Termodinamika Nurhidayah, S.Pd, M.Sc.

Presentasi berjudul: "Termodinamika Nurhidayah, S.Pd, M.Sc."— Transcript presentasi:

1 Termodinamika Nurhidayah, S.Pd, M.Sc

2 Beberapa peralatan yang menggunakan prinsip termodinamika

3 Termodinamika : Menghubungkan panas dan mekanika
pemanfaatan energi yang dihasilkan akibat adanya proses dalam gas untuk menghasilkan kerja. Sistem : bagian yang sedang kita kaji, contoh: gas dalam silinder Lingkungan : semua bagian alam diluar sistem, contoh: silinder beserta semua bagian alam disekelilingnya termodinamika Sistem termodinamika gas, dengan variabel: suhu, tekanan, volume, dan jumlah bola gas

4

5

6

7

8 Persamaan Keadaan Gas Ideal
Hukum Boyle Pada suhu konstan, tekanan berbanding terbalik dengan volume Hukum Charles Pada tekanan konstan, suhu berbanding lurus dengan volume Hukum Gay-Lussac Pada volume konstan, tekanan berbanding lurus dengan suhu

9 Hukum Gas Ideal Ringkasan Hukum Boyle, Hukum Charles, dan Hukum Guy-Lussac PV = n R T R adalah konstanta gas umum R = 8.31 J / mol K R = L atm / mol K P V = N kB T kB adalah konstanta Boltzmann kB = R / NA = 1.38 x J/ K

10 PV=C

11 P/T=C

12 PV/T=C

13 Hukum ke nol Termodinamika Hukum II Termodinamika
Hukum Termodinamika Hukum ke nol Termodinamika 1 Hukum I Termodinamika 2 Hukum II Termodinamika 3

14 Hukum ke nol Termodinamika
Kesetimbangan panas : Jika tidak ada pertukaran kalor antara dua benda tersebut saat keduanya disentuhkan. Hukum Ke nol Termodinamika: Jika benda A berada dalam keseimbangan panas dengan benda B dan benda B berada dalam keseimbangan panas dengan benda C, Maka benda A berada dalam keseimbangan panas dengan benda C.

15 Proses -Tidak terjadi pertukaran kalor antara sistem dan lingkungan
Adiabatik -Tidak terjadi pertukaran kalor antara sistem dan lingkungan -terjadi jika antara sistem dan lingkungan dibatasi oleh sekat yang tidak dapat dilalui oleh kalor -contoh : Dinsing termos air panas Diatermik Kalor diiizinkan berpindah dari sistem ke lingkungan dan sebaliknya terjadi jika antara sistem dan lingkungan dibatasi oleh sekat yang dapat dilalui oleh kalor Contoh: logam Kuasistatik -Proses yang berlangsung sangat lambat -seola-olah gas berada dalam keadaan statik

16 Diagram P-V Titik yang berbeda dalam diagram P-V menggambarkan keadaan yang berbeda

17 Proses-proses Khusus Isokhorik Isobarik Isotermal
Berlangsung pada suhu tetap Berlangsung pada tekanan tetap Berlangsung pada volum tetap Isokhorik Isobarik Isotermal

18 Usaha Gaya yang dialami piston :
Usaha yang dilakukan gas untuk memindahkan piston: Oleh karena (usaha yang dilakukan gas/sistem pada lingkungan) (usaha yang dilakukan lingkungan pada sistem)

19 Kerja total selama proses
Kerja selama proses dari keadaan A ke B sama dengan negatif luas daerah kurva

20 Contoh Soal Sebanyak 1,5 mol gas dalam wadah mengalami pemuaian isobarik pada tekanan 2 × 105 Pa. Suhu awal gas adalah 300 K dan suku akhirnya 600 K. Berapakah usaha selama proses? Jawab: Luas daerah dibawah kurva Dengan demikian kerja selama proses adalah Pada suhu T1=300K,

21 Pada suhu T2=600K, Kerja selama proses

22 Hukum I Termodinamika Hukum kekekalan energi yang diterapkan pada sistem termodinamika Misalkan energi dalam awal gas U1 dan energi dalam akhir U2. Maka perubahan energi dalam adalah Misalkan pada gas dilakukan kerja oleh lingkungan sebesar W. Misalkan juga terjadi aliran masuk kalor ke dalam gas sebesar Q Hukum I termodinamika

23 Peraturan tanda U positif jika energi yang dalam yang dimiliki gas bertambah U negatif jika energi yang dalam yang dimiliki gas berkurang W positif jika lingkungan melakukan kerja pada gas (sistem) W negatif jika gas (sistem) melakukan kerja pada lingkungan Q positif jika kalor mengalir masuk dari lingkungan ke gas (sistem) Q negatif jika kalor mengalir keluar dari gas (sistem) ke lingkungan

24 Contoh Soal Dalam suatu proses isobarik, volum gas berubah dari 1 L menjadi 2 L. Tekanan gas adalah 105 Pa. Jika pada proses tersebut kalor masuk ke dalam gas sebanyak 500 J, berapa perubahan energi dalam gas? Jawab: Karena kalor masuk, maka Q= +500J Kerja Isobarik Berdasarkan Hukum I Termodinamika

25 Latihan Sebanyak 2500 J kalor ditambahkan pada suatu sistem. Pada saat bersamaan, sistem melakukan kerja 1800 J. Berapa perubahan energi dalam sistem? Berapa perubahan energi dalam sistem jika 2500 J kalor ditambahkan ke dalam sistem dan lingkungan juga melakukan kerja pada sistem sebesar 1800 J?

26 Kapasitas Kalor Kapasitas kalor didefinisikan sebagai kalor yang diserap/dilepas per satuan perubahan suhu, atau Kapasitas kalor pada Volume Tetap Jika proses berlangsung pada volum tetap atau isokhorik V1=V2, maka W=0 Hukum Termodinamika I Untuk gas monoatomik dan pada semua suhu gas diatomik pada suhu rendah

27 Untuk gas diatomik pada suhu menengah
Untuk gas diatomik pada suhu tinggi Kapasitas kalor pada tekanan Tetap Hukum Termodinamika I

28 Jika tekanan konstan Dari persamaan gas ideal Maka , sehingga Kapasitas kalor pada tekanan tetap menjadi

29 Persamaan proses adiabatik
Proses yang tidak melibatkan pertukaran kalor antara sistem dan lingkungan atau Q = 0, sehingga U = W Maka untuk proses adiabatik dipenuhi Dari persamaan gas ideal

30

31 dengan

32 Contoh Soal Gas hidrogen sebanyak 0,25 mol pada suhu menengah mengalami proses adiabatik. Suhu awal dan tekanan awal gas masing-masing 300 K dan 1,5 x 105 Pa. Jika tekanan akhir gas adalah 2,5 x 105 Pa, tentukan Volum awal gas Volum akhir gas Perubahan energi dalam gas kerja

33

34

35 siklus Siklus adalah proses yang berawal dari suatu keadaan dan berakhir kembali di keadaan semula. Proses A B Proses ini berlangsung secara isokhorik, sehingga kerja yang dilakukan Proses BC Proses ini berlangsung secara isokhorik pada tekanan P2, sehingga kerja yang dilakukan

36 Proses CD Proses ini berlangsung secara isokhorik, sehingga kerja yang dilakukan Proses DA Proses ini berlangsung secara isokhorik pada tekanan P1, sehingga kerja yang dilakukan Kerja total selama satu siklus adalah jumlah dari kerja pada tiap proses Atau sama dengan negatif luas daerah yang dilingkupi siklus

37 Contoh Soal Gas ideal melakukan proses seperti pada gambar berikut ini. Hitung kerja nya! Jawab: Hitung luas daerah yang dilingkupi kurvanya Sehingga

38 Sehingga Suhu TC=TA, karena energi dalam bergantung pada suhu, maka energi dalam di A dan di C sama, sehingga Dengan hukum Termodinamika I Diketahui Proses AB isobarik Proses BC isokhorik

39 Mesin Kalor Kerja yang berharga negatif menunjukkan bahwa gas melakukan kerja pada lingkungan. Jika siklus proses dapat dilakukan berulang-ulang maka gas akan melakukan kerja terus menerus dengan lingkungan. Untuk memanfaatkan kerja yang dilakukan oleh gas tersebut dirancanglah mesin yang mengatur siklus proses secara terus menerus yang disebut Mesin Kalor. Kerja yang dihasilkan gas digunakan untuk memutar mesin yang kemudian dapat diubah ke energi bentuk lain seperti energi listrik, contohnya mesin kendaraan bermotor, turbin, dll. Agar gas dalam mesin kalor dapat melakukan proses siklus terus menerus, maka gas tersebut perlu menyerap kalor. Sebagian kalor digunakan untuk melakukan kerja (menggerakkan mesin) dan sisanya dibuang.

40 Mesin kalor bekerja antara dua buah reservoir (sumber panas), yaitu reservoir panas yang bersuhu T1 dan reservoir dingin yang bersuhu T2. Q1 = Jumlah kalor yang diserap dari reservoir panas Q2 = Jumlah kalor yang dibuang ke resevoir dingin W = kerja yang dilakukan

41 Efisiensi Mengukur kemampuan suatu mesin mengubah kalor yang diserap dari reservoir panas menjadi kerja. Untuk Q1 yang sama, mesin yang bisa menghasilkan kerja lebih besar dikatakan memiliki efisiensi yang lebih tinggi.

42 Contoh Soal Sebuah mesin kalor menyerap kalor dari reservoir panas sebesar 1000 J dan membuang kalor ke reservoir dingin sebesar 800 J. Berapakah efisiensi mesin tersebut? Jawab: Kerja yang dilakukan mesin Efisiensi mesin

43 Mesin Carnot Mesin kalor dengan efisiensi tertinggi adalah mesin Carnot. Mesin carnot memiliki siklus yang terdiri dari dua proses adiabatik dan dua proses isotermal. Proses AB dan CD adalah isobarik, dan prose BC dan DA adalah isotermal. Kalor diserap dari reservoir bersuhu tinggi hanya pada proses BC dan kalor dibuang ke reservoir bersuhu rendah hanya pada proses DA.

44 Contoh Soal Efisiensi sebuah mesin carnot adalah 60%. Jika reservoir bersuhu rendah memiliki suhu 500C, berapakah suhu reservoir bersuhu tinggi? Jawab:

45 Hukum II Termodinamika
Batasan tentang cara pemanfaatan kalor. Pernyataan Kelvin-Planck Tidak mungkin membuat mesin yang menyerap kalor dari reservoir panas dan mengubah seluruhnya menjadi kerja. Konsekuensi pernyataan ini adalah tidak mungkin membuat mesin kalor yang memiliki efisiensi 100 %. Pernyataan Clausius Tidak mungkin membuat mesin pendingin yang menyerap kalor dari reservoir bersuhu rendah dan membuang ke reservoir bersuhu tinggi tanpa bantuan dari luar Konsekuensi pernyataan ini adalah tidak mungkin merancang mesin pendingin sempurna dengan koefisien unjuk kerja 

46 Entropi salah satu besaran termodinamika yang mengukur energi dalam sistem per satuan temperatur yang tak dapat digunakan untuk melakukan usaha. Menurut Clausius, suatu sistem yang melakukan proses reversibel (dapat dibalik arahnya) pada suhu konstan disertai penyerapan kalor Q mengalami perubahan entropi

47 Contoh Soal Sebuah kubus es yang bermassa 30 gram dan suhu 00C ditempatkan di dalam gelas. Setelah disimpan beberapa lama, setengah dari ess tersebut telah mencair menjadi air yang bersuhu 00C. Berapa perubahan entropi es/air? Jika diketahui kalor laten peleburan es 80 kal/g. Jawab:

48 Latihan Suhu pembuangan sebuah mesin adalah 2300C. Berapakah suhu reservoir bersuhu tinggi agar efisiensi carnot adalh 28%? Sejumlah udara berekspansi secara adiabatik dari tekanan awal 2 atm dan volume awal 2 liter pada temperatur 200C menjadi dua kali volume awalnya γ = 1,4. Hitunglah: a. Tekanan akhir b. Temperatur akhir c. Usaha yang dilakukan oleh gas

49 Latihan Gas ideal ditekan perlahan-lahan pada tekanan konstan 2,0 atm sehingga volumnya berubah dari 10,0 L menjadi 2,0 L. pada proses ini gas mengalami penurunan suhu. Kemudian gas dipanaskan pada suhu konstan sehingga suhu gas kembali sama dengan suhu awal. Tentukan kerja total yang dilakukan gas Tentukan kalor total yang mengalir masuk ke dalam gas Sebanyak 0,1 mol gas yang memiliki tekanan 2x105 Pa dan volum 2L, melakukan proses isokhorik sehingga tekanannya menjadi dua kali lipat. Selanjutnya gas tersebut mengalami proses isobarik hingga volumnya menjadi setengahnya. Gas kemudian kembali ke keadaan awal melalui garis lurus pada diagram P-V. Tentukan kerja selama satu siklus!

50 Thank You !