8/18/2019 entropi 1

1/53

Fisika Dasar I (FI-321)

Topik hari iniTopik hari iniHukum Termodinamika

Usaha dan Kalor

  Mesin Kalor Mesin Carnot

Entropi

8/18/2019 entropi 1

2/53

HukumHukumTermodinamikaTermodinamika

8/18/2019 entropi 1

3/53

Usaha dalam Proses TermodinamikaUsaha dalam Proses Termodinamika

 – – Variabel Keadaan Variabel Keadaan

►►Keadaan Sebuah SistemKeadaan Sebuah Sistem Gambaran sebuah sistem dinyatakan denganGambaran sebuah sistem dinyatakan dengan

variabel keadaan yaitu:variabel keadaan yaitu:

►► TekananTekanan►► Volume Volume

►► TemperaturTemperatur

►► Energi DalamEnergi Dalam

Keadaan makroskopik dalam sistem yangKeadaan makroskopik dalam sistem yangterisolasi dapat dispesifikasi hanya jika sistemterisolasi dapat dispesifikasi hanya jika sistem

dalam keadaan kesembangan termal.dalam keadaan kesembangan termal.

8/18/2019 entropi 1

4/53

USAHA USAHA ►► UsahaUsaha adalah mekanismeadalah mekanisme

perpindahan energi yang pentingperpindahan energi yang pentingdalam sistem termodinamika.dalam sistem termodinamika.

►► PanasPanas adalah mekanismeadalah mekanismeperpindahan energi lainnya.perpindahan energi lainnya.

►► Contoh: Gas dalam silinderContoh: Gas dalam silinderberpistonberpiston

Gas mengisi silinder berpistonGas mengisi silinder berpistonyang bebas bergerak.yang bebas bergerak.

Gas memiliki volume V danGas memiliki volume V dantekanan P pada dinding silindertekanan P pada dinding silinderdan pada piston.dan pada piston.

8/18/2019 entropi 1

5/53

Usaha pada Gas dalam SilinderUsaha pada Gas dalam Silinder►► Sebuah Gaya bekerja untukSebuah Gaya bekerja untuk

menekan gas secaramenekan gas secara

perlahan.perlahan.

Tekanan tersebut cukupTekanan tersebut cukupperlahan sehingga sistemperlahan sehingga sistemselalu berada dalamselalu berada dalamea aan ese m anganea aan ese m angan

(quasi statik).(quasi statik).

dW =dW = -- F dy =F dy = -- P dVP dVW =W = -- PP ∆  ∆V V

W adalah usaha yangW adalah usaha yangdilakukandilakukan padapada gas olehgas olehlingkunganlingkungan..

Usaha yang dilakukan olehUsaha yang dilakukan olehgas adalahgas adalah sebaliknyasebaliknya

WWoleh gasoleh gas = P= P ∆  ∆VV

8/18/2019 entropi 1

6/53

Usaha pada Gas dalam SilinderUsaha pada Gas dalam Silinder

►►Jika gas dikompres/ditekanJika gas dikompres/ditekan ∆V ∆V berharga negatifberharga negatif

W =W = -- P ∆VP ∆V

Usaha yang dilakukanUsaha yang dilakukan padapada gasgas adalahadalah positif positif ►►Jika gas mengembang/memuaiJika gas mengembang/memuai

 ∆V ∆V berharga positif berharga positif 

Usaha yang dilakukanUsaha yang dilakukan padapada gasgas adalahadalah negatif negatif 

►►Jika volume gas konstanJika volume gas konstan

Tidak ada usaha yang dilakukan pada gasTidak ada usaha yang dilakukan pada gas

8/18/2019 entropi 1

7/53

Persamaan UsahaPersamaan Usaha►► Jika tekanan dijagaJika tekanan dijaga

konstan selamakonstan selamaekspansi atauekspansi ataukompresi, maka proseskompresi, maka proses

isobarik isobarik 

►► Jika tekanan berubah,Jika tekanan berubah,tekanan ratatekanan rata--rata dapatrata dapat

digunakan untukdigunakan untukmemperkiraan usahamemperkiraan usahayang dilakukanyang dilakukan W =W = -- P ∆VP ∆V

Usaha yang bekerja pada gas

Usaha = luas area dalam

kurva

8/18/2019 entropi 1

8/53

DIAGRAM PVDIAGRAM PV►►Digunakan jikaDigunakan jika

tekanan dan volumetekanan dan volumediketahui setiapdiketahui setiaptahapan proses.tahapan proses.

►►Usaha yang dilakukanUsaha yang dilakukanpadapada gas dari keadaangas dari keadaanawal ke keadaan akhirawal ke keadaan akhir

adalahadalah negatif negatif dandanbesarnya sama denganbesarnya sama denganluas di bawah kurvaluas di bawah kurva

diagram PV.diagram PV.

8/18/2019 entropi 1

9/53

Diagram PVDiagram PV►►Kurva pada diagram PV adalah lintasan dariKurva pada diagram PV adalah lintasan dari

keadaan awal dan keadaan akhir.keadaan awal dan keadaan akhir.►►Usaha yang dilakukan tergantung dari bagianUsaha yang dilakukan tergantung dari bagian

lintasanlintasan..

Keadaan awal dan akhir yang sama, dapat menghasilkan jumlahKeadaan awal dan akhir yang sama, dapat menghasilkan jumlahusaha yang berbedausaha yang berbeda--beda.beda.

8/18/2019 entropi 1

10/53

PertanyaanPertanyaanCarilah usaha yang dilakukan oleh gas dalam siklus di bawahini.

P1

V1

V2

8/18/2019 entropi 1

11/53

ProsesProses--proses Lainnyaproses Lainnya►►Isovolum Isovolum 

 Volume konstan Volume konstan Pada diagram PV berupa garis vertikalPada diagram PV berupa garis vertikal

Temperatur samaTemperatur sama

►► Adiabatik  Adiabatik 

Tidak ada panas yang berpindah ke lingkungan.Tidak ada panas yang berpindah ke lingkungan.

8/18/2019 entropi 1

12/53

Proses IsovolumProses Isovolum►►Tidak terjadi perubahan volume, sehinggaTidak terjadi perubahan volume, sehingga

tidak ada usaha yang bekerja.tidak ada usaha yang bekerja.►►Pernambahan energi ke dalam sistemPernambahan energi ke dalam sistem

..temperatur akan naik.temperatur akan naik.

8/18/2019 entropi 1

13/53

Proses IsotermalProses Isotermal►► Isotermal berartiIsotermal berarti

temperatur konstantemperatur konstan►► Silinder dan Gas beradaSilinder dan Gas berada

kontak termal dengankontak termal dengansumber energi yang besar.sumber energi yang besar.

energi ke dalam gas (olehenergi ke dalam gas (olehkalor).kalor).

►► Untuk mempertahankanUntuk mempertahankantemperatur tetap konstan,temperatur tetap konstan,

gas berekspansi dangas berekspansi dantekanan turun.tekanan turun.►► Usaha yang dilakukanUsaha yang dilakukan

adalah negatif seiringadalah negatif seiring

dengan bertambahnyadengan bertambahnyapanas.panas. Animasi 13.2

8/18/2019 entropi 1

14/53

Proses Adiabatik Proses Adiabatik ►► Pertukaran energi yang diakibatkan oleh panasPertukaran energi yang diakibatkan oleh panas

sama dengan nol.sama dengan nol.►►Usaha yang dilakukan sama dengan perubahanUsaha yang dilakukan sama dengan perubahan

energi dalam sistem.energi dalam sistem. 

►► Jika suatu proses tidak ada pertukaran panas akanJika suatu proses tidak ada pertukaran panas akanterjadi sangat cepatterjadi sangat cepat

►►Di dalam suatu ekspansi adiabatik, usaha yangDi dalam suatu ekspansi adiabatik, usaha yang

dilakukan adalah negatif dan energi dalam akandilakukan adalah negatif dan energi dalam akanberkurangberkurang

Animasi 13.3

8/18/2019 entropi 1

15/53

Usaha yang Dilakukan Gas dalam BerbagaiUsaha yang Dilakukan Gas dalam Berbagai

ProsesProses

8/18/2019 entropi 1

16/53

Example:

Calculate work done by expanding gas of 1 mole if initial pressure is

4000 Pa, initial volume is 0.2 m3, and initial temperature is 96.2 K.Assume a two processes: (1) isobaric expansion to 0.3 m3, Tf =144.3

K (2) isothermal expansion to 0.3 m3.

8/18/2019 entropi 1

17/53

Example:

Given:

n = 1 moleT i = 96.2 K 

T  f = 144.3 K 

V i = 0.2 m3

V  = 0.3 m3

( )   ( ) J 

mV V PV PW  i f 

400

2.00.3mPa4000  33

=

−=−=∆=

1. Isobaric expansion:

Calculate work done by expanding gas of 1 mole if initial pressure is

4000 Pa, initial volume is 0.2 m3, and initial temperature is 96.2 K.

Assume a two processes: (1) isobaric expansion to 0.3 m3, Tf =144.3 K

(2) isothermal expansion to 0.3 m3.

 

P = const 

Find:

W=?

Also:

5.12.0

3.03

3

====m

m

V 

V 

nRV P

nR

V P

T 

T 

i

 f 

ii

 f  f 

i

 f 

A 50% increase in temperature!

8/18/2019 entropi 1

18/53

Example:

Given:

n = 1 moleT i = 96.2 K 

V i = 0.2 m3

V  f = 0.3 m3

T = const    J m

m

V 

V V P

V 

V nRT W 

i

 f 

ii

i

 f 

3243.0

ln2.0Pa4000

lnln

33

==

 

  

 =

 

  

 =

2. Isothermal expansion:

Calculate work done by expanding gas of 1 mole if initial pressure is

4000 Pa, initial volume is 0.2 m3, and initial temperature is 96.2 K.

Assume a two processes: (1) isobaric expansion to 0.3 m3, Tf =144.3 K

(2) isothermal expansion to 0.3 m3.

 

Find:

W=?

m.

Also:

Pam

mPa

V 

V PP

 f 

ii f    2667

3.0

2.04000

3

3

===

A ~67% decrease in pressure!

8/18/2019 entropi 1

19/53

Kombinasi ProsesKombinasi Proses►►Dari keadaan awal ke keadaan akhir dalamDari keadaan awal ke keadaan akhir dalam

diagram PV dapat lebih dari satu prosesdiagram PV dapat lebih dari satu proses►►Proses dari keadaan awal ke keadaan akhir dapatProses dari keadaan awal ke keadaan akhir dapat

menghasilkan jumlah usaha yang berbedamenghasilkan jumlah usaha yang berbeda--beda,beda,

bergantung lintasan yang ditempuhbergantung lintasan yang ditempuh

Animasi 13.4

8/18/2019 entropi 1

20/53

PertanyaanPertanyaanBagaimana prosesBagaimana proses--proses isobarik,proses isobarik,

isovolum, isotermal, danisovolum, isotermal, danadiabatik digambarkan dalamadiabatik digambarkan dalam

-- --

8/18/2019 entropi 1

21/53

Proses perpindahan EnergiProses perpindahan Energi►►Oleh usahaOleh usaha

Perlu adanya perpindahan secara makroskopik Perlu adanya perpindahan secara makroskopik ►►Oleh panasOleh panas

Ter adi karena tumbukan molekuler secara acak.Ter adi karena tumbukan molekuler secara acak.

►►Hasil keduanyaHasil keduanya Perubahan energi dalam sistem.Perubahan energi dalam sistem.

Biasanya diikuti oleh variabel makroskopik terukurBiasanya diikuti oleh variabel makroskopik terukur

►►TekananTekanan

►►TemperaturTemperatur

►► Volume Volume

8/18/2019 entropi 1

22/53

Hukum Pertama TermodinamikaHukum Pertama Termodinamika

►► BerdasarkanBerdasarkan KekekalanKekekalanEnergiEnergi dalam proses termal,dalam proses termal,maka:maka: QQ

►► anasanas

Panas masuk Usaha keluar

►► Positif Positif  jika energi berpindah jika energi berpindah kekedalam dalam sistemsistem

WW►►UsahaUsaha►► Positif Positif  jika usaha yang jika usaha yang

dilakukandilakukanoleholeh

sistem padasistem padasekitarnya/lingkungan.sekitarnya/lingkungan.

UU►► Energi dalamEnergi dalam►► Positif jika temperatur naik.Positif jika temperatur naik.

Q Positif W Positif

∆∆∆∆U = Q – W

Q = ∆∆∆∆U + W

8/18/2019 entropi 1

23/53

Hukum Pertama TermodinamikaHukum Pertama Termodinamika►►Hubungan antara U, W, dan Q dapatHubungan antara U, W, dan Q dapat

dinyatakan sebagai berikutdinyatakan sebagai berikut

 == – – == -- 

Q = ∆U + WQ = ∆U + W

►►Kalor yang ditambahkan pada suatu sistemKalor yang ditambahkan pada suatu sistemsama dengan perubahan energi dalamsama dengan perubahan energi dalamsistem ditambah usaha yang dilakukan olehsistem ditambah usaha yang dilakukan olehsistem.sistem.

8/18/2019 entropi 1

24/53

 Aplikasi hukum Pertama Termodinamika Aplikasi hukum Pertama Termodinamika

1. Sistem Terisolasi1. Sistem Terisolasi►►SebuahSebuah sistem terisolasisistem terisolasi tidak dapattidak dapat

berinteraksi dengan lingkungannya.berinteraksi dengan lingkungannya.

►►Tidak ada perpindahan energi yangTidak ada perpindahan energi yangterjadi dan tidak ada usaha yangterjadi dan tidak ada usaha yangdilakukan.dilakukan.

►►Oleh karena itu energi dalam padaOleh karena itu energi dalam padasistem terisolasi menjadisistem terisolasi menjadi konstankonstan..

8/18/2019 entropi 1

25/53

Contoh:

Diketahui:

n = 1 molV i = 0.2 m

3

V  f = 0.3 m3

P = konstan

Q=500 J

( )   ( ) J 

mV V PV PW  i f 

400

2.00.3mPa4000  33

=

−=−=∆=

Ekspansi Isobarik:

Jika panas ditambahkan pada gas ideal sebesar 500 J, sehingga gas

mengalami pemuaian dari 0.2 m3 menjadi 0.3 m3 pada tekanan konstan

4000 Pa, Berapakah perubahan energi dalam yang terjadi?

 

Ditanyakan:

∆U=?  

Gunakan Hukum Pertama Termodinamika:

 J  J  J W QU 

W U Q

100400500   =−=−=∆

+∆=

Jika volume konstan bagaimanakah perubahan energi dalam yang

terjadi?

8/18/2019 entropi 1

26/53

 Aplikasi Hukum Pertama Termodinamika Aplikasi Hukum Pertama Termodinamika

2. Proses Siklus2. Proses Siklus

►►Proses siklus adalah suatu proses dimanaProses siklus adalah suatu proses dimanakeadaan awal dan keadaan akhir sama.keadaan awal dan keadaan akhir sama.

UUf f = U= Uii dan Q =dan Q = --WW►►Jumlah usaha yang dikerjaan oleh gas padaJumlah usaha yang dikerjaan oleh gas pada

setiap siklus sama dengan luas di bawahsetiap siklus sama dengan luas di bawahkurva tertutup yang digambarkan padakurva tertutup yang digambarkan padadiagram PV.diagram PV.

8/18/2019 entropi 1

27/53

Proses Siklus dalam Diagram PVProses Siklus dalam Diagram PV►► Suatu gas idealSuatu gas ideal

monatomik berada dalammonatomik berada dalamsuatu silinder dengansuatu silinder denganpiston yang dapatpiston yang dapatdigerakkan.digerakkan.

►►  A  A--B adalah suatu prosesB adalah suatu prosesisovolumisovolum..

►► BB--C adalah suatu ekspansiC adalah suatu ekspansiisotermalisotermal..

►► CC--A adalah suatu proses A adalah suatu prosesisobarik isobarik 

►► Gas kembali ke keadaanGas kembali ke keadaan

awal pada titik A awal pada titik A 

8/18/2019 entropi 1

28/53

Hukum Pertama danHukum Pertama dan

Metabolisme Tubuh ManusiaMetabolisme Tubuh Manusia

►► Hukum pertama termodinamika dapat diaplikasikanHukum pertama termodinamika dapat diaplikasikanpada makhluk hidup.pada makhluk hidup.

►► Energi dalam yang disimpan tubuh manusia diubahEnergi dalam yang disimpan tubuh manusia diubah,,

usaha dan kalor.usaha dan kalor.►► Laju metobolisme Laju metobolisme (∆U / ∆T) adalah berbanding lurus(∆U / ∆T) adalah berbanding lurus

laju pengkonsumsian oksigen terhadap volume.laju pengkonsumsian oksigen terhadap volume.

Tingkat laju metabolisme (untuk memelihara danTingkat laju metabolisme (untuk memelihara danmenjalankan organ) adalah sekitar 80 W.menjalankan organ) adalah sekitar 80 W.

8/18/2019 entropi 1

29/53

 Variasi Laju Metabolisme Variasi Laju Metabolisme

Fig. T12.1, p. 369

Slide 11

8/18/2019 entropi 1

30/53

MESIN PANASMESIN PANAS►►Mesin panas adalah suatu alatMesin panas adalah suatu alat yangyang

mengkonversi energi internal menjadimengkonversi energi internal menjadibentuk lain yang bermanfaat, seperti listrikbentuk lain yang bermanfaat, seperti listrik

..

►►Suatu mesin panas memerlukan suatuSuatu mesin panas memerlukan suatubahan/zat untuk bekerja melalui suatubahan/zat untuk bekerja melalui suatu

proses siklus.proses siklus.

8/18/2019 entropi 1

31/53

Mesin PanasMesin Panas►► Energi ditransfer dariEnergi ditransfer dari

suatu sumber (reservoar)suatu sumber (reservoar)pada temperatur tinggi (pada temperatur tinggi (QQhh))

 

mesin tersebutmesin tersebut( W( Wengeng))

►► Energi dibuang ke sumberEnergi dibuang ke sumber

lain (reservoar) yanglain (reservoar) yangtemperaturnya lebihtemperaturnya lebihrendah ( Qrendah ( Qcc))

8/18/2019 entropi 1

32/53

Mesin PanasMesin Panas

►► Selama prosesnya berupaSelama prosesnya berupa

siklus, makasiklus, maka ∆U = 0 ∆U = 0

Energi dalam awal samaEnergi dalam awal sama

akhir.akhir.►► Maka, QMaka, Qnetnet = W= Wengeng►► Usaha yang dilakukan olehUsaha yang dilakukan oleh

mesin kalor sama denganmesin kalor sama dengan jumlah energi yang diserap jumlah energi yang diserapoleh mesin.oleh mesin.

►► Usaha adalah sama denganUsaha adalah sama denganluas di dala kurva tertutupluas di dala kurva tertutuppada diagram PV.pada diagram PV.

8/18/2019 entropi 1

33/53

Efisiensi Termal pada sebuahEfisiensi Termal pada sebuah

Mesin PanasMesin Panas►► Efisiensi termalEfisiensi termal didefinisikan sebagai rasio antaradidefinisikan sebagai rasio antara

kerja yang dilakukan oleh mesin terhadap energikerja yang dilakukan oleh mesin terhadap energiyang diserap oleh mesin pada temperatur tinggi.yang diserap oleh mesin pada temperatur tinggi.

►► e (e (ηη) = 1 (efisiensi 100%) hanya jika Q) = 1 (efisiensi 100%) hanya jika Qcc = 0= 0

Tidak ada energi yang dibuang ke reservoir dingin.Tidak ada energi yang dibuang ke reservoir dingin.

h

c

h

ch

h

eng

QQQ−=

−==   1e

8/18/2019 entropi 1

34/53

Hukum Kedua TermodinamikaHukum Kedua Termodinamika

►►

Tidak mungkin bagi sebuah mesinTidak mungkin bagi sebuah mesinpanas yang bekerja secara siklis untukpanas yang bekerja secara siklis untuktidak menghasilkan efek lain selaintidak menghasilkan efek lain selain

menyerap panas ar sua u an on anmenyerap panas ar sua u an on anmelakukan sejumlah usaha yangmelakukan sejumlah usaha yangekivalen.ekivalen. Artinya Q Artinya Qcc tidak sama dengan noltidak sama dengan nol►►Sebagian QSebagian Qcc harus dibuang ke lingkungan.harus dibuang ke lingkungan.

Dengan demikianDengan demikian ηη tidak sama dengantidak sama dengan100%100%

8/18/2019 entropi 1

35/53

Pompa Panas dan Lemari EsPompa Panas dan Lemari Es

►►Mesin panas dapat bekerja kebalikannyaMesin panas dapat bekerja kebalikannya Masukkan energiMasukkan energi

Energi disadap dari reservoir yang dinginEnergi disadap dari reservoir yang dingin

Energi ditransfer ke reservoir yang panasEnergi ditransfer ke reservoir yang panas►► Proses mesin panas ini bekerja sebagai pompaProses mesin panas ini bekerja sebagai pompa

panas.panas.

Lemari es merupakan salah satu contoh pompaLemari es merupakan salah satu contoh pompapanaspanas

Contoh lainnya adalah alat pendingin (AC)Contoh lainnya adalah alat pendingin (AC)

8/18/2019 entropi 1

36/53

ProsesProses Reversible Reversible dandan

Proses IrreversibleProses Irreversible

►► Syarat yang diperlukan agar proses bersifatSyarat yang diperlukan agar proses bersifatreversibelreversibel::

1.1. Tidak ada energi mekanik yang dapat hilangTidak ada energi mekanik yang dapat hilangkarena esekan a a viskos atau a akarena esekan a a viskos atau a a

disipatif lain yang menghasilkan panas.disipatif lain yang menghasilkan panas.2.2. Tidak ada konduksi panas karena bedaTidak ada konduksi panas karena beda

temperatur tertentu.temperatur tertentu.3.3. Proses harusProses harus kuasikuasi--statik statik agar sistem selaluagar sistem selalu

dalam keadaan setimbangdalam keadaan setimbang

►► Tiap proses yang melanggar salah satuTiap proses yang melanggar salah satu

kondisi di atas merupakan proseskondisi di atas merupakan proses irreversibel irreversibel ..

8/18/2019 entropi 1

37/53

Mesin CarnotMesin Carnot

►►Teori mesin dikembangkan oleh Sadi CarnotTeori mesin dikembangkan oleh Sadi Carnot

►►Teorema Carnot: Tidak ada mesin yang bekerjaTeorema Carnot: Tidak ada mesin yang bekerjaantara dua reservoir panas yang tersedia yangantara dua reservoir panas yang tersedia yang

bekerja di antara kedua reservoir itu.bekerja di antara kedua reservoir itu.►►Mesin reversibel yang bekerja di antara duaMesin reversibel yang bekerja di antara dua

tandon panas dinamakantandon panas dinamakan Mesin CarnotMesin Carnot

8/18/2019 entropi 1

38/53

Siklus CarnotSiklus Carnot

Animasi 13.5

8/18/2019 entropi 1

39/53

Siklus Carnot, A ke BSiklus Carnot, A ke B

►► A ke B adalah ekspansi A ke B adalah ekspansiisotermalisotermal

►► Gas ditempatkan padaGas ditempatkan pada

temperatur tinggi.temperatur tinggi.►► Gas akan menyerapGas akan menyerap

panas sebesar Qpanas sebesar Qhh

►► Gas bekerja sebesarGas bekerja sebesarWW AB AB untuk menaikkanuntuk menaikkanpiston.piston.

8/18/2019 entropi 1

40/53

Siklus Carnot, B ke CSiklus Carnot, B ke C►► Dari B ke C adalah prosesDari B ke C adalah proses

ekspansi adiabatik.ekspansi adiabatik.

►► Pada bagian dasar silinderPada bagian dasar silinderdiganti dengan dindingdiganti dengan dindingan tidak da atan tidak da at

menghantarkan panas.menghantarkan panas.►► Tidak ada panas yangTidak ada panas yang

masuk atau keluar sistem.masuk atau keluar sistem.

►► Temperatur akanTemperatur akanmenurun dari Tmenurun dari Thh ke Tke Tcc

►► Gas bekerja sebesar WGas bekerja sebesar WBCBC

8/18/2019 entropi 1

41/53

Siklus Carnot, C ke DSiklus Carnot, C ke D

►►Gas ditempatkan padaGas ditempatkan padareservoirreservoirbertemperatur dingin.bertemperatur dingin.

kompresi isotermalkompresi isotermal►►Gas akan membuangGas akan membuang

energi Qenergi QC.C.►►Usaha WUsaha WCDCD adalahadalah

usaha yang dilakukanusaha yang dilakukanoleh gasoleh gas

8/18/2019 entropi 1

42/53

Siklus Carnot, D ke A Siklus Carnot, D ke A ►► D ke A adalah prosesD ke A adalah proses

kompresi adiabatikkompresi adiabatik

►► Gas kembali ditempatkanGas kembali ditempatkanpada tempat tidak dapatpada tempat tidak dapatmenghantarkan panas.menghantarkan panas.e ngga a a ae ngga a a a

pertukaran panas denganpertukaran panas denganlingkungan.lingkungan.

►► Temperatur gas akan naikTemperatur gas akan naikdari Tdari T

CCke Tke T

hh►► Usaha yang dilakukan gasUsaha yang dilakukan gas

sebesar Wsebesar WCDCD

8/18/2019 entropi 1

43/53

Siklus Carnot, Diagram PVSiklus Carnot, Diagram PV►►Usaha yang dilakukanUsaha yang dilakukan

oleh mesin adalaholeh mesin adalahsebesar luas areasebesar luas areakurva tertutup sepertikurva tertutup seperti

pada gambar.pada gambar.►► Jumlah usaha samaJumlah usaha sama

dengan Qdengan Qhh -- QQcc

8/18/2019 entropi 1

44/53

Efisiensi Mesin CarnotEfisiensi Mesin Carnot

►►

Carnot menunjukkan bahwa efisiensi mesinCarnot menunjukkan bahwa efisiensi mesintergantung pada temperatur reservoir.tergantung pada temperatur reservoir.

►►Temperatur dinyatakana dalam KelvinTemperatur dinyatakana dalam Kelvin

►► Semua mesin Carnot yang beroperasi antaraSemua mesin Carnot yang beroperasi antaradua temperatur yang sama maka akandua temperatur yang sama maka akanmenghasilkan efisiensi yang sama.menghasilkan efisiensi yang sama.

h

C cT 

e   −=1

Beberapa catatan tentang efisiensiBeberapa catatan tentang efisiensi

8/18/2019 entropi 1

45/53

Beberapa catatan tentang efisiensiBeberapa catatan tentang efisiensi

Mesin CarnotMesin Carnot

►►

Efisiensi sama dengan nol jika TEfisiensi sama dengan nol jika Thh = T= Tcc►► Efisiensi sama dengan 100% hanya jika TEfisiensi sama dengan 100% hanya jika Tcc ==

0 K. Pada kenyataannya tidak ada reservoir0 K. Pada kenyataannya tidak ada reservoir

yang memenuhi kondisi ini.yang memenuhi kondisi ini.►► Efisiensi akan naik pada saat Tc diturunkanEfisiensi akan naik pada saat Tc diturunkan

dan ketika Th dinaikkan.dan ketika Th dinaikkan.

►► Pada prakteknya, TPada prakteknya, Tcc mendekati suhu ruangmendekati suhu ruangsebesar 300 K. Jadi pada umumnya Tsebesar 300 K. Jadi pada umumnya Thhdinaikkan untuk meningkatkan efisiensi.dinaikkan untuk meningkatkan efisiensi.

Mesin Sesungguhnya dibandingkanMesin Sesungguhnya dibandingkan

8/18/2019 entropi 1

46/53

Mesin Sesungguhnya dibandingkanMesin Sesungguhnya dibandingkan

dengan Mesin Carnotdengan Mesin Carnot►►Semua mesin sesungguhnya memilikiSemua mesin sesungguhnya memiliki

efisiensi lebih rendah dibandingkan denganefisiensi lebih rendah dibandingkan denganmesin Carnot.mesin Carnot.

adanya gesekan.adanya gesekan.

Mesin sesungguhnya merupakan irreversibleMesin sesungguhnya merupakan irreversiblekarena siklus yang dialami secara lengkapkarena siklus yang dialami secara lengkap

hanya terjadi pada waktu yang singkathanya terjadi pada waktu yang singkat(spontan).(spontan).

8/18/2019 entropi 1

47/53

Mesin OttoMesin Otto

Animasi 13.6

8/18/2019 entropi 1

48/53

EntropiEntropi►► Variabel keadaan yang berhubungan dengan Variabel keadaan yang berhubungan dengan

Hukum kedua termodinamika adalah Entropi.Hukum kedua termodinamika adalah Entropi.

panas yang harus ditambahkan pada sistem dalampanas yang harus ditambahkan pada sistem dalamsuatu proses reversibel untuk membawanya darisuatu proses reversibel untuk membawanya darikeadaan awalnya ke keadaan akhirnya Qkeadaan awalnya ke keadaan akhirnya Qrr dibagidibagi

dengan temperatur absolut T pada sistem dalamdengan temperatur absolut T pada sistem dalaminterval tersebut.interval tersebut.

8/18/2019 entropi 1

49/53

EntropiEntropi

►► Secara matematisSecara matematis

►► Persamaan ini hanya dapat diterapkan padaPersamaan ini hanya dapat diterapkan pada

T 

QS    r =∆

  ,,

pada kenyataannya sistem merupakanpada kenyataannya sistem merupakanirreversibel.irreversibel. Untuk menghitung besarnya entropi untuk prosesUntuk menghitung besarnya entropi untuk proses

irreversibel dimodelkan sebagai proses reversibel.irreversibel dimodelkan sebagai proses reversibel.

►►Ketika energi diserap, Q berharga positif danKetika energi diserap, Q berharga positif danentropi akan naik.entropi akan naik.

►►Ketika energi dibuang, Q akan berhargaKetika energi dibuang, Q akan berharganegatif dan entropi akan turun.negatif dan entropi akan turun.

8/18/2019 entropi 1

50/53

Entropi LanjutanEntropi Lanjutan

►► Ingat, persamaan matematis sebelumnyaIngat, persamaan matematis sebelumnyahanya mendefinisikanhanya mendefinisikan perubahan entropi  perubahan entropi 

►► Entropi alam semesta meningkat karenaEntropi alam semesta meningkat karena--

►►Terdapat prosesTerdapat proses--proses dimana entropi sebuahproses dimana entropi sebuahsistem menurun:sistem menurun: Jika entropi suatu sistem ,A, menurun, maka akan dibarengiJika entropi suatu sistem ,A, menurun, maka akan dibarengi

dengan meningkatnya entropi sistem yang lain, B.dengan meningkatnya entropi sistem yang lain, B.

Perubahan entropi sistem B akan lebih besar dibandingkanPerubahan entropi sistem B akan lebih besar dibandingkanperubahan entropi sistem A.perubahan entropi sistem A.

8/18/2019 entropi 1

51/53

Entropi dan ketidakteraturanEntropi dan ketidakteraturan

►► Entropi dapat dinyatakan dalam ketidakteraturanEntropi dapat dinyatakan dalam ketidakteraturan

►►

Sistem yang terisolasi cenderung menuju keSistem yang terisolasi cenderung menuju kekeadaan ketidakteraturan lebih besar, dan entropikeadaan ketidakteraturan lebih besar, dan entropiadalah ukuran ketidakteraturan tersebutadalah ukuran ketidakteraturan tersebut

S = k S = k BB ln Wln W►►k k BB adalah konstanta Boltzmannadalah konstanta Boltzmann

►►W adalah jumlah keadaan yang sebanding denganW adalah jumlah keadaan yang sebanding denganprobabilitas sistem berada dalam konfigurasi tertentuprobabilitas sistem berada dalam konfigurasi tertentu

kh l Skh l S

8/18/2019 entropi 1

52/53

 Akhir Alam Semesta Akhir Alam Semesta

►►Entropi alam semesta selalu meningkatEntropi alam semesta selalu meningkat

►►Entropi alam semesta pada akhirnya akanEntropi alam semesta pada akhirnya akanmencapai maksimummencapai maksimum  

pada temperatur dan kerapatan yang uniformpada temperatur dan kerapatan yang uniform Keadaan ketidakteraturan sempurna iniKeadaan ketidakteraturan sempurna ini

mensyaratkan tidak ada energi yang dapatmensyaratkan tidak ada energi yang dapat

digunakan untuk melakukan usahadigunakan untuk melakukan usaha►►Keadaan ini dinamakan akhir alam semestaKeadaan ini dinamakan akhir alam semesta

PRPR

8/18/2019 entropi 1

53/53

PR PR 

Buku Tipler Jilid IBuku Tipler Jilid I

Hal 648Hal 648--649 no. 54, 67649 no. 54, 67Hal 687 no. 55, 58Hal 687 no. 55, 58