Fisika Panas2 SKS

Adhi Harmoko S, M.Kom

Es diletakkan di atas lantai

Bagaimana Hk. Kekekalan energi menerangkan fenomena ini ?

Tes< 00C

Tudara= 300C

Es diletakkan di atas lantai

Apakah mungkin air secara spontan menjadi es ?

Tes< 00C

Tudara= 300CQ = dU

Panas mengalir dari lingkungan ke es karena perbedaan T

Tudara > TEs

Energi panas digunakan oleh molekul2 air untukberubah wujud dari es ke cairan

Batu dijatuhkan ke tanah

Bagaimana Hk. Kekekalan energi menerangkan fenomena ini ?

Batu dijatuhkan ke tanah

Pernahkah terjadi kejadian sebaliknya secara spontan ?

Saat batu jatuh: EP ⇒ EK

Saat batu menumbuk tanah:EK ⇒ dU, tanah dan batu ( molekul2 bergerak cepat dan temperatur naik )

Analis

Seandainya ke dua contoh kejadian di atas dibalik, Hk. Termodinamika ke-1 (Hk. Kekekalan energi) tetap saja berlaku !!!

Ada kekurangan dalam hal menerangkan kasus Reversibel !

Hukum Termodinamika ke-2

“ Secara natural panas mengalir dari obyek yang panas ke obyek yang dingin, Panas tidak mengalir secara spontan dari obyek yang dingin ke obyek yang panas ”Pernyataan Clausius (1822-1888)

Mesin Panas

Alat perubah Energi Panas ke Energi Mekanis

Merubah energi mekanis keEnergi panas ⇒ Mudah

Merubah energi panas keEnergi mekanis ⇒ ???

Mesin Panas

Mesin Panas

Mesin UapSteam engine

Mesin KombusiInternal Combustion Engine

Mesin Uap - Steam engine

Mesin Kombusi - Internal Combustion Engine

Tranfer energi dari Mesin Panas

Hk. Kekekalan energi

TH dan TL : temperaturoperasi mesin

Efisiensi Mesin

Jika QL rendah maka e menjadi besar.Tidak mungkin membuat QL = 0 K ⇒ Tidak ada mesin dengan

e = 100%

H

L

Q

Q1e −==

HQW

LH QWQ +=

Hukum Termodinamika ke-2

“Tidak ada alat yang dapat merubah panas seluruhnyamenjadi kerja” Pernyataan Kelvin-Planck

Mesin Carnot

|QH|

|QL|

H

L

H

L

TT

1Q

Q1e −=−=ideal

Mesin Carnot

Siklik Carnot adalah Siklik ReversibelSetiap Siklik Carnot yang beroperasi pada TH dan TL yang sama ⇒ e samaEfisiensi Mesin Carnot tidak bergantung dari substansi yang digunakanSemua Mesin Irreversibel mempunyai efisiensi lebih rendah dari Mesin Carnot

Mesin Stirling

Jika CV = 0 maka akan sama dengan Siklus Carnot.Karena CV > 0 maka

eStirling < eCarnot

R ( TH – TL ) ln ( V2 / V1 )e ideal gas =

R TH ln ( V2 / V1 ) + CV ( TH – TL )

Mesin Diesel

Mesin Otto

Mesin Brayton

Refrigerator, AC & Pompa Panas

1. compressor2. icebox3. thin metal vanes4. expansion valve5. tube terminating6. .7. electrical switch8. polyurethane foam

Refrigerator, AC & Pompa Panas

Refrigerator, AC & Pompa Panas

Refrigerator, AC & Pompa PanasSkema Transfer Energi

Mesin Panas Refrigerator / AC

Efisiensi Mesin:

e = |W| / |QH|

Performan Koefisien (CP):==LQ

We

W

QCP L=

Refrigerator & Air Conditioner

LH

L

LH

LL

TT

T

QQ

Q

W

QCP

−=

−==

Pompa Panas

W

QCP H=

Entropy

Hk. Termodinamika ke - 2 dari pernyataan Clausius dan Kelvin-Planck adalah agak khusus (hanya untuk proses tertentu )

Banyak proses-proses reversibel lain yang memenuhi Hk. Termodinamika ke - 1, tetapi belum dapat diterangkan dengan baik.

Pernyataan yang lebih umum dari Hk. Termodinamika ke-2

Entropy

Siklus Carnot

L

L

H

H

T

Q

T

Q=

Jika harga mutlak dihilangkan

L

L

H

H

TQ

TQ

−=

Setiap siklus reversibel dapat didekati dengan sederet siklus Carnot

0TQ

=∑

Entropy

Setiap proses reversibel dapat didekati dengan banyak infinit siklus Carnot

Berlaku untuk semua proses reversibel

0=∫ TdQ

Jika proses siklusnya dari a ke b ke a

∫∫ =III T

dQTdQ

dQ/T tidak tergantung langkah/ arah proses

Entropy

Siklus reversibel

TdQ

dS =

∫∫ ==−=b

a

b

aab T

dQdSSSSΔ

0dS =∫