Fak. Sains dan Tekonologi, UNAIR R. Abu Alamiddin Arif W 9/14/2018 Kalor & Hk Termodinamika Departemen Fisika Fak. Sains dan Tekonologi, UNAIR 2013 Syakhshiyyah Islam

Heat (Kalor/Panas/Bahang) R. Abu Alamiddin Arif W 9/14/2018 Heat (Kalor/Panas/Bahang) KALOR, Q Konsep Makroskopis/Konsep Statistik Rerata usaha luar (pertukaran energi antara sistem dan sekeliling karena pertukaran energi individual yg terjadi sbg hasil tumbukan Antara molekul2 sistem dengan molekul2 sekelilingnya) Salah satu bentuk Energi 1 kalori = 4,1840 J Satuan: kalori 1 BTU = 252 kalori + Usaha luar netto yg dilakukan pada sistem – Usaha luar netto yg dilakukan oleh sistem Kalor ditransfer karena ada perbedaan suhu Setimbang Termal Tidak ada pertukaran energi (kalor) antara 2 sistem Syakhshiyyah Islam

Kapasitas Kalor dan Kalor Jenis R. Abu Alamiddin Arif W Kapasitas Kalor dan Kalor Jenis 9/14/2018 Kalor untuk menaikkan suhu zat sebanding dengan perubahan suhu dan massanya C = Kapasitas Kalor Zat = energi kalor untuk menaikkan suhu per derajat c = Kalor Jenis Zat = Kapasitas Kalor per satuan massa Kapasitas Kalor molar Kalor yang diserap oleh satu mol bahan untuk menghasilkan satu derajat suhu Kapasitas kalor pada tekanan konstan Kapasitas kalor pada volume konstan Hubungan Gas ideal mengalami transformasi adiabatis berlaku Akan dibuktikan kemudian Syakhshiyyah Islam

Kalor Jenis dan Kapasitas Kalor Molar

Kalorimetri Kalorimeter (wadah terisolasi) suhu awal Tk Benda bersuhu awal Tb Air bersuhu awal T0 Awal Air bersuhu akhir campuranTf Akhir Setimbang Termal Jika suhu awal benda lebih tinggi dari pada suhu air: Benda memberikan kalor sebesar: Air menerima kalor sebesar: Kalorimeter menerima kalor sebesar:

Kalor yang diterima zat dapat mengubah fase zat tanpa mengubah suhunya Perubahan Fase dan Kalor Laten Kalor yang diterima zat dapat mengubah fase zat tanpa mengubah suhunya Perubahan Fase GAS ? Sublimasi Penguapan Pengembunan Pembekuan PADAT CAIR Pencairan

Kalor untuk mencairkan Zat Padat tanpa berubah suhunya Kalor untuk menguapkan Zat Cair tanpa berubah suhunya

Transfer Kalor/Energi Termis R. Abu Alamiddin Arif W 9/14/2018 Transfer Kalor/Energi Termis Cara transfer kalor Konduksi  lewat interaksi antar atom/molekul Konveksi  via perpindahan massa/ media fluida Radiasi  bentuk pancaran elektromagnetik Syakhshiyyah Islam

Konduksi Pemindahan energi kalor melalui konduksi bergantung pada: R. Abu Alamiddin Arif W 9/14/2018 Konduksi Pemindahan energi kalor melalui konduksi bergantung pada: Luas daerah kontak Perbedaan suhu Lama terjadinya kontak Material konduksi kalor/panas Arus Termal: K = konduktivitas termal A = luas penampang T = suhu x = panjang/tebal bahan Resistensi Termal Sambungan Seri: Paralel: Syakhshiyyah Islam

Nilai Konduktivitas Termal Bahan

Konveksi Laju aliran energi kalor dari tubuh manusia ke udara sekitar R. Abu Alamiddin Arif W 9/14/2018 Konveksi Laju aliran energi kalor dari tubuh manusia ke udara sekitar (dalam J/s) v = kecepatan udara (medium perambatan) Ts = suhu permukaan (kulit) Ta = suhu udara Syakhshiyyah Islam

Radiasi Hukum Stefan-Boltzman P = daya yang diradiasikan (watt) R. Abu Alamiddin Arif W 9/14/2018 Radiasi Hukum Stefan-Boltzman P = daya yang diradiasikan (watt) e = emisivitas (kemampuan pancaran kalor) suatu permukaan Nilai emisivitas antara 0 dan 1  = konstanta Stefan-Boltzman = 5,6703 x 10–8 W/m2.K4 T = suhu dalam Kelvin Syakhshiyyah Islam

Evaporasi Penguapan/evaporasi juga dapat menghantarkan energi kalor R. Abu Alamiddin Arif W 9/14/2018 Evaporasi Penguapan/evaporasi juga dapat menghantarkan energi kalor Laju evaporasi energi kalor dari tubuh: (dalam J/s) p = tekanan (atm) p = kecepatan mediun perambatan (udara) Syakhshiyyah Islam

Metabolisme sebagai konversi energi R. Abu Alamiddin Arif W 9/14/2018 Metabolisme sebagai konversi energi Kandungan/konversi energi berbagai macam bahan Karbohidrat dari Tumbuhan: Sukrosa  3,94 kkal/g Glukosa  3,74 kkal/g Glikogen  4,19 kkal/g Tepung  4,18 kkal/g Lemak Hewan/Tumbuhan Rata-rata  9,3 kkal/g Protein Hewan/Tumbuhan Rata-rata  5,6 kkal/g Pada Manusia Protein/Karbohidrat  4,1 kkal/g Lemak  9,3 kkal/g Syakhshiyyah Islam

Efek Kalor Efek Fisik  pemuaian  peningkatan hambatan listrik R. Abu Alamiddin Arif W 9/14/2018 Efek Kalor Efek Fisik  pemuaian  peningkatan hambatan listrik  penurunan konduktivitas listrik Efek Kimia  peningkatan kecepatan reaksi  peningkatan permeabilitas membran  peningkatan metabolisme Efek Biologis  akibat gabungan efek fisik dan kimia peningkatan sel darah putih fenomena reaksi peradangan  pelebaran pembuluh darah  peningkatan sirkulasi darah peningkatan tekanan kapiler peningkatan tekanan O2 dan CO2 dalam darah penurunan pH darah Syakhshiyyah Islam

Hukum Termodinamika Hukum Pertama Hukum Kedua Hukum Ketiga R. Abu Alamiddin Arif W 9/14/2018 Hukum Termodinamika Hukum Pertama Hukum Kedua Hukum Ketiga Hukum ke Nol Syakhshiyyah Islam

Hukum Pertama Termodinamika R. Abu Alamiddin Arif W 9/14/2018 Hukum Pertama Termodinamika Kalor netto yang ditambahkan pada suatu sistem sama dengan perubahan energi internal sistem ditambah usaha yang dilakukan sistem Q = U + W U = energi dalam Q = kalor W = usaha oleh sistem W ext= usaha luar pada sistem = W Syakhshiyyah Islam

Hk I Termodinamika Kasus: Jika sistem membentuk siklus R. Abu Alamiddin Arif W 9/14/2018 Hk I Termodinamika Kasus: Jika sistem membentuk siklus [transformasi siklis] Jika transformasi adiabatis Jika tak ada usaha dilakukan sistem [transformasi isokoris] Syakhshiyyah Islam

Proses Reversible (dapat balik) Proses Reversibel Proses/transformasi lambat yg tiap saat/tahap terjadi kesetimbangan termal/statistik dan tidak ada gaya disipasi seperti gaya gesek Contoh: Pemuaian gas perlahan-lahan Proses Reversibel dapat digambarkan dengan diagram p-V dg kurva yg menghubungkan keadaan awal dan akhir

Proses Irreversible (tak dpt balik) Proses Irreversibel Proses yg mengakibatkan terjadi penyimpangan jauh dari keadaan setimbang selama proses Akhir proses, sistem pd kesetimbangan baru dg p, V, dan T baru Proses Irreversibel tidak dapat digambarkan dengan diagram p-V

Work (usaha) Pertukaran energi sistem dengan luar sistem R. Abu Alamiddin Arif W 9/14/2018 Work (usaha) digambarkan oleh Pertukaran energi sistem dengan luar sistem Usaha luar Wext Wext = + U bertambah [Usaha dilakukan pd sistem] Wext = – U berkurang p (N/m2) V (m3) A B p p1 p2 [Usaha dilakukan oleh sistem] Dihitung melalui diagram p – V (Luas di bawah kurva) Syakhshiyyah Islam

Kasus 1  Tekanan konstan R. Abu Alamiddin Arif W 9/14/2018 Kasus 1  Tekanan konstan Usaha yang dilakukan oleh sistem Karena maka Hukum Termodinamika I menjadi Syakhshiyyah Islam

Kasus 2 Suhu konstan Q = W T konstan U = 0 R. Abu Alamiddin Arif W 9/14/2018 Kasus 2 Suhu konstan T konstan U = 0 Q = W Syakhshiyyah Islam

Kasus 3 volume konstan V konstan R. Abu Alamiddin Arif W 9/14/2018 Kasus 3 volume konstan V konstan Usaha nol Kalor berbanding lurus dengan perubahan suhu, jumlah zat, dan kapasitas kalor volume tetap CV Syakhshiyyah Islam

Ekspansi Adiabatik Kuasi Statik Gas Proses Adiabatik  tidak ada kalor yang mengalir masuk atau keluar Lintasan Adiabatik Usaha Adiabatik :

Hukum Kedua Termodinamika R. Abu Alamiddin Arif W 9/14/2018 Hukum Kedua Termodinamika Sadi Carnot (1796 – 1832) Dalam mesin kalor terjadi proses yang mana energi kalor diambil oleh sejumlah energi mekanik tetapi selang waktu tertentu jumlah kalor yang masuk mesin sama dengan yang hilang Lord Kelvin (1853) Batasan Hk 2 Termodinamika Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam suatu siklus, menerima kalor dari suatu reservoir dan mengubah kalor itu seluruhnya menjadi usaha Efisiensi Mesin Kalor  = 1- Q1/Q2 = 1 – T1/T2 Q1 = Kalor pada suhu rendah T1 Q2 = Kalor pada suhu tinggi T2 Syakhshiyyah Islam

Hukum Ketiga Termodinamika R. Abu Alamiddin Arif W 9/14/2018 Hukum Ketiga Termodinamika Terkait dengan ENTROPI sistem Ukuran penyimpangan/KETIDAKTERATURAN suatu sistem Syakhshiyyah Islam

R. Abu Alamiddin Arif W 9/14/2018 Entropi Penggambaran alam dalam mencapai kesetimbangan statistik/ keteraturan sistem k = konstanta Boltzmann P = probabilitas Syakhshiyyah Islam

Hubungan Entropi dengan Kalor R. Abu Alamiddin Arif W 9/14/2018 Hubungan Entropi dengan Kalor Contoh: Hitung perubahan entropi satu mole es untuk melebur pada 0oC jika selama proses es menyerap 1435 kalori/mol Jawab: Syakhshiyyah Islam

 suhu sama merata di setiap bagian R. Abu Alamiddin Arif W 9/14/2018 Hukum ke Nol Termodinamika Dalam keadaan adiabatik, suatu gas ideal dalam ruangan terisolasi/tertutup, pemuaian sangat lambat, tidak ada kalor yang diterima maupun yang dilepas. Tercapai kesetimbangan termal  suhu sama merata di setiap bagian Syakhshiyyah Islam