Energi dalam Proses Termal

Presentasi berjudul: "Energi dalam Proses Termal"— Transcript presentasi:

1 Energi dalam Proses Termal
Tim TPB Fisika

2 Perhatikan dua kasus ini
Dua benda dengan suhu yang berbeda disentuhkan. Apa yang terjadi? Benda jatuh bebas dan menumbuk tanah. Apa yang terjadi?

3 Energi dalam Mekanika dan Termodinamika
Sebelum tahun 1850, bidang termodinamika dan mekanika di anggap dua cabang ilmu sains yang berbeda. Hukum konservasi energi sepertinya mendiskripsikan hanya jenis sistem mekanika tertenu saja. Pada pertengahan abad 19 experimen-experimen yang dilakukan oleh James Joule dkk menunjukkan bahwa ada koneksi yang kuat antara perpindahan energi dengan panas pada proses termal dan perpindahan energi dengan kerja pada proses mekanik. Sekarang kita sudah tahu bahwa energi dalam dapat diubah menjadi energi mekanik. Setelah konsep energi diperluas dengan memasukkan energi dalam, kekekalan energi muncul secara alamiah.

4 Energi Dalam Energi dalam adalah semua energi sistem yang diasosiasikan dengan komponen mikroskopik (atom dan molecule) yang dilihat dari kerangka acuan yang diam terhadap pusat massa sistem. Energi kinetik karena gerakan seluruh sistem, tidak termasuk gerak pusat massa. Energi dalam termasuk energi kinetik dari translasi, rotasi dan vibrasi acak dari molekul dan energi potensial pada molekul dan antara molekul. Energi dalam berhubungan dengan suhu benda, tetapi hubungan ini terbatas karena perubahan energi dalam dapat juga terjadi tanpa perubahan suhu.

5 Panas Panas didefinisikan sebagai perpindahan energi melalui batas sistem karena perbedaan suhu antara sistem dan lingkungan. Ketika kita memanaskan suatu bahan, kita memindahkan energi ke bahan dengan menempatkan secara kontak pada lingkungan dengan suhu yang lebih tinggi. Contohnya kita memanaskan air dengan kompor yang memiliki suhu lebih tinggi. Energi yang terkandung dalam air meningkat. Panas merepresentasikan jumlah energi yang dipindahkan secara kontak termal.

6 kerja dan energi mekanik
Untuk membedakan antara energi dalam dan panas, mari kita lihat konsep kerja dan energi mekanik. Kerja pada sistem merupakan ukuran energi yang dipindahkan dari lingkungan ke sistem. Sedangkan energi mekanik (kinetik plus potensial) karena gerakan sistem dan konfigurasi sistem. Jadi ketika kita melakukan kerja pada sistem, energi ditransfer dari kita ke sistem. Tidak masuk akal kita membicara kerja suatu sistem. Kita hanya dapat menyatakan kerja atau usaha dikerjakan pada atau oleh sistem ketika proses perpindahan energi ke dan dari sistem. Hal yang sama, tidak masuk akal membicarakan panas suatu sistem. Kita hanya bisa menyatakan panas ketika perpindahan energi ke dan dari sistem.

7 Satuan Panas Kalori (cal), didefinisikan sebagai sejumlah energi yang ditransfer untuk menaikkan suhu 1 gram air dari suhu 14.5°C to 15.5°C British thermal unit (Btu), didefinisikan sebagai sejumlah energi yang ditransfer untuk menaikkan suhu 1 lb air dari suhu 63°F to 64°F.

8 Panas Spesifik dan Kalorimetri
Ketika energi ditambahkan pada sistem dan tidak ada perubahan energi kinetik dan potensial sistem, suhu sistem biasanya meningkat. (Pengecualian pada perubahan fase sistem) Jika sistem terdiri dari sampel sebuah bahan, kita temukan bahwa jumlah kuantitas energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu tertentu (dengan massa bahan tertentu) tergantung pada jenis bahan. (Panas diperlukan spesifik terhadap bahan.)

9 Kapasitas Panas Kapasitas panas C dari suatu sampel bahan didefinisikan sebagai jumlah energi yang diperlukan untuk meningkatkan suhu sampel 1°C. Kita lihat bahwa energi Q yang menghasilkan perubahan suhu DT untuk sampel bahan yaitu

10 Panas Spesifik Panas spesifik c suatu bahan adalah kapasistas panas per satuan massa. Jadi jika energi Q dipindahkan ke sampel dengan massa m dan menghasilkan perubahan suhu DT, Panas spesifik bahan adalah

11

12 Panas Laten Panas yang dibutuhkan untuk mengubah fase atau bentuk dari sistem adalah

13

14

15 Contoh: panas yang dibutuhkan untuk mengubah suhu air
Q

16 Penyelesaian Permasalahan Kalorimetri
Jika kita mengalami kesulitan dalam menyelesaikan permasalahan kalorimetri perhatikan poin-poin berikut ini: Satuan harus konsisten Q = mc DT hanya untuk proses tanpa perubahan fase atau bentuk Gunakan Q = +mL atau -mL , pastikan tandanya (+ atau -) benar, tergantung pada arah perpindahan energi atau panas. Ingat perubahan suhu DT selalu suhu akhir dikurangi suhu awal. DT

17 Contoh Soal 1. Seorang atlit mengangkat beban (20 kg) setinggi h = 0,4 m. Berapakah kerja/energi yang dibutuhkan untuk mengangkat beban tersebut? Dalam kalori? 2. Berapakah panas yang dibutuhkan untuk mendidihkan 1 liter air pada suhu kamar? 3. 6,00 kg es pada suhu -5,00°C ditambahkan pada 30 liter air pada suhu 20,0°C. Berapakah suhu akhir setelah ekuilibrium?

18 Mekanisme Perpindahan Panas
Konduksi - Hantaran Konveksi - Aliran Radiasi - Pancaran Gel Elektromagetik

19 Konduksi k – konstanta konduktivitas termal
A – Luas penampang penghantar

20

21 Laju Perpindahan Panas

22 Lapisan-lapisan penghantar
=

23

24 Bedakan Dua Bentuk PT = P1 = P2 PT = P1 + P2

25 Radiasi, Hukum Stefan s = E – emisivitas, A - luas permukaan benda
Daya yang dipancarkan sebuah benda dengan suhu T adalah E – emisivitas, A - luas permukaan benda Konstanta Stefan: s =

26 Daya Net dipancarkan atau diserap

27 Semangat Belajar!

28 Soal-Soal Jelaskan prinsip kerja Termos
A bar of gold (Au) is in thermal contact with a bar of silver (Ag) of the same length and area. One end of the compound bar is maintained at 80.0°C, and the opposite end is at 30.0°C. Find the temperature at the junction when the energy flow reaches a steady state.