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) Hukum 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

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 dengan fasa lainnya Dapat dipisahkan secara mekanik dari fasa lainnya 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 pada keadaan kese- imbangan. State/keadaan suatu sistem adalah kondisi dari sistem tersebut sebagaimana dinyatakan dengan nilai dari propertynya pada suatu saat tertentu. Property yang umum digunakan untuk menggambar- kan suatu sistem adalah tekanan (P), temperatur (T), volume (V), internal energy (U), enthalpy (H), entropy (S), 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

50C V = 1,012 cc/g V = 1,003 cc/g V = 1,091 cc/g

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

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

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 propertynya (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.

PROSES REVERSIBEL Proses reversibel adalah proses yang arahnya dapat dibalik karena adanya perubahan infinitisimal (extremely small) dari kondisi eksternal.

RESUME: PROSES REVERSIBEL Tanpa friksi Perubahannya dari keadaan keseimbangan adalah kecil sekali (infinitesimal) Melewati serangkaian keadaan keseimbangan Disebabkan oleh ketidakseimbangan gaya yang besarnya infinitesimal Arahnya dapat diubah di sebarang titik oleh adanya perubahan eksternal yang besarnya infinitesimal Jika arahnya dibalik, maka akan melewati jalur semula dan akan kembali ke keadaan sistem dan sekeliling mula-mula.

Diagram PV Dilakukan percobaan pada temperatur tetap . . . . . . P1 V1 Pn Vn

P1 • P2 • • • P Pn • Vn V V1 V2

KERJA/WORK (W) (1.1) F Gaya yang dikenakan oleh piston terhadap fluida dalam silinder: dl F = P A Pergeseran piston: (1.2)

Volume gas dalam silinder mengecil  dVt negatif. F searah dengan pergeseran piston (dl)  menurut pers. (1.1) W positif. Volume gas dalam silinder mengecil  dVt negatif. Penggabungan pers. (1.1) dan (1.2) menghasilkan: dl F Karena A konstan maka: (1.3)

P Ini adalah luas di bawah kurva yang diarsir, dengan lebar - dVt dan tinggi antara P1 dan P1’. P1’ P1 dVt Vt 26

Jika proses berubah dari P1 ke P2 dengan melalui serangkaian proses reversibel, maka usaha total adalah jumlah dari semua segmen-segmen luasan kecil. P2 (1.4) P P1 V1t V2t Vt dVt 27 27

EKSPERIMEN JOULE

Ada hubungan kuantitatif antara kerja dan panas, sehingga dapat disimpulkan bahwa panas merupakan salah satu bentuk energi. Dalam percobaan Joule, energi yang ditambahkan ke dalam fluida adalah kerja, sedangkan yang ditransfer dari fluida ke reservoir adalah panas. Apa yang terjadi pada energi tersebut di antara waktu penambahan ke dalam fluida dan transfer dari fluida ke reservoir? Konsep rasional tentang hal ini adalah bahwa energi disimpan di dalam fluida dalam bentuk lain, yaitu internal energy.

INTERNAL ENERGY (U) INTERNAL ENERGY ENERGI KINETIK ENERGI POTENSIAL Sebagai akibat gerakan molekul (translasi, rotasi dan vibrasi) Berhubungan dengan ikatan kimia dan juga elektron bebas pada logam 30 30

Energi kinetik akibat gerakan translasi, rotasi, dan vibrasi GAS GAS MONOATOMIK GAS POLIATOMIK Energi kinetik akibat gerakan translasi linier dari atom tipe "hard sphere" Energi kinetik akibat gerakan translasi, rotasi, dan vibrasi 31

CAIRAN Energi kinetik akibat adanya gerakan translasi, rotasi, dan vibrasi. Energi potensial akibat adanya gaya tarik antar molekul. 32 32 32

PANAS (HEAT) 34 34

Transfer energi 35 35

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