Termodinamika 1 panas, kerja dan energi

Presentasi berjudul: "Termodinamika 1 panas, kerja dan energi"— Transcript presentasi:

1 Termodinamika 1 panas, kerja dan energi
Kuliah 2 - 1 Saifuddin Baedlowie Sudarman

2 Sasaran : selesai mengikuti kuliah ini mahasiswa akan dapat menganalisis hubungan kerja, panas dan energi dalam sistem terbuka dan tertutup melalui proses adiabatik dan non adiabatik. Mampu menginterpretasi grafik yang dipakai untuk menetapkan kerja proses. Termodinamika 1 Kuliah 2-1 Teknik Mesin UMM

3 Hubungan antara KERJA, PANAS, dan ENERGI
Jika gaya F beraksi pada sebuah balok yang bergeser diatas permukaan tanpa gesekan, maka maka Termodinamika 1 Kuliah 2-1 Teknik Mesin UMM

4 Termodinamika 1 Kuliah 2-1
Teknik Mesin UMM

5 sebagaimana obyek jatuh dalam medan gravitasinya, Consider an object falling in a gravitational field Termodinamika 1 Kuliah 2-1 Teknik Mesin UMM

6 Gravitasi memiliki potensial untuk melakukan kerja dan kuantitasnya mgh adalah sesuatu yang disebut sebagai Energi Potensial. Kerja yang dihasilkan oleh resultan gravitasi dalam jatuhnya obyek dalam energi potensial adalah seperti contoh sebelumnya. Massa PE dikonversikan ke KE melalui kerja yang diakibatkan oleh gravitasi. Termodinamika 1 Kuliah 2-1 Teknik Mesin UMM

7 Transfer Energi oleh Kerja
Umumnya, kerja yang terjadi dievaluasi menggunakan persamaan kerja adalah energi yang dipindahkan rerata, dimana tidak peduli apakah ditransfer atau disimpan dalam sistem. Harga W12 tergantung rincian interaksi yang diambil antara sistem dan sekeliling lingkungannya selama proses seperti F(s), dan tidak hanya keadaan awal dan akhir saja. Termodinamika 1 Kuliah 2-1 Teknik Mesin UMM

8 Termodinamika 1 Kuliah 2-1
Teknik Mesin UMM

9 Kerja Kompresi & Ekspansi
Termodinamika 1 Kuliah 2-1 Teknik Mesin UMM

10 Kerja Kompresi dan Ekspansi
Termodinamika 1 Kuliah 2-1 Teknik Mesin UMM

11 Termodinamika 1 Kuliah 2-1
Teknik Mesin UMM

12 Termodinamika 1 Kuliah 2-1
Teknik Mesin UMM

13 Expansi dan Kompresi Polytropik
Hubungan tekanan-volume dapat dijelaskan oleh Kerja yang terjadi adalah Termodinamika 1 Kuliah 2-1 Teknik Mesin UMM

14 tetapi maka Untuk n=1, P=c/V maka Termodinamika 1 Kuliah 2-1
Teknik Mesin UMM

15 Kasus spesial ; Untuk n=0, p=c yakni proses tekanan konstan, maka
Termodinamika 1 Kuliah 2-1 Teknik Mesin UMM

16 Energi Potensial Pegas
Energi potensial pegas dapat digolongkan dalam energi potensial gravitasi. Termodinamika 1 Kuliah 2-1 Teknik Mesin UMM

17 Energi Bentuk lain Dalam bidang rekayasa, perubahan dalam energi total sebuah sistem selalu maembuat dan memberikan kontribusi makroskopis seperti perubahan dalam KE dan gravitasional PE sebuiah sistem sebagai sesuatu yang relatif ke sebuah bingkai koordinat eksternal dan Energi Internal, U E2- E1= (KE2- KE1) + (PE2- PE1) + (U2- U1) Termodinamika 1 Kuliah 2-1 Teknik Mesin UMM

18 Seperti halnya pengadukan fluida didalam tangki yang terisolasi sempurna,
energi ditransfer kedalam sistem melalui kerja oleh pengaduk, hasil kenaikan dalam sistem energi Termodinamika 1 Kuliah 2-1 Teknik Mesin UMM

19 Energy is transferred into the system via work by the paddle wheel, results in an increase in the system energy. transfer energi ini tidak menaikkan KE atau PE dalam sistem. Perubahan energi dalam sistem dapat dihitung hanya untuk energi dalam fluida saja. Perubahan dalam energi dalam untuk padat, cair, dan gas dapat dihitung menggunakan data empiris, seperti U=f(T) Termodinamika 1 Kuliah 2-1 Teknik Mesin UMM

20 Interpretasi Mikroskopis
Energi adalah atribut ke gerakan dan konfigurasi molekul-molekul individual, partikel atom dan sub atom yang menjadi sesuatu dalam sistem. Energi pada tingkat molekular berasosiasi dengan; Translasi Rotasi, Vibrasi Ikatan Molekular Energi pada tingkat atomi: Electron orbital states Nuclear spin Nuclear binding Termodinamika 1 Kuliah 2-1 Teknik Mesin UMM

21 Konservasi Energi untuk Sistem Tertutup
Sistem tertutup dapat berinteraksi dengan sekelilingnya melalui kerja sebagai termal. Energi dapat ditransfer antara sistem dan sekelilingnya melalui interaksi termal (kalor) Proses yang menggunakan interaksi kerja tetapi tak mengakibatkan interaksi termal /kalor disebut proses adiabatik. Proses yang mengakibatkan interaksi termal disebut proses non-adiabatik. Hal ini ditunjukkan secara eksperimental bahwa jika sistem bekerja dalam sistem tertutup secara proses adiabatik tergantung apa yang terjadi di keadaan akhir, bukan dalam prosesnya. E2 – E1 = -Wad Termodinamika 1 Kuliah 2-1 Teknik Mesin UMM

22 Tanda yang disetujui untuk transfer energi oleh kerja adalah;
Kerja diberikan oleh sistem adalah positif, Kerja diberikan pada sistem adalah negatif, Untuk kuasi-setimbang adiabatik, proses kompresi atau ekspansi gas dengan nilai eksponen politropik n adalah tetap (n = 1.4 untuk udara) dan luas dibawah kurva tergantung hanya pada keadaan akhir. Termodinamika 1 Kuliah 2-1 Teknik Mesin UMM

23 Untuk kuasi-setimbang adiabatik, proses kompresi atau ekspansi gas dengan nilai eksponen politropik n adalah tetap (n = 1.4 untuk udara) dan luas dibawah kurva tergantung hanya pada keadaan akhir. sebagaimana proses adiabatik dan proses tak-adiabatik antara dua keadaan akhir di titik 1 dan 2. Termodinamika 1 Kuliah 2-1 Teknik Mesin UMM

24 Kita ketahui perubahan proses adiabatik adalah E2 – E1 = -Wad
oleh karena luas dibawah kurva berbeda, maka kerja yang terjadi juga berbeda. sehingga Wad  Wnonad akhir proses keduanya pada sistem yang sama, maka perubahan energinya juga sama dalam setiap proses, sehingga (E2 – E1)ad = (E2 – E1)nonad = E2 – E1 Kita ketahui perubahan proses adiabatik adalah E2 – E1 = -Wad Tetapi selama Wad  Wnonad kita dapat simpulkan E2 – E1  -Wnonad Karena energi harus dikonservasi maka energi bersih yang ditransfer ke sistem dalam kedua proses harus sama. Ini mengikuti interaksi kalor dalam proses non-adiabatik harus menghasilkan transfer energi. Termodinamika 1 Kuliah 2-1 Teknik Mesin UMM

25 E2 – E1 = Q - W E2 – E1 = -Wnonad + Q
Sejumlah energi yang ditransfer kedalam sistem tertutup oleh kalor adalah Q E2 – E1 = -Wnonad + Q Keadaan Hukum Termodinamika Pertama E2 – E1 = Q - W Termodinamika 1 Kuliah 2-1 Teknik Mesin UMM

26 Transfer Energi oleh Kalor
Kuantitas Q dalam hukum pertama diperhitungkan setiap energi yang dipindahkan ke dalam sistem tertutup selama proses tanpa dipengaruhi kerja. Sebagaimana transfer energi Q yang dimasukkan hanya sebagai hasil perbedaan temperatur antara sistem dan sekitarnya dan terjadi dalam arah penurunan temperatur seperti perpindahan kalor ; konduksi, konveksi, radiasi. Tanda yang disepakati untuk perpindahan kalor oleh panas; Perpindahan kalor menuju sistem adalah positif Perpindahan kalor dari sistem adalah negatif Termodinamika 1 Kuliah 2-1 Teknik Mesin UMM

27 Suatu bongkahan logam panas pada temperatur awal Tm kedalam fluida dingin pada Tf. sebab logam pada temperatur tinggi kemudian energi fluida ditransfer dari logam ke fluida, Q adalah negatif. Selama disini tanpa ada kerja yang diberikan dan perubahan dalam KE dan PE diabaikan, sejumlah kalor yang dipindahkan dari logam ke fluida adalah sebanding dengan penurunan dalam energi internal logam U2 - U1 = -Q or Q = U1 – U2 Termodinamika 1 Kuliah 2-1 Teknik Mesin UMM

28 laju perpindahan kalor dinyatakan sebagai
seperti halnya kerja, kalor adalah bukan sifat properti dan sejumlah perpindahan energi tergantung rincian proses, dimana laju perpindahan kalor dinyatakan sebagai dan total energi yang dipindahkan melalui panas selama periode waktu tertentu adalah Termodinamika 1 Kuliah 2-1 Teknik Mesin UMM

29 Sistem Tertutup Steady
Termodinamika 1 Kuliah 2-1 Teknik Mesin UMM

30 Sistem Tertutup Termodinamika 1 Kuliah 2-1 Teknik Mesin UMM

31 Termodinamika 1 Kuliah 2-1
Teknik Mesin UMM

32 sistem Termodinamika 1 Kuliah 2-1 Teknik Mesin UMM

33 Refleksi : Tanya jawab secara lisan atau kuis (IC) atas semua materi yang disajikan oleh dosen. Pekerjaan rumah : Kerjakan soal soal yang diberikan pada Termodinamika 1 Kuliah 2-1 Teknik Mesin UMM