NAMA : FAHMI YAHYA

NIM : DBD 111 0022

TEKNIK PERTAMBANGAN

TUGAS KIMIA DASAR 2

FAHMI YAHYA – TUGAS TERMODINAMIKA 1 DAN 2 1

TERMODINAMIKA DALAM KIMIA

TERMODINAMIKA 1 FISIKA

TERMODINAMIKA 2 FISIKA

CONTOH SOAL DAN PEMBAHASAN

TERMODINAMIKA DALAM KIMIA

Reaksi anorganik dapat dideskripsikan dengan konsep redoks atau asam basa. 

Termodinamika dan elektrokimia sangat erat kaitannya dengan analisis reaksi

redoks dan asam basa.  Walaupun nampaknya teori termodinamika dan

elektrokimia dideskripsikan dengan sejumlah persamaan dan rumus yang rumit,

hanya beberapa persamaan dan parameter yang diperlukan untuk pemahaman

yang layak.  Pemahaman yang baik tentang tanda dan kecenderungan parameter

dalam persamaan-persamaan penting ini akan sangat membantu pemahaman. 

Pemahaman lebih detail di luar bahasan di sini dapat diperoleh dengan

memperluas kosep-konsep dasar ini.

Termodinamika

Parameter termodinamika untuk perubahan keadaan diperlukan untuk

mendeskripsikan ikatan kimia, sruktur dan reaksi.  Hal ini juga berlaku dalam

kimia anorganik, dan konsep paling penting dalam termodinamika dipaparkan di

bagian ini.  Pengetahuan termodinamika sederhana sangat bermanfaat untuk

memutuskan apakah struktur suatu senyawa akan stabil, kemungkinan

kespontanan reaksi, perhitungan kalor reaksi, penentuan mekanisme reaksi dan

pemahaman elektrokimia.

Entalpi Karena entalpi adalah kandungan kalor  sistem dalam tekanan tetap,

perubahan  ∆H bernilai negatif untuk reaksi eksoterm, dan positif untuk reaksi

endoterm.  Entalpi reaksi standar, ∆H0, adalah perubahan entalpi dari 1 mol

reaktan dan produk pada keadaan standar (105 Pa dan 298.15 K).  Entalpi

pembentukan standar, ∆Hf0, suatu senyawa adalah entalpi reaksi standar untuk

pembentukan senyawa dari unsur-unsurnya.  Karena entalpi adalah fungsi

keadaan, entalpi reaksi standar dihitung dengan mendefinisikan entalpi

pembentukan zat sederhana (unsur) bernilai nol.  Dengan demikian:

FAHMI YAHYA – TUGAS TERMODINAMIKA 1 DAN 2 2

Entropi Entropi adalah fungsi keadaan, dan merupakan kriteria yang menentukan

apakah suatu keadaan dapat dicapai dengan spontan dari  keadaan lain.  Hukum 

ke-2 termodinamika menyatakan bahwa entropi, S, sistem yang terisolasi dalam

proses spontan meningkat.  Dinyatakan secara matematis

∆S > 0

Proses yang secara termodinamika ireversibel  akan menghasilkan entropi. 

Entropi berkaitan dengan ketidakteraturan sistem dalam termodinamika statistik,

menurut persamaan:

S = klnW .

k adalah tetapan Boltzmann, dan W adalah jumlah susunan atom atau molekul

dalam sistem dengan energi yang sama, dan berhubungan dengan besarnya

ketidakteraturan. Dengan meningkatnya entropi, meningkat pula ketidakteraturan

sistem.

Energi bebas Gibbs Kuantitas ini didefinisikan dengan:

∆G = ∆H – T∆S

reaksi spontan terjadi bila energi Gibbs reaksi pada suhu dan tekanan tetap

negatif. Perubahan energi bebas Gibbs standar berhubungan dengan tetapan

kesetimbangan reaksi A = B melalui:

∆ G0 = -RT ln K.

K bernilai lebih besar dari 1 bila ∆G0 negatif, dan reaksi berlangsung spontan ke

kanan.

Termodinamika kimia merupakan cabang kimia yang menangani hubungan kalor,

kerja dan bentuk lain dari energi. Melalui termodinamika diharapkan berbagai

macam gejala alam yang teramati dapat dikembalikan sebagai akibat dari kaidah

yang lebih mendasar. Dengan demikian akan diperoleh gambaran tentang adanya

keteraturan global dalam sifat-sifat alam serta adanya keterkaitan antara berbagai

sifat alam yang teramati.

Konsep konsep dasar

Karena objek dari termodinamika adalah alam, maka ada bagian dari alam yang

pada saat tertentu menjadi perhatian dan menerapkan prinsip temodinamika yang

FAHMI YAHYA – TUGAS TERMODINAMIKA 1 DAN 2 3

disebut sistem termodinamika. Selanjutnya, bagian dari alam semesta yang berada

di luar sistem disebut lingkungan. interaksi antara sistem dengan lingkungannya

menghasilkan :

Sistem tersekat (terisolasi)

Adalah sistem yang didalamnya tidak terjadi pertukaran energi atau materi, yakni

sistem yang dindingnya tidak dapat ditembus atau kedap energi maupun zat, yang

biasa disebut adiatermal. Contohnya adalah termos es.

Sistem tertutup

Adalah sistem yang didalamnya hanya terjadi pertukaran energi secara bebas,

yakni sistem yang dindingnya dapat tembus energi tetapi tidak tembus zat, yang

biasa disebut diatermal. Contohnya adalah silinder baja penyimpan gas. Molekul

gas tidak dapat menembus baja namun energi dapat keluar masuk melalui

rambatan.

Sistem terbuka

Adalah sistem yang didalamnya terjadi pertukaran energi maupun materi.

Kandungan energi maupun zat dalam sistem terbuka tidak pernah tetap.

Contohnya adalah sebutir telur, yang dindingnya dapat ditembus energi maupun

zat.

Beberapa proses yang dapat terjadi pada sistem sesuai dengan keadaan adalah

proses isotermal, proses isovolum atau isokhorik, dan proses adiabatik. Proses

isotermal yaitu proses yang berlangsung pada suhu tetap, semua kalor yang

diberikan kepada sistem diubah menjadi kerja. Proses isovolum atau isokhorik

yaitu proses yang tidak mengalami perubahan volume, semua kalor yang masuk

sistem disimpan sebagai energi dalam. Proses adiabatik yaitu proses yang tidak

menyerap atau melepaskan kalor, dan semua energi digunakan untuk

menghasilkan kerja

Yang menjadi kajian utama termodinamika adalah sistem setimbang. Suatu sistem

disebut ada dalam keadaan setimbang bila harga semua variabel

termodinamikanya tidak berubah dengan waktu, dan didalam sistem tak ada

aliran-aliran energi maupun zat.

FAHMI YAHYA – TUGAS TERMODINAMIKA 1 DAN 2 4

B.      Hukum termodinamika

Hukum ke Nol termodinamika

Jika ada lebih dari dua sistem yang saling setimbang, tentu ada keterkaitan antara

harga variabel sistem-sistem yang terlibat. Bagi sistem-sistem semacam itu, yakni

ada dalam kesetimbangan termal satu dengan yang lain, berlaku suatu hukum

yang kemudian dikenal sebagai Hukum ku Nol Termodinamika, yang menyatakan

:

“Jika ada dua sistem, masing masing setimbang dengan suatu sistem ketiga, maka

kedua sistem harus setimbang satu dengan yang lain”.

Hukum Pertama Termodinamika

Hukum ini merupakan pernyataan ulang dari hukum kekekalan energi, yang

menyatakan bahwa : “ energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain namun

energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan”.  Hukum pertama

termodinamika menyatakan hubungan antara kalor (q), kerja (w) dan perubahan

energi dalam (∆U), yang menerangkan bahwa energi sistem tersekat adalah tetap.

Hukum pertama termodinamika dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

q = ∆U – W

q, ∆U, dan W dalam satuan joule atau kalori. Hukum pertama termodinamika

menunjukkan bahwa energi dalam tidak dapat diukur tapi dapat diukur dari nilai

kalor dan kerja. Kalor dapat diukur dengan percobaan dan kerja. Kerja dihitung

melalui volume dan tekanan yang melawan perubahan itu.

a.       Kalor (q)

Kalor adalah energi yang berpindah dari sistem ke lingkungan atau sebaliknya

karena perbedaan suhu, yaitu dari suhu tinggi ke suhu yang lebih rendah.

Perpindahan kalor akan berlangsung hingga suhu di antara keduanya menjadi

sama. Jumlah kalor dinyatakan dalam satuan kalori (kal) atau Joule (J).

                                         1 kal = 4,184 J

Sistem menerima kalor, q positif (+)

Sistem membebaskan kalor, q  negatif (-)

FAHMI YAHYA – TUGAS TERMODINAMIKA 1 DAN 2 5

Kalor (q) bukan merupakan fungsi keadaan karena besarnya tergantung pada

proses. Kapasitas kalor adalah banyaknya energi kalor yang dibutuhkan untuk

mengikatkan suhu zat 1oC. kapasitas kalor tentu saja tergantung pada jumlah zat.

Kapasitas kalor spesifik dapat disederhanakan, kalor jenis adalah banyaknya

energi kalor yang dibutuhkan untuk meningkatkan suhu 1 gram zat sebesar 1oC.

Kalor jenis molar adalah banyaknya energi kalor yang dibutuhkan untuk

meningkatkan suhu 1 mol zat sebesar 1oC.

Persamaan ini diperoleh dari penurunan persamaan hukum pertama

termodinamika pada tekanan tetap:

q = ∆U – W

q = ∆U + P∆V

q = U2 –U1 + P(V2 –V1)

q = (U2 + PV2) – (U1 + PV1)

q = H2 – H1

q = ∆H

b.      Usaha/ kerja (w)

Perpindahan energi antara sistem dengan  lingkungan, diluar bentuk kalor disebut

kerja. Satuan kerja adalah liter-atm, sehingga

                                         1 L atm = 101,32 J

Hukum Kedua Termodinamika

Hukum kedua termodinamika terkadang dinyatakan sebagai transfer panas,

dimana pada transformasi apapun, energi cenderung untuk semakin berkurang

hingga tak tersedia cukup energi untuk melakukan kerja yang berhasil. Karena

kerja yang berhasil terkait dengan keteraturan, hukum kedua termodinamika dapat

dinyatakan sebagai kecenderungan di alam bagi sistem-sistem untuk bergerak ke

arah ketidakteraturan atau keacakan yang semakin meningkat.Istilah bagi

ketidakteraturan adalah entropi. Entropi meningkat pada proses pelelehan,

penguapan, dan pelarutan. Perubahan entropi (dS) adalah suatu fungsi keadaan

yang merupakan perbandingan perubahan kalor yang dipertukaran antara sistem

FAHMI YAHYA – TUGAS TERMODINAMIKA 1 DAN 2 6

dan lingkungan secara reversibel (δqrev) terhadap suhu tertentu T(°C). Persamaan

besarnya entropi dinyatakan sebagai berikut:

dS = δqrev/T

Hukum Ketiga Termodinamika

“Entropi dari ksristal sempurna murni pada suhu nol mutlak ialah nol” . Kristal

sempurna murni pada suhu nol mutlak menunjukkan keteraturan tertinggi yang

dimungkinkan dalam sistem termodinamika. Jika suhu ditingkatkan sedikit diatas

0K, entropi meningkat. Entropi mutlak selalu bernilai positif.

Soo = 0

C.      Entalpi dan Kalor Reaksi Standar

Entalpi adalah perubahan energi kalor suatu sistem kimia yang berlangsung pada

tekanan tetap.

q = ∆U – W

q = ∆U + P∆V

q = U2 –U1 + P(V2 –V1)

q = (U2 + PV2) – (U1 + PV1)

q = H2 – H1

q = ∆H

Entalpi (H) adalah besaran mutlak yang tidak dapat diukur atau ditentukan. Pada

suatu proses yang terukur adalah harga dari ∆H. Penetuan harga (∆H) tidak

bergantung pada jalannya proses namun hanya tergantung pada keadaan awal dan

akhir proses (∆H sebagai fungsi keadaan). Nilai ∆H dapat digunakan untuk

meramalkan suatu proses reaksi. Bila ∆H > 0 proses berjalan secara endotermis,

yaitu sistem menyerap kalor. Bila ∆H = 0 proses berjalan secara adiabatik, semua

kalor diubah menjadi kerja. Bila ∆H < 0 proses berjalan secara eksotermis, yaitu

sistem melepaskan kalor.

Hubungan-hubungan yang melibatkan entalpi diantaranya adalah ∆H adalah suatu

sifat ekstensif yaitu perubahan entalpi sebanding dengan jumlah zat yang terlibat

dalam reaksi Jika kita gandakan dua kali jumlah zat yang terlibat dalam reaksi

FAHMI YAHYA – TUGAS TERMODINAMIKA 1 DAN 2 7

maka perubahan entalpi reaksi juga menjadi dua kali. ∆H akan berubah tanda bila

arah reaksi berlangsung sebaliknya

FAHMI YAHYA – TUGAS TERMODINAMIKA 1 DAN 2 8

TERMODINAMIKA DALAM FISIKA

TERMODINAMIKA 1

Hukum pertama termodinamika merupakan pernyataan hukum kekealan energi

yang berbunyi :

“jika suatu sistem memperoleh energi Q dalam bentuk kalor dan pada saat yang

sama kehilangan energi W dalam bentuk usaha, maka perubahan energi dalam

sistem tersebut adalah sama dengan besarnya selisih kalor dan usaha.” Hukum

pertama termodinamika secara sistematis:△U = Q – W

Dengan △U = U2 – U1 = perubahan energi dalam sistem; Q = kalor; W = usaha

Catatan :

Q bernilai positif jika sistem memperoleh kalor; bernilai negatif jika

sistem kehilangan kalor; W bernilai positif jiaka usaha dilakukan oleh sistem; dan

W bernilai negatif jika usaha dilakukan pada sistem.

Energi dalam hanya bergantung pada keadaan suatu sistem, bukan lintasan

yang ditempuh untuk mencapai kedaan itu. Dalam hal ini, energi dalam

merupakan fungsi keadaam yang dipengaruhi oleh variabel-variabel suhu,

tekanan, dan volume. Untuk gas ideal monoatomik berlaku hubungan:△U = 3/2.n.R(T1 – T2) = 3/2(p2V2 – p1V1)

Beberapa aplikasi hukum 1 Termodinamika:

a. Pada proses isotermik

(T1 = T2 → △U = 0)△U = Q – W

0 = Q – W → Q = W Nrt ln V2/V1

b. Pada proses isokhorik

(V1 = V2 → W = p △V = 0)△U = Q – W = Q – 0 = Q

c. Pada proses isobarik (W = p △V)△U = Q – W = Q - p△V

FAHMI YAHYA – TUGAS TERMODINAMIKA 1 DAN 2 9

d. Pada proses adiabatik

(Q = 0)△U = Q – W; maka △U = - W

W = -3/2 nR (T2 – T1) = 3/2 nR (T1 –T2)

Kalor jenis  gas . 

        Suhu suatu gas dapat dinaikkan dalam kondisi yang bermacam-macam.

Volumenya dikonstankan, tekanannya dikonstankan atau kedua-duanya  dapat

dirubah-rubah menurut kehendak. Pada tiap-tiap kondisi ini panas yang

diperlukan untuk menaikkan suhu sebesar satu satuan suhu untuk tiap satuan

massa adalah berlainan. Dengan kata lain suatu gas mempunyai bermacam-

macam kapasitas panas. Tetapi hanya dua macam yang mempunyai arti praktis

yaitu : 

- Kapasitas panas pada volume konstan. 

- Kapasitas panas pada tekanan konstan. 

Kapasitas panas gas ideal pada tekanan konstan selalu lebih besar dari pada

kapasitas panas gas ideal pada volume konstan, dan selisihnya sebesar konstanta

gas umum          (universil) yaitu :  R = 8,317 J/mol 0K. 

cp - cv = R 

 cp = kapasitas panas jenis ( kalor jenis ) gas ideal pada tekanan konstan. 

 cv = kapasitas panas jenis ( kalor jenis ) gas ideal pada volume konstan. 

Berdasarkan teori kinetik gas kita dapat menghitung panas jenis gas ideal,sebagai

berikut: 

a. Untuk gas beratom tunggal ( monoatomik ) diperoleh bahwa : 

                   

b. Untuk gas beratom dua ( diatomik ) diperoleh bahwa : 

                   

 = konstanta Laplace.

FAHMI YAHYA – TUGAS TERMODINAMIKA 1 DAN 2 10

Siklus Termodinamika

Siklus termodinamika adalah serangkaian proses termodinamika mentransfer

panas dan kerja dalam berbagai keadaan tekanan, temperatur, dan keadaan

lainnya. Hukum pertama termodinamika menyebutkan bahwa sejumlah bersih

panas yang masuk setara dengan sejumlah bersih panas yang keluar pada seluruh

bagian siklus. Proses alami yang berulang-ulang menjadikan proses berlanjut,

membuat siklus ini sebagai konsep penting dalam termodinamika.

Contoh: P-V diagram pada siklus thermodinamika.

Proses termodinamika berlangsung dalam rantai tertutup pada diagram P-V, di

mana axis Y menunjukkan tekanan (pressure, P) dan axis X menunjukkan volume

(V).

Area di dalam siklus adalah kerja (work, W) yang dirumuskan dengan:

Kerja adalah setara dengan panas yang ditransferkan ke sistem:

Persamaan kedua membuat proses siklik mirp proses isotermal, meski energi

dalam berubah selama proses siklik, ketika proses siklik selesai energisistem

adalah sama dengan energi ketika proses dimulai. Jika proses siklik bekerja searah

jarum jam, maka ini menunjukkan mesin kalor, dan W akan positif. Jika bergerak

FAHMI YAHYA – TUGAS TERMODINAMIKA 1 DAN 2 11

berlawanan dengan arah jarum jam, maka menunjukkan pompa kalor, dan W akan

negatif

Siklus Carnot

Siklus adalah suatu rangkaian sedemikian rupa sehingga akhirnya kembali kepada

keadaan semula. Misalnya, terdapat suatu siklus termodinamika yang melibatkan

proses isotermal, isobarik, dan isokorik. Sistem menjalani proses isotermal dari

keadaan A sampai B, kemudian menjalani proses isobarik untuk mengubah sistem

dari keadaan B ke keadaan C. Akhirnya proses isokorik membuat sistem kembali

ke keadaan awalnya (A). Proses dari A ke keadaan B, kemudian ke keadaan C,

dan akhirnya kembali ke keadaan A, menyatakan suatu siklus.

Apabila siklus tersebut berlangsung terus menerus, kalor yang diberikan dapat

diubah menjadi usaha mekanik. Tetapi tidak semua kalor dapat diubah menjadi

usaha. Kalor yang dapat diubah menjadi usaha hanya pada bagian yang diarsir

(diraster) saja Berdasarkan Gambar besar usaha yang bermanfaat adalah

luas daerah ABCA. Secara matematis dapat ditulis seperti berikut.

Usaha bernilai positif jika arah proses dalam siklus searah putaran jam, dan

bernilai negatif jika berlawanan arah putaran jarum jam. Perubahan energi dalam

U untuk satu siklus carnot sama dengan nol ( U = 0) karena keadaan awal sama

dengan keadaan akhir.

Berdasarkan percobaan joule diketahui bahwa tenaga mekanik dapat

seluruhnya diubah menjadi energi kalor. Namun, apakah energi kalor dapat

seluruhnya diubah menjadi energi mekanik? Adakah mesin yang dapat mengubah

FAHMI YAHYA – TUGAS TERMODINAMIKA 1 DAN 2 12

kalor seluruhnya menjadi usaha? Pada tahun 1824, seorang insinyur

berkebangsaan Prancis, Nicolas Leonardi Sadi Carnot, memperkenalkan metode

baru untuk meningkatkan efisiensi suatu mesin berdasarkan siklus usaha. Metode

efisiensi Sadi Carnot ini selanjutnya dikenal sebagai siklus Carnot. Siklus

Carnot terdiri atas empat proses, yaitu dua proses isotermal dan dua proses

adiabatik. Perhatikan Gambar berikut!

Berdasarkan Gambar 9.8 dijelaskan proses siklus Carnot sebagai berikut.

1. Proses AB adalah pemuaian isotermal pada suhu T1. Pada proses ini sistem

menyerap kalor Q1 dari reservoir bersuhu tinggi T1 dan melakukan usaha WAB.

2. Proses BC adalah pemuaian adiabatik. Selama proses ini berlangsung suhu

sistem turun dari T1 menjadi T2 sambil melakukan usaha WBC.

3. Proses CD adalah pemampatan isoternal pada suhu T2. Pada proses ini sistem

menerima usaha WCD dan melepas kalor Q2 ke reservoir bersuhu rendah T2.

4. Proses DA adalah pemampatan adiabatik. Selama proses ini suhu sistem naik

dari T2 menjadi T1 akibat menerima usaha WDA. Siklus Carnot merupakan dasar

dari mesin ideal yaitu mesin yang memiliki efisiensi tertinggi yang selanjutnya

disebut mesin Carnot. Usaha total yang dilakukan oleh sistem untuk satu siklus

sama dengan luas daerah di dalam siklus pada diagram p – V. Mengingat selama

proses siklus Carnot sistem menerima kalor Q1 dari reservoir bersuhu tinggi T1

FAHMI YAHYA – TUGAS TERMODINAMIKA 1 DAN 2 13

dan melepas kalor Q2 ke reservoir bersuhu rendah T2, maka usaha yang dilakukan

oleh sistem menurut hukum I termodinamika adalah sebagai berikut.

Dalam menilai kinerja suatu mesin, efisiensi merupakan suatu faktor yang

penting. Untuk mesin kalor, efisiensi mesin (n) ditentukan dari perbandingan

usaha yang dilakukan terhadap kalor masukan yang diberikan. Secara matematis

dapat dituliskan sebagai berikut.

Keterangan:

n : efisiensi mesin Carnot

T1 : suhu reservoir bersuhu tinggi (K)

T2 : suhu reservoir bersuhu rendah (K)

Efisiensi mesin Carnot merupakan efisiensi yang paling besar karena merupakan

mesin ideal yang hanya ada di dalam teori. Artinya, tidak ada mesin yang

mempunyai efisien melebihi efisiensi mesin kalor Carnot. Berdasarkan persamaan

di atas terlihat efisiensi mesin kalor Carnot hanya tergantung pada suhu kedua

tandon atau reservoir. Untuk mendapatkan efisiensi sebesar 100%, suhu tandon

T2 harus = 0 K. Hal ini dalam praktik tidak mungkin terjadi. Oleh karena itu,

mesin kalor Carnot adalah mesin yang sangat ideal. Hal ini disebabkan proses

kalor Carnot merupakan proses reversibel. Sedangkan kebanyakan mesin biasanya

mengalami proses irreversibel (tak terbalikkan)

FAHMI YAHYA – TUGAS TERMODINAMIKA 1 DAN 2 14

TERMODINAMIKA 2

Hukum kedua termodinamika dapat dinyatakan dengan pernyataan aliran kalor,

entropi dan mesin kalor.

Hukum termodinamika dengan pernyataan kalor: “Kalor mengalir secara spontan

dari benda bersuhu tinggi kebenda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara

spontan dalam arah kebalikannya.”

Hukum kedua termodinamika dengan pernyataan entropi: “Total entropi jagad

raya tidak berubah ketika proses reversibel terjadi (△s jagad raya = 0) dan

bertambah ketika proses irreversibel terjadi (△s jagad raya > 0).

Hukum kedua termodinamika dengan pernyataan mesin kalor: “Tidak mungkin

membuat suatu mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata

menyerap kalor dari suatu reservoar dan mengubah seluruhnya menjadi usaha

luar.”

Pada proses irreversibel, umumnya selalu menyebabkan hilangnya sejumlah kalor,

tetapi masih ada sejumlah kalor lain yang digunakan untuk melakukan usaha.

Banyaknya kalor yang hilang atau tidak dapat diubah menjadi usaha dinamakan

dengan entropi (s).

Jika suatu sistem mengalami proses reversibel pada suhu mutlak T dengan

menyerap sejumlah kalor Q, maka kenaikan entropi (△s) adalah: △s = (Q/T)

reversibel

Perubahan entropi △s hanya bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir.

Untuk proses reversibel tidak mengubah total entropi jagad raya, tetapi untuk

proses irreversibel selalu menaikkan entropi jagad raya.

Mesin pendingain

Mesin pendingin atau refrigator adalah alat yang bekerja dengan memaksa kalor

mengalir dari benda dingin ke benda panas dengan melakukan usaha pada sistem.

Pada mesin pendingin berlaku:

T1 > T2

Q2 = kalor yang diserap dari reservoir dingin.

Q1 = kalor yang diberikan ke reservoir panas.

FAHMI YAHYA – TUGAS TERMODINAMIKA 1 DAN 2 15

W = Q1 – Q2 = usaha yang diperlukan

Ukuran penampilan mesin pendinginan kalor Q2 dengan usaha W yang

digunakan untuk memindahkan kalor Q2 tersebut dinamakandengan

koefisien performansi (Kp).

Semakin tinggi nilai koefisien performasi suatu mesin pendingin, maka semakin

baik pendingin tersebut.

FAHMI YAHYA – TUGAS TERMODINAMIKA 1 DAN 2 16

Contoh soal dan pembahasan Termodinamika

1. Suatu gas memiliki volume awal 2,0 m3 dipanaskan dengan kondisi isobaris

hingga volume akhirnya menjadi 4,5 m3. Jika tekanan gas adalah 2 atm,

tentukan usaha luar gas tersebut!

(1 atm = 1,01 x 105 Pa)

Pembahasan

Diketahui:

V2 = 4,5 m3

V1 = 2,0 m3

P = 2 atm = 2,02 x 105 Pa

Jawab:

Isobaris → Tekanan Tetap

W = P (ΔV)

W = P(V2 − V1)

W = 2,02 x 105 (4,5 − 2,0) = 5,05 x 105 joule

2. 1,5 m3 gas helium yang bersuhu 27oC dipanaskan secara isobarik sampai

87oC. Jika tekanan gas helium 2 x 105 N/m2 , gas helium melakukan usaha

luar sebesar….

Pembahasan

Diketahui:

V1 = 1,5 m3

T1 = 27oC = 300 K

T2 = 87oC = 360 K

P = 2 x 105 N/m2

Jawab:

W = PΔV

V2 :

V2/T2 = V1/T1

V2 = ( V1/T1 ) x T2 = ( 1,5/300 ) x 360 = 1,8 m3

W = PΔV = 2 x 105(1,8 − 1,5) = 0,6 x 105 = 60 x 103 = 60 kJ

FAHMI YAHYA – TUGAS TERMODINAMIKA 1 DAN 2 17

3. 2000/693 mol gas helium pada suhu tetap 27oC mengalami perubahan volume

dari 2,5 liter menjadi 5 liter. Jika R = 8,314 J/mol K dan ln 2 = 0,693 tentukan

usaha yang dilakukan gas helium!

Pembahasan

Diketahui:

n = 2000/693 mol

V2 = 5 L

V1 = 2,5 L

T = 27oC = 300 K

Jawab:

Usaha yang dilakukan gas :

W = nRT ln (V2 / V1)

W = (2000/693 mol) ( 8,314 J/mol K)(300 K) ln ( 5 L / 2,5 L )

W = (2000/693) (8,314) (300) (0,693) = 4988,4 joule

4. Mesin Carnot bekerja pada suhu tinggi 600 K, untuk menghasilkan kerja

mekanik. Jika mesin menyerap kalor 600 J dengan suhu rendah 400 K, maka

usaha yang dihasilkan adalah….

Pembahasan

η = ( 1 − Tr / Tt ) x 100 %

Hilangkan saja 100% untuk memudahkan perhitungan :

η = ( 1 − 400/600) = 1/3

η = ( W / Q1 )

1/3 = W/600

W = 200 J

FAHMI YAHYA – TUGAS TERMODINAMIKA 1 DAN 2 18

5. Diagram P−V dari gas helium yang mengalami proses termodinamika

ditunjukkan seperti gambar berikut!

Usaha yang dilakukan gas helium pada proses ABC sebesar….

Pembahasan

WAC = WAB + WBC

WAC = 0 + (2 x 105)(3,5 − 1,5) = 4 x 105 = 400 kJ

6. Suatu mesin Carnot, jika reservoir panasnya bersuhu 400 K akan mempunyai

efisiensi 40%. Jika reservoir panasnya bersuhu 640 K, efisiensinya…..%

Pembahasan

η = 40% = 4 / 10

Tt = 400 K

Cari terlebih dahulu suhu rendahnya (Tr) hilangkan 100 % untuk

mempermudah perhitungan:

η = 1 − (Tr/Tt)

4 / 10 = 1 − (Tr/400)

(Tr/400) = 6 / 10

Tr = 240 K

Tt = 640 K

Tr = 240 K (dari hasil perhitungan pertama)

η = ( 1 − Tr/Tt) x 100%

η = ( 1 − 240/640) x 100%

η = ( 5 / 8 ) x 100% = 62,5%

FAHMI YAHYA – TUGAS TERMODINAMIKA 1 DAN 2 19

7. Perhatikan gambar berikut ini!

Jika kalor yang diserap reservoir suhu tinggi adalah 1200 joule, tentukan :

a) Efisiensi mesin Carnot

b) Usaha mesin Carnot

c) Perbandingan kalor yang dibuang di suhu rendah dengan usaha yang

dilakukan mesin Carnot

d) Jenis proses ab, bc, cd dan da

Pembahasan

a) Efisiensi mesin Carnot

Data :

Tt = 227oC = 500 K

Tr = 27oC = 300 K

η = ( 1 − Tr/Tt) x 100%

η = ( 1 − 300/500) x 100% = 40%

b) Usaha mesin Carnot

η = W/Q1

4/10 = W/1200

W = 480 joule

c) Perbandingan kalor yang dibuang di suhu rendah dengan usaha yang

dilakukan mesin Carnot

Q2 = Q1 − W = 1200 − 480 = 720 joule

Q2 : W = 720 : 480 = 9 : 6 = 3 : 2

d) Jenis proses ab, bc, cd dan da

ab → pemuaian isotermis (volume gas bertambah, suhu gas tetap)

bc → pemuaian adiabatis (volume gas bertambah, suhu gas turun)

FAHMI YAHYA – TUGAS TERMODINAMIKA 1 DAN 2 20

cd → pemampatan isotermal (volume gas berkurang, suhu gas tetap)

da → pemampatan adiabatis (volume gas berkurang, suhu gas naik)

8. Berdasarkan gambar

Suatu gas ideal mengalami proses siklus seperti pada gambar P − V di atas. Kerja

yang dihasilkan pada proses siklus ini adalah….kilojoule.

Pembahasan

W = Usaha (kerja) = Luas kurva siklus = Luas bidang abcda

W = ab x bc

W = 2 x (2 x 105) = 400 kilojoule

FAHMI YAHYA – TUGAS TERMODINAMIKA 1 DAN 2 21

DAFTAR PUSTAKA

http://indriafatwindari.blogspot.com/2011/10/termodinamika-kimia.html

http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-anorganik-universitas/reaksi-

anorganik/termodinamika/

___. Siklus Termodinamika.

http://id.wikipedia.org/wiki/Siklus_termodinamika

___. Pengertian Siklus Carnot.

http://matematika-ipa.com/pengertian-siklus-carnot-siklus-carnot/

___.2009. Termodinamika.

http://basicsphysics.blogspot.com/2009/09/termodinamika.html

___.2010. Kapasitas Kalor.

http://masteropik.blogspot.com/2010/05/kapasitas-kalor.html

Sunardi. 2009. Siaga dan Sukses Jelang Ujian Nasional Fisika SMA/MA.

Bandung : YRAMA WIDYA.

FAHMI YAHYA – TUGAS TERMODINAMIKA 1 DAN 2 22