TERMODINAMIKA - personal.fmipa.itb.ac.id · Mesin Carnot menyerap energi termal dari reservoir pada...

TERMODINAMIKA

HUKUM KE-0

HUKUM KE-1

HUKUM KE-2

NK.11.04 1/9

SISTEM DAN LINGKUNGAN

• Sistem adalah sekumpulan benda

yang menjadi perhatian

• Lingkungan adalah segala sesuatu

di luar sistem

• Keadaan suatu sistem dapat

diketahui dari variabel

termodinamika P, V, T

Cutnell, J.D. & Johnson, K.W. (2001), Physics.

2/9

HUKUM KE-0

• Jika A setimbang termal dengan

C dan B setimbang termal dengan

C, maka A setimbang termal

dengan B

C C


3/9

HUKUM KE-1

• Jika sistem menyerap kalor Q dari lingkungannya dan melakukan kerja W pada lingkungannya maka sistem mengalami perubahan energi dalam sebesar ΔU = Q – W

• Kalor Q = n C ΔT

• Kerja W = ∫ P(V) dV = luas yang diapit kurva P-V

Q > 0 dan W > 0 Q < 0 dan W < 0

• Perubahan energi dalam ΔU = n CV ΔT dengan energi dalam U merupakan energi kinetik dan potensial yang dikaitkan dengan besaran mikroskopik


4/9

PROSES TERMODINAMIKA#1

1. Proses isobarik yaitu proses

termodinamika pada tekanan

tetap

W = P ΔV

ΔU = n CV ΔT

Q = ΔU + W = n CP ΔT


5/9


2. Proses iskhorik yaitu proses

pada volume tetap

W = 0

ΔU = n CV ΔT

Q = ΔU = n CV ΔT


6/9


3. Proses isotermik yaitu proses

pada temperatur tetap

ΔU = 0

W = ∫P(V) dV

Q = W

Khusus untuk gas ideal berlaku

P V = tetap


7/9



4. Proses adiabatik yaitu proses tanpa pertukaran kalor antara sistem dan lingkungan

Q = 0

W = ∫ P(V) dV

ΔU = – W

Khusus untuk gas ideal berlaku

P V γ = tetap

8/9

SIKLUS TERMODINAMIKA

• Perpaduan berbagai proses termodinamika hingga membentuk proses yang tertutup

ΔU = 0

W = luas yang diapit kurva P-V

Q = W

• Efisiensi siklus = W / Qmasuk

= (Qmasuk-Qkeluar) / Qmasuk


9/9

Gas helium mula-mula bervolume 75 liter, dengan

tekanan 105 N/m2, dan temperatur 300 K (Keadaan A).

Gas ini mengalami proses adiabatik sehingga volumenya

menjadi 125 liter (keadaan B). Tentukan tekanan dan

temperature akhir gas, usaha yang dilakukan gas, kalor

yang diserap dan perubahan energy dalam yang terjadi.

Jika gas ini dari keadaan A mengalami proses isotermik

sampai bervolum 125 liter (sebutlah keadaan C),

kemudian diikuti proses isokhorik menuju keadaan B,

hitunglah untuk proses A-B-C ini: usaha yang dilakukan

gas, kalor yang diserap gas, dan perubahan energi dalam

gas. Gambarkan diagram P-V proses A-B-C.

PROSES SATU ARAH

•Gas dalam keadaan (b)

tidak dapat kembali ke

keadaan (a) secara spontan

proses irreversibel

•Keadaan gas hanya dapat

ditentukan oleh keadaan

awal (i) dan keadaan akhir

(f)

HUKUM II TERMODINAMIKA

Perumusan Kelvin: Tidak ada suatu proses

yang hasil akhirnya berupa pengambilan

sejumlah kalor dari suatu reservoar kalor dan

mengkonversi seluruh kalor menjadi usaha

Perumusan Clausius: Tidak ada proses yang

hasil akhirnya berupa pengambilan kalor dari

suatu reservoar kalor bersuhu rendah dan

pembuangan kalor dalam jumlah yang sama

kepada suatu reservoar yang bersuhu lebih

tinggi.

Efisiensi:

H

C

H Q

Q

Q

W 1

SIKLUS CARNOT

Efisiensi mesin Carnot

H

CH

Q

W

CQ

QQH

H

C

H

C

T

T

Q

Q 11

ENTROPI

0

..

cdef i

i

abgh i

i

prossem i

i

T

Q

T

Q

T

QDari siklus Carnot

Setiap proses kuasistatis dapat didekati dengan banyak sekali

komponen siklus kecil yang berupa siklus Carnot

ENTROPI

f

i

T

dQ

if SSSPerubahan Entropi

0S

Entropi (S) adalah suatu fungsi keadaan

(seperti P,V,T)

0 T

dQUntuk setiap proses kuasistatis berlaku:

Hk II Termodinamika 0S

0SRev.

Irrev.

Contoh:

Penyekat dibuka

0tandon

T

QS

Gas mengembang dar V1 ke V2, maka

0ln1

2sistem

2

1

V

VnR

V

dVnR

T

PdV

T

dQS

V

V

0sitemtandontotal SSS

adiabatik

Contoh-2:

Tandon

panas

T1

Sistem

T

Tandon

dingin

T2

T1>T2

1

1-tandonT

QS

0sistem

T

QS adiabatik

2

2-tandonT

QS

0021

total

T

Q

T

QS

Mengeluarkan Q

Menerima Q

Hukum ke – 3 Termodinamika:

1

21T

T

Efisiensi akan 100 % , jika T2 = 0

Tidak pernah terjadi

1. Pada proses adiabatik suatu gas ideal, tekanan meningkat dengan

faktor lima dan volumenya berkurang dengan faktor 3.

Hitunglah:

a. Perbandingan CV terhadap CP.

b. Kerja yang dilakukan selama kompresi, nyatakan dalam bentuk

tekanan dan volume mula-mula.

c. Perubahan dari energi dalam sistem tersebut.

2. Mesin Carnot menyerap energi termal dari reservoir pada

temperatur 4500 C. Efisiensinya adalah 55%, dan kerja yang

diberikannya adalah 5kWh.

Berapa temperatur dari reservoir dinginnya ?

Berapa banyak energi termal yang mengalir kedalam sistem, dan

berapa banyak yang dibuang?

Latihan

JAWABAN:

Pada proses adiabatik suatu gas ideal, tekanan meningkat dengan

faktor lima dan volumenya berkurang dengan faktor 3.

Hitunglah:

a. Perbandingan CV terhadap CP.

b. Kerja yang dilakukan selama kompresi, nyatakan dalam bentuk

tekanan dan volume mula-mula.

c. Perubahan dari energi dalam sistem tersebut.

Jawab:

a. Pada proses adiabatik berlaku P1(V1)= P2(V2)

atau

(P1/ P2)= (V2/ V1)

(1/5)= (1/3) log(0.2)=log(0.33) jadi =1.45

karena =(CP/CV) jadi CV/CP=0,688

b. Kerja pada proses adaibatik

11

11

1122

11121112

11

1111

11

VP .0.45

))/((VP

1

VP-VPVVP-VVP

1

1VV

1

VP

V1

1VPdVVVPdV

V

VPPdVW

481135

1111

1 2

1

2

1

2

1

2

1

V

V

V

V

V

V

V

V

c. Karena prosesnya berlangsung secara adiabatik, maka perubahan

energi dalam sama dengan

11VP 1.48PdVU

2

1

V

V

W

JAWABAN:

Mesin Carnot menyerap energi termal dari reservoir pada temperatur

4500 C. Efisiensinya adalah 55%, dan kerja yang diberikannya adalah

5kWh.

Berapa temperatur dari reservoir dinginnya ?

Berapa banyak energi termal yang mengalir kedalam sistem, dan

berapa banyak yang dibuang?

η1TTT

T1 hc

h

c

K3250.551723T 0

c

•Efisiensi dari mesin Carnot adalah

jadi temperatur dari reservoir dinginnya adalah

Kalor yang masuk ke sistem dapat

dihitung dari effisiensi mesin kWh 9

.

5WQ

Q

Wh

h

550

Sedangkan untuk menghitung kalor

yang keluar adalah 4kWh5- 9W-QQQQ hcch W

G

P H S

U

V A T

TERMODINAMIKA - personal.fmipa.itb.ac.id · Mesin Carnot menyerap energi termal dari reservoir pada...

Documents

Transcript of TERMODINAMIKA - personal.fmipa.itb.ac.id · Mesin Carnot menyerap energi termal dari reservoir pada...