BAB 1 KONSEP DASAR

TERMODINAMIKA adalah satu sains yang mempelajari tentang penyimpanan (storage), pengubahan (transformation), dan pemindahan (transfer) energi

FORMS OF ENERGY STORED ENERGY Internal Energy (U) Kinetic Energy (EK) Potential Energy (EP) Chemical Energy ENERGY IN TRANSIT Heat (Q) Work (W)

Hukum-hukum Termodinamika Dalam termodinamika, kita akan menyusun persamaan matematis yang menghubungkan transformasi dan transfer energi dengan variabel-variabel makroskopis, seperti temperatur, volume, dan tekanan, yang menggambarkan sistem termodinamis. Hukum-hukum Termodinamika

Hukum-hukum Termodiamika: Hukum ke-0 : mendefinisikan temperatur (T) Hukuj ke-1 : mendefinisikan energi (U) Hukum ke-2 : mendefinisikan entropy (S) Hukum ke-3 : mendefinisikan nilai S pada 0 K

SISTEM TERMODINAMIS SEKELILING BOUNDARY Sistem termodinamis adalah bagian dari semesta yang menjadi perhatian / sekumpulan senyawa yang terdiri dari partikel-partikel atom dan molekul

SISTEM TERISOLASI TERTUTUP TERBUKA TERISOLASI TERTUTUP TERBUKA Transfer massa Tidak ada Ada Transfer panas dan/atau kerja

CONTROL VOLUME Control volume adalah suatu volume di ruangan dimana suatu material mengalir masuk ataupun keluar. Permukaan yang melingkupi control volume disebut control surface

DESKRIPSI MAKROSKOPIS Dalam Termodinamika Teknik, dipostulatkan bahwa material yang berada dalam control volume merupakan suatu continuum; maksudnya adalah bahwa benda tersebut terdistribusi secara kontinyu di seluruh daerah yang dimaksud. Dengan adanya postulat tersebut dimungkinkan untuk menggambarkan suatu sistem atau control volume dengan menggunakan hanya beberapa sifat-sifat makroskopis yang dapat diukur.

Kita tinjau satu besaran yaitu density: m adalah massa yang berada dalam V. Seberapa kecil nilai 0? Nilai “0” tersebut tidak boleh betul-betul = 0, karena jika demikian m akan bervariasi dari satu control volume ke control volume lainnya.

PROPERTY DAN KEADAAN SISTEM HOMOGEN HETEROGEN Minuman kopi Udara Air teh + es

Fasa adalah sejumlah material yang Memiliki komposisi seragam/homogen Dapat dibedakan secara fisik Dapat dipisahkan secara mekanik Contoh sistem satu fasa ( = 1): Air murni Udara (N2, O2, Ar, CO2) Contoh sistem 2 fasa: Es dalam air Susu (butiran lemak dalam larutan air)

Property adalah besaran yang digunakan untuk menggambarkan suatu sistem. State/keadaan suatu sistem adalah kondisi dari sistem tersebut sebagaimana dinyatakan dengan nilai dari property-nya pada suatu saat tertentu. Property yang umum digunakan untuk meng-gambarkan suatu sistem adalah tekanan (P), temperatur (T), volume (V), jumlah mol (ni), massa (m), kecepatan (u), dan posisi.

Perubahan property ketika sistem berubah dari keadaan 1 ke keadaan 2 Property memiliki nilai unik apabila suatu sistem berada dalam keadaan tertentu, dan nilainya tidak tergantung pada jalannya proses, hanya tergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir dari sistem. Secara matematis: diferensial eksak Perubahan property ketika sistem berubah dari keadaan 1 ke keadaan 2

PROPERTY EKSTENSIF INTENSIF (vol. spesifik) (vol. molar)

KESEIMBANGAN TERMODINAMIK: PROSES Keseimbangan adalah suatu keadaan yang statis, tidak ada perubahan, bahkan tidak ada kecenderung-an untuk berubah. Suatu sistem berada dalam keseimbangan termo-dinamik apabila property-nya (T dan P) konstan dari satu titik ke titik lainnya dan tidak ada kecenderung-an untuk berubah dengan waktu.

Apabila temperatur sebagian boundary dari sistem tiba-tiba naik, maka akan terjadi redistribusi spontan sampai semua bagian sistem memiliki temperatur yang sama. Ketika suatu sistem berubah dari satu keadaan keseimbangan ke keadaan keseimbangan lainnya, maka lintasan yang dilalui sistem tersebut dinamakan proses.

Jika dalam perjalanannya dari satu keadaan ke keadaan lainnya, sistem melewati keadaan yang hanya sedikit sekali (infinitisimal) menyimpang dari keseimbangan, maka dikatakan bahwa sistem mengalami proses quasiequilibrium, dan setiap keadaan dalam tahapan proses tersebut dapat dianggap sebagai keadaan keseimbangan. Proses kompresi dan ekspansi gas dalam internal combustion engine dapat didekati dengan proses quasiequilibrium.

Apakah suatu proses dapat dianggap sebagai quasiequilibrium atau nonequilibrium ditentukan oleh bagaimana proses tersebut dijalankan. nonequilibrium quasiequilibrium

Jika suatu sistem yang semula berada dalam keadaan tertentu mengalami serangkaian proses quasi-equilibrium dan kembali lagi ke keadaan semula, maka dikatakan bahwa sistem tersbut mengalami proses siklis. Isokoris/ isometris isotermal isobaris

SATUAN Besaran Simbol Satuan SI Satuan Inggris Panjang L m ft Massa kg lbm Waktu t s Luas A m2 ft2 Volume spesifik V m3/kg ft3 Kecepatan u m/s ft/s Percepatan a m/s2 ft/s2 Gaya, Berat F, W N lbf

Besaran Simbol Satuan SI Satuan Inggris Gaya, Berat F, W N lbf Density  kg/m3 lbm/ft3 Tekanan P kPa lbf/ft2 Kerja, Energi W, E, U J ft-lbf Transfer panas Q Btu Panas spesifik C kJ/(kg K) Btu/(lbm R) Enthalpy spesifik H

JUMLAH/UKURAN Massa (m) Jumlah mol (n) Volume total (Vt)

TEKANAN F = W = mg F = W = mg d D P1 < P2 P2 P1

Molecular Definition of Pressure From the kinetic theory of gases, a gas is composed of a large number of molecules that are very small relative to the distance between molecules. The molecules of a gas are in constant, random motion and frequently collide with each other and with the walls of any container. The molecules possess the physical properties of mass, momentum, and energy. The momentum of a single molecule is the product of its mass and velocity, while the kinetic energy is one half the mass times the square of the velocity.

As the gas molecules collide with the walls of a container, as shown on the left of the figure, the molecules impart momentum to the walls, producing a force perpendicular to the wall. The sum of the forces of all the molecules striking the wall divided by the area of the wall is defined to be the pressure. The pressure of a gas is then a measure of the average linear momentum of the moving molecules of a gas. The pressure acts perpendicular (normal) to the wall.

TEKANAN GAS DALAM SILINDER

TEKANAN STATIS DALAM FLUIDA Dasar sebuah kolom mengalami tekanan: Volume fluida = V = Ah Berat fluida = gV = gAh Tekanan = P adalah tekanan yang disebabkan oleh berat fluida

Pudara Jika di atas permukaan fluida ada tekanan yang bekerja, yaitu tekanan udara (Pudara), maka tekanan total di dasar kolom yang disebut juga tekanan statis fluida adalah: P = gh + Pudara h P

TEMPERATUR

Temperature (sometimes called thermodynamic temperature) is a measure of the average kinetic energy of a systems particles. Temperature is the degree of "hotness" (or "coldness"), a measure of the heat intensity. Galileo developed the first instrument to measure temperature; it was refined and calibrated by later scientists. The Fahrenheit, Celsius, and Kelvin scales are three different systems for measuring heat energy (temperature) based on different references.

Skala temperatur relatif CELCIUS 1742 FAHRENHEIT (1724) Titik beku air = 0C Titik didih air = 100C Titik beku air = 32F Titik didih air = 212F

TERMOMETER Dasar : Teori Gas Ideal (Hukum Boyle) Zat kerja: gas Property : Titik acuan: Titik didih air (100C) Titik beku air (0C) Interpretasi : linier

Temperatur absolut terendah = – 273,15C f(t) PV < 0 (tidak mungkin)    t (C)  100 f(t) = 0 PV = 0 Temperatur absolut terendah = – 273,15C

Skala temperatur ABSOLUT KELVIN RANKINE 37

(HUKUM KE-0 TERMODINAMIKA) KESAMAAN TEMPERATUR (HUKUM KE-0 TERMODINAMIKA) Keseimbangan termal Hukum ke-0 Termodinamika: Jika ada dua sistem beradan dalam keseimbangan termal dengan sistem ketiga, maka ketiganya berada dalam keseimbangan termal.

HUKUM KEKEKALAN ENERGI ENERGI KINETIK (EK) ENERGI POTENSIAL (EP) HUKUM KEKEKALAN ENERGI

KERJA/WORK (W) (1) F Gaya yang dikenakan oleh piston terhadap fluida dalam silinder: dl F = P A Pergeseran piston: (1.a)

F searah dengan pergeseran piston (dl)  menurut pers. (1) W positif. Volume gas dalam silinder mengecil  dVt negatif. penggabungan pers. (1) dan (1.a) menghasilkan:

Karena A konstan maka: (2) (3)

PANAS (HEAT) 43 43

Transfer energi 44 44

Energi ditransfer dalam bentuk kerja: tumbukan antar partikel Secara makroskopis tak teramati Harus ada satu besaran makroskopis yang mewakili transfer energi dalam skala mikroskopis TEMPERATUR