Hukum I Thermodinamika Konsep dan Apliksi

7/17/2019 Hukum I Thermodinamika Konsep dan Apliksi

http://slidepdf.com/reader/full/hukum-i-thermodinamika-konsep-dan-apliksi 1/8

Thermodinamika

Hukum I ThermodinamikaKonsep dan Apliksi

Robi Alfaq Abdillah

3713100004



1 Sistem Termodinamika

A. Hukum I Thermodinamika

Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Kita hanya dapat

mengubah bentuk energi, dari bentuk energi yang satu ke bentuk energi yang

lain. Apabila suatu sistem diberi kalor, maka kalor tersebut akan digunakan untuk

melakukan usaha luar dan mengubah energi dalam. Hukum I Termodinamika

menyatakan bahwa: “Kenaikan energi internal dari suatu sistem termodinamika

sebanding dengan jumlah energi panas yang ditambahkan ke dalam sistem

dikurangi dengan kerja yang dilakukan oleh sistem terhadap lingkungannya.”

Hukum pertama termodinamika adalah suatu pernyataan mengenai

hukum universal dari kekekalan energi dan mengidentifikasikan perpindahan

panas sebagai suatu bentuk perpindahan energi. Hukum ini terkait dengan

kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan energi dalam dari suatu

sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang

disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem. Secara

matematis hukum pertama thermodinamika ini dirumuskan, sebagai berikut:

dimana dQ adalah jumlah kalor, dW adalah usaha/kerja, dan dU adalah tenaga

dalam.

Pada suatu sistem yang mengalami perubahan temperatur, besarnya

perubahan energi dalam sistem dinyatakan dengan persamaan:

ΔU=U2-U1




ΔU=nR(T 2-T 1 )

ΔU=nRΔT

dari proses perubahan energi dalam sistem diperoleh beberapa proses yang

terjadi dalam Hk. I Thermodinamika. Proses-proses tersebut antara lain:

a) Proses Isothermal

Dalam proses Isotermal, suhu sistem dijaga agar selalu konstan.

Sistem yang kita analisis secara teoritis adalah gas ideal. Suhu gas ideal

berbanding lurus dengan energi dalam gas ideal (U = 3/2 nRT). Karena T

tidak berubah maka U juga tidak berubah. Dengan demikian, jika

diterapkan pada proses isotermal, persamaan Hukum pertama

termodinamika akan berubah bentuk seperti ini :

Perubahan tekanan dan volume sistem pada proses isotermal digambarkan

melalui grafik di bawah ini:

dari grafik diatas dapat diketahui mula-mula volume sistem = V1 (volume

kecil) dan tekanan sistem = P1 (tekanan besar). Agar suhu sistem selalu

konstan maka setelah kalor ditambahkan pada sistem, sistem memuai dan

melakukan kerja terhadap lingkungan. Setelah sistem melakukan kerja

terhadap lingkungan, volume sistem berubah menjadi V2 (volume sistem

bertambah) dan tekanan sistem berubah menjadi P2 (tekanan sistem

berkurang). Bentuk grafik melengkung karena tekanan sistem tidak

berubah secara teratur selama proses.




b) Proses Adibiatik

Ciri dari proses adibiatik adalah tidak ada kalor yang ditambahkan

pada sistem atau meninggalkan sistem atau dapat dikatakan Q sama

dengan 0. Proses adiabatik bisa terjadi pada sistem tertutup yang terisolasidengan baik. Untuk sistem tertutup yang terisolasi dengan baik, biasanya

tidak ada kalor yang dengan seenaknya mengalir ke dalam sistem atau

meninggalkan sistem. Proses adiabatik juga bisa terjadi pada sistem

tertutup yang tidak terisolasi. Untuk kasus ini, proses harus dilakukan

dengan sangat cepat sehingga kalor tidak sempat mengalir menuju sistem

atau meninggalkan sistem.

jika dituliskan kedalam rumus hukum I Thermodinamika maka

usaha dalam yang terjadi adalah sama dengan negatif kerja. Jadi, ketika

energi dalam bertambah maka kerja berkurang, hal ini berlaku pula untuksebaliknya. Dalam rumus matematisnya dapat dituliskan:

ΔU = Q-W (Q=0)

ΔU = 0-W

ΔU = -W

Kurva adiabatik (kurva 1-2) lebih curam daripada kurva isotermal

(kurva 1-3). Perbedaan kecuraman ini menunjukkan bahwa untuk kenaikan

volume yang sama, tekanan sistem berkurang lebih banyak pada proses

adiabatik dibandingkan dengan proses isotermal. Tekanan sistem

berkurang lebih banyak pada proses adiabatik karena ketika terjadipemuaian adiabatik, suhu sistem juga berkurang. Suhu berbanding lurus

dengan tekanan, karenanya apabila suhu sistem berkurang, maka tekanan

sistem juga berkurang. Sebaliknya pada proses isotermal, suhu sistem

selalu konstan. Dengan demikian pada proses isotermal suhu tidak ikut

mempengaruhi penurunan tekanan. Kurva tersebut dapat dilihat dibawah

ini:

c) Proses Isobarik

Dalam proses Isobarik, tekanan sistem dijaga agar selalu konstan.

Karena yang konstan adalah tekanan, maka perubahan energi dalam (ΔU),




kalor (Q) dan kerja (W) pada proses isobarik tidak ada yang bernilai nol.

Dengan demikian, persamaan hukum pertama termodinamika tetap utuh

seperti semula, yaitu:

ΔU = Q-Wkarena nilai dari tekanan tidak pernah berubah(konstan), maka meskipun

terjadi perubahan v, tetap saja nilai tekanan tetap. Dalam grafik proses ini

tergambar seperti dibawah ini:

d) Proses Isokorik

Dalam proses Isokorik, volume sistem dijaga agar selalu konstan.

Karena volume sistem selalu konstan, maka sistem tidak bisa melakukan

kerja pada lingkungan. Demikian juga sebaliknya, lingkungan tidak bisa

melakukan kerja pada sistem. Dalam matematis persamaan ini dapat

dilihat seperti dibawah:

karena nilai W = 0, maka persamaa Hk. I Termodinamika dalam proses ini

adalah:

ΔU = Q-W (W=0)

ΔU = Q-0

ΔU = Q

Dari hasil ini, kita bisa menyimpulkan bahwa pada proses isokorik (volume

konstan), kalor (Q) yang ditambahkan pada sistem digunakan untukmenaikkan energi dalam sistem. Grafik dari proses ini sebagai berikut:




B. Studi Kasus Hk. I Thermodinamika

Studi kasus untuk hukum I termodinamika ini dicontohkan dari proses

isobarik. Sesuai penjelasan diatas, proses Isobarik terjadi karena nilai dari

tekanan konstan.Proses ini dijumpai pada kasus pemanasan air di dalam ketel mesin uap

sampai ke titik didihnya dan diuapkan sampai air menjadi uap, kemudian uap

tersebut disuperpanaskan (superheated), dengan semua proses berlangsung

pada suatu tekanan konstan. Sistem tersebut adalah H2O di dalam sebuah wadah

yang berbentuk selinder. Sebuah pengisap kedap udara yang tak mempunyai

gesekan dibebani dengan pasir untuk menghasilkan tekanan yang didinginkan

pada H2O dan untuk mempertahankan tekanan tersebut secara otomatis. Kalor

dapat dipindahkan dari lingkungan ke sistem dengan menggunakan sebuah

pembakar bunsen. Jika proses tersebut terus berlangsung cukup lama, maka airmendidih dan sebagian air tersebut diubah menjadi uap. Sistem tersebut

bereskpansi secara kuasi statik tetapi tekanan yang dikerahkan sistem pada

pengisap otomatis akan konstan.




C. Contoh Sistem Thermodinamika (Tugas Pak Syaiful)

Dalam termodinamika dikenal istilah sistem dan lingkungan. Sistem

adalah benda atau sekumpulan apa saja yang akan diteliti atau diamati dan

menjadi pusat perhatian. Sedangkan lingkungan adalah benda-benda yangberada diluar dari sistem tersebut. Sistem bersama dengan lingkungannya

disebut dengan semesta atau universal. Batas adalah perantara dari sistem dan

lingkungan.

Gambar diatas merupakan sebuah piston dari mesin 4-Tak atau four stroke

engine. Four stroke engine adalah sebuah mesin dimana untuk menghasilkan

sebuah tenaga memerlukan empat proses langkah naik-turun piston, dua kali

rotasi kruk as, dan satu putaran noken as (camshaft).

Gambar tersebut memperlihatkan pembekaran yang terjadi secara terus

menerus pada ruang mesin (mesin diesel). Dalam hal ini yang berperan sebagai

sistem adalah udara di dalam ruang mesin. Mula-mula udara masuk ke ruang

mesin (intake), sehingga volume ruang mesin membesar. Saat volume udara

sudah cukup, piston terdorong ke dalam dan saat itu juga bahan bakar (fuel)

bertekanan tinggi diinjeksikan, sehingga terjadi pembekaran. Saat terjadi

pembakaran, udara dalam mesin menjadi panas, sehingga tekanannya

meningkat. Tekanan yang meningkat menyebabkan piston terdorong keluar dari

ruang mesin. Beberapa saat kemudian piston terdorong ke dalam lagi bersamaan

dengan membukanya katup pembuangan, sehingga sisa pembakaran akan

terdorong keluar. Piston dihubungkan dengan sebuah roda, sehingga setiap

gerakan piston menyebabkan roda berputar. Saat piston terdorong keluar,




sistem dikatakan melakukan usaha, karena volume sistem membesar. Saat piston

terdorong ke dalam, lingkungan dikatakan melakukan usaha karena volume

sistem berkurang (usaha sistem negatif).

Proses yang terjadi adalah proses adibiatik. Proses adibiatik ini akanmenaikkan suhu dan tekanan campuran udara dan uap bensin. Proses

pembakaran pada tekanan yang tinggi akan menghasilkan suhu dan tekanan (P =

F/A) yang sangat besar. Akibatnya gaya dorong (F = PA) yang dihasilkan selama

proses pemuaian menjadi sangat besar.

Hukum I Thermodinamika Konsep dan Apliksi

Documents

Transcript of Hukum I Thermodinamika Konsep dan Apliksi