HUKUM KE NOL DAN PERTAMA

TERMODINAMIKA

Ni’matut Tamimah, M.Sc

HUKUM TERMODINAMIKA

HUKUM TERMODINAMIKA KE NOL

HUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA

HUKUM TERMODINAMIKA KEDUA

HUKUM TERMODINAMIKA KETIGA

Kerja, Kalor dan Energi adalah konsep yang

mendasar dalam termodinamika .

Semua pengukuran kalor dan perubahan energi

menghasilkan pengukuran kerja.

Kerja = gaya x jarak ; kerja dilakukan selama

proses untuk menghasilkan suatu perubahan

Energi = kapasitas sistem untuk melakukan kerja

Kalor = energi sistem yang berubah sebagai

hasil perbedaan temperatur antara sistem dan

temperatur lingkungan.

Proses pelepasan energi sebagai kalor disebut

eksoterm, dan proses penyerapan energi

sebagai kalor disebut endoterm

Pengertian Kerja, Kalor dan Energi

Hukum Termodinamika ke Nol

- Hukum ini meletakkkan konsep suhu pada dasar yang kokoh,

yaitu bila dua sistem ada dalam kesetimbangan termal, maka

keduanya mempunyai suhu yang sama, bila tak ada dalam

kesetimbangan termal maka keduanya mempunyai suhu yang

berbeda.

- Tinjau 3 sistem A, B dan C, Fakta eksperimental : bila sistem A

ada dalam kesetimbangan termal dengan sistem B, dan sistem B

juga ada dalam kesetimbangan termal dengan C maka A ada

dalam kesetimbangan dengan C:

- TA = TB

TA = TC - TB = TC

A B C

Aplikasi Hukum ke Nol

Bagaimana termometer air raksa bekerja untuk mengukur suhu badan?

STOP !

HUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA

Secara matematis. hukum termodinamika I pada sistem tertutup, dinyatakan sebagai:

dU = dq + dw

U = q + w Dengan kata lain, perubahan energi dalam

sistem (U) setara dengan panas yang diberikan pada sistem (q) dan kerja yang dilakukan terhadap sistem (w)

Jika hanya diberikan panas, berlaku: U = q Jika hanya dilakukan kerja berlaku:

U = w

Hukum kekekalan energi dan Hukum pertama Termodinamika

STOP !

Catatan :

-Energi dalam adalah suatu fungsi keadaan, yang hanya tergantung

pada keadaan awal dan akhir sistem

-Kalor dan kerja bukan fungsi keadaan, tergantung pada jalannya

proses sistem.

d = diferensial eksak

d = diferensial tak eksak

b

a

b

a

QdQ

Udw

a

bab UUdu

- Energi dalam terdiri dari : energi transisi, energi vibrasi dan

energi rotasi pada tingkat molekuler dari suatu materi

- Kerja (W) adalah akibat aksi melawan gaya luar, yang

dinyatakan :

d W = F dh

F adalah gaya luar dan dh adalah jarak perpindahan

- Kerja tergantung pada 2 faktor yaitu faktor intensitas dan faktor

kapasitas

Jenis-jenis Kerja

KERJA EKSPANSI DAN KOMPRESI Kerja yang dilakukan oleh sistem

dw = F dh (F=gaya dh = jarak)

Kerja terhadap sistem

dw = -F dh

F = P (tekanan) x A (luas) maka :

dw = -Pluar A dh

Atau :

dw = -Pluar dV

Sehingga : dw = -Pluar dV

Karena: dU = dq +dw

maka : dU = dq - pdV

Integrasinya adalah:

atau

U = q – P(V2 – V1)

Atau U = q + w

2

1

V

V

PdVdqdU

Pluar

A

dh Ekspansi: V2>V1

Kompresi: V2<V1

W-: sistem melakukan kerja

W+: dilakukan kerja thd sistem

Beberapa terapan kerja (W)

Pada proses reversibel (Pluar=Pdalam= P) dan isotermis (dT = 0)

untuk gas ideal PV = n R T sehingga :

wrev = - n R T ln (V2/V1)

wrev = - n R T ln (P1/P2)

Pada proses irreversibel (Pluar Pdalam) dan isotermis (dT=0)

Wirrev = - Pluar dV

untuk gas ideal ,

Wirrev = - Pluar (V2-V1)

= - n R T (1-P2/P1)

Pada proses ekspansi isotermal terhadap vakum (Pluar = 0)

Wvak = 0

dVPW dalamrev

Kerja maksimum bisa dilakukan pada pemuaian gas ideal isotermis

jika sistem beroperasi secara reversibel isotermal. (jelaskan!)

Entalpi (H) / Heat content

• Pengertian entalpi dipakai untuk perubahan-perubahan pada

tekanan tetap

H = U + PV

dan PV hanya targantung kedaan awal dan akhir sistem

• Besarnya perubahan entalpi dari sistem :

H = H2 –H1

= (U2+P2V2) – (U1+P1V1)

= (U2-U1) + (P2V2-P1V1)

pada P tetap

H = U + P(V2-V1)

H = U + P V

• Jika dihubungkan dengan hukum termodinamika pertama pada

tekanan tetap berlaku: H = q

Enthalpy the amount of energy possessed by a thermodynamic system (see Thermodynamics) for transfer between itself and its environment. For example, in a chemical reaction, the change in enthalpy of the system is the heat of the reaction. In a phase change, as from a liquid to a gas, the change in enthalpy of the system is the latent heat of vaporization. In a simple temperature change, the change in enthalpy with each degree is the heat capacity of the system at constant pressure. The German physicist Rudolf J.E. Clausius originated the term in 1850. Mathematically, enthalpy H is identified as U + PV, where U is internal energy, P is pressure, and V is volume. H is measured in joules or British termal units (BTUs). (Encarta 2007)

What is enthalpy ? STOP !

Pengukuran perubahan entalpi

Perubahan entalpi mengikuti perubahan kimia dan fisika.

Diukur dengan kalorimeter

• Kalorimeter api bertekanan tetap H = q

• Kalorimeter Bom, pada volume tetap, melelui U dimana U = q

• untuk reaksi yang tidak menghasilkan gas H U

• Untuk reaksi yang menghasilkan gas:

H = U + PV = U + nRT

H = U + (PV) = U + n gasRT

Dengan n = n gas produk = n gas reaktan

Besarnya perubahan entalpi pada tekanan konstan setara dengan panas yang diserap sistem

Perubahan energi pada berbagai keadaan

-Perubahan energi pada volum konstan dV = 0

atau U = qV

Terjadi pada kalorimeter bom

-Perubahan energi pada tekanan konstan dP = 0

U2 – U1= qp – p(V2 – V1)

(U2+PV2) - (U1+PV1) = qp

H2 - H1 = qp

dqVdU

PdVdW

v

0

2

1dVPqU

PdVdqdU

p

H = qp

BAGAIMANA BOMB KALORIMETER

BEKERJA?

STOP !

Soal-soal

1. Dalam pemampatan reversibel isotermal dari 52 mmol gas ideal pada temperatur -13 oC, volume gas berkurang sampai 1/3 volume awal. Kerja dalam proses ini adalah..............

2. Suatu gas menempati volume 0,5 L pada tekanan 1,2 bar dan temperatur 0 oC. Jika dimampatkan dengan tekanan udara luar tetap sebesar 100 bar, volume menyusut 60 %. Kerja dalam proses ini adalah….

Kapasitas panas (C)

Kapasitas panas ( C ) : nisbah antara kalor yang dipasok dengan kenaikan suhu.. Satuan Joule/K

Kapasitas panas spesifik ( c ) : nisbah antara kalor yang dipasok pada sejumlah zat (Kg) dengan perubahan suhu. Satuan Joule/K.Kg

Kapasitas kalor molar: J K-1mol-1.

Secara matematis dinyatakan sebagai:

C = dq (proses)/dT

Pada volume konstan,

CV = dqV /dT = (∂U/∂T)V

Pada tekanan tetap

CP = dqP /dT = (∂H/∂T)P

Berdasar pada Hk Term I

-Pada V tetap : dV = 0

-Pada P tetap : dP = 0

Bila persamaan H = U + PV dideferensialkan terhadap T pada tekanan tetap :

Sehingga

dT

PdVdUC

V

VV T

UdT

qC

PP

P TVP

TUC

pPp T

VPT

UT

H

P

P THC

Hubungan Cv dan Cp dapat dituliskan beberapa persamaan :

VTVP

PTVP

TP

PHVCC

TVP

VUCC

}{

}){(

RCC VP

Buktikan !

Untuk gas Ideal

Buktikan !

STOP !

PERUBAHAN ENERGI PADA PERUBAHAN T DAN V

Energi dalam sebagai fungsi T dan V ; U= f(T,V)

Pada volume konstan

Pada temperatur konstan

dTT

UdU

V

dVV

UdU

T

dVV

UdTCdU

dVV

UdT

T

UdU

T

V

TV

Percobaan

Joule

Bertujuan menentukan (∂U/∂V )T

Jika kran dibuka maka gas

mengalir dari A ke B

Joule menemukan bahwa tak ada

perubahan suhu

dq = 0

dT = 0 tak ada perubahan suhu

dw = 0 kerja melawan vakum

dU = 0

dU= (∂U/∂V )T dV=0

Karena dV≠0 maka (∂U/∂V )T=0

Pd isotermal dU tdk tgt dV

Perubahan entalpi pada perubahan P, T

• Entalpi sebagai fungsi T dan p; H= f(T,P)

• Cp diperoleh dengan kalorimeter

• Untuk padatan dan cairan

• Untuk gas ideal

dPP

HdTCdU

dPP

HdT

T

HdH

T

P

TP

VP

H

T

0

TP

H

Perubahan energi pada proses adiabatis (dq = 0)

-untuk kerja P-T

-pada gas ideal : dU = nCv(T) dT

-untuk proses reversial Pluar = Pdalam

wdU

dVPdU luar

dVPdTTnCv luar)(

dVV

nRT

dTTnCv

dVV

nRTdTTnCv

)()(

][)(

1

2

1

2 lnlnV

VR

T

TCV

2211

1

22

1

11

1

1

2

1

2

VPVP

VTVT

T

T

T

T

VC

R

V

V

T

T

2

1

1

2 V

P

C

C1

VCR

Jika CV konstan

Maka

Soal-soal

3. 0,412 gram glukosa dibakar dalam kalorimeter bom yang kapasitas kalornya 541 J K-1, temperatur naik 7,801 K. Hitung entalpi molar pembakaran standar, energi dalam pembakaran standar dan entalpi pembentukan glukosa standarnya.

4. Hitung perubahan entropi dari 30 gram alumunium yang dipanaskan dari 500 sampai 700 OC. Titik leleh 660OC, kalor pelelehan 393 J g-1dan kapasitas kalor zat padat dan zat cair masing-masing adalah : (31,8 + 3,15 .10-3 T) JK-1 mol-1 dan (34,3 + 1,12 .10-3 T) JK-1 mol-1.

5. Suatu tangki mengandung 20 L gas monoatomik terkompresi pada 10 atm dan 25oC. Hitung kerja maksimum (dalam Jaoule) yang dilakukan bila gas terekspansi sampai tekanan 1 atm secara:

a) isotermal, b) adiabatis