TERMODINAMIKATERMODINAMIKA

KERJAKERJA

Dalam termodinamika kerja umu Dalam termodinamika kerja umu didefinisikan sebagai gaya kali jarak didefinisikan sebagai gaya kali jarak

(W = F.s). Terdapat berbagai jenis kerja (W = F.s). Terdapat berbagai jenis kerja yang didefinisikan dengan persamaan-yang didefinisikan dengan persamaan-persamaan :persamaan :

Kerja mekanik DW = F. ds

Kerja ekspansi DW = p. dV

Kerja gravitasi DW = mgdh

Kerja permukaan DW = γ d A

Kerja listrik DW = € d q

Dimana:F = gaya, P = tekananm = massag = gaya gravitasiγ = tegangan permukaan€ = perbedaan potensialV = volume sistemh = ketinggianA = luas permukaan q = muatan listrik misal, arus x waktu =

I.dT

• Tanda yang akan digunakan adalah :- positif (+) bila sistem melakukan kerja terhadap sekelilingnya- negatif (-) bila sekelilingnya melakukan kerja terhadap sistem

• Kerja total yang dilakukan sistem dapat diperoleh dengan mengintegrasikan persamaan di atas , misalnya : kerja eskpansi

W = ∫ p dV

Latihan:• Berapa kerja yang dilakukan terhadap sistem jika gas

dikompresi melawan tekanan konstan 5 atm dan gas dikompresi dari 5 dm3 menjadi 1 dm3 pada 300 K. nyatakan W dalam kJ,

W = ∫ p dV V2

W = ∫ p dV = p (V2 – V1 )

V1

Karena p konstan, maka :W = 5 atm x (1-5) dm3 = - 20 atm . dm3

1 atm = 1,0132 .102 kN.m-2

= -20 atm . dm3 x 1,0132 .102 kN.m-2. atm-1 . dm-3 = -2.026 kJ

Latihan:• Satu mol gas ideal pada 3 atm dan 300 K diekspansi secara

isoterm menjadi dua kali volume semula melawan tekanan eksternal 1,5 atm, maka hitunglah kerjanya atau W:

V1 = RT/p = (0,082 dm3 atm K-1 mol-1) (300 K) (1 mol)3 atm

= 8,2 dm3

V2 = p1V1/p2 = (3 atm) (8,2 dm3) = 16,4 dm3

1,5 atm

W = peks dV = (1,5 atm) (16,4 – 8,2) dm3

= 12,3 atm dm3 = 12,3 JKarena kerja dilakukan oleh sistem maka nilainya positif

Latihan:Latihan: Satu mol gas ideal pada 3 atm dan 300 K Satu mol gas ideal pada 3 atm dan 300 K

diekspansi secara isoterm dan reversibel menjadi diekspansi secara isoterm dan reversibel menjadi dua kali volume semula, maka hitunglah kerjanya dua kali volume semula, maka hitunglah kerjanya atau W:atau W:

Karena ekspansi reversibel maka harga W adalah Karena ekspansi reversibel maka harga W adalah ::

WW = n RT ln V= n RT ln V22/V/V11

= ( 1 mol ) ( 8,314 J K= ( 1 mol ) ( 8,314 J K -1-1 mol mol-1-1) (300 K) ln 2 V) (300 K) ln 2 V1 1

VV11

= = == 1,72 x 101,72 x 1033 J J

Dibanding dengan soal diatas kerja ekspansi lebih Dibanding dengan soal diatas kerja ekspansi lebih besar . Kerja yang dilakukan dalam ekspansi besar . Kerja yang dilakukan dalam ekspansi reversiberl adalah maksimumreversiberl adalah maksimum

Latihan:Latihan: Berapa kerja yang dilakukan terhadap Berapa kerja yang dilakukan terhadap

sistem jika satu mol gas ideal pada 300 k sistem jika satu mol gas ideal pada 300 k dikompres secara isotermal dan dikompres secara isotermal dan reversibel menjadi seperlima dari volume reversibel menjadi seperlima dari volume semula?semula?

KERJA YANG DILAKUKAN SISTEM KERJA YANG DILAKUKAN SISTEM TERGANTUNG PADA PROSES YANG TERGANTUNG PADA PROSES YANG BERSANGKUTAN, PROSES-PROSES BERSANGKUTAN, PROSES-PROSES YANG TERJADI :YANG TERJADI :

1.1. PROSES ISOVOLUMEPROSES ISOVOLUME, PROSES PADA , PROSES PADA VOLUME TETAP;VOLUME TETAP;

v2v2W = W = ∫ P. dv = 0∫ P. dv = 0

v1v1

KARENA TIDAK ADA PERUBAHAN KARENA TIDAK ADA PERUBAHAN VOLUME MAKA dV = 0 SEHINGGA VOLUME MAKA dV = 0 SEHINGGA PERSAMAAN MENJADI :PERSAMAAN MENJADI :

dU = dQvdU = dQv atau dU = n Cv dT atau dU = n Cv dT

Cv ADALAH KAPASITAS MOLAR PADA Cv ADALAH KAPASITAS MOLAR PADA VOLUME TETAP. KARENA ENERGI DALAM VOLUME TETAP. KARENA ENERGI DALAM SISTEM TIDAK TERGANTUNG PADA SISTEM TIDAK TERGANTUNG PADA PROSES demikian juga dT sehingga berlaku PROSES demikian juga dT sehingga berlaku untuk semua proses.untuk semua proses.

2. PROSES ISOBARIS PROSES 2. PROSES ISOBARIS PROSES PADA PADA TEKANAN TETAP ;TEKANAN TETAP ;

v2v2W = W = ∫ P. dv = 0∫ P. dv = 0

v1v1 v2v2

W =P W =P ∫ P. dv = P = (V2 – V1∫ P. dv = P = (V2 – V1 v1v1

KAPASITAS PANAS MOLAR PADA KAPASITAS PANAS MOLAR PADA TEKANAN TETAP ADALAH Cp, MAKA;TEKANAN TETAP ADALAH Cp, MAKA;

dQ = n Cp dTdQ = n Cp dT DAN KERJA PADA TEKANAN TETAP:DAN KERJA PADA TEKANAN TETAP: dW = P dV = nR dTdW = P dV = nR dT

MAKA ; dUMAKA ; dU = dQ – dW= dQ – dW

nCv dT = n Cp dT – nR dTnCv dT = n Cp dT – nR dT

ATAU ; Cp – Cv RATAU ; Cp – Cv R

R= konstanta gas umumR= konstanta gas umum

3. PROSES ISOTERMAL3. PROSES ISOTERMAL, PROSES PADA , PROSES PADA TEMPERATUR TETAP;TEMPERATUR TETAP;

W = n RT ln P1/P2W = n RT ln P1/P2

PADA PROSES ISOTERMAL dT = 0 SEHINGGA PADA PROSES ISOTERMAL dT = 0 SEHINGGA ;;

dU = 0 dan dQ = dWdU = 0 dan dQ = dW

4. PROSES ADIABATIS4. PROSES ADIABATIS, PROSES BERLANGSUNG , PROSES BERLANGSUNG TANPA ADANYA ALIRAN PANAS YANG MASUK TANPA ADANYA ALIRAN PANAS YANG MASUK ATAUPUN KELUAR, JADI;ATAUPUN KELUAR, JADI;

dQ = 0dQ = 0

v2v2 v2 v2

W = W = ∫ C. dv = C 1 V∫ C. dv = C 1 V1 - 1 - γγ v1 Vv1 Vγγ γγ – 1 – 1 v1v1

W = 1 (P2V2 –P1V1)W = 1 (P2V2 –P1V1) γγ – 1 – 1

5. PROSES REVERSIBERL5. PROSES REVERSIBERL, PROSES YANG , PROSES YANG DAPAT KEMBALI KE KEADAAN SEMULA DAPAT KEMBALI KE KEADAAN SEMULA TANPA ADANYA KALOR YANG BERPINDAH TANPA ADANYA KALOR YANG BERPINDAH DAN TANPA KERJA YANG DILAKUKAN, DAN TANPA KERJA YANG DILAKUKAN, ARTINYA TANPA ADANYA PERUBAHAN ARTINYA TANPA ADANYA PERUBAHAN APAPUN BAIK SISTEM ATAU APAPUN BAIK SISTEM ATAU LINGKLUNGANNYA. PADA KENYATAANNYA LINGKLUNGANNYA. PADA KENYATAANNYA DI ALAM TIDAK ADA PROSES INI YANG DI ALAM TIDAK ADA PROSES INI YANG ADA PROSES IRREVERSIBELADA PROSES IRREVERSIBEL

Gas ideal monoatomik mula-mula mempunyai Gas ideal monoatomik mula-mula mempunyai tekanan P1, temperatur T1 dan volume V1. Gas ini tekanan P1, temperatur T1 dan volume V1. Gas ini kemudian ditekan secara isoterm sehingga kemudian ditekan secara isoterm sehingga tekanannya menjadi P2 = 3P1. selanjutnya pada tekanannya menjadi P2 = 3P1. selanjutnya pada tekanan tersebut gas dibiarkan mengembang tekanan tersebut gas dibiarkan mengembang secara isobaris sehingga volumenya menjadi secara isobaris sehingga volumenya menjadi V3=2V2, dan akhirnya gas ini ditekan sehingga V3=2V2, dan akhirnya gas ini ditekan sehingga semua besaran kembali pada keadaan semula. semua besaran kembali pada keadaan semula. Gambarkan proses-prses tersebut dalam diagram Gambarkan proses-prses tersebut dalam diagram

P-V:P-V:

PP

P2 2 3P2 2 3

P3 1P3 1

V2V2 V3 V3

Keadaan mula-mulaKeadaan mula-mula= 1= 1

Proses isobarisProses isobaris = 2 = 2 3 3

Proses isovolumeProses isovolume = 3 = 3 1 1

1 cm1 cm33 air bila diuapkan pada tekanan 1 atm akan menjadi air bila diuapkan pada tekanan 1 atm akan menjadi uap dengan volume 1671 cmuap dengan volume 1671 cm33 . Panas penguapan pada . Panas penguapan pada tekanan ini adalah 539 kal/gram.hitunglah usaha luar dan tekanan ini adalah 539 kal/gram.hitunglah usaha luar dan penambahan tenaga dalamnya.penambahan tenaga dalamnya.

Jawab:Jawab: Karena proses ini tekanannya konstan, maka usaha luarnya Karena proses ini tekanannya konstan, maka usaha luarnya

adalah :adalah : WW = p ( V2 – V1)= p ( V2 – V1) = 1,013 . 10= 1,013 . 1016 16 (1671 – 1)(1671 – 1) = 1,695 .10= 1,695 .1099 erg erg = 169,5 Jaoule = 41 kal= 169,5 Jaoule = 41 kal Massa 1 cmMassa 1 cm33 air adalah 1 gram. Jadi panas yang air adalah 1 gram. Jadi panas yang

diperlukan untuk menguapkan air adalah:diperlukan untuk menguapkan air adalah: Q= Ml=1 X 539 = 539 kaliQ= Ml=1 X 539 = 539 kali Dari hukum termodinamika :Dari hukum termodinamika :

∆ ∆ U = Q –WU = Q –W = 539 -41 = 498 kali= 539 -41 = 498 kali

Hukum kedua termodinamikaHukum kedua termodinamika Tidak mungkin membuat mesin kalor yang Tidak mungkin membuat mesin kalor yang

bekerja secara siklis yang dapat bekerja secara siklis yang dapat mengubah kalor yang diserap seluruhnya mengubah kalor yang diserap seluruhnya menjadi tenaga mekanik. Tidak mungkin menjadi tenaga mekanik. Tidak mungkin membuat mesin pendingin yang hanya membuat mesin pendingin yang hanya menyerap panas dari wadah yang menyerap panas dari wadah yang bertemperatur rendah dan bertemperatur rendah dan mengalirkannya ke wadah bertemperatur mengalirkannya ke wadah bertemperatur tinggi tanpa kerja dari luar.tinggi tanpa kerja dari luar.