TERMODINAMIKA - personal.fmipa.itb.ac.id · Mesin Carnot menyerap energi termal dari reservoir pada...
Transcript of TERMODINAMIKA - personal.fmipa.itb.ac.id · Mesin Carnot menyerap energi termal dari reservoir pada...
TERMODINAMIKA
HUKUM KE-0
HUKUM KE-1
HUKUM KE-2
NK.11.04 1/9
SISTEM DAN LINGKUNGAN
• Sistem adalah sekumpulan benda
yang menjadi perhatian
• Lingkungan adalah segala sesuatu
di luar sistem
• Keadaan suatu sistem dapat
diketahui dari variabel
termodinamika P, V, T
Cutnell, J.D. & Johnson, K.W. (2001), Physics.
2/9
HUKUM KE-0
• Jika A setimbang termal dengan
C dan B setimbang termal dengan
C, maka A setimbang termal
dengan B
C C
Cutnell, J.D. & Johnson, K.W. (2001), Physics.
3/9
HUKUM KE-1
• Jika sistem menyerap kalor Q dari lingkungannya dan melakukan kerja W pada lingkungannya maka sistem mengalami perubahan energi dalam sebesar ΔU = Q – W
• Kalor Q = n C ΔT
• Kerja W = ∫ P(V) dV = luas yang diapit kurva P-V
Q > 0 dan W > 0 Q < 0 dan W < 0
• Perubahan energi dalam ΔU = n CV ΔT dengan energi dalam U merupakan energi kinetik dan potensial yang dikaitkan dengan besaran mikroskopik
Cutnell, J.D. & Johnson, K.W. (2001), Physics.
4/9
PROSES TERMODINAMIKA#1
1. Proses isobarik yaitu proses
termodinamika pada tekanan
tetap
W = P ΔV
ΔU = n CV ΔT
Q = ΔU + W = n CP ΔT
Cutnell, J.D. & Johnson, K.W. (2001), Physics.
5/9
PROSES TERMODINAMIKA#2
2. Proses iskhorik yaitu proses
pada volume tetap
W = 0
ΔU = n CV ΔT
Q = ΔU = n CV ΔT
Cutnell, J.D. & Johnson, K.W. (2001), Physics.
6/9
PROSES TERMODINAMIKA#3
3. Proses isotermik yaitu proses
pada temperatur tetap
ΔU = 0
W = ∫P(V) dV
Q = W
Khusus untuk gas ideal berlaku
P V = tetap
Cutnell, J.D. & Johnson, K.W. (2001), Physics.
7/9
PROSES TERMODINAMIKA#4
Cutnell, J.D. & Johnson, K.W. (2001), Physics.
4. Proses adiabatik yaitu proses tanpa pertukaran kalor antara sistem dan lingkungan
Q = 0
W = ∫ P(V) dV
ΔU = – W
Khusus untuk gas ideal berlaku
P V γ = tetap
8/9
SIKLUS TERMODINAMIKA
• Perpaduan berbagai proses termodinamika hingga membentuk proses yang tertutup
ΔU = 0
W = luas yang diapit kurva P-V
Q = W
• Efisiensi siklus = W / Qmasuk
= (Qmasuk-Qkeluar) / Qmasuk
Cutnell, J.D. & Johnson, K.W. (2001), Physics.
9/9
Gas helium mula-mula bervolume 75 liter, dengan
tekanan 105 N/m2, dan temperatur 300 K (Keadaan A).
Gas ini mengalami proses adiabatik sehingga volumenya
menjadi 125 liter (keadaan B). Tentukan tekanan dan
temperature akhir gas, usaha yang dilakukan gas, kalor
yang diserap dan perubahan energy dalam yang terjadi.
Jika gas ini dari keadaan A mengalami proses isotermik
sampai bervolum 125 liter (sebutlah keadaan C),
kemudian diikuti proses isokhorik menuju keadaan B,
hitunglah untuk proses A-B-C ini: usaha yang dilakukan
gas, kalor yang diserap gas, dan perubahan energi dalam
gas. Gambarkan diagram P-V proses A-B-C.
PROSES SATU ARAH
•Gas dalam keadaan (b)
tidak dapat kembali ke
keadaan (a) secara spontan
proses irreversibel
•Keadaan gas hanya dapat
ditentukan oleh keadaan
awal (i) dan keadaan akhir
(f)
HUKUM II TERMODINAMIKA
Perumusan Kelvin: Tidak ada suatu proses
yang hasil akhirnya berupa pengambilan
sejumlah kalor dari suatu reservoar kalor dan
mengkonversi seluruh kalor menjadi usaha
Perumusan Clausius: Tidak ada proses yang
hasil akhirnya berupa pengambilan kalor dari
suatu reservoar kalor bersuhu rendah dan
pembuangan kalor dalam jumlah yang sama
kepada suatu reservoar yang bersuhu lebih
tinggi.
Efisiensi:
H
C
H Q
Q
Q
W 1
SIKLUS CARNOT
Efisiensi mesin Carnot
H
CH
Q
W
CQ
QQH
H
C
H
C
T
T
Q
Q 11
ENTROPI
0
..
cdef i
i
abgh i
i
prossem i
i
T
Q
T
Q
T
QDari siklus Carnot
Setiap proses kuasistatis dapat didekati dengan banyak sekali
komponen siklus kecil yang berupa siklus Carnot
ENTROPI
f
i
T
dQ
if SSSPerubahan Entropi
0S
Entropi (S) adalah suatu fungsi keadaan
(seperti P,V,T)
0 T
dQUntuk setiap proses kuasistatis berlaku:
Hk II Termodinamika 0S
0SRev.
Irrev.
Contoh:
Penyekat dibuka
0tandon
T
QS
Gas mengembang dar V1 ke V2, maka
0ln1
2sistem
2
1
V
VnR
V
dVnR
T
PdV
T
dQS
V
V
0sitemtandontotal SSS
adiabatik
Contoh-2:
Tandon
panas
T1
Sistem
T
Tandon
dingin
T2
T1>T2
1
1-tandonT
QS
0sistem
T
QS adiabatik
2
2-tandonT
QS
0021
total
T
Q
T
QS
Mengeluarkan Q
Menerima Q
Hukum ke – 3 Termodinamika:
1
21T
T
Efisiensi akan 100 % , jika T2 = 0
Tidak pernah terjadi
1. Pada proses adiabatik suatu gas ideal, tekanan meningkat dengan
faktor lima dan volumenya berkurang dengan faktor 3.
Hitunglah:
a. Perbandingan CV terhadap CP.
b. Kerja yang dilakukan selama kompresi, nyatakan dalam bentuk
tekanan dan volume mula-mula.
c. Perubahan dari energi dalam sistem tersebut.
2. Mesin Carnot menyerap energi termal dari reservoir pada
temperatur 4500 C. Efisiensinya adalah 55%, dan kerja yang
diberikannya adalah 5kWh.
Berapa temperatur dari reservoir dinginnya ?
Berapa banyak energi termal yang mengalir kedalam sistem, dan
berapa banyak yang dibuang?
Latihan
JAWABAN:
Pada proses adiabatik suatu gas ideal, tekanan meningkat dengan
faktor lima dan volumenya berkurang dengan faktor 3.
Hitunglah:
a. Perbandingan CV terhadap CP.
b. Kerja yang dilakukan selama kompresi, nyatakan dalam bentuk
tekanan dan volume mula-mula.
c. Perubahan dari energi dalam sistem tersebut.
Jawab:
a. Pada proses adiabatik berlaku P1(V1)= P2(V2)
atau
(P1/ P2)= (V2/ V1)
(1/5)= (1/3) log(0.2)=log(0.33) jadi =1.45
karena =(CP/CV) jadi CV/CP=0,688
b. Kerja pada proses adaibatik
11
11
1122
11121112
11
1111
11
VP .0.45
))/((VP
1
VP-VPVVP-VVP
1
1VV
1
VP
V1
1VPdVVVPdV
V
VPPdVW
481135
1111
1 2
1
2
1
2
1
2
1
V
V
V
V
V
V
V
V
c. Karena prosesnya berlangsung secara adiabatik, maka perubahan
energi dalam sama dengan
11VP 1.48PdVU
2
1
V
V
W
JAWABAN:
Mesin Carnot menyerap energi termal dari reservoir pada temperatur
4500 C. Efisiensinya adalah 55%, dan kerja yang diberikannya adalah
5kWh.
Berapa temperatur dari reservoir dinginnya ?
Berapa banyak energi termal yang mengalir kedalam sistem, dan
berapa banyak yang dibuang?
η1TTT
T1 hc
h
c
K3250.551723T 0
c
•Efisiensi dari mesin Carnot adalah
jadi temperatur dari reservoir dinginnya adalah
Kalor yang masuk ke sistem dapat
dihitung dari effisiensi mesin kWh 9
.
5WQ
Q
Wh
h
550
Sedangkan untuk menghitung kalor
yang keluar adalah 4kWh5- 9W-QQQQ hcch W
G
P H S
U
V A T