termodinamika
DESCRIPTION
tugas fisika dasar - termodinamikaTRANSCRIPT
Termodinamika
Present by :
Efert KajoEmenus WeyaFajar LumentaLois Tulangow
Ni made Widiasih
Pengertian&
Istilah-istilahTerkait
Hukum I
Termodinamika
& Usaha dalam proses Termodinamika
Asas Black
Hukum II
Termodinamika
T E R M O D I N A M I K A
Thermos
• Panas
Dynamic
• Perubahan
Termodinamika adalah kajian mengenai kalor (panas) yang berpindah.
••••••••••••••••••••••••••••••••••
PENGERTIAN
Energi Dalam
Lingkungan
Kalor
Istilah-istilah Terkait • Istilah-istilah Terkait •
Siklus
Usaha
Sistem
Main Menu
Ada pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungannya.
Sistem Terbuka
Ada pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungannya.
Sistem Terbuka
Ada pertukaran energi tetapi tidak terjadi pertukaran massa sistem dengan lingkungan
Sistem Tertutup
yang menjadi subyek pembahasan / fokus perhatian
••••••••••••••••••••••••••••••••••
SISTEM
Main Menu
Istilah
segala sesuatu yang tidak termasuk dalam sistem atau segala keadaan di luar sistem.
LingkunganBatas sistem
••••••••••••••••••••••••••••••••••
Lingkungan
Main Menu
Istilah
kalor adalah energi yang berpindah akibat adanya perbedaan suhu
••••••••••••••••••••••••••••••••••
Kalor (Q)
TmcQ TCQ atau
Dengan :
c : kalor jenis gas
C : kapasitas kalor gas Main Menu
Istilah
Jumlah seluruh energi kinetik molekul sistem, ditambah jumlah energi potensial, timbul akibat adanya interaksi antara molekul sistem.
••••••••••••••••••••••••••••••••••
Energi Dalam (U)
WQUUU 12
U = U2-U1= Q – W
+Q = sistem menerima kalor
-Q = sistem mengeluarkan kalor
+W = sistem melakukan usaha
-W = sistem dikenai usahalingkungan
sistem
+Q -Q
+W-W
••••••••••••••••••••••••••••••••••...Energi Dalam (U)
perubahan energi dalam gas untuk gas monoatomik
Untuk gas diatomik
∆U: perubahan energi dalam gas
n : jumlah mol gasR : konstanta umum
gas (R = 8,31 J mol−1 K−1)
∆T : perubahan suhu gas (K)
TnRNkTU 2
3
2
3
TnRTNkU 2
5
2
5
••••••••••••••••••••••••••••••••••...Energi Dalam (U)...
“Perubahan energi dalam U hanya bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir dan tidak bergantung pada lintasan yang
ditempuh oleh sistem”
••••••••••••••••••••••••••••••••••...Energi Dalam (U)
Main Menu
Istilah
W = ∫ P.dVdv
P = F.A
Usaha merupakan proses perpindahan energi melalui
cara-cara mekanis.
••••••••••••••••••••••••••••••••••
Usaha (W)
2
1
V
VPdVW
Jika volume gas berubah dari V1 menjadi V2, maka:
(m3) (m3)
(N/m2) (N/m2)
••••••••••••••••••••••••••••••••••
...Usaha (W)...
W negatif ( - )
p
VV2 V1
12
sistem menerima usaha dari lingkunganbila gas menyusut atau berkompresi atau volume menyusut (V2<V1) atau arah lintasan proses ke kiri .
••••••••••••••••••••••••••••••••••
...Usaha (W)...
W positif ( + )
1 2
p
V1 V2
V
sistem melakukan usaha terhadap lingkungan bila gas memuai atau berekspansi atau volume bertambah (V2>V1) atau arah lintasan proses ke kanan .
••••••••••••••••••••••••••••••••••
...Usaha (W)
Main Menu
Istilah
Siklus adalah :
Serangkaian proses pada suatu sistem
sedemikian sehingga sistem tersebut
kembali ke keadaan semula
W
P
Va
b
c
d
0
••••••••••••••••••••••••••••••••••
SIKLUS
Main Menu
Istilah
“Total panas yang ditambahkan pada suatu sistem sama dengan perubahan energi internal sistem ditambah usaha yang dilakukan oleh sistem tersebut".Q
sistemΔU
W
Q=ΔU + W
Q = kalorW = usaha∆U = perubahan energi dalam
HUKUM I TERMODINAMIKA
P
V
W
P
ΔV
W = P.ΔV
= P (V2-V1)
Besaran W adalah luasan kurva pada grafik P-V
0
• Selama proses Tekanan sistem tetap konstan
USAHA GAS PADA ISOBARIK
Contoh soal
Sejenis gas berada dalam wadah yang memiliki volum 2 m3 dan tekanan 4 atm. Hitung usaha luar yang dilakukan gas jika :a) Gas memuai pada tekanan tetap sehingga
volumnya mejadi dua kali semula.b) Gas dimampatkan pada tekanan tetap sehingga
volumnya mejadi sepertiga semula. (1 atm = 1,0 x 105N/m2)
Pembahasan Contoh soal
Dik : V1 = 2 m3
p = 4 atm = 4 x 105 N/m2
Ditanya : W....? jika:a. V2 = 2V1
b. V2 = 13
1V
a. W = pV = p ( V2 – V1 )
= p ( 2V1 – V1)
= pV1
= ( 4 x 105 ) 2
W = 8 x 105 J
b. W = pV = p ( V2 – V1)
= p ( 1/3 V1 – V1)
= p (-2/3 )V1
= (-2/3)pV1
= (-2/3) 4 x 105 x 2
W = - 5,33 x 105 J
...Pembahasan Contoh soal
atau
P
V
P1
P2
V1 V20
1
2lnV
VnRTWisotermis
1
2lnP
PnRTWisotermis
• Selama proses temperatur sistem tetap konstan
USAHA GAS PADA ISOTERMIS
V
nRTp
nRTpV dVpWV
V
2
1
dVV
nRTW
V
V
2
1
2
1
2
1
ln VV
V
V
VnRTV
dVnRTW
12 lnln VVnRTW
1
2lnV
VnRTW
...USAHA GAS PADA ISOTERMIS
0TRnU 23
Hk. Termodinamika ke-1:
U = Q – W = 0
W = Q
...USAHA GAS PADA ISOTERMIS
Contoh soal
Suhu tiga mol suatu gas ideal 373 K. Berapa besar usaha yang dilakukan gas dalam pemuaian secara isotermal untuk mencapai empat kali volum awalnya ?
Diket : n = 3 mol
T = 373 K
V2 = 4V1
R = 8,31 J/mol
Ditanya : W....?
4ln37331,83 xxxW
1
2lnV
VnRTW
1
14ln37331,83
V
VxxW
JW 999,12890
Pembahasan Contoh soal
• Grafik proses isokhorikPada proses isokhorik tidak terjadi perubahan volume (ΔV = 0), sehingga besarnya usaha
luar yang dilakukan oleh gas adalah
W = P (∆V) = P (0) = 0
P
V0
USAHA GAS PADA ISOKHORIK
Hk. ke-1: U = Q – W = Q
V = 0 , jadi W = 0
U = Q
...USAHA GAS PADA ISOKHORIK
• Grafik proses Adiabatik Pada proses ini tidak ada kalor yang diserap atau dilepas(Q = 0), sehingga usaha luar yang dilakukan oleh gas berasal dari perubahan energi dalam gas
ΔU = -W
P
V
P1
V1
P2
V20
USAHA GAS PADA ADIABATIK
Hk. ke-1: U = Q – W = 0
Q = 0
U = - W
...USAHA GAS PADA ADIABATIK
122
111
VTVTv
p
C
Cdengan
2211 VpVp atau
kVp 11
kVV
kp
dVPWV
V
2
1
...USAHA GAS PADA ADIABATIK
dVkVWV
V
y 2
1
dVVkWV
V
y 2
1
)(1
11
12
yy VVy
kW
...USAHA GAS PADA ADIABATIK
)(1
11
12
yy VVy
kW
kPPVP yy 2211
2212 VPkV y
111
1 VPkV y
)(1
11122 VPVP
yW
)(
1
12211 VPVP
yW
Contoh soal
• Suatu gas ideal monoatomik = 5/3 dimampatkan secara adiabatik dan volumnya berkurang dengan faktor pengali dua. Tentukan faktor pengali bertambahnya tekanan.Diket : = 5/3
V1 = 2V2 atau V2 = (1/2)V1
Ditanya : p2....?
Pembahasan Contoh soal
2211 VpVp
3
5
2
21
2
112
2
V
Vp
V
Vpp
167,1
12 18,32 ppp
Main Menu
“ jika dua benda atau dua macam zat yang berbeda suhunya disentuhkan atau icampurkan
maka zat yang suhunya lebih tinggi akan melepaskan kalor yang sama banyaknya dengan kalor yang diserap oleh zat yang suhunya lebih
rendah ”
Asas Black
Jika benda A melepas kalor pada benda B maka:
Qdilepas A = Qdiserap B
Qdilepas A = Qdiserap B
TmcQ
...Asas Black...
(m.c.ΔT) zat yang melepas kalor = (m.c.ΔT) zat yang menerima kalor
m = massa benda atau zat (gr atau kg)
c = kalor jenis zat (J/kg K atau kal/gr C)
ΔT = perubahan suhu benda atau zat ( oC)
ΔT zat yang melepas kalor = T1 – To
Δt zat yang menerima kalor = Tx – To
30 oC
Air1 gr
120 oC
To = suhu awal zat yang bersuhu rendah yaitu 30oC
T1 = suhu awal zat yang bersuhu tinggi yaitu 120oC
Tembaga 2 gr
...Asas Black...
Adalah suhu kesetimbangan sistem diberi lambang TX
30 oC
Air
TEMBAGA 120 oC
80 oC 80 oC
80 oC
...Asas Black
airTembaga
Main Menu
Tandon panas
sistemTandon panas
Tandon dingin
sistem
Q
Q1
Q2
W
W
Mesin sempurna hal yang tidak mungkin
Mesin sesungguhnya
Rumusan Kelvin - Plank
“Tidak mungkin membuat mesin yang
bekerja dalam suatu siklus,menerima kalor
dari suatu sumber kalor dan mengubah kalor itu
seluruhnya menjadi usaha”
Hukum II Termodinamika
• Diagram teori Clausius
sistem
Tandon panas
Tandon dingin
Tandon panas
Tandon dingin
sistem
Refrigator Sempurna
hal yang tidak mungkin
Refrigator
sesungguhnya
Q1
Q2
Q1
Q2
W
“kalor mengalir secara alami dari benda yang
panas ke benda yang dingin,kalor tidak akan
mengalir secara spontan dari benda
dingin ke benda panas”
Rumusan Clausius
[Rudolf Clausius (1822 – 1888)]
...Hukum II Termodinamika
1W
Q
W
WQ
W
QCOPQQW CCC
CH
COP = Coefficient Of Performance mesin pendingin
Mesin Pendingin
A
B
C
D
E
Pompa listrik A memompakan
gas (misal : freon,amoniak)
yang dimampatkan
melalui B dengan melepaskan kalor
Di dalam pipa C terjadi
pengembunan sehingga gas
berubah wujud menjadi cair
Freon cair dialirkan ke ruang beku (D)
dan menyerap kalor di sekitar
ruang beku sehingga suhu
ruang beku turun
Kemudian gas dialirkan kembali
menuju pompa untuk melakukan
proses siklus kembali
Prinsip Kerja Mesin Pendingin
• Skema Mesin Pendingin
Koefisien performasi mesin pendingin
adalah perbandingan antara panas yang
diambil dari tandon dingin (Q1)dengan
pemakaian usaha (W)
Tandon panas
Tandon dingin
sistem
W
Q1
Q2
Koefisien Performasi Mesin Pendingin (COP)
W
QCOP
1
Contoh soal
Sebuah lemari pendingin memerlukan usaha 150 joule untuk memindahkan kalor sebesar 100 joule dari tandon bersuhu rendah ke tandon bersuhu tinggi. Tentukan koefisien kerja lemari pendingin tersebut !
Diket : W = 150 joule
Q= 100 joule
Ditanya : COP....?
Pembahasan Contoh soal
COP = Q/W
= 100/150
= 0,67
H
C
H
CH
HCH Q
Q1
Q
Q
WQQW
= Efisiensi mesin kalor
Mesin Kalor
Contoh soal
Sebuah mesin panas yang efisiensinya 20% memiliki daya keluaran 5kW. Mesin ini membuang kalor sebesar 8.000 J/siklus. Energi yang diserap per siklus oleh mesin dan interval waktu per siklusnya adalah
Diket : 20% = η = 0,2P = 5000 wQ2 = 8000 JQ1 = Q2+w
Ditanya :Q1= ....?T=...?
Pembahasan Contoh soal
η = w/Q1η = P · t/Q1Q1 · η = P · tQ1 · 0,2 = 5000 · t0,2 · 10.000 = 5000 · t
0,4 = t
Q1 = Q2+wQ1 = Q2+ η·Q1Q1(1- η) = Q2Q1(1-0,2) = Q2Q1(0,8)= 8000JQ1 = 10000J
= 10 kJ
• Diagram proses siklus carnot
P
V
Q1
Q2
W
a
b
cd
Awal
Ekspansi isotermis
Ekspansi adiabatik
Kompresi isotermis
Kompresiadiabatik
AwalP1,V1,T1
P2,V2,T2
P3,V3,T3
P4,V4,T40
SIKLUS CARNOT
W = Q1 – Q2
EFISIENSI MESIN CARNOT
Contoh soal 1
Suatu mesin Carnot, jika reservoir panasnya bersuhu 400 K akan mempunyai efisiensi 40%. Jika reservoir panasnya bersuhu 640 K, efisiensinya…..%
Diket : η = 40% = 4 / 10 T1 = 400 K
Ditanya :jikaT1 = 640 K, η = ....?
Pembahasan Contoh soal 1
η = 40% = 4 / 10T1 = 400 K
hilangkan 100%η = 1 − (T2/T1)4 / 10 = 1 − (T2/400)(T2/400) = 6 / 10T2 = 240 K
T1 = 640 KT2 = 240 K η = ( 1 − T2/T1) x 100%η = ( 1 − 240/640) x 100%η = ( 5 / 8 ) x 100%
= 62,5%
Contoh soal 2
Mesin Carnot bekerja pada suhu tinggi 600 K, untuk menghasilkan kerja mekanik. Jika mesin menyerap kalor 600 J dengan suhu rendah 400 K, maka usaha yang dihasilkan adalah….
Diket : T1 = 600 K T2 = 400 K Q1=600J
Ditanya :W = ....?
Pembahasan Contoh soal 2
η = ( 1 − T2 / T1 ) x 100 %η = ( 1 − 400/600) η = 1/3η = ( W / Q1 )1/3 = W/600W = 200 J
P
V
Udara + Bahan Bakar
Gas dibuang
a
b
c
d
Q2
Q1
0
SIKLUS OTTO
Contoh soal
• Suatu mesin kalor bekerja pada tandon bersuhu tinggi dengan suhu 1500 K, dan tandon bersuhu rendah rendah 750 K. Jika dia menyerap kalor sebanyak 2000 joule, berapakah usaha maksimum yang dapat dilakukan ?
Diket : T1 = 1500 K T2 = 750 K Q1 = 2000 J
Ditanya : Q2....?
Pembahasan Contoh soal
Q1/T1 = Q2/T22000/1500 = Q2/750
Q2 = 1000 joule
Main Menu