Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Bab 9 termodinamika. Kompetensi Dasar:  Menganalisis dan menerapkan hukum termodinamika.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "Bab 9 termodinamika. Kompetensi Dasar:  Menganalisis dan menerapkan hukum termodinamika."— Transcript presentasi:

1 Bab 9 termodinamika

2 Kompetensi Dasar:  Menganalisis dan menerapkan hukum termodinamika

3 Indikator : Setelah mempelajari bab ini, siswa diharapkan mampu : Setelah mempelajari bab ini, siswa diharapkan mampu :  Menganalisis keadaan gas karena perubahan suhu, tekanan, dan volume.  Menggambarkan perubahan keadaan gas dalam diagram P-V.  Memformulasikan hukum I termodinamika dan penerapannya.  Mengaplikasikan hukum II termodinamika pada masalah fisika sehari-hari.  Memformulasikan siklus Carnot.  Merumuskan proses reversibel dan tak reversibel.

4 Termodinamika adalah : ilmu yang mempelajari hukum-hukum yang mengatur perubahan energi dari suatu bentuk ke bentuk lain, aliran dan kemampuan energi melakukan usaha. Termodinamika adalah : ilmu yang mempelajari hukum-hukum yang mengatur perubahan energi dari suatu bentuk ke bentuk lain, aliran dan kemampuan energi melakukan usaha. Dua istilah yang berkaitan erat dalam termodinamika, yaitu: Dua istilah yang berkaitan erat dalam termodinamika, yaitu:

5  Sistem adalah : sesuatu yang menjadi subyek pembahasan atau fokus perhatian. adalah : sesuatu yang menjadi subyek pembahasan atau fokus perhatian.  Lingkungan adalah : segala sesuatu yang tidak termasuk dalam sistem atau segala keadaan di luar sistem. adalah : segala sesuatu yang tidak termasuk dalam sistem atau segala keadaan di luar sistem.

6 Perhatikan gambar: Tabung berisi gas: lingkungan gas Batas sistem sistem

7 Hukum termodinamika dibagi 2 yaitu :  Hukum pertama, yaitu : prinsip kekekalan energi yang memasukkan kalor sebagai mode perpindahan energi.  Hukum kedua, yaitu : bahwa aliran kalor memiliki arah, dengan kata lain, tidak semua proses di alam adalah reversibel (dapat dibalikkan arahnya)

8 9.1. Usaha, Kalor, dan Energi Dalam Pengertian Usaha dan Kalor. Pengertian Usaha dan Kalor.  Usaha adalah: ukuran energi yang dipindahkan dari sistem ke lingkungan atau sebaliknya.  Energi mekanik sistem adalah : energi yang dimiliki sistem akibat gerak dan koordinat kedudukannya.

9 Pengertian Energi Dalam  Energi dalam adalah : suatu sifat mikroskopik zat, sehingga tidak dapat di ukur secara langsung.  Secara umum perubahan energi dalam (  U), di rumuskan :  U = U 2 – U 1  U = U 2 – U 1

10 Formulasi usaha, kalor dan Energi dalam Usaha oleh sistem terhadap lingkungannya. Usaha oleh sistem terhadap lingkungannya.  Proses isobarik (tekanan konstan) V1V1V1V1 V2V2V2V2 W = p V = p( V2 – V1 )

11 Perjanjian tanda : Perjanjian tanda :  Usaha bertanda positif (+), jika sistem melakukan usaha pada lingkungan (gas memuai V 2 > V 1 ).  Usaha bertanda negatif (-), jika lingkungan melakukan usaha pada sistem ( gas memampat V 2  V 1 ).

12 Contoh soal 9.1 Sejenis gas berada dalam wadah yang memiliki volum 2 m 3 dan tekanan 4 atm. Hitung usaha luar yang dilakukan gas jika : Sejenis gas berada dalam wadah yang memiliki volum 2 m 3 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 10 5 N/m 2 ) (1 atm = 1,0 x 10 5 N/m 2 )

13 Penyelesaian  Diket : V 1 = 2 m 3 V 1 = 2 m 3 p = 4 atm = 4 x 10 5 N/m 2 p = 4 atm = 4 x 10 5 N/m 2  Ditanya : W, jika: a. V 2 = 2V 1 a. V 2 = 2V 1 b. V 2 = b. V 2 =

14 Jawab : a. W = p  V = p ( V 2 – V 1 ) = p ( V 2 – V 1 ) = p ( 2V 1 – V 1 ) = p ( 2V 1 – V 1 ) = pV 1 = pV 1 = ( 4 x 10 5 ) 2 = ( 4 x 10 5 ) 2 W = 8 x 10 5 J W = 8 x 10 5 J

15 b. W = p  V = p ( V 2 – V 1 ) = p ( V 2 – V 1 ) = p ( 1/3 V 1 – V 1 ) = p ( 1/3 V 1 – V 1 ) = p (-2/3 )V 1 = p (-2/3 )V 1 = (-2/3)pV 1 = (-2/3)pV 1 = (-2/3) 4 x 10 5 x 2 = (-2/3) 4 x 10 5 x 2 W = - 5,33 x 10 5 J W = - 5,33 x 10 5 J

16 Grafik p - V Dari grafik diperoleh : Dari grafik diperoleh :  Usaha yg dilakuka oleh atau pada sistem gas sama dg luas daerah di bawah grafik p-V dg batas volum awal dan volum akhir. Luas = usaha V1V1V1V1 V2V2V2V2 p1p1p1p1 p2p2p2p2

17 Contoh 9.2 Sejumlah gas pada keadaan A berubah ke keadaan B (lihat gambar). Sejumlah gas pada keadaan A berubah ke keadaan B (lihat gambar). a. Bagaimana cara anda menghitung usaha luar yang dilakukan gas ? b. Hitung usaha luar tersebut. A B p (x10 5 N/m 2 ) V(x10 -3 m 3 )

18 Penyelesaian : a. U = luas trapesium b. Usaha luar:

19 Usaha dalam proses siklus Dari grafik diperoleh: Dari grafik diperoleh: “ usaha yang dilakukan oleh (atau pada) sistem gas yang menjalani suatu proses siklus sama dengan luas daerah yang dimuat oleh siklus tersebut (luas daerah yg diasir)” “ usaha yang dilakukan oleh (atau pada) sistem gas yang menjalani suatu proses siklus sama dengan luas daerah yang dimuat oleh siklus tersebut (luas daerah yg diasir)” Lintasan 1 Lintasan 2 A B p V

20 Contoh 9.3 Gas ideal diproses seperti gambar di samping. Gas ideal diproses seperti gambar di samping. a. Berapa usaha yang dilakukan sistem per siklus ? b. Jika mesin bekerja 5 siklus per 2 sekon, berapa daya yang dibangkitkan sistem ? A B C V p 0,01250, x10 5 (Nm -2 ) (m 3 )

21 Penyelesaian : a. Usaha yg dilakukan sistem per siklus. W = luas  ABC W = luas  ABC = AB x BC/2 = AB x BC/2 = ( 0,0125 – 0,025) x (2x 10 5 = ( 0,0125 – 0,025) x (2x 10 5 – 1 x 10 5 )/2 – 1 x 10 5 )/2 = (- 0,0125) x (1/2) x 10 5 = (- 0,0125) x (1/2) x 10 5 = - 0,00625 x 10 5 = - 0,00625 x 10 5 W = - 6,25 x 10 2 J W = - 6,25 x 10 2 J

22 b. Usaha dlm 5 siklus = 5 x – 6,25 x 10 2 = - 3,125 x 10 3 J maka daya selama 2 sekon adalah : maka daya selama 2 sekon adalah :

23  Formulasi Kalor Q = mc  T = C  T Q = mc  T = C  T  Formulasi Energi Dalam  Gas monoatomik

24  Gas diatomik  Perubahan Energi Dalam  Gas monoatomik

25  Gas diatomik  Dari dua persamaan perubahan energi dalam di atas dapat disimpulkan : “Perubahan energi dalam  U hanya bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir dan tidak bergantung pada lintasan yang ditempuh oleh sistem” “Perubahan energi dalam  U hanya bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir dan tidak bergantung pada lintasan yang ditempuh oleh sistem”

26 9.2. Beberapa Proses Termodinamika Gas Proses Isobarik ( tekanan tetap ) Proses Isobarik ( tekanan tetap ) A. Usaha yang dilakukan oleh sistem terhadap lingkungan (V2 > V1). W = p ( V 2 – V 1 ) W = p ( V 2 – V 1 )

27 W positif ( + ) 1 2 p V1V1V1V1 V2V2V2V2 V

28 B. Usaha yang dilakukan lingkungan terhadap sistem (V 2  V 1 ). W = p ( V 2 – V 1 ) W = p ( V 2 – V 1 )

29 W negatif ( - ) p V V2 V1V1V1V1 12

30 Proses Isokhorik (volum tetap ) Proses Isokhorik (volum tetap ) W = 0 W = 0 Karena V2 = V1 o Perhatikan gambar p V V 1 = V 2 p1p1p1p1 p2p2p2p2

31 Proses Isotermal ( suhu tetap ) Proses Isotermal ( suhu tetap ) Dari persamaan : Dari persamaan : pV = nRT pV = nRT diperoleh : diperoleh :

32  Sehingga usaha yang dilakukan sistem (gas) dirumuskan :

33

34 Perhatikan gambar : Perhatikan gambar : p V V1V1V1V1 V2V2V2V2

35 Contoh 9.5  Suhu tiga mol suatu gas ideal 373 K. Berapa besar usaha yang dilakukan gas dalam pemuaian secara isotermal untuk mencapai empat kali volum awalnya ?

36 penyelesaian  Diket : n = 3 mol n = 3 mol T = 373 K T = 373 K V 2 = 4V 1 V 2 = 4V 1 R = 8,31 J/mol R = 8,31 J/mol  Ditanya : W

37  Jawab :

38 Proses Adiabatis Proses Adiabatis adalah : suatu proses keadaan gas di mana tidak ada kalor yang masuk ke dalam atau keluar dari sistem ( Q = 0 ) adalah : suatu proses keadaan gas di mana tidak ada kalor yang masuk ke dalam atau keluar dari sistem ( Q = 0 )

39 Perhatikan gambar Perhatikan gambar Bahan pengisolasi Silinder logam

40 Grafik p – V pada proses Adibatik kurva adiabatik T1T1T1T1 T2T2T2T2 V1V1V1V1 V2V2V2V2 p1p1p1p1 p2p2p2p2

41 Contoh proses adiabatis: Contoh proses adiabatis:  Pemuaian gas dalam mesin diesel  Pemuaian gas dalam sistem pendingin  Langkah kompresi dalam mesin pendingin

42 Usaha dalam proses adiabatik secara matematis di rumuskan : Usaha dalam proses adiabatik secara matematis di rumuskan :

43 Contoh 9.6 Suatu gas ideal monoatomik  = 5/3 dimampatkan secara adiabatik dan volumnya berkurang dengan faktor pengali dua. Tentukan faktor pengali bertambahnya tekanan. Suatu gas ideal monoatomik  = 5/3 dimampatkan secara adiabatik dan volumnya berkurang dengan faktor pengali dua. Tentukan faktor pengali bertambahnya tekanan.

44 Diket :  = 5/3  = 5/3 V 1 = 2V 2 atau V 2 = (1/2)V 1 V 1 = 2V 2 atau V 2 = (1/2)V 1 Ditanya : p 2

45 Jawab :

46 9.3. Hukum pertama termodinamika Perhatikan Gambar. lingkungan sistem +Q -Q +W -W

47 Secara matematis hukum I Termodinamika, dirumuskan : Secara matematis hukum I Termodinamika, dirumuskan :  U = U 2 -U 1 = Q – W  U = U 2 -U 1 = Q – W +Q = sistem menerima kalor -Q = sistem mengeluarkan kalor +W = sistem melakukan usaha -W = sistem dikenai usaha

48 Contoh 9.7  Suatu sistem menyerap 1500 J kalor dari lingkungannya dan melakukan 2200 J usaha pada lingkungannya. Tentukan perubahan energi dalam sistem. Naik atau turunkah suhu sistem?

49 Diket : Q = 1500 J Q = 1500 J W = 2200 J W = 2200 J Ditanya :  U

50 Jawab : Jawab :  U = Q – W  U = Q – W = 1500 – 2200 = 1500 – 2200 = J = J Karena energi dalam sistem bernilai negatif maka suhu sistem menurun (T 2  T 1 ) Karena energi dalam sistem bernilai negatif maka suhu sistem menurun (T 2  T 1 )

51 Aplikasi Hukum Pertama pada Berbagai Proses  Proses Isotermal ( suhu tetap T 1 = T 2 ) ( suhu tetap T 1 = T 2 ) Karena T 1 = T 2 maka  U = 0 sehingga: Karena T 1 = T 2 maka  U = 0 sehingga:  U = Q – W  U = Q – W 0 = Q – W atau 0 = Q – W atau

52 Proses Isokhorik ( volume tetap ) Karena  V = 0, maka W = 0 sehingga persamaannya menjadi: Karena  V = 0, maka W = 0 sehingga persamaannya menjadi:  U = Q – W  U = Q – W  U = Q – 0  U = Q – 0  U = Q  U = Q

53 Proses Isobarik ( tekanan konstan ) Dirumuskan : Dirumuskan :  U = Q – W = Q – p ( V 2 – V 1 )  U = Q – W = Q – p ( V 2 – V 1 )

54 Proses Adiabatik Karena Q = 0, dirumuskan: Karena Q = 0, dirumuskan:  U = Q – W  U = Q – W  U = - W  U = - WAtau Gas monoatomik

55 Contoh Sebanyak 2,4 mol gas oksigen (O 2 ) pada 47 o C dimampatkan melalui proses adiabatik sehingga suhu mutlaknya meningkat menjadi tiga kali semula. Berapa besar usaha yang harus diberikan pada gas O 2 ? ( R = 8,3 J mol -1 K -1 ). Sebanyak 2,4 mol gas oksigen (O 2 ) pada 47 o C dimampatkan melalui proses adiabatik sehingga suhu mutlaknya meningkat menjadi tiga kali semula. Berapa besar usaha yang harus diberikan pada gas O 2 ? ( R = 8,3 J mol -1 K -1 ).

56 Penyelesaian : Diket : n = 2,4 mol n = 2,4 mol T 1 = = 320 K T 1 = = 320 K T 2 = 3 T 1 T 2 = 3 T 1 R = 8,3 J. mol -1.K -1 R = 8,3 J. mol -1.K -1 Ditanya : W (gas diatomik)

57 Jawab :

58 9.4. Kapasitas Kalor Gas Kapasitas kalor gas Kapasitas kalor gas dirumuskan : dirumuskan :

59 o Kapasitas kalor pada pada tekanan tetap ( C p ) adalah : kalor yg diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat satu kelvin pada tekanan tetap. adalah : kalor yg diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat satu kelvin pada tekanan tetap. dirumuskan : dirumuskan :

60 o Kapasitas kalor pada volume tetap ( C v ) adalah : kalor yg diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat satu kelvin pada volume tetap. adalah : kalor yg diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat satu kelvin pada volume tetap. dirumuskan : dirumuskan :

61 Usaha yang dilakukan pada tekanan tetap dirumuskan: Usaha yang dilakukan pada tekanan tetap dirumuskan:

62 Contoh Lima kilogram gas N 2 dipanaskan pada tekanan tetap sehingga suhunya naik dari 10 o C menjadi 130 o C. Jika Cv = 0,177 kal/g o C dan Cp = 0,248 kal/g o C, hitung : Lima kilogram gas N 2 dipanaskan pada tekanan tetap sehingga suhunya naik dari 10 o C menjadi 130 o C. Jika Cv = 0,177 kal/g o C dan Cp = 0,248 kal/g o C, hitung : a. Kenaikan energi dalam. b. Usaha luar yang dilakukan gas.

63 Diket : m = 5 kg m = 5 kg T 1 = = 283 K T 1 = = 283 K T 2 = = 403 K T 2 = = 403 K C v = 0,177 kal/g o C C v = 0,177 kal/g o C C p = 0,248 kal/g o C C p = 0,248 kal/g o C Ditanya : a.  U a.  U b. W b. W

64 Jawab : Jawab : a.  U = Q p – nR (T 2 – T 1 ) = C p (T 2 -T 1 ) – nR(T 2 -T 1 ) = C p (T 2 -T 1 ) – nR(T 2 -T 1 ) = C p (T 2 -T 1 ) – (C p -C v )(T 2 -T 1 ) = C p (T 2 -T 1 ) – (C p -C v )(T 2 -T 1 ) =(C p – C p + C v ) (T 2 -T 1 ) =(C p – C p + C v ) (T 2 -T 1 ) = (C v )(T 2 -T 1 ) = (C v )(T 2 -T 1 ) = 0,177 (403 – 283) = 0,177 (403 – 283) = 0,177 x 120 = 0,177 x 120 = 21,24 kalori = 21,24 kalori

65 b. W = (C p – C v )  T = ( 0, 248 – 0,177)120 = ( 0, 248 – 0,177)120 = 0,071 x 120 = 0,071 x 120 = 8,52 kalori = 8,52 kalori

66 Kapasitas Kalor Molar ( C m ) Adalah : kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu mol zat dalam satu kelvin. Adalah : kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu satu mol zat dalam satu kelvin. Secara matematis dirumuskan : Secara matematis dirumuskan :

67  Kapasitas molar pada tekanan tetap ( C p,m ) dirumskan : dirumskan :

68  Kapasitas kalor molar pada volume tetap ( C v,m ) dirumuskan : dirumuskan :

69 Hubungan antara C p,m dengan C v,m. Hubungan antara C p,m dengan C v,m. dirumuskan : dirumuskan : C p,m – C v,m = R C p,m – C v,m = R

70 Kalor jenis gas (c) Dirumuskan : Dirumuskan :

71 Kalor jenis gas pada tekanan tetap dan volume tetap. Kalor jenis gas pada tekanan tetap dan volume tetap. dirumuskan : dirumuskan :

72 Hubungan antara c p dg c v Hubungan antara c p dg c v dirumuskan : dirumuskan :

73 Contoh soal Kalor jenis nitrogen pada volume tetap C v = 0,177 kal.g -1 K -1. Jika massa molekul nitrogen adalah 28 kg.kmol -1, tentukan kalor jenis nitrogen pada tekanan tetap. Kalor jenis nitrogen pada volume tetap C v = 0,177 kal.g -1 K -1. Jika massa molekul nitrogen adalah 28 kg.kmol -1, tentukan kalor jenis nitrogen pada tekanan tetap.

74 Diket : c v = 0,177 kal.g -1 K -1 c v = 0,177 kal.g -1 K -1 = 743,4 J/kgK = 743,4 J/kgK M = 28 kg.kmol -1 M = 28 kg.kmol -1 R = 8314 J/kmol K R = 8314 J/kmol K 1k = 4,2 J 1k = 4,2 J Ditanya : c p

75 Jawab : c p – c v = R/M c p – c v = R/M c p = R/M + c v c p = R/M + c v c p = 8314/ ,4 c p = 8314/ ,4 c p = 296, ,4 c p = 296, ,4 c p = 1040,3 J/kgK c p = 1040,3 J/kgK

76 Nilai C p,m C v,m dan c v Nilai C p,m C v,m dan c v  Gas monoatomik

77 Tetapan Laplace Tetapan Laplace dirumuskan : dirumuskan :


Download ppt "Bab 9 termodinamika. Kompetensi Dasar:  Menganalisis dan menerapkan hukum termodinamika."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google