Termodinamika Termodinamika (bahasa Yunani: thermos = 'panas' and dynamic =

'perubahan') adalah fisika energi, panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika berhubungan dekat

dengan mekanika statistik dimana banyak hubungan termodinamika berasal.

Termodinamika adalah kajian tentang kalor (panas) yang berpindah. Dalam termodinamika kamu akan banyak membahas

tentang sistem dan lingkungan. Kumpulan benda-benda yang sedang ditinjau disebut sistem, sedangkan semua yang berada di

sekeliling (di luar) sistem disebut lingkungan

Hukum termodinamika 1Merupakan pernyataan dari kekekalan energi :

energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tapi energi dapat diubah dari suatu bentuk ke bentuk lain.

Dengan kata lain, total energi dari suatu sistem dan lingkungan disekitarnya (merupakan sistem terisolasi)

adalah tetap dalam tiap prosesPernyataan ini berdasarkan kenyataan bahwa berbagai

bentuk energi adalah sama dan jika satu jenis terbentuk, sejumlah yang sama dari jenis lain akan hilang

TERMODINAMIKA

PROSES-PROSES TERMODINAMIKA Proses Isobarik (1)

Tekanan konstan

Proses Isotermis (2) Temperatur kontan

Proses Adiabatis (3) Tidak ada kalor yang hilang

Proses Isokorik (4) Volume konstan

HUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA

Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses

if UUUWQU −=∆−=∆

Ui = Energi dalam mula-mula

Uf = Energi dalam akhir

∆U = Perubahan energi dalam sistem

Q = Panas yang diberikan pada sistem

W = Kerja yang dilakukan oleh sistem

PROSES ISOKHORIK

0WVV

pdVW

if

V

V

f

i

=→=

= ∫

KERJA :

KALOR

)TT(nCTnCQ ifVV −=∆=

TnCUWQU V∆=∆→−=∆

PERUBAHAN ENERGI DALAM :

n = Jumlah mol

CV = Kapasitas panas volume konstan

PROSES ISOBARIK

Vp)VV(pW

tankonsppdVW

if

V

V

f

i

∆=−=

== ∫ KERJA :

KALOR

)TT(nCTnCQ ifPP −=∆=

TnCTnRTnCURCC

TnRVpnRTpV

VpTnCUWQU

VPVP

P

∆=∆−∆=∆→+=∆=∆→=

∆−∆=∆→−=∆ PERUBAHAN ENERGI DALAM :

R = Konstanta gas universal = 8.31 J/mol.K

CP = Kapasitas panas tekanan konstan

PROSES ISOTERMIS

i

f

V

V

V

V

V

VlnnRTdV

V

nRTW

pdVW

V

nRTptankonsT

nRTpV:IdealGas

f

i

f

i

==

=

=→=

=

∫

∫

KERJA :

KALOR

i

fV V

VlnnRTTnCWUQWQU +∆=+∆=→−=∆

TnCU V∆=∆ PERUBAHAN ENERGI DALAM :

KALOR :

PROSES ADIABATIK

( )1i

1f

V

V

1

V

V

V

V

VV1

C

V1

1CW

dVCVpdVW

CVV

Cp

tankonspV:Adiabatik

f

i

f

i

f

i

+γ−+γ−

+γ−

γ−

γγ

γ

−γ−

=

+γ−=

==

==

=

∫∫

KERJA :

1C

C

V

P >=γ

CW

VpVpCpV ffii

==→= γγγ

( )iiff VpVp1

1WUWQU0Q −

−γ=−=∆→−=∆=

PERUBAHAN ENERGI DALAM :

( ) ( )iiff1

iii1

fff

ffii

VpVp1

1VVpVVp

1

1W

VpVpCpV

−γ−

=−γ−

=

=→=

+γ−γ+γ−γ

γγγ

( )1i1

f VV1

CW +γ−+γ− −

γ−=

W Q ∆U

Isokhorik 0

Isobarik

Isotermis 0

Adiabatik 0

TnCV∆ TnCV∆

TnCV∆

WQU −=∆

1

f

V

VlnnRT

1

f

V

VlnnRT

( )ffii VpVp1

1 −γ−

)VV(p if − TnCV∆TnCP∆

TEORI KINETIK GAS

MOLEKUL GAS

ENERGI DALAM

CV CV

J/mol.K

MonoatomikHe, Ne

1.5 nRT 1.5 R 12.5

DiatomikO2, H2

2.5 nRT 2.5 R 20.8

Poliatomik 3 nRT 3 R 24.9

NH4 29.0

CO2 29.7

MESIN-MESIN KALOR

H

C

H

CH

HCH Q

Q1

Q

QQ

Q

WQQW −=−==η→−=

η = Efisiensi mesin kalor

MESIN-MESIN PENDINGIN

1W

Q

W

WQ

W

QCOPQQW CCC

CH −=−==→−=

COP = Coefficient Of Performance mesin pendingin

Contoh Soal No. 1

Pada gambar di bawah ini ditunjukkan siklus proses-proses yang terjadi pada mesin diesel (gasoline internal combustion engine).

Jawab :

nR

VpTnRTVp 111111 =→=a).

Titik 1 :nR

Vp,V,p 1111

a). Tentukan tekanan dan temperatur pada setiap keadaan (titik) dalam p1, V1 dan perbandingan panas jenis γ.

b). Hitung efisiensi dari mesin diesel ini

1 2 : Proses isokhorik

nR

Vp3T3T

VVp3p

TVp

VpT

T

Vp

T

Vp

tankonsnRT

Vp

1112

1212

111

222

2

22

1

11

1

11

==

==

=→=

==

Titik 2 :nR

Vp3,V,p3 11

11

1 2 : Proses adiabatik

nR

Vp)25.0(12

nR

Vp3)4()25.0(T

V

V

V

VT

p)25.0(3p

V4

VppV4V

V

V

p

pVpVp

TVp

VpT

T

Vp

T

Vp

11112

2

3

3

23

13

2

22323

3

2

2

33322

222

333

3

33

2

22

γγ

γ

γ

γ

γγγ

==

=

=

=→=

=→=

=→=

Titik 3 :nR

Vp)25.0(12,V4,p)25.0(3 11

11γγ

3 4 : Proses isokhorik

33

4434

333

444

4

44

3

33

Tp

pTVV

TVp

VpT

T

Vp

T

Vp

=→=

=→=

Titik 4 :nR

Vp)25.0(4,V4,p)25.0( 11

11γγ

4 1 : Proses adiabatik

nR

Vp)25.0(4

nR

Vp)25.0(12

p)25.0(3

p)25.0(Tp)25.0(3p

p)25.0(pV4V

V

VppVpVp

1111

1

1413

1414

4

1141144

γγ

γ

γγ

γ

γγγ

==→=

=→=

=→=

b).

)TT(nCQ)TT(nCQ

0QQ

34V3412V12

2341

−=−===

nR

Vp,V,p:1Titik 11

11

nR

Vp)25.0(12,V4,p)25.0(3:3Titik 11

11γγ

nR

Vp)25.0(4,V4,p)25.0(:4Titik 11

11γγ

nR

Vp3,V,p3:2Titik 11

11

R

VpC)25.0(8]

nR

Vp)25.0(12

nR

Vp)25.0(4[nC)TT(nCQ

R

VpC2]

nR

Vp

nR

Vp3[nC)TT(nCQ

11V

1111V34V34

11V

1111V12V12

γγγ −=−=−=

=−=−=

)VpVp(1

1W

)VpVp(1

1W0WW

441141

2233233412

−γ−

=

−γ−

===

]3)25.0(12[1

Vp]Vp3V4p)25.0(3[

1

1)VpVp(

1

1W 11

111223323 1−

γ−=−

γ−=−

γ−= γγ

nR

Vp,V,p:1Titik 11

11

nR

Vp)25.0(12,V4,p)25.0(3:3Titik 11

11γγ

nR

Vp)25.0(3,V4,p)25.0(:4Titik 11

11γγ

nR

Vp3,V,p3:2Titik 11

11

])25.0(41[1

Vp]V4p)25.0(Vp[

1

1)VpVp(

1

1W 11

111441141 1

γγ −γ−

=−γ−

=−γ−

=

])25.0(82[1

VpWWWWW 11

41342312totalγ−

−γ=+++=

R

VpC)25.0(8]

nR

Vp)25.0(12

nR

Vp)25.0(4[nC)TT(nCQ

R

VpC2]

nR

Vp

nR

Vp3[nC)TT(nCQ

11V

1111V34V34

11V

1111V12V12

γγγ −=−=−=

=−=−=

])25.0(82[1

VpWWWWW 11

41342312totalγ−

−γ=+++=

R

VpC2QQ 11

VH12 ==R

VpC)25.0(8QQ 11

VC34γ−==

])25.0(82[)1(1

])25.0(82[

C

CC

1

])25.0(82[

])25.0(82[C

R

1

1

RVp

C2

])25.0(82[1

Vp

Q

W

V

Vp

V11V

11

H

γγγ

γ

γ

−=−γ−γ

−=−

−γ−=η

−−γ

=−

−γ==η

85.0)25.0(824.1 4.1 =−=η→=γ

Contoh Soal No. 2

Pada gambar di bawah ini ditunjukkan siklus mesin kalor yang disebut mesin kalor Carnot. Mesin ini bekerja pada dua temperatur TH dan TC. Nyatakan efisiensinya dalam TH dan TC

Jawab :

a

bHH

a

bHab

V

VlnnRTQ0U

V

VlnnRTW

=→=∆

=

a b : Isotermis

c d : Isotermis

c

dCC

c

dCcd

V

VlnnRTQ0U

V

VlnnRTW

=→=∆

=

1b

1c

C

H1cC

1bH

cc

Cb

b

H

c

CcCcc

b

HbHbb

ccbb

V

V

T

TVTVT

VV

nRTV

V

nRT

V

nRTpnRTVp

V

nRTpnRTVp

VpVp

−γ

−γ−γ−γ

γγ

γγ

=→=

=

=→=

=→=

=

b c : Adiabatis

1a

1d

C

H1aH

1dC

aa

Hd

d

C

a

HaHaa

d

CdCdd

aadd

V

V

T

TVTVT

VV

nRTV

V

nRT

V

nRTpnRTVp

V

nRTpnRTVp

VpVp

−γ

−γ−γ−γ

γγ

γγ

=→=

=

=→=

=→=

=

d a : Adiabatis

d

c

a

b

a

d

b

c

1a

1d

1b

1c

1a

1d

C

H1

b

1c

C

H

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

T

T

V

V

T

T

=→=

=→== −γ

−γ

−γ

−γ

−γ

−γ

−γ

−γ

a

bHH V

VlnnRTQ =

c

dCC V

VlnnRTQ =

H

C

a

bH

c

dC

H

C

T

T1

V

VlnnRT

V

VlnnRT

1Q

Q1 −=−=−=η Efisiensi mesin Carnot

HUKUM TERMODINAMIKA KEDUA∗ Tidak ada mesin kalor yang mempunyai efisiensi lebih

besar dari mesin kalor Carnot∗ Tidak ada mesin pendingin yang mempunyai COP lebih

besar dari mesin pendingin Carnot

CH

CC

H

CC TT

TCOP

T

T1

−=−=η

Contoh Soal No. 3

Sebuah turbin pada suatu steam power plant mengambil uap air dari boiler pada temperatur 520oC and membuangnya ke condenser pada temperatur 100oC. Tentukan efisiensi maksimumnya.

Jawab :

%5353.0793

3731

T

T1

H

C ==−=−=η

Efisiensi maksimum = efisiensi Carnot

Karena gesekan, turbulensi dan kehilangan panas

Efisiensi aktual dari turbin disekitar 40 %

Efisiensi teoritis dari mobil adalah disekitar 56 %.

Eefisiensi aktualnya hanya disekitar 25 %

Contoh Soal No. 4

Seorang inventor menyatakan bahwa ia telah mengembangkan sebuah mesin kalor yang selama selang waktu tertentu mengambil panas sebesar 110 MJ pada temperatur 415 K dan membuang panas hanya sebesar 50 MJ pada temperatur 212K sambil menghasilkan kerja sebesar 16.7kwh. Apakah saudara akan menginvestasikan uang saudara ?

Jawab :

55.010x110

)360(7.16

Q

W6

H

===η 49.0415

2121

T

T1

H

CC =−=−=η

Efisiensinya > Efisiensi mesin Carnot Jangan investasi

Contoh Soal No. 5

Sebuah mobil yang efisiensinya 22 % beroperasi pada 95 c/s dan melakukan kerja dengan daya sebesar 120 hp.

Jawab :

J94295

)746(120W ==

a). Berapa kerja yang dilakukan mesin tersebut setiap siklus ?

b). Berapa bayak kalor yang diserap dari reservoir setiap siklus ?

c). Berapa banyak kalor yang terbuang setiap siklus

Kerja setiap siklus :

a).

b).

J428222.0

942WQ

Q

WH

H

==η

=→=η

c).

J33409424282WQQ HC =−=−=