Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

1 4.5 Kapasitas Panas dan Kapasitas Panas Jenis Pada bagian ini akan dibahas Kapasitas panas dan Kapasitas panas jenis khusus untuk gas Sempurna. Pada.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "1 4.5 Kapasitas Panas dan Kapasitas Panas Jenis Pada bagian ini akan dibahas Kapasitas panas dan Kapasitas panas jenis khusus untuk gas Sempurna. Pada."— Transcript presentasi:

1 1 4.5 Kapasitas Panas dan Kapasitas Panas Jenis Pada bagian ini akan dibahas Kapasitas panas dan Kapasitas panas jenis khusus untuk gas Sempurna. Pada bagian ini akan dibahas Kapasitas panas dan Kapasitas panas jenis khusus untuk gas Sempurna. Satuan kalor atau panas adalah kalori atau BTU (British thermal unit) Satuan kalor atau panas adalah kalori atau BTU (British thermal unit) Satu kalori didefinisikan sebagai panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram air denagn 1 o C. Satu kalori didefinisikan sebagai panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram air denagn 1 o C. Satu BTU didefinisikan sebagai panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 lb air dengan 1 o F Satu BTU didefinisikan sebagai panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 lb air dengan 1 o F Oleh karena 1 lb = 454 gram dan 1 skala F = 5/9 Skala Celsius Oleh karena 1 lb = 454 gram dan 1 skala F = 5/9 Skala Celsius maka 1 BTU = 252 kalori maka 1 BTU = 252 kalori

2 2  Kapasitas panas suatu zat ialah banyaknnya panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu zat itu dengan 1K. Jika suhu zat itu naik dengn dT dan kapasits panas zat itu C, maka panas yang diperlukan adalah  Q = C dT Jadi Kapasitas panas zat itu adalah C =  Q /dT

3 3 C merupakan fungsi dari T. C merupakan fungsi dari T. Artinya kenaikan suhu dari 273 K menjadi 274 diperlukan panas yang berbeda dengan kenaikan suhu dari 300 K menjadi 301 K. Artinya kenaikan suhu dari 273 K menjadi 274 diperlukan panas yang berbeda dengan kenaikan suhu dari 300 K menjadi 301 K. Kapasitas panas rata-rata Kapasitas panas rata-rata C = Q/  T C = Q/  T Satuan C dalam (SI) adalah J K -1 Satuan C dalam (SI) adalah J K -1 Jika kapasitas panas dibagi dengan massa zat m, hasilnya disebut kapasitas panas jenis, c. Jika kapasitas panas dibagi dengan massa zat m, hasilnya disebut kapasitas panas jenis, c. c = C/m =  Q /(m.dT) =  q/dT c = C/m =  Q /(m.dT) =  q/dT Satuan kapasitas panas jenis adalah Jkg -1 K -1 Satuan kapasitas panas jenis adalah Jkg -1 K -1

4 4 Jika kapasitas panas dibagi dengan jumlah mol dalam sistem, hasilnya disebut kapasitas panas jenis molal, yang dirumuskan sebagai berikut Jika kapasitas panas dibagi dengan jumlah mol dalam sistem, hasilnya disebut kapasitas panas jenis molal, yang dirumuskan sebagai berikut c = C/n =  Q /(ndT) c = C/n =  Q /(ndT) =  q /dT =  q /dT Panas yang masuk atau keluar dari sistem dapat dihitung dengan persamaan Panas yang masuk atau keluar dari sistem dapat dihitung dengan persamaan atau atau

5 5 Andaikan 1 kg atau 1 mol zat menyerap kalor  q sehingga suhunya berubah dari T menjadi T + dT. Andaikan 1 kg atau 1 mol zat menyerap kalor  q sehingga suhunya berubah dari T menjadi T + dT. Penyerapan kalor ini dapat melalui bermacam- macam proses. (proses tekanan tetap, volume tetap atau proses lainnya). Penyerapan kalor ini dapat melalui bermacam- macam proses. (proses tekanan tetap, volume tetap atau proses lainnya). Olehnya itu zat dapat memiliki bermacam-macam kapasitas panas jenis: Olehnya itu zat dapat memiliki bermacam-macam kapasitas panas jenis: c p : kapasiats panas jenis pada tekanan tetap c p : kapasiats panas jenis pada tekanan tetap c v : kapasitas panas jenis pada volume tetap c v : kapasitas panas jenis pada volume tetap Suatu sistem yang memiliki kapasitas panas sangat besar demikian rupa sehingga walaupun ada panas yang masuk atau keluar sistem, tetapi suhunya dianggap tidak berubah, disebut reservoir panas. Suatu sistem yang memiliki kapasitas panas sangat besar demikian rupa sehingga walaupun ada panas yang masuk atau keluar sistem, tetapi suhunya dianggap tidak berubah, disebut reservoir panas.

6 6 4.6 PANAS TRANSFORMASI, ENTALPI Panas Transformasi suatu zat l, ialah kalor yang dilepas atau diserap oleh 1 kg zat itu agar supaya terjadi perubahan fase Panas Transformasi suatu zat l, ialah kalor yang dilepas atau diserap oleh 1 kg zat itu agar supaya terjadi perubahan fase Panas tranformasi per mol disebut panas transformasi molal. Panas tranformasi per mol disebut panas transformasi molal. Satuan panas transformasi dalam SI ialah : J/kg untuk kalor transformasi per kg Satuan panas transformasi dalam SI ialah : J/kg untuk kalor transformasi per kg J/mol untuk kalor transformasi per molal. J/mol untuk kalor transformasi per molal.

7 7 Perubahan fase sering diikuti oleh perubahan volume, sehingga disertai oleh usaha yang dilakukan oleh atau terhadap sistem. Kecuali pada volume kritis, karena volume jenis zat cair pada suhu ini sama dengan volume jenis uap. Perubahan fase sering diikuti oleh perubahan volume, sehingga disertai oleh usaha yang dilakukan oleh atau terhadap sistem. Kecuali pada volume kritis, karena volume jenis zat cair pada suhu ini sama dengan volume jenis uap. Jika perubahan fase ini terjadi pada suhu tetap, maka tekanannya juga tetap, sehingga usaha oleh sistem persatuan massa atau per mol adalah: Jika perubahan fase ini terjadi pada suhu tetap, maka tekanannya juga tetap, sehingga usaha oleh sistem persatuan massa atau per mol adalah: w = p(v 2 – v 1 ) w = p(v 2 – v 1 ) Karena p tetap maka p = p 1 = p 2, maka w= p 2 v 2 – p 1 v 1 w= p 2 v 2 – p 1 v 1

8 8 q = (u 2 -u 1 ) + w (H. I Termodinamika) q = (u 2 -u 1 ) + w (H. I Termodinamika) l = (u 2 -u 1 ) + ( p 2 v 2 – p 1 v 1 ) l = (u 2 -u 1 ) + ( p 2 v 2 – p 1 v 1 ) atau (u 2 -u 1 ) = l – ( p 2 v 2 – p 1 v 1 ) l = ( u 2 +p 2 v 2 )-( u 1 + p 1 v 1 ) l = ( u 2 +p 2 v 2 )-( u 1 + p 1 v 1 ) Suku-suku dalam kurung pada ruas kanan disebut entalpi, diberi lambang h, jadi, Suku-suku dalam kurung pada ruas kanan disebut entalpi, diberi lambang h, jadi, h = u + pv h = u + pv Dengan demikian panas transformasi ditulis Dengan demikian panas transformasi ditulis l = h 2 – h 1 l = h 2 – h 1 Karena p, v, dan u adalah variabel keadaan, maka h juga variabel keadaan dan diferensialnya adalah diferensial eksak. Karena p, v, dan u adalah variabel keadaan, maka h juga variabel keadaan dan diferensialnya adalah diferensial eksak.

9 9 Selanjutnya akan digunakan lambang- lambang berikut Selanjutnya akan digunakan lambang- lambang berikut l pc : untuk perubahan fase padat ke cair l pc : untuk perubahan fase padat ke cair (proses pencairan) (proses pencairan) l cu : untuk perubahan fase cair ke uap l cu : untuk perubahan fase cair ke uap (proses penguapan) (proses penguapan) l pu : untuk perubahan fase padat ke uap l pu : untuk perubahan fase padat ke uap (proses sublimasi). (proses sublimasi). Entalpi untuk bermacam fase digunakan lambang.h p, h c, dan h u (untuk entalpi padat, cair dan uap). Entalpi untuk bermacam fase digunakan lambang.h p, h c, dan h u (untuk entalpi padat, cair dan uap).

10 10 l pc = h c - h p l pc = h c - h p l cu = h u - h c l cu = h u - h c l pu = h u - h p l pu = h u - h p Ternyata l cu untuk air berubah dengan suhu, yaitu turun bila suhu naik, dan menjadi nol pada suhu kritis, yaitu untuk air adalah 374 o C. Ternyata l cu untuk air berubah dengan suhu, yaitu turun bila suhu naik, dan menjadi nol pada suhu kritis, yaitu untuk air adalah 374 o C. Bila suatu zat sebagian dalam keadaan cair dan sebagian lagi dalam keadaan uap pada suhu jenuh, maka kualitas zat itu didefinisikan sebagai nisbah massa uap dengan massa total dan diberi lambang x, Bila suatu zat sebagian dalam keadaan cair dan sebagian lagi dalam keadaan uap pada suhu jenuh, maka kualitas zat itu didefinisikan sebagai nisbah massa uap dengan massa total dan diberi lambang x, x = m u /m = m u /(m c +m u ) x = m u /m = m u /(m c +m u )

11 11 Contoh Misalkan massa uap 0,2 kg dan massa cairan = 0,8 kg, maka kualitasnya x = 0,2 /(0,2+0,8) =0,2 atau 20 %. Misalkan massa uap 0,2 kg dan massa cairan = 0,8 kg, maka kualitasnya x = 0,2 /(0,2+0,8) =0,2 atau 20 %. Kulaitas dianggap sebagai besaran insentif, dan kualitas hanya mempunyai arti bila zat itu dalam keadaan jenuh, yaitu pada tekanan dan suhu jenuh. Kulaitas dianggap sebagai besaran insentif, dan kualitas hanya mempunyai arti bila zat itu dalam keadaan jenuh, yaitu pada tekanan dan suhu jenuh. Bila Vc adalah volume cairan, dan Vu adalah volume uap dan V adalah volume total, maka berlaku Bila Vc adalah volume cairan, dan Vu adalah volume uap dan V adalah volume total, maka berlaku

12 12 V = Vc + Vu V = Vc + Vuatau mv = m c v c + m u v u mv = m c v c + m u v u v = m c v c /m + m u v u /m v = m c v c /m + m u v u /m = (m-m u )v c /m + m u v u /m = (m-m u )v c /m + m u v u /m = (1- x)v c + xv u = (1- x)v c + xv uatau v = v c + x(v u -v c ) = v c +xv cu v = v c + x(v u -v c ) = v c +xv cu dengan v cu = v u - v c dengan v cu = v u - v c

13 13 Untuk Energi Dalam Untuk Energi Dalam U = U c + U u U = U c + U u atau atau mu = m c u c + m u u u mu = m c u c + m u u u Bila ruas kiri dan akan dibagi dengan m Diperoleh u = (m c u c )/m + (m u u u )/m = (m – m u )u c /m + (m u u u )/m = (m – m u )u c /m + (m u u u )/m = (1-X) u c + X u u = u c + X (u u -u c ) = (1-X) u c + X u u = u c + X (u u -u c ) = u c + Xu cu, = u c + Xu cu,Dimana u cu = u u -u c

14 14 n Untuk Entalpi h = h c + Xh cu h cu = h u - h c

15 PANAS JENIS VOLUME TETAP DAN PANAS JENIS TEKANAN TETAP Untuk Zat dengan satu fase homogen dan dengan komposisi yang tetap, (boleh padat, cair, ataupun gas), tetapi tak ada perubahan fase. Untuk Zat dengan satu fase homogen dan dengan komposisi yang tetap, (boleh padat, cair, ataupun gas), tetapi tak ada perubahan fase. Akan dicari hubungan antara kapasitas panas jenis (panas jenis) dengan variabel termodinamik yang lain. Akan dicari hubungan antara kapasitas panas jenis (panas jenis) dengan variabel termodinamik yang lain. Dari huku I termodinamika sebenarnya menyatakan perpindahan panas yang dapat ditulis Dari huku I termodinamika sebenarnya menyatakan perpindahan panas yang dapat ditulis  Q = dU +  W = dU + pdV  Q = dU +  W = dU + pdV Untuk proses isometrik (V = konstan ) pdV =0 Dari rumus maka untuk proses isometrik Dari rumus maka untuk proses isometrik

16 16 diperoleh diperoleh Pada tekanan konstan p 1 = p 2 = p dan W = p(V 2 -V 1 ) dan W = p(V 2 -V 1 ) Sehingga Q = (U 2 -U 1 ) + p(V 2 -V 1 ) = (U 2 -U 1 ) + p 2 V 2 –p 1 V 1 = (U 2 -U 1 ) + p 2 V 2 –p 1 V 1 Atau Q = (U 2 +p 2 V 2 ) – (U 1 + p 1 V 1 ) Atau Q = H 2 – H 1 Dalam bentuk diferensial  Q = dH Dengan demikian panas jenis untuk proses tekanan tetap ditulis

17 Energi Dalam, Entalpi dan Panas Jenis Gas Sempurna Gas Sempurna dapat didekati oleh gas nyata yang kerapatannya rendah, sehingga gaya antar molekul, energi yang terkait, karena kecilnya sehingga dapat diabaikan. Gas Sempurna dapat didekati oleh gas nyata yang kerapatannya rendah, sehingga gaya antar molekul, energi yang terkait, karena kecilnya sehingga dapat diabaikan. Persamaan keadaan untuk 1 mol Persamaan keadaan untuk 1 mol pv = RT pv = RT Energi dalam gas sempurna hanya merupakan fungsi suhu Energi dalam gas sempurna hanya merupakan fungsi suhu U = f(T) U = f(T) Ini berarti gas sempurna pada suhu tertentu memiliki nilai U tertentu. Ini berarti gas sempurna pada suhu tertentu memiliki nilai U tertentu.

18 18 Dari hubungan Dari hubungan Untuk gas sempurna menjadi Untuk gas sempurna menjadi Atau du = c v dT dan dU =m c v dT Atau du = c v dT dan dU =m c v dT Dari persamaan entalpi dan persamaan keadaannya dapat diperoleh hubungan Dari persamaan entalpi dan persamaan keadaannya dapat diperoleh hubungan h = u + pv = u + RT h = u + pv = u + RT Mengingat R adalah tetapan dan U hanya merupakan fungsi suhu saja, maka entalpi juga hanya meruakan fungsi suhu saja. Mengingat R adalah tetapan dan U hanya merupakan fungsi suhu saja, maka entalpi juga hanya meruakan fungsi suhu saja. Jadi h = f(T) Jadi h = f(T)

19 19 Dari hubungan c p =( ∂h/∂T) p Dari hubungan c p =( ∂h/∂T) p Maka untuk gas sempurna menjadi Maka untuk gas sempurna menjadi Bila tekanannya mendekati nol maka semua gas dapat mendekati gas sempurna. Bila tekanannya mendekati nol maka semua gas dapat mendekati gas sempurna. Karena itu panas jenis gas sempurna untuk suatu zat nyata sering disebut sebagai panas jenis tekanan nol dan diberi lambang Karena itu panas jenis gas sempurna untuk suatu zat nyata sering disebut sebagai panas jenis tekanan nol dan diberi lambang c po, dan panas jenis pada volume tetap diberi lambang c V0. c po, dan panas jenis pada volume tetap diberi lambang c V0.

20 20 Contoh soal 4.1 Jika suatu sistem berubah dari keadaan a ke keadaan b melalui lintasan a-c-b, panas sebesar 80 J mengalir ke dalam sistem dan sistem melakukan kerja sebesar 30 J. Proses lihat pada gambarberikut. Jika suatu sistem berubah dari keadaan a ke keadaan b melalui lintasan a-c-b, panas sebesar 80 J mengalir ke dalam sistem dan sistem melakukan kerja sebesar 30 J. Proses lihat pada gambarberikut. V p a bc d

21 21 a) Berapa banyak panas yang mengalir ke dalam sistem melalui lintasan a-d-b, jika kerja yang dilakukan oleh sistem itu 10 J? a) Berapa banyak panas yang mengalir ke dalam sistem melalui lintasan a-d-b, jika kerja yang dilakukan oleh sistem itu 10 J? b) Sistem kembali dari b ke a melalui lintasan lengkung, kerja yang dilakukan sistem 20 J. Apakah sistem menyerap atau melepaskan panas dan beraakah besarnya? b) Sistem kembali dari b ke a melalui lintasan lengkung, kerja yang dilakukan sistem 20 J. Apakah sistem menyerap atau melepaskan panas dan beraakah besarnya? c) Jika Ua= 0 dan Ud = 40 J, hitunglah panas yang diserap dalam proses a-d dan d-b. c) Jika Ua= 0 dan Ud = 40 J, hitunglah panas yang diserap dalam proses a-d dan d-b.

22 22 Penyelesaian a) Q a-c-b = 80 J dan W a-c-b = 30 J, Menurut H.I Termodinamika a) Q a-c-b = 80 J dan W a-c-b = 30 J, Menurut H.I Termodinamika Q =  U + W … Q a-c-b = (U b -U a ) +W a-c-b Q =  U + W … Q a-c-b = (U b -U a ) +W a-c-b U b -U a = Q a-c-b –W a-c-b = 80 J – 30 J = 50 J U b -U a = Q a-c-b –W a-c-b = 80 J – 30 J = 50 J W a-d-b = 10 J, W a-d-b = 10 J, Q a-d-b = U b -U a +W a-d-b Q a-d-b = U b -U a +W a-d-b Q a-d-b = 50 J +10 J = 60 J Q a-d-b = 50 J +10 J = 60 J b) Sistem kembali melalui lintasan lengkung W b-a = -20 J W b-a = -20 J Q b-a = (U a -U b ) + W b-a = -50 J – 20 J = -70 J Karena Q negatif berarti sistem melepaskan kalor Karena Q negatif berarti sistem melepaskan kalor

23 23 c) U a = 0, U d = 40 J; U b – U a = U b - 0 = 50 U b – U a = U b - 0 = 50 Ub = 50 J Ub = 50 J Q a-d = (U d -U a ) +W a-d = 40 J W a-d (1) Q d-b = (U b -U d ) +W d-b = (50-40)J + 0 (2) = 10 J = 10 J Pers(1) + Pers (2) diperoleh Q a-d-b = 50 J + W a-d W a-d = Q a-d-b – 50 J = 60 J – 50 J = 10 J = 10 J Dari pers (1) diperoleh Dari pers (1) diperoleh Q a-d =40J +10 J = 50 J Q a-d =40J +10 J = 50 J Dari pers. (2) diperoleh Dari pers. (2) diperoleh Q d-b = 10 J Q d-b = 10 J

24 24 Contoh Soal 4.2 Suatu bejana volume 5 m 3 berisi 8 kg oksigen pada suhu 300 K. Hitung usaha yang dilakukan untuk memperbesar volumenya menjadi 10 m 3 Suatu bejana volume 5 m 3 berisi 8 kg oksigen pada suhu 300 K. Hitung usaha yang dilakukan untuk memperbesar volumenya menjadi 10 m 3 (a) pada tekanan tetap (a) pada tekanan tetap (b) pada suhu tetap (b) pada suhu tetap (c) berapakah suhu akhir pada proses (a)? (c) berapakah suhu akhir pada proses (a)? (d) berapakan tekanan pada akhir proses di (b)? (d) berapakan tekanan pada akhir proses di (b)? (e) Gambarkan kedua proses dalam diagram p-v (e) Gambarkan kedua proses dalam diagram p-v

25 25 Jawaban 4.2 Diketahui Diketahui V1 = 5 m 3 M = 32 kg kmol -1 V1 = 5 m 3 M = 32 kg kmol -1 m = 8 kg m = 8 kg T1 = 300 K T1 = 300 K a. W = …………..? Untuk p = Tetap a. W = …………..? Untuk p = Tetap b. W = ……………? Untuk t = tetap b. W = ……………? Untuk t = tetap c. T2 =…………… ? Untuk p= tetap c. T2 =…………… ? Untuk p= tetap d. p2 =……………? Untuk T = tetap d. p2 =……………? Untuk T = tetap

26 26 a) W = p(V2-V1), p1 = (m/M) RT1 p1 = (m/M) RT1 = (8kg/32 kg/10 3 mol -1 ) (8,314 J mol- 1 K- 1 = (8kg/32 kg/10 3 mol -1 ) (8,314 J mol- 1 K- 1 (300K)/5 m 3 (300K)/5 m 3 = (8 kg/ kg mol-1(8,314 J mol -1 K - 1 = (8 kg/ kg mol-1(8,314 J mol -1 K - 1 (300K)/5 m 3 (300K)/5 m 3 = Pa = Pa W = (10-5)m 3 = J W = (10-5)m 3 = J b) W = (m/M)RT1 ln(V2/V1) = (8 kg/ kg/mol)(8,314 J mol-1K-1)(300K) = (8 kg/ kg/mol)(8,314 J mol-1K-1)(300K) ln(10/5) ln(10/5) = ( /32)(8,314)(300) (0,693) J = ( /32)(8,314)(300) (0,693) J = ,15 J = ,15 J

27 27 c) Untuk proses isobar c) Untuk proses isobar V 1 /V 2 = T 1 /T 2 V 1 /V 2 = T 1 /T 2 T 2 = (V 2 /V 1 )T 1 = (10/5) 300K = 600 K T 2 = (V 2 /V 1 )T 1 = (10/5) 300K = 600 K D) Untuk proses isotermal D) Untuk proses isotermal p 1 V 1 = p 2 V 2 p 1 V 1 = p 2 V 2 p 2 = p 1 V 1 /V 2 = Pa (½) p 2 = p 1 V 1 /V 2 = Pa (½) = Pa = Pa

28 28 V (m 3) p X10 5 Pa 510 1,25 p X10 5 Pa V (m 3) ,25 0,62 Diagram p-V proses isobarDiagram p-V proses isotermal


Download ppt "1 4.5 Kapasitas Panas dan Kapasitas Panas Jenis Pada bagian ini akan dibahas Kapasitas panas dan Kapasitas panas jenis khusus untuk gas Sempurna. Pada."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google