetahui jenis-jenis dari sistem termodinamika

3. Memahami perbedaan diantara jenis-jenis sistem dalam

termodinamika

4. Memahami dan menganalisis penerapan sistem termodinamika dalam

kehidupan sehari-hari

5. Mengetahui usaha sistem pada lingkungannya

6. Mengetahui apa yang dimaksud dengan persamaan keadaan

7. Mengetahui dan memahami hubungan dari variable-variabel dalam

termodinamika

8. Mengetahui persamaan dari gas ideal

9. Mampu menyelesaikan soal-soal yang berhubungan dengan

persamaan keadaan dalam termodinamika.

2

1.3 Manfaat

Diharapkan makalah ini dapat bermanfaat dalam memberikan

pemahaman mengenai sistem dalam termodinamika serta aplikasinya dalam

kehidupan sehari- hari. Selain itu, juga dharapkan agar bermanfaat dalam

memberikan informasi mengenai persamaan keadaan dalam termodinamika,

hubungan antara tekanan, temperature, dan suhu dalam termodinamika,

serta mampu menyelesaikan berbagai persoalan mengenai persamaan

keadaan dalam termodinamika.

3

2. Pembahasan

2.1 Sistem Termodinamika

Dalam termodinamika dikenal beberapa istilah, yaitu sistem dan lingkungan.

Segala sesuatu yang kita pelajari atau kita amati kita sebut dengan sistem,

sedangkan semua yang berada di luar sistem kita sebut dengan lingkungan.

Antara sistem dan lingkungan dapat terjadi pertukaran energi maupun

pertukaran materi.

Sistem dalam termodinamika adalah suatu daerah dalam ruang atau

sejumlah benda yang dibatasi oleh permukaan tertutup. Permukaan tertutup

yang membungkus system itu dapat berupa permukaan khayal, hanya

dibayangkan saja atau permukaan yang benar-benar nyata. Misalnya udara

yang ditekan dengan piston dalam silinder adalah sitem. Ruang yang dibatasi

oleh dinding silinder dan permukaan piston adalah permukaan tertutup yang

nyata. Udara yang berada dalam silinder adalah permukaan tertutup yang

nyata. Udara didalam silinder yang menjadi sitem termodinamika juga disebut

benda kerja. Segala sesuatu diluar system yang dapat melakukan pertukaan

energy dan mempunyai pengaruh langsung dengan sitem disebut lingkungan

(surrounding).

Segumpalan se terapung diatas air, gumpalan es adalah permukaan tertutup

khyal, air dan udara sekitarnya disebut lingkungan. Es dari – 150 C dicampur

dengan air dari 150 C didalam gelas sampai suatu saat suhunya menjadi

sama. Campuran es dan air adalah system dan permukaan tertutup adalah

permukaan yang dibatasi oleh dinding gelas dan sebagian air merupakan

permukaan tertutup nyata.

4

Sistem termodinmaika selamnya terisri dari benda seperti uadara , es dan air

seperti contoh siatas tetapi juga dapat berupa medan listrik, medan magnet

dan sebagainnya.

Suatu system yang dapat melakukan pertukaran benda dan energi dengan

linkungan disebut system terbuka, misalnya kompresor udara, pompa. Suatu

sitem yang hanya dapat melakukan pertukaran energy dengan

lingkungannya disebut sitem tertutup. Gas atas udara di dalam silinder

ditutup dengan piston yang dapat bergerak merupakan system tertutup

karena udara didalam silindr tidak dapaot bergerak keluar dan udara luar

tidak dapat masuk.

Sistem yang tidak dapat merupakan pertukaran energy dengan lingkungan

sisebut siestem terisolasi. Hal ini dapat mengembang dan tidak dapat

mengembang dan tidak ditekan serta diberi pembungkus isolasi yang

mencegah pertukaran energy kalor dengan lingkunganya.

5

2.1.1 Macam-macam sistem

Untuk menganalisis termodinamika, terlebih dahulu dimuat dengan pemilihan

system seperti pada gambar dibawah.

Gambar sistem dan lingkungan

Gambar tersebut menunjukkan system, permukaan batas, dan

lingkungannya. Apabila system telah dipilih, langkah berikutnya dalah

memberikannya dalam besaran yang berkaitan dengan sifat system atau

interaksinya dengan lingkungan atau keduanya. Berdasarkan interaksi

dengan lingkungannya, sistem dibedakan menjadi tiga macam, yaitu

a. System terbuka

b. System tertutup

c. System terisolasi

1. System terbuka

Permukaan batas dari dua sistem termodinamis yang berbeda

6

Gambar diatas menunjukkan aliran massa zat alir (fluid) melalui

sebuah pipa atau saluran . dalam kasus seperti kita dapat menetapkan

suatu ruang (daerah) tertentu didalam pipa dimana aliran massa ini

mengalir sebagai sistem. Daerah yang ditetapkan ini disebut volume

atur. Permukaan batas volum atur disebut permukaan atur yang pada

gambar diatas ditunjukkan sebagai garis putus-putus. Permukaan

dalam pipa dapat diambil sebagai bagian dari permukaan batas sistem

yang nyata. Namun kenyataannya ada permukaan batas yang imajiner

karena tidak ada permukaan nyata yang menandai posisi dari ujung

ujung yang terbuka, sehingga massa dapat mengalir melalui batas

sistem volume atur. Sistem seperti ini disebut sistem terbuka karena

terdapat pertukaaran massa dan energi antara sistem dengan

lingkungan melalui permukaan batas.

Dalam kehidupan nyata / sehari- hari sistem ini banyak sekali dijumpai,

misalnya kita meletakkan kapur barus (naftalena) di antara buku atau

baju- baju, kapur barus akan menguap, jadi ada materi yang

dipertukarkan yaitu antara uap naftalena dan udara. Atau botol yang

berisi cuka atau alkohol. Di laboratorium semua reaksi kimia yang

dilakukan umumnya dilakukan dengan sistem terbuka.

7

2. Sistem tertutup

Permukaan batas dari dua sistem termodinamis yang berbeda

Gambar diatas memperlihatkan silinder yang dilengkapi dengan piston

berisi zat alir. Zat alir dalam silinder dipilih sebagai sistem. Permukaan

dalam silinder dan piston diammbil sebagai permukaan batas sistem

yang ditandai dengan garis putus-putus. Dalam contoh ini bentuk dan

volume sistem dapat diubah dengan menaikkan atau menurunkan

piston. Perubahan bentuk dan volum permukaan batas selalu

diperbolehkan sepanjang perubahan ini dikenali dalam perhitungan

selanjutnya.

Pada sistem ini tidak terdapat pertukaran massa dengan lingkungan.

Sistem seperti ini disebut sistem tertutup. Meskipun sejumlah materi

ditetapkan dalam sistem tertutup, energi masih dapat mengalir

melewati permukaan batas sistem. Oleh karena itu, sistem dikatakan

tertutup apabila tidak terdapat pertukaran massa tetapi dapat terjadi

pertukaran energi melalui permukaan batas dengan lingkungan.

Sistem tertutup juga disebut massa atur.

8

Dalam bahasa sehari- hari dapat dikatakan sistem berada dalam suatu

tempat yang ditutup rapat, tetapi kita masih dapat mengamati

perubahan suhu dari dinding sistem. Contoh botol- botol zat kimia

yang masih disegel, susu kaleng, makanan kaleng.

3. Sistem terisolasi

Sistem terisolasi merupakan jenis khusus dari sistem tertutup. Sistem

terisolasi adalah sistem yang tidak dapat melakukan pertukaran massa

dan energi melewati permukaan batas. Permukaan batas semacam ini

disebut dinding adiabatik. Lapisan kayu yang tebal, beton, asbes, kain

beludru, karet busa dan lain sebgainya merupakan hampiran

percobaan yang baik percobaan untuk didnding adiabatik.

Contoh sistem terisolasi dalam kehidupan sehari- hari adalah termos.

Di laboratorium ada yang dikenal sebagai termostat, kalorimeter,

maupun instrumen untuk reaksi- reaksi in-situ menggunakan sistem

terisolasi.

2.1.2 Keadaan Kesetimbangan Sistem dan Persamaan Keadaannya

Suatu sistem dapat berada dalam keadaan setimbang atau tidak setimbang.

Ada empat keadaan setimbang suatu sistem. Keempat keadaan setimbang

tersebut adalah:

1. keadaan setimbang mekanis

2. keadaan setimbang kimiawi (chemis / kemis)

3. keadaan setimbang termal / termis

4. keadaan setimbang termodinamis.

9

1. Keadaan Setimbang Mekanis

Suatu sistem dinyatakan berada dalam keadaan setimbang mekanis jika

resultan gaya luar maupun resultan gaya dalamnya (gaya dachil) adalah nol.

Ini berarti :

ΣF=O

Dalam keadaan setimbang mekanis, suatu sistem dapat diam atau bergerak

beraturan. Dalam arti bergerak lurus beraturan atau bergerak melingkar

beraturan atau berotasi beraturan.

2. Keadaan Setimbang Kemis/ Kimiawi

Apabila suatu system :

a. tidak mengalami perpindahan zat dari bagian satu ke bagian lainnya atau

sistem tidak mengalami difusi

b. tidak terjadi reaksi kimiawi yang dapat mengubah jumlah partikel semula

c. tidak terjadi pelarutan

d. tidak terjadi kondensasi serta

e. komposisi dan konsentrasinya tetap,

maka sistem itu berada dalam keadaan setimbang kemis (kimiawi). Ini berarti

system dinyatakan setimbang kemis (kimiawi), jika sistem tidak berubah dan

tetap berada dalam keadaan semula.

3. Keadaan Setimbang Termis

Apabila suatu sistem

10

a. koordinat makro maupun mikronya tidak berubah walaupun kontak termal

dengan lingkungannya melalui dinding diatermik

b. harga koordinat makro maupun mikronya tidak berubah dengan perubahan

waktu,

maka sistem berada dalam keadaan setimbang termis dengan

lingkungannya. Oleh karena itu, suatu sistem disebut setimbang termis, jika

harga koordinatnya tidak berubah dengan perubahan waktu.

4. Keadaan Setimbang Termodinamis

Apabila syarat-syarat kesetimbangan mekanis, kemis, dan termis terpenuhi,

maka sistem berada dalam keadaan setimbang termodinamis. Dalam

keadaan setimbang termodinamis, keadaan koordinat sistem maupun

lingkungan sistem cenderung tidak berubah sepanjang masa. Jadi, pada

dasarnya Termodinamika hanya mempelajari suatu sistem yang berada

dalam kesetimbangan termodinamis.

Keadaan sistem yang setimbang termodinamis minimal ada dua, yaitu:

sistem yang tertutup dan sistem yang terbuka. Suatu sistem dinyatakan

tertutup, jika massa dan jumlah partikel sistem tetap. Ini berati, jumlah mol

sistem yang tertutup selalu tetap.Sebaliknya, sistem dinyatakan terbuka, jika

massa dan jumlah partikel sistem berubah-ubah harganya. Ini berarti, jumlah

mol sistem yang terbuka selalu berubah-ubah.

Dalam keadaan setimbang termodinamis, ternyata

a. setiap sistem tertutup dapat digambarkan oleh tiga koordinat sistem dari

delapan koordinat yang dipunyainya

b. semua eksperimen menunjukkan bahwa antara ketiga koordinat itu

terdapat hubungan berikut.

F (x,y,z) = 0

11

Ini berarti, dalam keadaan setimbang termodinamis, hanya dua diantara

ketiga koordinat sistem yang merupakan variabel (ubahan) bebas.

Pernyataan ini dapat dituliskan seperti persamaan 3.3.a, 3.3.b, dan 3.3.c.

berikut.

X = f ( y, z)

Y = f ( x, z)

z = f ( x, y)

P = f (v, T)

Andaikan p dan T ditentukan terlebih dulu secara bebas, misalnya: gas

dimasukkan dalam silinder dengan tekanan p dan dipanasi sampai

temperaturnya mencapai harga T, maka volume gas telah memiliki harga

tertentu dan tidak dapat ditentukan secara bebas. Ini berarti:

V = f (p, T)

Andaikan p dan V ditentukan terlebih dulu secara bebas, misalnya: gas

dimasukkan dalam silinder dengan tekanan p dan ditekan sampai volumenya

12

Gas berada dalam silinder dengan koordinat sistem, G (energi bebas Gibbs dari gasa), p (tekanan gas), H (entalpi gas), S (entropi gas), U (energi dalam gas), V (volume gas), F (energi bebas Helmholtz), dan T (temperatur gas). Perhatikan tiga koordinatnya, misalnya: p, V, dan T. Andaikan V dan Tditentukan terlebih dulu secara bebas, misalnya: gas dimasukkan dalam silinder dengan volume V dan dipanasi sampai temperaturnya mencapai harga T, maka tekanan gas telah memiliki harga tertentu dan tidak dapat ditentukan secara bebas. Ini berarti:

mencapai harga V, maka temperatur gas telah memiliki harga tertentu dan

tidak dapat ditentukan secara bebas. Ini berarti:

Dengan demikian, secara umum berlaku persamaan:

F (p, V, T) = 0

Dari persamaan diatas merupakan persamaan keadaan gas atau persamaan

keadaan sistem yang berada dalam keadaan setimbang termodinamis.

2.2 Persamaan Keadaan Sistem

2.2.1. Persamaan Keadaan Dalam keadaan nyata, sangat sulit mengungkapkan kelakuan lengkap zat

dalam seluruh pengukuran harga koordinat termodinamika (P, V,Ɵ) dengan

memakai persamaan sederhana.

Terdapat lebih dari 60 persamaan keadaan yang telah diajukan untuk

menggambarkan cairan saja, uap saja dan daerah uap-cairan.

Di antaranya :

1. Persamaan gas ideal :

PV=RƟ(2.1)

yang hanya berlaku pada tekanan (P) rendah dalam daerah uap dan gas.

2. Persamaan keadaan van der Waals :

(P+a

v2 ) ( v−b )=RƟ(2.2)

yang berlaku dengan baik dalam daerah cairan, uap dan di dekat serta di

atas titik kritis

13

2.2.2 Perubahan Diferensial Keadaan

Setiap infinitesimal dalam koordinat termodinamika (P, V, Ɵ) harus

memenuhi persyaratan bahwa ia menggambarkan perubahan kuantitas yang

kecil terhadap kuantitasnya sendiri tetapi perubahan kuantitas yang besar

terhadap efek yang ditimbulkan oleh kelakuan beberapa molekul.

Persamaan keadaan suatu sistem dapat dibayangkan bahwa persamaan

keadaan tersebut dapat dipecahkan untuk menyatakan setiap koordinatnya

dalam dua koordinat lainnya.

Analisisnya :

1. V = fungsi (Ɵ, P) (2.3)

Maka diferensial parsialnya :

dV =¿

Kuantitas kemuaian volume rata didefinisikan :

Muai volume rata= peruba hanvolume persatuanvolumeperubahan temperatur

Pada kondisi tekanan tetap

Jika perubahan temperatur dibuat sangat kecil, maka perubahan volume juga

menjadi sangat kecil, maka :

kemuaian volume sesaat (β) dirumuskan :

β= 1V ( ∂V∂Ɵ )

p

(2.5)

14

Sebenarnya β merupakan fungsi dari (Ɵ, P), tetapi dalam percobaan

menunjukkan bahwa banyak zat yang β – nya tidak peka pada perubahan

tekanan (dP) dan hanya berubah sedikit terhadap suhu (Ɵ)

Efek perubahan tekanan pada volume sistem hidrostatik ketika

temperaturnya dibuat tetap, dinyatakan oleh kuantitas yang disebut

ketermampatan isotermik (κ dibaca kappa) yang dirumuskan :

K=−1V ( ∂V∂ p )

Ɵ

(2.6)

2. P = fungsi (Ɵ, V) (2.7)

Maka diferensial parsialnya :

dP=( ∂P∂Ɵ )v

d Ɵ+( ∂P∂V )Ɵ

dV (2.8)

3. Ɵ = fungsi (P, V) (2.9)

Maka diferensial parsialnya :

d Ɵ=( ∂Ɵ∂ P )v

dP+( ∂Ɵ∂V )P

dV (2.10)

2.2.3. Teorema Matematis

Andaikan ada hubungan antara ketiga koordinat x, y, z, maka

15

f (x,y,z) = 0 (2.11)

dengan

x = fungsi (y,z) maka :

dx=( ∂x∂ y )z

dy+( ∂ x∂ z )

y

dz (2.12)

Dan y = fungsi (x,z) maka :

dy=( ∂ y∂x )

z

dy+( ∂ y∂ z )

x

dz (2.13)

dengan menyulihkan persamaan (2.13) ke dalam (2.12) diperoleh :

x = fungsi (y,z) maka :

dx=( ∂x∂ y )z[( ∂ y∂x )

z

dx+( ∂ y∂ z )

x

dz ]+( ∂ x∂ z )y dz (2.14 )

Atau

dx=( ∂x∂ y )z( ∂ y∂ x )

z

dx+[( ∂x∂ z )( ∂ y∂z )

x

+( ∂ y∂ z )

x] dz(2.15)

Sekarang dari ketiga koordinat itu hanya dua yang bebas (x,z). Jika dz = 0

dan dx ≠ 0,

diperoleh :

16

( ∂x∂ y )z( ∂ y∂ x )

z

=1(2.16)

( ∂x∂ y )z

= 1

( ∂ y∂x )

z

(2.17)

Jika dx = 0 dan dz ≠ 0, diperoleh :

( ∂x∂ y )z( ∂ y∂ x )

z

+( ∂x∂ z )y

=0 (2.18 )

( ∂x∂ y )z( ∂ y∂ x )

z

=−( ∂ x∂ z )

y

(2.19)

( ∂x∂ y )z( ∂ y∂ z )

x

+( ∂ z∂ x )

y

=−1(2.20)

Kembali ke sistem hidrostatik berdasarkan persamaan (2.19), diperoleh :

( ∂P∂V )Ɵ( ∂V∂Ɵ )

P

=−( ∂ P∂Ɵ )

P

(2.21)

Atau

( ∂V∂Ɵ )P

( ∂V∂P )Ɵ

=−( ∂ P∂Ɵ )

v

(2.22)

Dari persamaan (2.5) dan (2.6)

17

β= 1

V ( ∂V∂Ɵ )P

K=−1V ( ∂V∂ P )

Ɵ

disulihkan ke dalam persamaan (2.21) diperoleh :

( ∂P∂Ɵ )V

= βK

Kembali ke persamaan (2.8)

dP=( ∂P∂Ɵ )V

d Ɵ+( ∂P∂V )Ɵ

dV

berdasarkan persamaan (2.6) dan (2.23)

K=−1V ( ∂V∂ P )

Ɵ

( ∂P∂Ɵ )Ɵ

= BK

Diperoleh :

∂ P = BK

∂Ɵ - 1kV

∂V (2.24)

Lalu pada volume tetap ( V = 0 ) , diperoleh :

∂ P = BK

∂Ɵ (2,25)

18

Dengan mengintegrasikan kedua keadaan tersebut , diperoleh :

∫Pi

Pf

∂P = ∫Ɵi

Ɵf

∂Ɵ (2,26)

Dan

Pf - Pi = Bk

( Ɵf - Ɵi ) (2,27)

19

Contoh Soal 1. Persamaan keadaan gas ideal yaitu : Pv = RƟ , buktikanlah bahwa :

a. β = 1Ɵ

b. k = 1p

Jawab :

a. Koordinat termodinamika ( P, V , Ɵ ) , maka V = fungsi ( P , Ɵ ), namun

karena β terjadi pada tekanan tetap berarti V = fungsi (Ɵ ) saja lalu

persamaan :

Pv = RƟ

Menggunakan perubahan diferensial keadaan menjadi :

Pdv = R∂Ɵ→( ∂V∂Ɵ )P

= RP

, Karena β = 1vRP

, maka β=¿ 1Ɵ

→ terbukti

b. k terjadi pada suhu tetap berarti V = fungsi ( P ) saja .

Pv = RƟ → v = RƟ p−1 → dv = −RƟ p−2 dP = −RƟ /PV x1 /P , maka

k=1P

→ Terbukti

2. Diketahui :

β Air Raksa=181x 10−6 K−1

K Air Raksa=3,82 x10−11Pa−1

20

Massa air raksa pada tekanan 1 atmosfir (1,01325x105 x 105 Pa) dan

temperatur 0oC diusahakan agar volume tetap. Temperatur dinaikkan hingga

10oC, berapa Pa tekanan akhirnya ?

Jawab :

Menggunakan persmaan (2.27)

Pf−Pi=Bk

(Ɵf−Ɵ i)

Pf−1,01325 x105=(181 x10−6 x 10)/(3,82 x10−11)

Pf=(181x 10−6 x10)/(3,82 x10−11)+1,01325x 105

Pf=473x 105+1,01325 x105

Pf=474,01325105Pa

21

Latihan A. Berikan tanda silang (X) untuk salah satu pilihan jawaban a, b, c, d, atau e

yang anda anggap paling tepat !

1. Berdasarkan interaksi dengan lingkungannya, sistem dibedakan

menjadi beberapa macam, yaitu

a. Sistem terbuka, sistem tertutup, dan sistem terisolasi

b. Sistem terbuka dan sistem tertutup

c. Sistem terisolasi

d. Sistem thermodinamik

e. Volum atur dan permukaan atur

2. Dibawah ini yang termasuk dalam sistem tertutup adalah

a. Air dalam termos

b. Gas dalam tabung gas

c. Air dalam gelas dengan tutup

d. Air dengan gelas tanpa tutup

e. Batu es yang dibiarkan di atas meja

3. Sebuah bejana berisi gas Nitrogen (N2) diukur suhunya dengan

menggunakan termometer. Dibwah ini pernyataan yang benar adalah :

a. Bejana dan Gas N2 adalah sistem

b. Gas N2 dan Termometer adalah lingkungan

c. Yang termasuk sistem adalah thermometer saja

d. Yang termasuk sistem gas N2 saja

e. Yang termasuk sistem adalah bejana saja

22

4. Termos merupakan Contoh sistem berdasarkan interaksi dengan

lingkungannya dalam kehidupan sehari- hari. Sistem yang dimaksud

adalah

a. Sistem terbuka

b. sistem tertutup

c. sistem terisolasi

d. sistem terbuka dan sistem terisolasi

e. sistem thermodinamik

5. perhatikan gambar dibawah ini

Sumber : www.google.comYang termasuk sistem dalam gambar diatas adalah

a. Api dan air yang dipanaskan

b. Air yang dipanaskan

c. Air yang dipanaskan dan bejana

d. Kompor dan panci

e. Besarnya api

23

6. Gambar dibawah ini menunjukkan sistem

a. Sistem terbuka

b. sistem tertutup

c. sistem terisolasi

d. sistem terbuka dan sistem terisolasi

e. sistem thermodinamik

7. Suatu sistem dinyatakan berada dalam keadaan setimbang jika

resultan gaya luar maupun resultan gaya dalamnya (gaya dachil)

adalah nol. Keadaan setimbang ini merupakan keadaan setimbang

a. keadaan setimbang mekanis

b. keadaan setimbang kimiawi (chemis )

c. keadaan setimbang kemis

d. keadaan setimbang termal / termis

e. keadaan setimbang termodinamis.

24

8. Apabila syarat-syarat kesetimbangan mekanis, kemis, dan termis

terpenuhi, maka sistem berada dalam keadaan

a. keadaan setimbang mekanis

b. keadaan setimbang kimiawi (chemis )

c. keadaan setimbang kemis

d. keadaan setimbang termal / termis

e. keadaan setimbang termodinamis.

9. Terdapat lebih dari 60 persamaan keadaan yang telah diajukan untuk

menggambarkan cairan saja, uap saja dan daerah uap-cairan. Dari

persamaan-persamaan dibawah ini, yang merupakan persamaan van

der walls adalah

a. PV=RƟ

b. PV=nRT [1+ 9 PT c

128 PcT (1−6T C2

T 2 )]c. (P+

a

v2 ) ( v−b )=RƟ

d. P= RTV m

+ β

V m2+ γ

V m3+ δ

V m4

e. pV=Konstan

10.Jika perubahan temperatur dibuat sangat kecil, maka perubahan

volume juga menjadi sangat kecil, maka kemuaian volume sesaat (β)

dirumuskan menjadi

a. β= 1P ( ∂ P

∂Ɵ )v

b. β= 1V ( ∂V∂Ɵ )

V

c. β= 1V ( ∂ P

∂V )Ɵ

25

d. β= 1V ( ∂V∂Ɵ )

p

e. β= 1V ( ∂ P

∂Ɵ )P

B. Jawablah pertanyaan dibawah ini dengan tepat !

1. Dalam termodinamika dikenal beberapa istilah, yaitu sistem dan

lingkungan. Apakah yang dimaksud dengan sistem dan lingkungan

itu?

2. Sebuah bejana mempunyai volume 150 cm3 pada tekanan 2,2 atm

pada suhu 200oC. Hitunglah jumlah mol H2 gas dalam bejana

tersebut !

3. Sebuah silinder berisi oksigen pada suatu temperatur sebesar 20oC

dan suatu tekanan sebesar 15 atm di dalam suatu volume sebesar

100 liter. Sebuah pengisap dimasukkan ke dalam silinder tersebut dan

mengurangi volume yang ditempati oleh gas menjadi 80 liter dan

menaikkan temperatur gas menjadi 25oC. Dengan menganggap

oksigen adalah suatu gas ideal, maka berapakah tekanan akhir gas

tersebut ?

4. Sebuah silinder berisi oksigen pada suatu temperatur sebesar 27oC

dan suatu tekanan sebesar 10 atm di dalam suatu volume sebesar

200 liter. Sebuah pengisap dimasukkan ke dalam silinder tersebut dan

mengurangi volume yang ditempati oleh gas menjadi 150 liter dan

menaikkan temperatur gas menjadi 37oC. Dengan menganggap

oksigen adalah suatu gas ideal, maka berapakah tekanan akhir gas

tersebut ?

5. Persamaan keadaan gas ideal yaitu : Pv = RƟ , buktikanlah bahwa:

26

β = 1Ɵ

Jawaban

A. soal Pilihan Ganda

1. Berdasarkan interaksi dengan lingkungannya, sistem dibedakan

menjadi tiga macam, yaitu

a. System terbuka

b. System tertutup

c. System terisolasi

Jawaban a

2. Dalam bahasa sehari- hari dapat dikatakan sistem berada dalam suatu

tempat yang ditutup rapat, tetapi kita masih dapat mengamati

perubahan suhu dari dinding sistem. Contoh botol- botol zat kimia

yang masih disegel, susu kaleng, makanan kaleng, air dengan gelas

dengan tutup.

Jawaban c

3. Sistem (yang menjadi pusat perhatian) : gas Nitrogen (N2).

Lingkungan (diluar sistem) : bejana dan termometer.

Jawaban : d

27

4. Sistem terisolasi adalah sistem yang tidak dapat melakukan

pertukaran massa dan energi melewati permukaan batas. Contoh

sistem terisolasi dalam kehidupan sehari- hari adalah termos

Jawaban c

5. Ketika panci dipanaskan diatas kompor, energi diberikan ke dalam air

melalui peristiwa konduksi. Peristiwa ini dapat kita jumpai pada saat

kita memanaskan air. Dalam peristiwa ini keadaan air berubah, karena

pada saat mendidih, volume, suhu dan tekanan berubah. Proses

semacam ini dikenal sebagai proses termodinamika. Dalam sistem

termodinamika, kita perlu mendefinisikan sistem dengan jelas.

Misalnya, pada proses pemanasan air diatas, yang dimaksud sistem

adalah air, tetapi tidak termasuk panci, dan kompor.

Jawaban b

6. Gambar tersebut memperlihatkan silinder yang dilengkapi dengan

piston berisi zat alir. Zat alir dalam silinder dipilih sebagai sistem.

Permukaan dalam silinder dan piston diammbil sebagai permukaan

batas sistem yang ditandai dengan garis putus-putus. Pada sistem ini

tidak terdapat pertukaran massa dengan lingkungan. Sistem seperti ini

disebut sistem tertutup

Jawaban b

7. Suatu sistem dinyatakan berada dalam keadaan setimbang mekanis

jika resultan gaya luar maupun resultan gaya dalamnya (gaya dachil)

adalah nol. Ini berarti :

ΣF=O

28

Dalam keadaan setimbang mekanis, suatu sistem dapat diam atau

bergerak beraturan. Dalam arti bergerak lurus beraturan atau bergerak

melingkar beraturan atau berotasi beraturan.

Jawaban a

8. Apabila syarat-syarat kesetimbangan mekanis, kemis, dan termis

terpenuhi, maka sistem berada dalam keadaan setimbang

termodinamis. Dalam keadaan setimbang termodinamis, keadaan

koordinat sistem maupun lingkungan sistem cenderung tidak berubah

sepanjang masa. Jadi, pada dasarnya Termodinamika hanya

mempelajari suatu sistem yang berada dalam kesetimbangan

termodinamis.

Jawaban e

9. a. PV=RƟ(persamaan gas ideal)

b. PV=nRT [1+ 9 PT c

128 PcT (1−6T C2

T 2 )] (Persamaan Berhelot)

c. (P+a

v2 ) ( v−b )=RƟ (persamaan keadaan van der walls)

d. P= RTV m

+ β

V m2+ γ

V m3+ δ

V m4 (c. (Persamaan Beattie-Bridgeman)

e. pV=Konstan (Hukum Boyle)

Jawaban c

10.Jika perubahan temperatur dibuat sangat kecil, maka perubahan

volume juga menjadi sangat kecil, maka :

29

kemuaian volume sesaat (β) dirumuskan :

β= 1V ( ∂V∂Ɵ )

p

jawaban d

B. Essay

1. Sistem adalah segala sesuatu yang kita pelajari atau kita amati,

sedangkan lingkungan adalah semua yang berada di luar sistem

2. DiketahuiV=150 cm3=150x 10−6m3

P=2,2atm=2,22 x105Pa

T=200Oc=473K

R=8314J /kgmol K

n= pvRT

=2,22 X 105 X 150 X10−6

8314 X 473K=8,467 x10−6kg /mol

3. penyelesaian

P1V 1

T 1=P2V 2

T 2

(15atmx 100 liter )293K

= P2 x 80 liter298K

P2=(15atm x100 liter x 298K )

293K x 80 liter=19 atm

4. Pembahasan :

P1 = 10 atmV1 = 200 liter

30

T1 = 27OC = 300 KV2 = 150 LiterT2 = 37OC = 310 K

P1V 1

T 1=P2V 2

T 2

10atmx 200 liter300K

= P2 x 150 liter310K

P2=10atm x200 liter x 310K300K x150 liter

=620.000atm45.000

=13 ,7atm

5. Koordinat termodinamika ( P, V , Ɵ ) , maka V = fungsi ( P , Ɵ ),

namun karena β terjadi pada tekanan tetap berarti V = fungsi (Ɵ ) saja

lalu persamaan :

Pv = RƟ

Menggunakan perubahan diferensial keadaan menjadi :

Pdv = R∂Ɵ→( ∂V∂Ɵ )P

= RP

, Karena β = 1vRP

, maka β=¿ 1Ɵ

→ terbukti

31

Daftar Pustaka

Anonim. Bab I Konsep Dasar. Online.

(irzaman.staff.ipb.ac.id/files/2011/08/materi-termodinamika-2010.pdf

diakses tanggal 2 februari 2015, pukul 10:40)

fathurohman, Apit. 2008. Termodinamika. Indralaya: Fakultas Keguruan dan

Ilmu Pendidikan Universitas Sriwijaya.

Khuriati, Ainie. 2007. Buku Ajar Termodinamika. Online.

(http://eprints.undip.ac.id/27839/1/0152-BA-FMIPA-2007.pdf diakses

tanggal 2 februari 2015, pukul 08:38)

Widjajanti, Endang. Termokimia . Online. (https://www.google.com/url?

sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=7&cad=rja&uact=8&ved=0CEE

QFjAG&url=http%3A%2F%2Fstaff.uny.ac.id%2Fsystem%2Ffiles

%2Fpengabdian%2Fendang-widjajanti-lfx-ms-dr%2Fppm-

termokimia.pdf&ei=kyvQVLD9IYHl8AWy1oDICQ&usg=AFQjCNEG3n9k

Br5wpG_IiX7yAJ2ztE1Viw&sig2=qjoLwaswXiYRgzqabBcckw&bvm=bv.

85076809,d.dGY diakses tanggal 2 Februari 2015, pukul 09:08)

iii