IR. STEVANUS ARIANTO 1arianto.net/bahan/kinetikge.pdf · TERMODINAMIKA I PROSES ISOBARIK PROSES...

8/7/2017

IR. STEVANUS ARIANTO 1

DEFINISI GAS IDEAL

DISTRIBUSI KECEPATAN

KECEPATAN GAS IDEAL

HUBUNGAN TEKANANDAN KECEPATAN

PERSAMAAN GAS IDEAL

HUBUNGAN TEMPERATUR DANKECEPATAN PARTIKEL

KALOR JENIS GAS

HUKUMTERMODINAMIKA I

PROSES ISOBARIK

PROSES ISOKHORIK

PROSES ISOTERMIK

PROSES ADIABATIK PENGERTIAN SIKLUS

HUKUM TERMODINAMIKA II

SIKLUS MESIN CARNOT

SIKLUS MESIN BAKAR/OTTO

SIKLUS MESIN DIESEL

SIKLUS MESIN UAP

MESIN PENDINGIN

CONTOH SOAL 1 CONTOH SOAL 2 CONTOH SOAL 3 CONTOH SOAL 4 CONTOH SOAL 5

8/7/2017


DEFINISI GAS IDEAL1. Gas ideal terdiri atas partikel-partikel (atom-atom

ataupun molekul-molekul ) dalam jumlah yang besarsekali.

2. Partikel-partikel tersebut senantiasa bergerak dengan arahrandom/sebarang.

3. Partikel-partikel tersebut merata dalam ruang yang kecil.

4. Jarak antara partikel-partikel jauh lebih besar dari ukuranpartikel-partikel, sehingga ukuran partikel dapat diabaikan.

5. Tidak ada gaya antara partikel yang satu dengan yang lain,kecuali bila bertumbukan.

6. Tumbukan antara partikel ataupun antara partikel dengandinding terjadi secara lenting sempurna, partikel dianggapsebagai bola kecil yang keras, dinding dianggap licin dan tegar.

7. Hukum-hukum Newton tentang gerak berlaku.

Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1

DISTRIBUSIKECEPATAN

sepertiga jumlah atom bergerak sejajar sumbu x,sepertiga jumlah atom bergerak sejajar sumbu ydan sepertiga lagi bergerak sejajar sumbu z.

Kecepatan bergerak tia-tiap atomdapat ditulis dengan bentukpersamaan :

mkTv ras

3

mkTv ras

3

vras = kecepatan tiap-tiap atom, dalam m/detk = konstanta Boltzman k = 1,38 x 10-23 joule/atom oKT = suhu dalam oKm = massa atom, dalam satuan kilogram.


8/7/2017


KECEPATAN GAS IDEAL

m MN

k RN 0

Karena : dan Maka kecepatangas ideal :

MRTvras

3

M = massa gas per mol dalam satuan kg/molR = konstanta gas umum = 8,317 joule/mol oK

Pada suhu yang sama, untuk 2 macam gas kecepatannya dapat dinyatakan :

1221 :: MMvv rasras

Pada gas yang sama, namun suhu berbeda dapat disimpulkan :

221 :1: TTvv rasras


HUBUNGANTEKANAN DAN KECEPATAN

Tiap kali tumbukan atom dengan permukaandinding kubus kecepatan itu berubah dari + vrasmenjadi -vras. Jadi partikel mengalami perubahanmomentum = m (-vras) - m(+vras) = - 2m vras

Selang waktu antara dua buah tumbukanberturut-turut antara atomdengan permukaan dinding kubus adalah :

2

r a s

LtV

. 22. 2

ra s

ra sr a s

F t m vLF m v

v

Maka : 2r a sm VF

LGaya tiap partikel:

gaya rata-rataN/3 atom :

N3

2

.3

rasm VNFL

Tekanan rata-rata pada permukaan ialah hasil bagiantara gaya dengan luas bidang tekan :

2

2. .3 .

rasmVNPLL

2

.3

rasm VNPV

213 rasP V


8/7/2017


PERSAMAANGAS IDEAL

P . V = K’ . T atau P . V = N. k .TT = Suhu mutlak

N = Banyaknya partikel gask = Konstanta Boltman = 1,38 x 10-23 joule/0K

P . V = n R T

n NN 0

P = tekanan mutlak gas ideal satuan : N/m2

V = volume gas satuan : m3

T = suhu mutlak gas satuan : oKn = jumlah molekul gas satuan : molR = kondtanta gas umum, dimana :R = 8,317 joule/mol.0K

= 8,317 x 107 erg/mol0K= 1,987 kalori/mol0 K= 0,08205 liter.atm/mol0K

n NN 0

P VT

P VT

1 1

1

2 2

2

. .

n mMr


HUBUNGANTEMPERATUR DENGAN KECEPATAN PARTIKEL

P.V = n.R.T2

0

. . .3

r a sm VN N R TNVV

2

0

13 ras

Rm V TN

21 .3 rasm V k T

21 3 .2 2rasmV kT E k k T3

2. TkNEk ..

23

Untuk tiap partikel Untuk N partikel

k RN0


8/7/2017


KALOR JENIS GASDua macam KALOR JENIS yang mempunyai arti praktis yaitu :

- Kalor jenis pada volume konstan. (cv)- Kalor jenis pada tekanan konstan.(cp)

Kalor jenis gas ideal pada tekanan konstan selalu lebih besar daripada kalor jenis gas ideal pada volume konstan dan selisihnyasebesar konstanta gas umum (universil) yaitu : R = 8,317 J/mol 0K.

cp - cv = Ra. Untuk gas beratom tunggal

( monoatomik ) Pc R52 Vc R3

2P

V

cc

1 67,

b. Untuk gas beratom dua( diatomik ) Pc R7

2 Vc R52

P

V

cc

1 4,

= konstanta Laplace.


HUKUMTERMODINAMIKA I

Temodinamika merupakan cabang ilmu fisika yang mempelajarimengenai pengaliran panas, perubahan-perubahan energi yangdiakibatkan dan usaha yang dilakukan oleh panas.

Usaha luar ( W ) yaitu : Usaha yang dilakukan oleh sistem terhadapsekelilingnya terhadap sistem. W = p. V

Usaha dalam ( U ) adalah : Usaha yang dilakukan oleh bagiandari suatu sistem pada bagian lain dari sitem itu pula. U nRT3

2. .

HUKUM I TERMODINAMIKA.Dalam suatu sistem yang mendapat panas sebanyak Q akan terdapat

perubahan energi dalam ( U ) dan melakukan usaha luar ( W ).Q = U + W

Q = kalor yang masuk/keluar sistemU = perubahan energi dalam

W = Usaha luar.


8/7/2017


HK. TERMODINAMIKA IPROSES ISOBARIKPada proses ini gas dipanaskan dengan tekanan tetap

sebelum dipanaskan sesudah dipanaskan

proses ini berlaku persamaan GayLussac

VT

VT

1

1

2

2

W = p ( V2 - V1 )

Q = m cp ( T2 - T1 )

U = m cv ( T2 - T1 )

W = Q - U = m ( cp - cv ) ( T2 - T1 )Pemanasan Pendinginan


HK. TERMODINAMIKA IPROSES ISOKHORIK

proses ini volume Sistem konstan

Sebelum dipanaskan Sesudah dipanaskan

proses ini berlaku Hukum CHARLES

PT

PT

1

1

2

2

Pemanasan Pendinginan

Karena V = 0 maka W = p . VW = 0

Kalor yang diserap oleh sistem hanya dipakaiuntuk menambah energi dalam U )

Q = UU = m . cv ( T2 - T1 )


8/7/2017


HK. TERMODINAMIKA IPROSES ISOTERMIK

Selama proses suhunya konstan

Sebelum dipanaskan Sesudah dipanaskan

Proses ini berlaku Hukum BOYLE P1 V2 = P2 V2

Pemanasan Pendinginan

32

Karena suhunya konstan T2 = T1 maka :U = U2 - U1

3/2 n R T2 - 3/2 n R T1 = 0

W P VVV

P VVV1 1

2

12 2

2

1

( l n ) ( l n )

ln x =2,303 log x


HK. TERMODINAMIKA IPROSES ADIABATIK

Selama proses tak ada panas yang masuk / keluar sistem jadi Q = 0

Sebelum proses Selama/akhir proses

berlaku Hukum Boyle-Gay Lussac

PVT

P VT

1 1

1

2 2

2

Pengembangan Pemampatan

Karena Q = 0 maka O = U + WU2 -U1 = - W

W = m . cv ( T1 - T2 )

P1.V1 = P2.V2

T.V -1 = konstan atau T1.V1-1 = T2.V2

-1


8/7/2017


PENGERTIANSIKLUS

-Mulai dari ( P1 , V1 ) gasmengalami proses isothermissampai ( P2 , V2 ).-Kemudian proses isobarikmengubah sistem dari ( P2 , V2 )sampai ( P2 , V1 ).-Akhirnya proses isobarikmembuat sistem kembali ke( P1 , V1 ).Usaha yang dilakukan samadengan luas bagian gambar yangdiarsir proses seperti yangditunjukkan pada gambar disamping disebut : SIKLUS.

Pada akhir proses sistem kembali ke keadaan semula. Ini berarti padaakhir siklus energi dalam sistem sama dengan energi dalam semula.


HUKUMTERMODINAMIKA II

“ Adalah Tidak Mungkin Dapat Suatu Mesin Yang Bekerja DalamLingkaran Yang Tidak Menimbulkan Efek Lain Selain DaripadaMengambil Panas Dari Suatu Sumber Dan Merubah Panas Ini

Seluruhnya Menjadi Usaha “

Sebuah mesin diberi energi berupa kalor Q2pada suhu tinggi T2, sehingga mesinmelakukan usaha mekanik W. Energi yangdibuang berupa kalor Q1 pada suhu T1,maka effisiensi mesin adalah :

Energi yang bermanfaatEnergi yang asukkandim

WQ

Q QQ2

2 1

2

( )1 100%1

2

QQ

( )1 100%1

2

TT

Berlaku untuk semua mesin Mesin Carnot


8/7/2017


SIKLUSMESIN CARNOT

•Kurva ab dan cd masing-masingadalah kurva pengembangan danpemampatan isoteremis.

*Kurva bc dan da masing-masingadalah kurva pengembangan danpemampatan adiabatik.


SIKLUSMESIN BAKAR/OTTO

*Kurva ab dan cd masing-masingadalah kurva pemampatan danpengembangan adiabatik.

*Garis lurus bc dan da masing-masingadalah garis lurus untuk pemanasandan pendinginan isokhorik.


8/7/2017


SIKLUSMESIN DIESEL

•Kurva ab dan cd masing-masingadalah kurva pemampatan danpengembangan adiabatik.

*Garis lurus bc adalah garis luruspemanasan isobarik.

*Garis lurus cd adalah garis luruspendinginan isokhorik..


SIKLUSMESIN UAP/RANKINE

Mula-mula air dalam keadaan cairdengan suhu dan tekanan rendah di

titik a.-kurva ab adalah kurva pemampatansecara adiabatik dengan tekananyang sama dengan tekanan di dalamperiuk pendingin.-garis cd adalah proses pengubahanair menjadi uap.-Garis de adalah prosers pemanasansehingga suhu uap sangat tinggi.-Kurva ef adalah prosespengembangan secara adiabatik.-garis fa adalah proses pengembunansehingga kembali ke keadaanawalnya.


8/7/2017


MESIN PENDINGIN

Sebuah mesin pendingin menggunakanKalor Q2 untuk mengusir panas danMembuangnya ke Q1

Angka kerja (AK) dari mesin pendingin:

%1002 xWQAK

%10021

2 xQQ

QAK

Jika Angka kerja besar, maka mesin bekerja lebih berat dan sebaliknya


CONTOH SOAL 1

Jika kecepatan rata-rata molekulgas hydrogen adalah 600v3 m/s

pada suhu 27 oC. Hitunglahtekanan gas Oksigen pada suhu

127o C (jika massa jenis gasOksigen 1,4 Kg/m3)


8/7/2017


JAWABANCONTOH SOAL 1

2 2 2 2 22: . : .H O O H Ov v M T H M T

2 2: 32.300 : 2.400H Ov v

2600 3 : 4 3 : 2Ov

2

2.600 3 300 /4 3Ov m s

2

21 ( )3 OP v

21 .1, 4.(300)3

P

21,4.30.000 42.000 /P N m


CONTOH SOAL 2

Hitunglah energi kinetik 1/6 molSuatu gas monoatomik pada suhu

127 o C jika Bilangan avogadro6.1023 atom/mol Dan konstanta

Boltzman 1,38.10-23Joule/atom oK.


8/7/2017



3 . .2kE N k T

23 233 1. .6.10 .1,38.10 .4002 6kE

828kE joule


CONTOH SOAL 3

Diagaram P-V di atas menunjukkan gas dalamsatu siklus, hitunglah usaha total gas danjumlah kalor yang diperlukan.


8/7/2017



Luas daerah yang di arsir pada grafik P thd V merupakan usahaluar gas.

W= P V= (4.105 – 2.105). (4-2) = 4.105 joule

W

Karena siklus tertutup maka :U (perubahan usaha dalam)

= NOL.

Jadi kalor yang dibutuhkan =Usaha luar gas = 4.105 joule.


CONTOH SOAL 4Gas ideal monoatomik pada tekanan10^5 N/m2 dan suhu 275 oK mempu-nyai volume 2,25 m3. Gas ini mula-mula mengalami proses isokhoriksampai tekanan 1,5 .105 N/m2 ke-mudian proses isobaric sampai volu-menya menjadi 4,5 m3.a. Buatlah diagram P-V dari proses

yang dialami gas.b. Hitung suhu akhir proses.c. Hitung usaha total gas.


8/7/2017



a.

V(m )3

P(N/m ).102 5

2,25 4,50

1

1,5

(1)

(2)

(1) Adalah Proses Isovolum(2) Adalah proses isobarik

b. 1 2

1 2

P PT T

5 5

2

10 1,5.10275 T

2 412,5oT K32

2 3

VVT T 3

2, 25 4,50412,5 T

3 825oT K

.W P Vc.

5 51,5.10 (4,50 2,25) 3,375.10W joule


CONTOH SOAL 5

Sebuah mesin turbo jet reservoirpembakaran bersuhu 1727 oC danreservoir suhu rendahnya 527 o CUntuk menghasilkan usaha sebesar2.105 J diperlukan kalor pembakar-an 8.105 J.a. Berapa efisiensi Carnot (ideal)b. Effisiensi sesungguhnya dari me-sin.


8/7/2017



2

1

(1 )100%TT

a.

800(1 )100% 60%2000

1

.100%wQ

b.5

5

2.10 .100% 25%8.10


PROFICIATSELAMAT ANDA TELAH MENYELESAIKAN

MATERI TEORI KINETIK GAS & TERMODINAMIKA

BERLATIHLAH DENGAN :

SOAL-SOAL URAIAN

TESTLAH

KEMAMPUANMU

DENGAN SOAL TEST YANG TERSEDIA


IR. STEVANUS ARIANTO 1arianto.net/bahan/kinetikge.pdf · TERMODINAMIKA I PROSES ISOBARIK PROSES...

Documents

Transcript of IR. STEVANUS ARIANTO 1arianto.net/bahan/kinetikge.pdf · TERMODINAMIKA I PROSES ISOBARIK PROSES...