KONSEP DASAR TERMODINAMIKA

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Termodinamika memainkan peran penting dalam analisis sistem dan piranti yang

ada didalamnya terjadi perpindahan formasi energi. Implikasi termodinamika

bercakupan jauh, dan penerapannya

membentang ke seluruh kegiatan manusia. Bersamaan dengan sejarah teknologi kita, perkembangan sains telah memperkaya kemampuan kita untuk memanfaatkan energi dan menggunakan energi tersebut untuk kebutuhan masyarakat. Kebanyaakan kegiatan kita melibatkan perpindahan energi dan perubahan energi.

Termodinamika merupakan sains aksiomatik yang berkenaan dengan tranformasi

energi dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Termodinamika klasik diformalkan oleh

Carnot, Joule, Kelvin, Clausian dan Boltzman telah menjembatani celah antara titik

pandang termodinamika klasik dan makroskopik. Melalui percobaan dimungkinkan

untuk menerangkan perilaku makroskopik materi dalam perilaku probalitis partikel

mikroskopiknya. Melalui percobaan J.W Gibbs membentang pendekatan

termodinamika klasik hingga ke zat yang sedang mengalami perubahan fisis dan

kimiawi.

Apabila materi diperhatikan dari sudut pandang mikroskopik, pokok bahasan

termodinamika statistik yang dianggap sebagai mekanika statistik. Pendekatan

mikroskopik berfokus pada perilaku statistik suatu massa yang terdiri atas sejumlah

molekul yang berdiri sendiri dan mengaitkan sifat-sifat makroskopik materi dengan

konfigurasi molekul dan dengan gaya-gaya antara molekul. Perbedaan antara kedua

pendekatan ini adalah dengan memperhatikan tekanan yang dikerahkan oleh gas yang

terkungkung dalam suatu wadah. Dari pandangan mikroskopik tekanan yang

dikerahkan gas pada titik tertentu dan pada saat tertentu tergantung pada perilaku

sesaat molekul yang berada di sekitar titik tersebut.

Termodinamika klasik dan statistik cendrung untuk salaing melengkapi dan

memperkuat sehingga kedua disiplin ini memberikan lebih banyak wawasan atas

perilaku materi yang tidak satu pun diantara kedua nya dapat memberikan secara

sendiri.

1.2 Rumusan Masalah

Adapun masalah-masalah yang akan dibahas dalam makalah ini diantaranya

adalah:

1. Bagaimana hukum termodinamika dapat menjelaskan hubungan dengan

fisika statistik.

1.3 Tujuan

Adapun tujuan dari penulisan makalah ini antara lain adalah untuk:

1. Dapat memahami tentang hukum-hukum termodinamika

2. Mengetahui besaran terukur dari suatu sistem ditinjau melalui persamaan-

persamaan termodinamika

1.4 Manfaat

Makalah ini dapat memberikan beberapa manfaat, diantaranya dapat menambah

pengetahuan dan wawasan bagi pembaca.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Pengertian dasar termodinamika.

Thermodinamika adalah ilmu tentang energi, yang secara spesific membahas tentang

hubungan antara energi panas dengan kerja. Seperti telah diketahui bahwa energi didalam

alam dapat terwujud dalam berbagai bentuk, selain energi panas dan kerja, yaitu energi

kimia, energi listrik, energi nuklir, energi gelombang elektromagnit, energi akibat gaya

magnit, dan lain-lain . Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain, baik secara

alami maupun hasil rekayasa tehnologi. Selain itu energi di alam semesta bersifat kekal,

tidak dapat dibangkitkan atau dihilangkan, yang terjadi adalah perubahan energi dari satu

bentuk menjadi bentuk lain tanpa ada pengurangan atau penambahan. Prinsip ini disebut

sebagai prinsip konservasi atau kekekalan energi. Prinsip thermodinamika tersebut

sebenarnya telah terjadi secara alami dalam kehidupan sehari-hari. Bumi setiap hari

menerima energi gelombang elektromagnetik dari matahari, dan dibumi energi tersebut

berubah menjadi energi panas, energi angin, gelombang laut, proses pertumbuhan

berbagai tumbuh-tumbuhan dan banyak proses alam lainnya. Proses didalam diri manusia

juga merupakan proses konversi energi yang kompleks, dari input energi kimia dalam

maka nan menjadi energi gerak berupa segala kegiatan fisik manusia, dan energi yang

sangat bernilai yaitu energi pikiran kita. Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan

teknologi, maka prinsip alamiah dalam berbagai proses thermodinamika direkayasa

menjadi berbagai bentuk mekanisme untuk membantu manusia dalam menjalankan

kegiatannya. Mesin-mesin transportasi darat, laut, maupun udara merupakan contoh yang

sangat kita kenal dari mesin konversi energi, yang merubah energi kimia dalam bahan

bakar atau sumber perpindahan diatas permukaan bumi, bahkan sampai di luar angkasa.

Pabrik-pabrik dapat memproduksi berbagai jenis barang, digerakkan oleh mesin

pembangkit energi listrik yang menggunakan prinsip konversi energi panas dan kerja.

Untuk kenyamanan hidup, kita memanfaatkan mesin airconditioning, mesin pemanas,

dan refrigeratorsyang menggunakan prinsip dasar thermodinamila. Aplikasi

thermodinamika yang begitu luas dimungkinkan karena perkembangan ilmu

thermodinamika sejak abad 17 yang dipelopori dengan penemuan mesin uap di Inggris,

dan diikuti oleh para ilmuwan thermodinamika seperti Willian Rankine, Rudolph

Clausius, dan Lord Kelvin pada abad ke 19. Pengembangan ilmu thermodinamika

dimulai dengan pendekatan makroskopik, yaitu sifat thermodinamis didekati dari perilaku

umum partikel-partikel zat yang menjadi media pembawa energi, yang disebut

pendekatan thermodinamika klasik. Pendekatan tentang sifat thermodinamis suatu zat

berdasarkan perilaku kumpulan partikel-partikel disebut pendekatan mikroskopis yang

merupakan perkembangan ilmu thermodinamika modern, atau disebut thermodinamika

statistik. Pendekatan thermodinamika statistik dimungkinkan karena perkembangan

teknologi komputer, yang sangat membantu dalam menganalisis data dalam jumlah yang

sangat besar.

Metode termodinamika statistik dikembangkan pertama kali beberapa tahun terakhir

oleh Boltzmann di Jerman dan Gibbs di Amerika Serikat. Dengan ditemukannya teori

kuantum, Bose, Einstein, Fermi, dan Dirac memperkenalkan beberapa modifikasi ide asli

Boltzmann dan telah berhasil dalam menjelaskan beberapa aspek yang tidak dipenuhi

oleh statistik Boltzmann.

Pendekatan statistik memiliki hubungan dekat dengan termodinamika dan teori kinetik.

Untuk sistem partikel di mana energi partikel bisa ditentukan, kita bisa menurunkan

dengan statistik mengenai persamaan keadaan dari suatu bahan dan persamaan energi

bahan tersebut. Termodinamika statistik memberikan sebuah penafsiran tambahan tentang

konsep entropi.

Termodinamika statistik (Mekanika statistik), tidak seperti teori kinetik, tidak fokus pada

pertimbangan tumbukan antara 1 molekul dengan molekul lain atau dengan permukaan

secara detail. Malahan ia mengambil keuntungan dari fakta bahwa molekul itu memiliki

jumlah yang sangat banyak dan sifat rata-rata dari sejumlah besar molekul bisa dihitung

walaupun tidak berisi informasi tentang molekul tertentu. Jadi sebagai misal, perusahaan

asuransi bisa memprediksi dengan ketelitian yang tinggi tentang harapan hidup rata-rata

semua orang yang yang lahir di Amerika Serikat pada tahun yang diberikan, tanpa

mengetahui keadaan kesehatan salah satu dari orang-orang tersebut.

2.2 Klasifikasi Sistem Termodinamika

Suatu sistem thermodinamika adalah sustu masa atau daerah yang dipilih, untuk

dijadikan obyek analisis. Daerah sekitar sistem tersebut disebut sebagai lingkungan.

Batas antara sistem dengan lingkungannya disebut batas sistem (boundary), seperti

terlihat pada Gambar 1.1. Dalam aplikasinya batas sistem nerupakan bagian dari sistem

maupun lingkungannya, dan dapat tetap atau dapat berubah posisi atau bergerak.

Gambar 1.1. Skema sistem thermodinamika

Sistem termodinamika bisa diklasifikasikan ke dalam tiga kelompok:

1. Sistem tertutup; 2. Sistem terbuka; dan 3. Sistem terisolasi.

1. Sistem tertutup.

Merupakan sistem massa tetap dan identitas batas sistem ditentukan oleh ruang zat

yang menempatinya. Contoh sistem tertutup adalah suatu balon udara yang dipanaskan,

dimana masa udara didalam balon tetap, tetapi volumenya berubah, dan energi panas

masuk kedalam masa udara didalam balon Sistem tertutup ditunjukkan oleh gambar 1.

Gas di dalam silinder dianggap sebagai suatu sistem. Jika panas diberikan ke silinder dari

sumber luar, temperatur gas akan naik dan piston bergerak ke atas.

Gambar 1. Sistem termodinamika tertutup.

Ketika piston naik, batas sistem bergerak. Dengan kata lain, panas dan kerja

melewati batas sistem selama proses, tetapi tidak ada terjadi penambahan atau

pengurangan massa zat.

Asyari-Daryus, Termodinamika Teknik I Universitas Darma Persada – Jakarta. 9

2. Sistem terbuka

Pada sistem ini, zat melewati batas sistem. Panas dan kerja bisa juga melewati batas

sistem. Gambar 2 menunjukkan diagram sebuah kompresor udara yang menggambarkan

sistem terbuka ini.

Gambar 2. Sistem termodinamika terbuka.

Zat yang melewati batas sistem adalah udara bertekanan rendah (L.P) yang

memasuki kompresor dan udara bertekanan tinggi (H.P) yang meninggalkan kompresor.

Kerja melewati batas sistem melalui poros penggerak dan panas ditransfer melewati batas

sistem melalui dinding silinder.

3. Sistem terisolasi

Adalah sebuah sistem yang sama sekali tidak dipengaruhi oleh lingkungannya.

Sistem ini massanya tetap dan tidak ada panas atau kerja yang melewati batas sistem.

2.3 Sifat-sifat Sistem

Keadaan sistem bisa diidentifikasi atau diterangkan dengan besaran yang bisa

diobservasi seperti volume, temperatur, tekanan, kerapatan dan sebagainya. Semua

besaran yang mengidentifikasi keadaan sistem disebut sifat-sifat sistem.

2.4 Klasifikasi Sifat-sifat Sistem

Sifat-sifat termodinamika bisa dibagi atas dua kelompok umum:

1. Sifat ekstensif, dan 2. Sifat intensif.

1. Sifat ekstensif

Besaran sifat dari sistem dibagi ke dalam beberapa bagian. Sifat sistem, yang harga

untuk keseluruhan sistem merupakan jumlah dari harga komponen-komponen individu

sistem tersebut, disebut sifat ekstensif. Contohnya, volume total, massa total, dan energi

total sistem adalah sifat-sifat ekstensif.

2. Sifat intensif

Perhatikan bahwa temperatur sistem bukanlah jumlah dari temperatur-temperatur bagian

sistem. Begitu juga dengan tekanan dan kerapatan sistem. Sifat-sifat seperti temperatur,

tekanan dan kerapatan ini disebut sifat intensif.

2.5 Kesetimbangan Termal

Misalkan dua benda yang berasal dari material yang sama atau berbeda, yang satu

panas, dan lainnya dingin. Ketika benda ini ditemukan, benda yang panas menjadi lebih

dingin dan benda yang dingin menjadi lebih panas. Jika kedua benda ini dibiarkan

bersinggungan untuk beberapa lama, akan tercapai keadaan dimana tidak ada perubahan

yang bisa diamati terhadap sifat-sifat kedua benda tersebut. Keadaan ini disebut keadaan

kesetimbangan termal, dan kedua benda akan mempunyai temperatur yang sama.

2.6 Bentuk-bentuk energi

Telah disampaikan sebelumnya bahwa energi dapat terwujud dalam berbagai

bentuk, yaitu energi kimia, energi panas, energi mekanis, energi listrik, energi nuklir,

energi gelombang elektromagnetik, energi gaya magnit, dan lain-lain. Suatu media

pembawa energi dapat mengandung berbagai bentuk energi tersebut sekaligus, dan

jumlah energinya disebut energi total (E). Dalam analisis thermodinamika sering

digunakan energi total setiap satuan masa media (m), yang disebut sebagai energi per-

satuan masa (e) yaitu,

Berbagai bentuk energi diatas dapat pula dikelompokkan menjadi dua bentuk,

yaitu energi makroskopik dan energi mikroskopik. Energi makroskopik adalah

keberadaan energi ditandai dari posisinya terhadap lingkungannya atau terhadap suatu

referensi yang ditentukan. Contoh bentuk energi makroskopik adalah energi kinetik (KE)

dan energi potensial (PE). Keberadaan energi mikroskopik ditentukan oleh struktur

internal dari= zat pembawa energi sendiri dan tidak tergantung kepada lingkungannnya,

yaitu struktur dan gerakan molekul zat tersebut. Energi mikroskopik ini disebut sebagai

energi internal (U).

Energi makroskopik berhubungan dengan gerakan masa pembawa energi, dan

pengaruh luar seperti gaya gravitasi, pengaruh energi listrik, sifat magnit, dan tegangan

pemukaan fluida. Energi kinetis KE adalah energi yang disebabkan oleh gerakan relatif

terhadap suatu referensi, dan besarnya adalah:

atau dalam bentuk energi per-satuan masa:

dengan, m = satuan masa media pembawa energi

V = satuan kecepatan gerakan masa.

Energi potensial adalah energi yang disebabkan oleh posisi elevasinya dalam medan

gravitasi, dan besarnya adalah:

PE = m g z

Atau dalam bentuk energi per-satuan masa,

pe = g z

dengan, g = gaya gravitasi

z = posisi elevasi terhadap suatu referensi.

Energi internal meliputi semua jenis energi mikroskopik, yaitu akibat dari struktur

dan aktivitas molekul dalam masa yang ditinjau. Struktur molekul adalah jarak antar

molekul dan besar gaya tarik antar molekul, sedang aktivitas molekul adalah kecepatan

gerak molekul. Energi laten adalah energi yang merubah jarak dan gaya tarik antar

molekul, sehingga masa berubah fase antara fase padat atau cair menjadi gas. Energi

sensibel merubah kecepatan gerak molekul, yang ditandai oleh perubahan temperatur dari

masa yang ditinjau. Energi kimia adalah energi internal sebagai akibat dari komposisi

kimia sua tu zat, yang merupakan energi yang mengikat atom dalam molekul zat tersebut.

Perubahan struktur atom menyebabkan perubahan energi pengikat atom dalam molekul,

sehingga reaksinya dapat melepaskan energi (eksothermis) misalnya dalam reaksi

pembakaran, atau memerlukan energi (indothermis). Bentuk energi internal lainnya

adalah energi nuklir, yang merupakan energi ikatan antara atom dengan intinya.

Dalam bahasan thermodinamika efek dari jenis energi makroskopik lain yaitu

energi magetik, dan tegangan permukaan fluida dapat diabaikan, sehingga energi total E

dari masa pembawa energi tersebut adalah:

E = U+ KE+ PE= U+ + mgz

atau dalam bentuk energi per-satuan masa,

e = u +ke +pe = u + + gz

Dalam aplikasi bidang teknik masa atau sistem thermodinamika yang ditinjau biasanya

tidak bergerak selama proses berlangsung, sehingga perubahan energi potensial dan

energi kinetisnya sama dengan nol.

2.7 Karakteristik

Karakteristik yang menentukan sifat dari sistem disebut propertydari sistem,

seperti tekanan P, temperatur T, volume V, masa m, viskositas, konduksi panas, dan lain-

lain. Selain itu ada juga propertyyang disefinisikan dari propertyyang lainnya seperti,

berat jenis, volume spesifik, panas jenis, dan lain-lain. Suatu sistem dapat berada pada

suatu kondisi yang tidak berubah, apabila masing-masing jenis propertysistem tersebut

dapat diukur pada semua bagiannya dan tidak berbeda nilainya. Kondisi tersebut disebut

sebagai keadaan (state) tertentu dari sistem, dimana sistem mempunyai nilai

propertyyang tetap. Apabila propertynya berubah, maka keadaan sistem tersebut disebut

mengalami perubahan keadaan. Suatu sistem yang tidak mengalami perubahan keadaan

disebut sistem dalam keadaan seimbang (equilibrium). Perubahan sistem thermodinamika

dari keadaan seimbang satu menjadi keadaan seimbang lain disebut proses, dan rangkaian

keadaan diantara keadaan awal dan akhir disebut linasan proses seperti terlihat pada

Gambar 1.2.

Gambar 1.2. Proses dari keadaan 1 ke keadaan 2

Tergantung dari jenis prosesnya, maka keadaan 2 dapat dicapai dari keadaan 1

melalui berbagai lintasan yang berbeda. Proses thermidinamika biasanya digambarkan

dalam sistem koordinat 2 dua property, yaitu P-V diagram, P-v diagram, atau T-S

diagram. Proses yang berjalan pada satu jenis propertytetap, disebut proses iso - diikuti

nama propertynya, misalnya proses isobaris (tekanan konstan), proses isochoris (volume

konstan), proses isothermis (temperatur konstan) dan la in-lain. Suatu sistem disebut

menjalani suatu siklus, apabila sistem tersebut menjalani rangkaian beberapa proses,

dengan keadaan akhir sistem kembali ke keadaan awalnya. Pada Gambar 1.3 (a) terlihat

suatu siklus terdiri dari 2 jenis proses, dan Gambar 1.3 (b) siklus lain dengan 4 jenis

proses.

(a). Siklus dengan 2 proses (b). Siklus dengan 4 proses

Gambar 1.3. Diagram siklus thermodinamika

2.8 SISTEM SATUAN, TEKANAN, DAN TEMPERATUR.

2.8.1 Sistem Satuan.

Suatu sistem satuan adalah sistem besarn atau unit untuk mengkuantifikasikan

dimensi dari suatu property. Sistem satuan yang sekarang dipergunakan di seluruh dunia,

termasuk Indonesia, adalah Sistem SI (Sistem Internasional. Sistem ini menggantikan 2

sistem yang dipergunakan sebelumnya, yaitu sistem British dan sistem Metris. Dalam

sistem SI ada 7 macam dimensi dasar, yaitu panjang (m), massa (kg), waktu (detik),

temperatur (K), arus listrik (A), satuan sinar (candela-c), dan satuan molekul (mol).

Satuan gaya merupakan kombinasi dari masa dan percepatan, dan mempunyai besaran N

(Newton), yang didefinisikan menurut Hukum Newton,

F = m a

Dan 1 N adalah gaya yang diperlukan untuk memberikan percepatan sebesar 1 m/det2

pada suatu masa sebesar 1 kg sehingga.

1 N = 1 kg. m/det2

Ukuran berat (W) adalah gaya yang ditimbulkan oleh masa m kg, dengan percepatan

sebesar medan gravitasi yang terjadi (g), sebagai berikut.

W = m g

Satuan W adalah Newton, sedang besar gravitasi di bumi adalah 9,807 m/det2 di

permukaan laut dan semakin kecil dengan bertambahnya elevasi. Kerja yang merupakan

salah satu bentuk energi, adalah gaya kali jarak dengan satuan N.m, dan disebut pula J

(Joule) yaitu,

1 J = 1 N.m

Satuan Joule juga digunakan dalam dimensi energi panas, dan biasanya ukurannya dalam

kJ (kilojoule) atau MJ (Mega Joule).

2.8.2 Tekanan.

Tekanan merupakan salah satu propertyyang terpenting dalam thermodinamika,

dan didefinisikan sebagai gaya tekan suatu fluida (cair atau gas) pada satu satuan unit

luas area. Istilah tekanan pada benda padat disebut tegangan (stress). Satuan tekanan

adalah Pa (Pascal), yang didefinisikan sebagai, 1 Pa = 1 N/m2 Karena satuan Pascal

terlalu kecil, maka dalam analisis thermodinamika

seringdigunakan satua kilopascal (1 kPa = 103 Pa), atau megapascal (1 MPa = 106 Pa).

Satuan tekanan yang cukup dikenal adalah satuan bar (barometric), atau atm (standard

atmosphere), sebagai berikut.

1 bar = 105 Pa = 0,1 Mpa = 100kPa

1 atm = 101. 325 Pa = 101,325 kPa = 1, 01325 bar

Pengukuran tekanan dengan menggunakan referensi tekanan nol absolut disebut

tekanan absolut (ata), sedang tekanan manometer (ato) adalah tekanan relatif terhadap

tekanan atmosfir. Tekanan vakum adalah tekanan dibawah 1 atm, yaitu perbedaan antara

tekanan atmosfir dengan tekanan absolut, seperti ditunjukkan dalam Gambar 1.4. sebagai

berikut,

Gambar 1.4. Hubungan pengukuran beberapa jenis tekanan

Alat pengukur tekanan diatas atmosfir adalah manometer, alat pengukur tekanan

vakum disebut manometer vakum, sedang alat pengukur tekanan atmosfir disebut

barometer. Terdapat banyak jenis metode pengukuran tekanan seperti pipa U, manometer

pegas, atau transduser elektronik.

2.8.3 Temperatur

Ukuran temperatur berfungsi untuk mengindikasikan adanya energi panas pada

suatu benda padat, cair, atau gas. Metodenya biasanya menggunakan perubahan salah

satu propertysuatu material karena panas, seperti pemuaian, dan sifat listrik. Prinsip

pengukurannya adalah apabila suatu alat ukur ditempelkan pada benda yang akan diukur

temperaturnya, maka akan terjadi perpindahan panas ke alat ukur sampai terjadi keadaan

seimbang. Dengan demikian temperatur yang terterapada alat ukur adalah sama dengan

temperatur pada benda yang diukur temperaturnya. Prinsip tersebut menghasilkan Hukum

Thermodinamika Zeroth (Zeroth Law of Thermodynamics), yaitu apabila dua benda

dalam keadaan seimbang thermal dengan benda ketiga maka dua benda tersebut juga

dalam keadaan seimbang thermal walaupuntidak saling bersentuhan.

Dalam sistem SI satuan temperatur adalah Kelvin (K) tanpa derajad. Skala dari

ukuran temperatur dalam derajad Celcius adalah sama dengan skala ukuran Kelvin, tetapi

titik nol oC sama dengan 273,15 K. Titik nol oC adalah kondisi es mencair pada keadaan

standard atmosfir, sedang kondisi 0 K adalah kondisi nol mutlak dimana semua gerakan

yang menghasilkan energi pada semua materi berhenti. Dalam analisis thermodinamika,

apabila yang dimaksudkan adalah ukuran temperatur maka yang digunakan adalah

ukuran dalam K, sedang apabila analisis berhubungan dengan perbedaan temperatur

maka baik ukuran oC maupun K dapat digunakan.

2.9 Persamaan keadaan gas ideal dan diagram P-v-T

Dari hasil eksperimen, nilai besaran-besaran termodinamika bergantung satu sama lain.

Volume dikecilkan Suhu dinaikkan

tekanan naik panjang bertambah

`Apabila volume (V), suhu (T) dan massa (m) diatur dengan nilai tertentu, maka

nilai tekanan (P) tidak bisa sebarang. Ada hubungan antara besaran-besaran ini sbb: f(P,

V, T, m) = 0

Hubungan ini disebut persamaan keadaan.Biasanya persamaan keadaan dituliskan

berdasarkan sifat-sifat alam bukan berapa banyakmaterial berada, sehingga besaran

ekstensif diganti dengan nilai spesifiknya. Seperti Vmenjadi v= sehingga persamaan

keadaan menjadi: f(P, v, T) = 0

Persamaan ini bervariasi dari satu zat ke zat yang lain. Hubungan antar satu sama

lain biasanya tidak sederhana. Untuk mempermudah, sering dipakai ilustrasi grafik.

Contoh eksperimen untuk 1 mole gas karbon dioksida:

Plot antara Pv/Tvs. Puntuk tiga temperatur yang berbeda.

Ilustrasi grafik tersebut menunjukkan:

Tampak bahwa nilai Pv/Ttidakkonstan

Pada tekanan rendah ketiga kurva menyatu pada nilai Pv/T= Rdengan Rmerupakan

konstanta gas universal.

Pada suhu tinggi, kurva mendekati garis lurus

Pada tekanan yang cukup rendah, untuk semua gas:

Pv/T= Ratau Pv= RT

Oleh karena itu seringkali digunakan pendekatan “gas ideal” yang mengasumsikan bahwa

rasio Pv/Tselalu sama dengan Runtuk semua tekanan dan temperatur. Kita tahu bahwa di

alam tidak ada “gas ideal” semacam itu, gas yang mendekati gas ideal terjadi pada

tekanan rendah dan suhu tinggi, namun studi tentang gas ideal sangat bermanfaat sebagai

salah satu pendekatan untuk mengetahui sifat-sifat gas sesungguhnya.

Persamaan gas ideal:

Pv = RT

karena v= maka persamaan gas ideal juga dapat ditulis

PV = nRT

Permukaan kurva gas ideal

2.10 Proses-Proses dalam termodinamika

2.10.1 Proses Isokoris (volume konstan)

Bila volume konstan, p/T = konstan,

pi/ Ti = pf/Tf

p f

i

V

Pada proses ini V = 0, maka usaha yang dilakukan W = 0, sehingga

Q = U = n cvT

2.10.2 Proses Isobaris (tekanan konstan)

Bila tekanan konstan, V/T = konstan,

Vi/ Ti = Vf/Tf

p

i f

V

Pada proses ini usaha yang dilakukan W = p V = p (Vf - Vi ) , sehingga

U = Q - W

U = n cpT - p V

2.10.3 Proses Isotermis (temperatur konstan)

Bila temperatur konstan, pV = konstan,

Vo disini Pv= RT= konstan, sering disebut sebagai “Hukum Boyle”.

piVi = pfVf

p i

f V

Pada proses ini T = 0, maka perubahan tenaga internal U = 0, dan usaha yang

dilakukan :

W = p dV

p = nRT/V, maka

W = nRT (1/V) dV

W = nRT ln (Vf/Vi)

Q = W

2.10.4 Proses Adiabatis

Pada proses ini tidak ada kalor yang masuk, maupun keluar dari sistem, Q = 0. Pada

proses adiabatik berlaku hubungan pV= konstan (buktikan),

piVi= pfV

f

p i

f

V

Usaha yang dilakukan pada proses adiabatis :

W = p dV

p = k/V , k = konstan , maka

W = (k/V) dV

W = 1/(1-) { pfVf - piVi}

U = -W

2.11 Hukum Termodinamika

Berikut ini ada tiga hukum termodinamika yang penting untuk diketahui:

1. Hukum termodinamika ke-nol;

2. Hukum termodinamika kesatu dan

3. Hukum termodinamika kedua.

2.11.1 Hukum Ke-nol Termodinamika

Hukum ini berbunyi: “Jika dua benda berada dalam kondisi kesetimbangan termal

dengan benda ketiga, maka benda-benda tersebut berada dalam kesetimbangan termal

satu sama lainnya”.

2.11.2 Hukum Kesatu Termodinamika

Hukum ini berbunyi: “Kalor dan kerja mekanik adalah bisa saling tukar”. Sesuai

dengan hukum ini, maka sejumlah kerja mekanik dibutuhkan untuk menghasilkan

sejumlah kalor, dan sebaliknya.

Hukum ini bisa juga dinyatakan sebagai: “Energi tidak bisa dibuat atau dimusnahkan,

namun bisa dirubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya”. Sesuai dengan hukum ini, energi

yang diberikan oleh kalor mesti sama dengan kerja eksternal yang dilakukan ditambah

dengan perolehan energi dalam karena kenaikan temperatur. Keseluruhan energi potensial

dan energi kinetik zat-zat yang terdapat dalam suatu sistem, disebut energi dalam ; U . Energi

dalam merupakan fungsi keadaankarena besarnya hanya bergantung pada keadaan sistem. Bila

dalam suatu perubahan sistem menyerap sejumlah (kecil) kalor, δ q , dan melakukan kerja (kecil),

δ w , makasistem akan mengalami perubahan energi dalam, d U , sebesar

U = δ q + δ w ...…( 7)

untuk perubahan yang besar pada suatu sistem dari keadaan 1 (energi dalam U 1 ) keadaan 2 (energi dalam U 2 ), maka akan terjadi perubahan energi dalam (∆ U ),sebesar

∆U = U 2 - U 1…………(8)

sehingga diperoleh

U 2 - U 1 = q + w...… …(9)

∆U = q + w………..(10)

Persamaan (10) merupakan bentuk matematik dari hukum pertamatermodinamika. Menurut

ungkapan ini, energi suatu sistem dapat berubah melalui kalor dan kerja.Bila kerja yang dilakukan

oleh sistem hanya terbatas pada kerja ekspansi (misalnyapada kebanyakan reaksi kimia), maka

persamaan (10) dapat diubah menjadi

U = δ q – pd V .…….. (11)

pada volume tetap,

d V = 0, maka U = δ q..……….. (12)

atau untuk perubahan besar,

∆ U = q……… (13)

Menurut persamaan (13) perubahan energi dalam adalah kalor yang diserap oleh sistem bila proses

berlangsung pada volume tetap

Secara matematik:

Q = ΔU+W

dimana, Q= kalor yang dipindahkan

ΔU= perubahan energi dalam

W = kerja yang dilakukan dalam satuan kalor

Persamaan di atas bisa juga ditulis dalam bentuk diferensial atau untuk perubahan

infinitisimal :

dQ = dU+ dW

2.113 Hukum Kedua Termodinamika

Hukum ini berbunyi: “Ada batas tertentu dari jumlah energi mekanik, yang diperoleh

dari sejumlah energi panas”.

Pada umumnya perubahan yang terjadi di alam disertai dengan perubahan energi. Dalam

proses perubahan energi ini ada dua aspek penting, yaitu arahpemindahan energi dan pengubahan

energi dari satu bentuk ke bentuk yang lain.Walaupun hukum pertama termodinamika menetapkan

hubungan antara kalor yangdiserap dengan kerja yang dilakukan oleh sistem, tetapi hukum ini tidak

menunjukkanbatas-batas mengenai sumber maupun arah aliran energi.Hukum kedua

termodinamika dirumuskan untuk menyatakan pembatasan-pembatasan yang berhubungan dengan

pengubahan kalor menjadi kerja, dan jugauntuk menunjukkan arah perubahan proses di alam.

Dalam bentuknya yang palingumum, hukum kedua termodinamika dirumuskan dengan

mempergunakan suatu fungsi keadaan yang disebut entropi.

Hukum termodinamika ini telah dinyatakan oleh Claussius dalam bentuk yang sedikit

berbeda: “adalah tidak mungkin bagi mesin yang bekerja sendiri bekerja dalam proses

siklik, untuk mentransfer panas dari benda dengan temperatur lebih rendah ke benda

dengan temperatur yang lebih tinggi, tanpa adanya bantuan pihak luar”. Atau dengan kata

lain, panas tidak bisa mengalir dengan sendirinya dari benda dingin ke benda panas tanpa

bantuan pihak eksternal.

Hukum ini juga dinyatakan oleh Kelvin-Planck sebagai: “adalah tidak mungkin membuat

mesin yang bekerja dalam proses siklik yang tujuan tunggalnya untuk mengkonversi

energi panas ke energi kerja”. Dengan kata lain, tidak ada mesin panas sebenarnya,

bekerja dalam proses siklik, bisa merubah energi panas yang diberikan menjadi kerja

mekanik. Artinya terjadi penurunan energi dalam proses menghasilkan kerja mekanik dari

panas. Berdasarkan pernyataan ini, hukum kedua termodinamika kadang-kadang disebut

sebagai hukum degradasi energi.

Jika ∆ S as ialah perubahan entropi yangterjadi di alam semesta, maka bagi setiap proses spontan

berlaku, ∆S as > 0.Dengan memandang alam semesta itu sebagai sistem dan lingkungan, maka

dapatpula dikatakan bahwa untuk semua proses spontan berlaku,

∆S Sistem + ∆S lingkungan > 0

dengan ∆S sistemialah perubahan entropi sistem dan ∆S lingkungan ialah perubahan entropi

lingkungan.

2.12 Hukum ketiga termodinamika

2.12.1 Entropi zat mumi pada titik not absolut

Entropi dapat dipandang sebagai besaran makroskopis yang mengukurketidakteraturan sistem, yang

berarti suatu sifat menyangkut sejumlah besar molekulyang tersusun secara tidak teratur dalam ruangan

termasuk distribusi energinya.Sebagai ilustrasi, dua buah balon yang sama besar dan saling berhubungan

melaluisebuah kran. Satu balon berisi

N molekul gas ideal, sedangkan balon yang satu hampaudara. Jika kran dibuka, maka gas akan

berdifusi ke dalam balon yang kosong secarasecara spontan, sehingga distribusi gas dalam dua buah

balon menjadi merata.Kebolehjadian untuk menemukan sebuah molekul gas pada salah satu balonadalah

½. Kebolehjadian untuk menemukan dua buah molekul dalam balon yangsama adalah (½)2 , dan

kebolehjadian untuk menemukan N molekul berada dalambalon yang sama adalah (½) N.

Kebolehjadian semakin kecil dan praktis mendekati nolapabila harga

N sangat besar (misalnya sebesar tetapan Avogadro) Gas yangberdifusi secara spontan dan mengisi

stiap ruang yang ada dalam balon merupakankeadaan dengan kebolehjadian yang paling tinggi, atau

keadaan yang paling memungkinkan .Jika W menyatakan besarnya kebolehjadian sistem untuk

mencapai suatukeadaan tertentu, maka menurut Boltzmann dan Planck hubungan antara entropi

dankeboleh jadian diberikan oleh ungkapan S = k ln W

(k = tetapan Boltzmann) Entropi dapat dihubungkan dengan ‘kekacauan’ atau

ketidakteraturan sistem.Keadaan sistem yang kacau ialah keadaan di mana partikel-partikel (molekul,

atom atau ion) tersusun secara tidak teratur. Makin kacau susunan keadaan sistem, makinbesar

kebolehjadian keadaan sistem dan makin besar entropi. Oleh karena itu zatpadat kristal pada umumnya

mempunyai entropi yang relatif rendah dibandingkandengan cairan atau gas. Gas mempunyai entropi

yang paling tinggi karena keadaansistem paling tidak teratur.Seperti telah diuraikan di atas bahwa makin

kacau atau tidak teratur susunanmolekul, makin tinggi harga W dan entropi. Sebaliknya makin teratur

susunanmolekul sistem, makin rendah harga W dan entropi. Kalau suatu zat murnididinginkan hingga

dekat 0 K, semua gerakan translasi dan rotasi terhenti danmolekul-molekul mengambil kedudukan

tertentu dalam kisi kristal. Molekul hanyamemiliki energi vibrasi yang sama besar sehingga berada dalam

keadaan kuantumtunggal. Ditinjau dan kedudukan dan distribusi energi, penyusunan molekul-

molekuldalam suatu kristal yang sempurna pad 0 K hanya dapat dilaksanakan dengan satucara. Dalam

hal ini W = 1 dan ln W = 0, sehingga menurut persamaan boltzmann S = 0. Jadi, entropi suatu

kristal murni yang sempurna ialah nol pada 0 K . Pernyataan initerkenal sebagai Hukum Ketiga

Temomedinamika. Ungkapan matematik hukumtermodinamika ketiga adalah

0S T=0 = 0

2.12.2 Fungsi Energi Bebas Helmholtz

Bagi suatu perubahan kecil yang berlangsung tak reversibel pada temperatur T berlaku:

dS> δ q/T atau δ q - T d S<0

kalau sistem hanya dapat melakukan kerja volume, maka persamaan (43) dapatdiubah menjadid

U + pdV -T dS< 0 ..

pada volume tetap, dV = 0, sehinggad

U - T d S < 0 atau d( U — TS ) T,p < 0

fungsi

U - TS,

yang merupakan fungsi keadaan, disebut energi bebas Helmholtz,

A, A=U-TS

Bila persamaan dideferensiasi, diperolehd

A = d U - T dS – Sd T

bagi proses yang berjalan reversibel dan isoterm

d A = δ W ..

jadi penurunan energi bebas helmholtz, -

∆ A , ialah kerja maksimum yang dapatdihasilkan dan suatu proses yang dikerjakan secara isoterm.

2.12.3 Fungsi Energi Bebas Gibbs

Kebanyakan proses biasanya dikerjakan pada temperatur dan tekanan tetap.Pada kondisi ini, persamaan

(44) dapat ditulis dalam bentuk,d( U — pV — TS)T,p< 0 .

Besaran U + PV — TS

merupakan fungsi keadaan, disebut energi bebas Gibbs , G.

G =U+PV — TS =H -TS =A + PV

Jadi, suatu proses yang berlangsung pada temperatur dan tekanan tetap disertaidengan penurunan energi

bebar Gibbs,

(d G) T,p < 0 (hanya kerja volume)

Suatu persamaan penting yang mengkaitkan ∆ H , ∆S dan ∆G dapat diturunkan sebagai berikut, ∆ G

= ∆ H - T ∆ S

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Termodinamika merupakan ilmu yang mengkaji berbagai bentuk energi danhubungannya satu

dengan yang lain. bersifat mendasar untuk semua ilmu. Ruanglingkup termodinamika kimia ialah

hubungan antara berbagai energi jenis tertentudengan sistem kimia. Hukum pertama termodinamika

adalah suatu pernyataan hukumpelestarian energi. Energi total suatu sistem adalah energi dalamnya yang

merupakansuatu fungsi keadaan. Suatu perubahan energi dalam, ∆ U , dilaksanakan dengantransfer

kalor ataupun perlakuan kerja.Termokimia menangani pengukuran dan penafsiran perubahan kalor

yangmenyertai proses kimia. Kebanyakan pengukuran semacam itu dilakukan dengan sebuah

kalorimeter. Kespontanan suatu reaksi kimia tertentu dapat terjadi tidak hanya bergantungpada perubahan

entalpi, ∆ H ,tetapi juga pada temperatur dan perubahan entropi, ∆ S ,yang mengukur perubahan

dalam derajat ketidakteraturan suatu sistem. Entropicenderung mencapai harga maksimum yang

dimungkinkan oleh besarnya energidalam sistem. Hal ini diungkapkan dalam hukum kedua

termodinamika. Pada 0 K(suhu mutlak) nilai entropi pada semua zat nyata adalah nol, dan ini

merupakanhukum ketiga termodinamika.

3.2 Saran

Disarankan kepada para pembaca, khususnya progam pendidikan fisika

haruslah dapat mengetahui dan memahami tentang model-model atom, karena materi inii

sangat berkaitan dengan ilmu fisika. Dan materi ini juga dapat menambah wawasan dan

pengetahuan dalam mempelajarinya.

CONTOH – CONTOH SOAL.

1. Jika kalor sebanyak 2000 Joule ditambahkan pada sistem, sedangkan sistem melakukan

kerja 1000 Joule, berapakah perubahan energi dalam sistem ?

Panduan jawaban :

∆U = Q – W

∆U = 2000 J – 1000 J

∆U = 1000 J

2. Kurva 1-2 pada dua diagram di bawah menunjukkan pemuaian gas (pertambahan volume

gas) yang terjadi secara adiabatik dan isotermal. Pada proses manakah kerja yang

dilakukan oleh gas lebih kecil ?

Kerja yang dilakukan gas pada proses adiabatik lebih kecil daripada kerja yang

dilakukan gas pada proses isotermal. Luasan yang diarsir = kerja yang dilakukan

gas selama proses pemuaian (pertambahan volume gas). Luasan yang diarsir pada

proses adiabatik lebih sedikit dibandingkan dengan luasan yang diarsir pada

proses isotermal.

3. Serangkaian proses termodinamika ditunjukkan pada diagram di bawah… kurva a-b dan

d-c = proses isokorik (volume konstan). Kurva b-c dan a-d = proses isobarik (tekanan

konstan). Pada proses a-b, Kalor (Q) sebanyak 600 Joule ditambahkan ke sistem. Pada

proses b-c, Kalor (Q) sebanyak 800 Joule ditambahkan ke sistem. Tentukan :

a) Perubahan energi dalam pada proses a-b

b) Perubahan energi dalam pada proses a-b-c

P1 = 2 x 105 Pa = 2 x 105 N/m2

P2 = 4 x 105 Pa = 4 x 105 N/m2

V1 = 2 liter = 2 dm3 = 2 x 10-3 m3

V2 = 4 liter = 2 dm3 = 4 x 10-3 m3

Panduan jawaban :

a) Perubahan energi dalam pada proses a-b

Pada proses a-b, kalor sebanyak 600 J ditambahkan ke sistem. Proses a-b =

proses isokorik (volume konstan). Pada proses isokorik, penambahan kalor pada

sistem hanya menaikkan energi dalam sistem. Dengan demikian, perubahan

energi dalam sistem setelah menerima sumbangan kalor :

∆U = Q

∆U = 600 J

b) Perubahan energi dalam pada proses a-b-c

Proses a-b = proses isokorik (volume konstan). Pada proses a-b, kalor sebanyak

600 J ditambahkan ke sistem. Karena volume konstan maka tidak ada kerja

yang dilakukan oleh sistem.

Proses b-c = proses isobarik (tekanan konstan). Pada proses b-c, kalor (Q)

sebanyak 800 Joule ditambahkan ke sistem. Pada proses isobarik, sistem bisa

melakukan kerja. Besarnya kerja yang dilakukan sistem pada proses b-c (proses

isobarik) adalah :

W = P(V2-V1) — tekanan konstan

W = P2 (V2-V1)

W = 4 x 105 N/m2 (4 x 10-3 m3- 2 x 10-3 m3)

W = 4 x 105 N/m2 (2 x 10-3 m3)

W = 8 x 102 Joule

W = 800 Joule

Kalor total yang ditambahkan ke sistem pada proses a-b-c adalah :

Q total = Qab + Qbc

Q total = 600 J + 800 J

Q total = 1400 Joule

Kerja total yang dilakukan oleh sistem pada proses a-b-c adalah :

W total = Wab + Wbc

W total = 0 + Wbc

W total = 0 + 800 Joule

W total = 800 Joule

Perubahan energi dalam sistem pada proses a-b-c adalah :

∆U = Q – W

∆U = 1400 J – 800 J

∆U = 600 J

Perubahan energi dalam pada proses a-b-c = 600 J

4. Sebuah mesin uap bekerja antara suhu 500 oC dan 300 oC. Tentukan efisiensi ideal

(efisiensi Carnot) dari mesin uap tersebut.

Panduan jawaban :

Suhu harus diubah ke dalam skala kelvin

TH (suhu tinggi) = 500 oC = 500 + 273 = 773 K

TL (suhu rendah) = 300 oC = 300 + 273 = 573 K

5. Sebuah mesin kalor menyerap kalor sebanyak 3000 Joule (QH), melakukan usaha alias

kerja (W) dan membuang kalor sebanyak 2500 Joule (QL). Berapakah efisiensi mesin

kalor tersebut ?

Panduan jawaban :

e = 1 -

e = 1 -

e = 1 – 0,83

e = 0,17

e = 17%

6. Agar efisiensi ideal alias efisiensi mesin Carnot mencapai 100 % (1), berapakah suhu

pembuangan (TL) yang diperlukan ?

Panduan jawaban :

e = 1 -

1 = 1 -

= 1 – 1

= 0

Tl = (0)(TH) = 0

Agar efisiensi ideal alias efisiensi mesin kalor sempurna bisa mencapai 100 %

(semua kalor masukkan bisa digunakan untuk melakukan kerja) maka suhu

pembuangan (TL) harus = 0 K.

Karena efisiensi 100 % tidak bisa dicapai oleh mesin kalor maka kita bisa

menyimpulkan bahwa tidak mungkin semua kalor masukan (QH) digunakan untuk

melakukan kerja.Pasti ada kalor yang terbuang (QL). Hasil ini bisa ditulis dengan

bahasa yang lebih gaul :

Tidak mungkin ada mesin kalor (yang bekerja dalam suatu siklus) yang dapat

mengubah semua kalor alias panas menjadi kerja seluruhnya (Hukum kedua

termodinamika – pernyataan Kelvin-Planck).

7. Sejumlah gas dalam sebuah wadah mengalami pemuaian adiabatik. Berapakah perubahan

entropi gas tersebut ?

Panduan juawaban :

Selama proses adiabatik, tidak ada kalor yang masuk atau keluar sistem (gas).

Karena Q = 0 maka delta S = 0. Bisa disimpulkan bahwa pada proses pemuaian

adiabatik, entropi sistem tidak berubah alias selalu konstan…

Bagaimanakah dengan penekanan adiabatik ? Pada dasarnya sama saja. Selama

penekanan adiabatik, tidak ada kalor yang masuk atau keluar dari sistem (Q = 0).

Karenanya entropi sistem tidak berubah alias selalu konstan.

8. Sebuah tangki berisi 4 liter gas oksigen (O2). Suhu gas oksigen

tersebut = 20 oC dan tekanan terukurnya = 20 x 105 N/m2.

Tentukan massa gas oksigen tersebut (massa molekul oksigen =

32 kg/kmol = 32 gram/mol)

Panduan jawaban :

P = Patm + Pukur = (1 x 105 N/m2) + (20 x 105 N/m2) = 21 x

105 N/m2

T = 20 oC + 273 = 293 K

V = 4 liter = 4 dm3 = 4 x 10-3 m3

R = 8,315 J/mol.K = 8,315 Nm/mol.K

Massa molekul O2 = 32 gram/mol = 32 kg/kmol

Massa O2= ?

PV = nRT →

PV = RT

(massa)(R)(T) = (P)(V)(massa molekul)

Massa =

Massa =

Massa =

Massa =

Massa =

Massa = 1,1x102 gram

Massa = 110 gram

Massa gas oksigen = 110 gram = 0,11 kg

9. Pada suhu 20 oC, tekanan ukur ban mobil = 300 kPa. Setelah

mobil melaju dengan kecepatan tinggi, suhu di dalam ban naik

menjadi 40 oC. Berapa tekanan di dalam ban sekarang ?

Panduan jawaban :

T1 = 20 oC + 273 = 293 K

T2 = 40 oC + 273 = 313 K

P1 = Patm+ Pukur 1= 101 kPa+ 300 kPa = 401 kPa

P2= ?

=

P2 =

P2 =

V2 = 428,4 kPa

Kurangi dengan tekanan atmosfir

P2 = 428,4 kPa – 101 kPa = 327,4 kPa

Setelah suhu di dalam ban meningkat menjadi 40 oC, tekanan

dalam ban bertambah menjadi 327,4 kPa. Ini adalah tekanan

ukur. Besarnya pertambahan tekanan adalah : 327,4 kPa – 300

kPa = 27,4 kPa

Kalau dihitung dalam persentase :

x 100% = 0,09 %

Kenaikan tekanan di dalam ban sebesar 0,09 %

Berikut ini seperangkat peralatan perang dan amunisi yang

mungkin dibutuhkan :

Volume

1 liter (L) = 1000 mililiter (mL) = 1000 centimeter kubik

(cm3)

1 liter (L) = 1 desimeter kubik (dm3) = 1 x 10-3 m3

Tekanan

1 N/m2 = 1 Pa

1 atm = 1,013 x 105 N/m2 = 1,013 x 105 Pa = 1,013 x 102

kPa = 101,3 kPa (biasanya dipakai 101 kPa)

Pa = pascal

atm = atmosfir

10. Suatu gas menerima kalor 4.000 kalori, menghasilkan usaha sebesar 8.000 J. Berapakah

perubahan energi dalam pada gas? (1 kalori = 4,18 joule)

Penyelesaian :

Q = 4.000 kalori = 16.720 J

W = 8.000 J

∆U = ... ?

∆U = ∆Q – W = (16.720 – 8.000) J = 8.720 J

11. Sejumlah 4 mol gas helium suhunya dinaikkan dari 0 oC menjadi 100 oC pada tekanan

tetap. Jika konstanta gas umum R = 8,314 J/mol.K, tentukan:

a. perubahan energi dalam,

b. usaha yang dilakukan gas, dan

c. kalor yang diperlukan!

Penyelesaian:

n = 4 mol = 0,004 mol

T1 = 0 oC = 0 + 273 = 273 K

T2 = 100 oC = 100 + 273 = 373 K

R = 8,314 J/mol.K

∆U = ... ?

W = ... ?

Q = ... ?

a. ∆U = n R (T1 - T2)

∆U = (0,004 8,314(373 273))

∆U = 4,988 J

b. W = P (V2– V1)

W = nR(T2–T1) =

W = 0,004 x 8,314 (373 – 273) = 3,326 J

c. Q = ∆U x W

Q = (4,988 + 3,326) J = 8,314 J

12. Suatu mesin Carnot dengan reservoirpanasnya bersuhu 400 K mempunyai efisiensi 40%.

Jika mesin tersebut reservoirpanasnya bersuhu 640 K, tentukan efisiensinya!

Penyelesaian:

T1 = 400 K

η1 = 40%

η= ... ? (T1 = 640 K)

η = x 100 % untuk T1 = 640 K maka :

0,4 = η = x 100 %

0,4= η = x 100 %

= 0,4 η = 37,5 %

T2 = 160 K

13. Suatu sistem gas berada dalam ruang yang fleksibel. Pada awalnya gas berada pada

kondisi P1 = 1,5 × 105 N/m² , T1 = 27º C, dan V1 = 12 liter.Ketika gas menyerap kalor dari

lingkungan secara isobaric suhunya berubah menjadi 127º C. Hitunglah volume gas

sekarang dan besar usaha luar yang dilakukan oleh gas!

Penyelesaian :

P1 = 1,5 × 105 N/m2

T1 = 27 + 273 = 300 K

V1 = 12 liter = 1,2 × 10-2 m3

T2 = 127 + 273 = 400 K

P2 = P1 (isobarik)

a. V2= ... ?

b. W = ... ?

a. =

V2 =

V2 =

V2 = 1,6 x 10-2 m3

Jadi, volume gas akhirsebesar 1,6 × 10-2 m3.

b. W = P × ∆V = P × (V2 – V1)

W = 1,5 × 105 (1,6 × 10-2 – 1,2 × 10-2)

W = (1,5 × 105) × (0,4 × 10-2)

W = 0,6 × 103

W = 6 × 102 J

Jadi usaha luar yang dilakukanoleh gas sebesar W = 6 × 10² J

14. sepotong tembaga dengan massa m1 = 300 g temperature mula-mula t1 = 97 0C diletakkan

dalam sebuah calorimeter yang berisi air dengan massa 100 g dan suhu t2 = 7 0C. tentukan

kenaikan entropi dari system sesaat setelah tercapai keseimbangan thermal ? …

abaikanlah kapasitas panas dari calorimeter ? …

penyelesaian

Qserap = Qlepas

Qair = QCu

m2 .c2(T – T2) = m1 . c1(T1 – T)

T =

T =

T = 26,608940C = 299,60894 K

15. ada bungkusan sebuah biskuit terdapat tulisan : karbohidrat =

10 kkal. Berapakah tambahan energi yang diperoleh tubuh jika

biskuit tersebut dimakan ?

Panduan Jawaban :

1 kkal = 1000 kalori = 4.186 Joule

10 kkal = (10)(4186 Joule) = 41.860 Joule

Tubuh kita tidak mengubah semua karbohidrat menjadi energi.

Sebagian energi pasti terbuang selama berlangsungnya proses

pencernaan….. Efisiensinya sebesar 20 %.Jadi hanya 20 % yang

dipakai tubuh, 80 % energi terbuang.

1.

DAFTAR PUSTAKA

- Zemansky, Mark W,1982. Kalor dan Termodinamika.Penerbit ITB: Bandung- Saad,Michel A, 2000, Termodinamika Prinsip dan Aplikasi. PABELA:

Surakarta- Bueche, Frederick J. 1992. Fisika teori dan soal-soal. Penerbit Erlangga:

Jakarta.- http: // hukum-hukum termodinamika.html (www.google.com)- http:// persamaan keadaan.htm (www.google.com)- http: //temodinamika « All About Fisika.htm (www.google.com)- Asyari-Daryus, Termodinamika Teknik I UniversitasDarma Persada – Jakarta.

10