Thermos = Panas Dynamic = Perubahan TERMODINAMIKA Thermos = Panas Dynamic = Perubahan latahangblog.wordpress.com

Termodinamika Cabang ilmu fisika yang mempelajari: 1. Pertukaran energi dalam bentuk: - Kalor - Kerja Sistem ---------------Pembatas (boundary) 3. Lingkungan

SUHU DAN KALOR Suhu dan kalor merupakan suatu fenomena yang lain dalam bidang fisika. Kalau dalam mekanika keadaan setimbang suatu sistem mekanik dapat dinyatakan dalam besaran-besaran dasar seperti panjang , massa dan waktu maka dalam fenomena panas diperlukan besaran lain ; yaitu panas atau kalor • Suhu : menyatakan ukuran kuantitatif keadaan panas dinginnya suatu benda • Panas (kalor) : menyatakan ukuran energi panas yang terdapat pada suatu benda karena pengaruh perbedaan suhu

4. Kalor dan Usaha Sering terjadi transformasi dari kalor menjadi usaha ataupun sebaliknya Proses ini harus memenuhi hukum kekekalan energi yaitu : • Kalor yang diterima = Usaha + perubahan energi dakhil dQ = dW + dU Hukum Pertama Termodinamika • Usaha : W = ∫ p dV Berbagai proses perubahandari kalor ke usaha atau sebaliknya • Proses adiabatic: Tidak ada kalor yang masuk ataupun keluar dari system, dQ = 0

pVγ = konstan W = ∫ p dV W = (p1 V1 - p2 V2 ) / (1 - γ) • Proses isotermis : Proses yang berlangsung pada suhu etap dU = 0 dQ = • Proses isobaric : Proses berlangsung pada tekanan system tetap W = p (V2 - V1) • Proses isovolum : Proses berlangsung pda volum tetap dW = 0 dU = dQ

HUKUM-HUKUM TERMODINAMIKA Indikator: Konsep gas ideal diidentifikasi sifat-sifatnya. Hukum Boyle-Gay Lussac tentang gas ideal dianalisis dan dirumuskan persamaan matematisnya. Keadaan gas karena perubahan suhu, tekanan dan volume dianalisis dan dirumuskan persamaan matematisnya. Perubahan keadaan gas digambarkan dalam diagram P-V. Hukum I dan II dianalisis dan dirumuskan persamaan matematisnya. Siklus karnot digambarkan dalam diagram P-V dan dirumuskan persamaan matematisnya.

MENGGUNAKAN HUKUM TERMODINAMIKA DALAM PERHITUNGAN Indikator: Besaran fisis (volume, tekanan, temperatur) dari gas ideal ditentukan dengan menggunakan hukum Boyle-Gay Lussac. Energi dalam dan usaha luar ditentukan dengan menggunakan hukum I termodinamika. Efisiensi mesin Carnot dihitung dari data pada diagram P-V. Kenaikan entropi sistem ditentukan dengan menggunakan hukum II termodinamika.

Lingkungan Sistem (Fokus Perhatian) Lingkungan Lingkungan E & m E Terbuka Sistem Tertutup Sistem Terisolasi Lingkungan

Sistem & Lingkungan Misalnya dalam kimia terbuka tertutup terisolasi Perpindahan: massa & energi energi tdk terjadi apa2

TIGA MACAM SISTEM 3. SISTEM TERISOLASI : 1. SISTEM TERBUKA: Ada pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungannya. Misal : lautan, tumbuh-tumbuhan 2. SISTEM TERTUTUP Ada pertukaran energi tetapi TIDAK terjadi pertukaran massa sistem dengan lingkungannya. Misalnya: Green House ada pertukaran kalor tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan. 3. SISTEM TERISOLASI : TIDAK ada pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungan. Misalnya: Tabung gas yang terisolasi.

SIFAT PEMBATAS Pembatas adiabatik: tidak ada pertukaran kalor antara sistem dan lingkungan Pembatas tegar: tidak ada kerja baik dari sistem terhadap lingkungan ataupun dari lingkungan terhadap sistem

Hukum Ke I Pernyataan tentang kekekalan energi dalam sistem: ∆U = Q – W Perubahan energi dalam (∆U) sistem = kalor (Q) yang ditambahkan ke sistem dikurangi dengan kerja yang dilakukan oleh sistem. Pada sistem terisolasi Q = 0 dan W = 0 tidak ada perubahan energi dalam.

Contoh soal: Kalor sebanyak 1000 J ditambahkan ke sistem sementara kerja dilakukan pada (terhadap) sistem sebesar 500 J. Berapa perubahan energi dalam sistem? Jawab = ∆U = Q – W = ( + 1000 K ) – (-500 J) = 1500 J. Perhatikan bahwa HK 1 dalam bentuk ∆U = Q – W Q positip : KALOR DITAMBAHKAN KE SISTEM Q negatip: KALOR DILEPASKAN OLEH SISTEM W positip KERJA DILAKUKAN OLEH SISTEM W negatip KERJA DILAKUKAN PADA SISTEM

DIAGRAM P-V P V P1 P2 V1 V2 Kerja yang dilakukan gas untuk proses dari (P1, V1) ke (P2, V2) adalah Luas bagian kurva yang diarsir P (105 N/m2) V (m3) 1 5 2 4 Contoh: hitunglah kerja yang dilakukan gas jika mengalami proses seperti pada gambar di samping ini!

GAS IDEAL Sifat-sifat gas ideal: Terdiri dari partikel (atom atau molekul) yang tersebar merata dalam ruang dan selalu bergerak secara acak. Memenuhi hukum Newton tentang gerak. Tumbukan antar molekul atau antara molekul dengan dinding terjadi secara lenting sempurna. Gaya tarik-menarik antar partikel dan ukuran partikel diabaikan.

Menurut hukum Boyle-Gay Lussac, bahwa tekanan (p), volume (V), dan suhu mutlak (T) dari gas ideal memenuhi hubungan: dengan

dengan: p = tekanan gas (N/m2 atau Pa atau atm) V = volume gas (m3) n = jumlah mol gas (mol) R = tetapan umum gas = 8314 J/kmol.K atau 8,314 J/mol.K T = suhu mutlak (K)

Variabel keadaan sistem: n (banyaknya zat) V (volume) p (tekanan) T (temperatur) Mis. persamaan keadaan gas Ideal: pV = nRT p = p (n, T, V)

CONTOH SOAL : Berapakah volume 5 gr oksigen O2 yang berat molekulnya m=32 kg/kmol.K pada keadaan normal (T=0oC dan p=1atm)?

Penyelesaian: m = 5 gr = 5.10-3 kg M = 32 kg/kmol T = 0oC = 273 K p = 1 atm = 105 N/m2 R = 8314 J/kmol.K V = …?

PEMANFAATAN PERSAMAAN GAS IDEAL PV = nRT U=(3/2) nRT Contoh: suatu gas ideal mula-mula suhunya 500K, tekanannya 2x105Pa dan volumenya 0,4m3. Tentukan energi dalam gas ideal tersebut Jika kemudian gas didinginkan pada volume tetap sehingga suhunya menjadi 200K, tentukan tekanan akhir, energi dalam, kerja serta kalor yang dilepaskan gas

Diagram PV untuk 4 proses dasar Proses Isokhorik ∆ U = Q, W = 0 Proses Isobarik W = P(V2V1) V2 V1 V2 P Proses Isotermal W = Q = nRT ln (V2/V1) Proses Adiabatik W = - ∆ U V1 V

Diagram PV untuk rangkaian proses yang berbeda Suatu gas ideal mula-mula suhunya 400K, tekanan 2x104 Pa dan volumenya 0.001 m3. Gas dikompresi secara perlahan pada tekanan konstan ditekan sehingga volumenya menjadi separuh semula. Kemudian kalor ditambahkan ke gas sementara volume diatur tetap konstan sehingga suhu dan tekanan naik sampai suhu sama dengan suhu mula-mula. Sistem kemudian diekspansi pada suhu tetap sehingga volumenya sama dengan mula-mula Gambarkan proses-proses tersebut dalam suatu diagram P-V Tentukan tekanan, suhu dan volume di akhir tiap proses Tentukan kerja, kalor dan perubahan energi dalam pada tiap proses

Proses alamiah cenderung menuju ketidakteraturan (entropi maximum)! ENTROPI : DERAJAT KETIDAKATURAN Hukum Ke II HK I kekekalan energi HK II menyatakan arah reaksi sistem. HK II dapat dinyatakan dalam berbagai bentuk. Kalor mengalir secara alami dari benda panas ke benda dingin; kalor tidak mengalir secara spontan dari benda dingin ke panas Banyak proses yang irreversible: 1) Campurkan kopi dan gula lalu kocok, keduanya menyatu akan tetapi seberapapun anda kocok kembali keduanya tidak memisah lagi. 2) Pecahan gelas tidak kembali ke bentuk utuhnya. Proses alamiah cenderung menuju ketidakteraturan (entropi maximum)!

Mesin Pemanas HK II : Pada suatu mesin siklik tidak mungkin kalor yang diterima mesin diubah semuanya menjadi kerja. Selalu ada kalor yang dibuang oleh mesin. Qi Qo W Reservoar panas Reservoar dingin Efisiensi: Tugas 1 Sebuah mesin mobil memiliki efisiensi 20 persen dan menghasilkan kerja rata-rata 20.000 J. Tentukan berapa besar kalor yang dibuang dari mesin ini perdetik?

Mesin Carnot (Ideal) Menurut Carnot siklus mesin pemanas harus reversibel(dapat balik) dan tidak terjadi perubahan entropi. Ini adalah idealisasi karena kenyataannya kalor tidak seluruhnya diubah menjadi kerja (ada yang hilang dalam bentuk gesekan/turbulensi) Efisiensi (n) mesin bergantung pada selisih suhu kedua reservoir : Soal 2. Sebuah mesin Carnot bekerja pada suhu 27oC dan 327oC. Tentukan efisiensi mesin tersebut!

Q1=kalor masuk tandon (resevoir) Q2=kalor keluar tandon MESIN PENDINGIN Merupakan kebalikan dari mesin pemanas. Q1=kalor masuk tandon (resevoir) Q2=kalor keluar tandon W= kerja yang ditambahkan ke sistem Q2=Q1+W Coefficient of Performance ukuran kerja sistem didefinisikan sebagai (COP)= Q1/W X 100% Q2 Q1 W Reservoar panas Reservoar dingin Tugas tidak wajib: Sebuah mesin pendingin bekerja dengan daya sebesar 200W. Jika kalor yang dibuang direservoar panas tiap sekonnya adalah 250 J, tentukan koefisien performansi dari mesin tersebut!

TERIMA KASIH