termodinamika fisika: Materi Termodinamika

Assalamu'alaikum Wr.Wb.....

Pada pertemuan kali ini kita akan mempelajari materi tentang Termodinamika, untuk lebih jelasnya mari kita lihat mater dibawah ini ...

1. PENGERTIAN TERMODINAMIKA

Termodinamika bersal dari (bahasa yunani: thermos = 'panas' and dynamic = 'perubahan') adalah fisiska energi , panas, kerja,entropi dan kespontanan proses.

Hukum termodinamika kebenarannya sangat umum, dan hukum-hukum ini tidak bergantung kepada rincian dari interaksi atau sistem yang diteliti. Ini berarti mereka dapat diterapkan ke sistem di mana seseorang tidak tahu apa pun kecuali perimbangan transfer energi dan wujud di antara mereka dan lingkungan.

Termodinamika adalah satu cabang fisika teoritik yang berkaitan dengan hukum-hukum pergerakan panas,dan perubahan dari panas menjadi bentuk-bentuk energi yang lain.Istilah ini diturunkan dari bahasa yunani Therme (panas) dan dynamis (gaya).Cabang ilmu ini berdasarkan pada dua prinsip dasar yang aslinya diturunkan dari eksperimen,tapi kini dianggap sebagai aksiom.prinsip pertama adalah hukum kekekalan energi,yang mengambil bentuk hukum kesetaraan panas dan kerja.Prinsip yang kedua menyatakan bahwa panas itu sendiri tidak dapat mengalir dari benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas tanpa adanya perubahan dikedua benda tersebut.

2. USAHA DAN PROSES DALAM TERMODINAMIKA

Termodinamika adalah cabang ilmu Fisika yang membahas tentang hubungan antara panas (kalor) dan usaha yang dilakukan oleh kalor tersebut. Dalam melakukan pengamatan mengenai aliran energi antara panas dan usaha ini dikenal dua istilah, yaitu sistem dan lingkungan. Apakah yang dimaksud sistem dan lingkungan dalam termodinamika? Untuk memahami penggunaan kedua istilah tersebut dalam termodinamika, perhatikanlah Gambar berikut:

Gambar 9.1 Bola besi dan air merupakan sistem yang diamati. Adapun, udara luar merupakan lingkungannya.

Misalkan, Anda mengamati aliran kalor antara bola besi panas dan air dingin. Ketika bola besi tersebut dimasukkan ke dalam air. Bola besi dan air disebut sistem karena kedua benda tersebut menjadi objek pengamatan dan perhatian Anda. Adapun, wadah air dan udara luar disebut lingkungan karena berada di luar sistem, tetapi dapat memengaruhi sistem tersebut. Dalam pembahasan termodinamika, besaran yang digunakan adalah besaran makroskopis suatu sistem, yaitu tekanan, suhu, volume, entropi, kalor, usaha, dan energi dalam. Usaha yang dilakukan oleh sistem (gas) terhadap lingkungannya bergantung pada proses -proses dalam termodinamika, di antaranya proses isobarik, isokhorik, isotermal, dan adiabatik.

Nah, Usaha dan proses dalam termodinamika ini terbagi kedalam beberapa proses yaitu mari kita lihat...

1. Usaha Sistem terhadap Lingkungannya
Usaha yang dilakukan sistem pada lingkungannya merupakan ukuran energi yang dipindahkan dari sistem ke lingkungan.

Gambar 9.2Usaha yang dilakukan gas pada piston

Gambar 9.2 di atas menunjukkan suatu gas di dalam silinder tertutup dengan piston (penghisap) yang dapat bergerak bebas tanpa gesekan. Pada saat gas memuai, piston akan bergerak naik sejauh Δs . Apabila luas piston A, maka usaha yang dilakukan gas untuk menaikkan piston adalah gaya F dikalikan jarak Δs . Gaya yang dilakukan oleh gas merupakan hasil kali tekanan P dengan luas piston A, sehingga:
W = F. Δ s
W = P.A. Δs
karena A. Δs = ΔV , maka:
W = P. ΔV atau W = P (V₂ – V₁) ……………………. (9.1)
dengan:
W = usaha ( J) V₁ = volume mula-mula (m³)
P = tekanan (N/m²) V₂= volume akhir (m³)
ΔV = perubahan volume (m³)
Persamaan (9.1) berlaku jika tekanan gas konstan.
Apabila V₂ > V₁, maka usaha akan positif (W > 0). Hal ini berarti gas (sistem) melakukan usaha terhadap lingkungan. Apabila V₂ < V₁, maka usaha akan negatif (W < 0). Hal ini berarti gas (sistem) menerima usaha dari lingkungan. Untuk gas yang mengalami perubahan volume dengan tekanan tidak konstan, maka usaha yang dilakukan sistem terhadap lingkungan dirumuskan:
dW = F.d
= F.P.A ds
dW = P dV
Jika volume gas berubah dari V₁ menjadi V₂, maka:

…………….. (9.2)
Besarnya usaha yang dilakukan oleh gas sama dengan luas daerah di bawah kurva pada diagram P-V

Gambar 1. Usaha yang dilakukan sistem dan lingkungan

2. Usaha pada Proses Termodinamika

Usaha yang terdapat pada gas yang mengalami proses-proses termodinamika tersebut akan diuraikan sebagai berikut.
a. Usaha pada Proses Isotermal
Proses isotermal adalah suatu proses perubahan keadaan gas pada suhu tetap. Menurut Hukum Boyle, proses isotermal dapat dinyatakan dengan persamaan
pV = konstan
atau
p₁V₁ = p₂V₂

Gambar grafik proses isotermal
Dalam proses ini, tekanan dan volume sistem berubah sehingga persamaan W = p ΔV tidak dapat langsung digunakan. Untuk menghitung usaha sistem dalam proses isotermal ini digunakan cara integral. Misalkan, pada sistem terjadi perubahan yang sangat kecil sehingga persamaan usahanya dapat dituliskan sebagai
dW = pdV ………..(9–3)
Jika Persamaan (9–3) diintegralkan maka dapat dituliskan
∫dw = ∫pdV
Dari persamaan keadaan gas ideal diketahui bahwa

Olehkarena itu, integral dari Persamaan (9–3) dapat dituliskan menjadi

Jika konstanta n R, dan besaran suhu (T) yang nilainya tetap dikeluarkan dari integral, akan diperoleh

Contoh
Sepuluh mol gas helium memuai secara isotermal pada suhu 47°C sehingga volumenya menjadi dua kali volume mula-mula. Tentukanlah usaha yang dilakukan oleh gas helium.
Jawab
Diketahui: T = 47°C = (47 + 273) K = 320 K dan V₂ = 2V₁.
Usaha yang dilakukan gas pada proses isotermal:

b. Usaha pada Proses isobarik
Proses isobarik adalah proses perubahan keadaan sistem pada tekanan konstan. Dengan langkah-langkah seperti diatas diperoleh usaha yang dilakukan oleh sistem adalah:
usaha yang dilakukan oleh sistem adalah

Gambar grafik proses isobarik
Contoh:
1. Suatu gas yang volumenya 1,2 liter perlahan-lahan dipanaskan pada tekanan tetap 1,5 × 10⁵ N/m² hingga volumenya menjadi 2 liter. Berapakah usaha yang dilakukan gas?
Jawab
Diketahui: V₁ = 1,2 L, V₂ = 2 L, dan p = 1,5 × 10⁵ N/m².
1 liter = 1 dm³ = 10^–3 m³
Usaha yang dilakukan gas pada tekanan tetap (isobarik) adalah
W = p (V₂ – V₁) = (1,5 × 10⁵ N/m₂) (2 – 1,2) × 10^–3 m³ = 120 joule
2. Suatu gas ideal mengalami proses siklus seperti grafik p – V berikut.

gas ideal mengalami proses siklus seperti

Tentukanlah:
a. usaha gas dari A ke B,
b. usaha gas dari B ke C,
c. usaha gas dari C ke A, dan
d. usaha netto gas dalam satu siklus.
Jawab
Diketahui: p_A = p_B = 3 × 10⁵ Pa, p_C = 1 × 10⁵ Pa, V_A = 2 L, dan V_B = V_C = 6 L.
a. Proses A ke B adalah proses isobarik. Usaha dari A ke B dapat dihitung dengan persamaan W_AB = p(V_B – V_A)
= 3 × 10⁵ Pa (6 – 2) × 10^–3 m³ = 1.200 joule
b. Prose B ke C adalah proses isokhorik. Oleh karena VC = VB, usaha yang dilakukan gas WBC = 0
c. Proses dari C ke A adalah isotermal. Oleh karena pC:VC = pA:VA, usaha dari C ke A adalah

W_CA = (1 × 10⁵ N/m²)(6 × 10^–3 m³)ln 3/6 = – 415,8 joule
d. Usaha netto gas dalam satu siklus ABCA :
W_siklus = W_AB + W_BC + W_CA = 1.200 joule + 0 + (–415,8 joule) = 784,2 joule
c. Usaha pada Proses Isokhorik
Proses isokhorik adalah proses perubahan keadaan sistem pada volume konstan. Pada proses isokhorik gas tidak mengalami perubahan volume, sehingga usaha yang dilakukan sistem sama dengan nol.
V₁ = V₂ = V
W = P (V₂ – V₁)
W = P (0) = 0

Gambar grafik isokhorik
d. Usaha pada Proses Adiabatik
Proses adiabatik adalah suatu proses perubahan keadaan gas di mana tidak ada kalor (Q) yang masuk atau keluar dari sistem (gas). Proses ini dapat dilakukan dengan cara mengisolasi sistem menggunakan bahan yang tidak mudah menghantarkan kalor atau disebut juga bahan adiabatik. Adapun, bahanbahan yang bersifat mudah menghantarkan kalor disebut bahan diatermik Proses adiabatik ini mengikuti persamaan Poisson sebagai berikut
pV^γ = konstan
atau
p₁V₁^γ = p₂ V₂^γ , …………(9–6)
Oleh karena persamaan gas ideal dinyatakan sebagai pV = nRT maka Persamaan (9–4) dapat ditulis
T₁V₁⁽^γ^–1) = T₂ V₂⁽^γ^–1) ……….. (9–7)
Dengan

konstanta Laplace, dan

. C_P adalah kapasitas kalor gas pada tekanan tetap dan CV adalah kalor gas pada volume tetap. Perhatikan diagram p – V pada Gambar 9.7. Dari kurva hubungan p – V tersebut, Anda dapat mengetahui bahwa:
1) Kurva proses adiabatik lebih curam daripada kurva proses isotermal.
2) Suhu, tekanan, maupun volume pada proses adiabatik tidak tetap.
Oleh karena sistem tidak melepaskan atau menerima kalor, pada kalor sistem proses adiabatik Q sama dengan nol. Dengan demikian, usaha yang dilakukan oleh sistem hanya mengubah energi dalam sistem tersebut. Besarnya usaha pada proses adiabatik tersebut dinyatakan dengan persamaan berikut.
Besarnya usaha pada proses adiabatik

Gambar Pada proses adiabatik

Contoh

Usaha sebesar 2 × 10³ J diberikan secara adiabatik untuk memampatkan 0,5 mol gas ideal monoatomik sehingga suhu mutlaknya menjadi 2 kali semula. Jika konstanta umum gas R = 8,31 J/mol K, tentukanlah suhu awal gas.

Jawab

Diketahui: W = 2 × 10³ J, T₂ = 2T₁, dan n = 0,5 mol.

Jadi, suhu awal gas adalah 321 K.

3. HUKUM I TERMODINAMIKA

Hukum I Termodinamika berkaitan dengan Hukum Kekekalan Energi untuk sebuah sistem yang sedang melakukan pertukaran energi dengan lingkungan dan memberikan hubungan antara kalor, energi, dan usaha.

Hukum I Termodinamika menyatakan bahwa“ untuk setiap proses, apabila kalor ditambahkan ke dalamsistem dan sistem melakukan usaha, maka akan terjadiperubahan energi” Jadi, dapat dikatakan bahwa Hukum I Termodinamika menyatakan adanya konsep kekekalan energi.

Secara matematis, Hukum Pertama Termodinamika dituliskan sebagai berikut.dengan:

Q = kalor yang diterima atau dilepaskan olehsistem (Joule)

ΔU = U2 —U1=perubahan energi dalam sistem

W = usaha yang dilakukan sistem (Newton)

Perjanjian tanda yang berlaku untuk persamaan 1.1tersebut adalah sebagai berikut :Jika sistem melakukan kerja maka nilai W berharga positif.Jika sistem menerima kerja maka nilai W berharga negatif Jika sistem melepas kalor maka nilai Q berharga negatif Jika sistem menerima kalor maka nilai Q berharga positif Perubahan yang terjadi pada gas berada dalam keadaan tekanan tetap.Usaha yang dilakukan gas dalam proses ini memenuhi persamaan W = P ΔV = p(V2 – V1). Dengan demikian, persamaan Hukum Pertama Termodinamika untuk proses isobarik dapat dituliskan sebagai berikut.

Q = ΔU + W… 1.2

Suatu proses yang terjadi dalam sistem pada suhutetap. Besar usaha yang dilakukan sistem proses isotermal ini adalah Oleh karena ΔT = 0, menurut Teori Kinetik Gas, energi dalam sistem juga tidak berubah (ΔU = 0) karena perubahan energi dalam bergantung pada perubahan suhu.Ingatlah kembali persamaan energi dalam gas monoatomik yang dinyatakan dalam persamaan

4. HUKUM KE II TERMODINAMIKA

Hukum termodinamika II dalam pernyataan aliran kalor

"Kalor mengalir secara spontan dari suatu benda bersuhu tingg ke benda bersuhu rendah secara spontan dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya"

Hukum ke II Termodinamika dalam pernyataan tentang mesin kalor

"Tidak mungkin membuat suatu mesin kalor yang bekerja dalam satu siklus yang semata-mata menyerap kalor dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi usaha luar"

Hukum II Termodinamika dalam pernyataan entropi

"Total entropi semesta tidak berubah ketika proses reversible terjadi dan bertambah ketika proses ireversible terjadi"

Entropi

Entropi (S) adalah ukuran keacakan atau selang ketidakteraturan dalam suatu sistem. Entropi sistem meningkat ketika suatu keadaan yang teratur, tersusun dan terencana menjadi lebih tidak teratur, tersebar dan tidak terencana. Semakin tidak teratur, semakin tinggi pula entropinya. Dalam istilah yang lebih sederhana, entropi suatu sistem adalah suatu sistem dari manifestasi ketidakberaturan. Dengan kata lain entropi adalah banyaknya kalor atau energi yang tidak dapat diubah menjadi usaha
Contoh:
Pecahan gelas dan percikan air memiliki tingkat entropi lebih tinggi dibandingkan dengan gelas yang menyatu dan terisi di atas meja. Contoh lain telur yang digoreng memiliki tingkat entropi yang tinggi.
Ketika suatu sistem menyerap sejumlah kalor Q dari reservoir yang memiliki temperatur mutlak, entropi sistem tersebut akan meningkat dan entropi reservoirnya akan menurun sehingga perubahan entropi sistem dapat dinyatakan dengan persamaan
$\bg_red \large \Delta S=\frac{\Delta Q}{T}$
$\large Q= jumlah \ kalor \ (joule)$
$\large T= suhu \ (kelvin)$
$\large \Delta S= perubahan \ entropi$

Ciri proses reversible adalah perbuhan total entropi (ΔS = 0 )baik bagi sistem maupun lingkungan. Pada irreversible perubahan entropi ΔS > 0 . Proses irreversible selalu menaikan entropi semesta
$\bg_red \large \Delta S_{sistem} + \Delta S_{lingkungan}= \Delta S_{seluruhnya}\geq 0$

Contoh Soal

Gambar di samping menunjukkan bahwa 1.200 J kalor mengalir secara spontan dari reservoir panas bersuhu
600 K ke reservoir dingin bersuhu 300 K. Tentukanlah jumlah entropi dari sistem tersebut. Anggap tidak ada
perubahan lain yang terjadi.
Diketahui:
$\large Q= 1200 joule$
$\large T_{1}= 600 K$
$\large T_{2}= 300 K$
Perubahan pada reservoir panas (yang memberikan kalor diberi tanda "-")
$\large \Delta S=\frac{\Delta Q}{T_{1}}$
$\large \Delta S=\frac{-1200}{600}= - 2 \ joule /K$

Perubahan pada reservoir dingin (positif karena menerima kalor)
$\large \Delta S=\frac{Q}{T_{2}}$
$\large \Delta S=\frac{1200}{300}$
$\large \Delta S=4 \ joule / K$
Total perubahan entropi adalah jumlah aljabar perubahan entropi setiap reservoir

$\large \Delta S_{system}=-2 + 4$
$\bg_red \large \Delta S_{system}=2 \ joule/K$

Perubahan entropi reservoir adalah
$\bg_red \small \Delta S_{reservoir}=\frac{Q}{T_{1}}$
$\small \Delta S_{reservoir}=\frac{-21000}{350}$
$\small \Delta S_{reservoir}= -60 \ joule /K$
(tanda " - " menunjukkan kalor dilepas )
Perubahan entropi keseluruhan sistem adalah

$\small {\color{Blue} \Delta S _{total}= \Delta S_{air}+\Delta S_{reservoir}}$
$\small \small {\color{Blue} \Delta S _{total}= 63 - 60}$
$\small \small {\color{Blue} \Delta S _{total}= 3 \ joule/K}$

MESIN PENDINGIN

Contoh mesin pendingin adalah referigerator dan AC (air condition), dengan usaha W sejumlah kalor Q2 diambil dari reservoir bersuhu rendah T2, untuk kemudian diberikan ke reserevoir bersuhu tinggi T1 sebesar Q1.

Secara matematis ditulis dalam persamaan berikut
$\small \boldsymbol{Q_{1}=Q_{2}+ W}$
Ukuran penampilan sebuah mesin pendingin dinyatakan dengan "koefisien daya guna" yang diberi simbol "Kp"
Besarnya koefisien daya guna (Kp)
$\bg_red \small \mathbf{K_{p}=\frac{Q_{2}}{W}}$
$\bg_red \small \mathbf{K_{p}=\frac{Q_{2}}{Q_{1}-Q_{2}}}$
$\bg_red \small \mathbf{K_{p}=\frac{T_{2}}{T_{1}-T_{2}}}$

$\small \mathbf{K_{p}=koefisien \ daya \ guna}$
$\small \mathbf{Q_{1}=kalor \ yang \ diberikan \ pada \ reservoir \ tinggi }$
$\small \mathbf{Q_{2}=kalor \ yang \ diserap \ pada \ reservoir \ suhu \ rendah }$
$\small \mathbf{T_{2}=reservoir \ suhu \ rendah }$
$\small \mathbf{T_{1}=reservoir \ suhu \ tinggi }$

$\small \mathbf {W = usaha \ yang \ diperlukan }$

Contoh
Sebuah lemari es memiliki koefisien daya guna 7,0 . Tentukan suhu terendah di dalam lemari es yang dapat dicapai, jika suhu di luar adalah 30°C.
Dik:
Kp=7,0
t1= 30°C
$\small \small \mathbf{T_{1}=30+273}$
$\small \small \mathbf{T_{1}=303K}$
Ditanya: T1
$\bg_red \small \mathbf{K_{p}=\frac{T_{2}}{T_{1}-T_{2}}}$
$\small \small \mathbf{7}=\frac{T_{2}}{303-T_{2}}}$
$\small T_{2}=7.303 - 7.T_{2}$
$\small 8.T_{2}=2121$
$\small \mathbf{T_{2}=\frac{2121}{8}=265,125 \ K}$
$\small \mathbf{t_{2}=265,125 - 273 }$
$\small \mathbf{t_{2}=-7,875 \ K \sim -8 \K}$

5. APLIKASI DARI TERMODINAMIKA

Hukum termodinamika 1 adalah tentang prinsip konservasi (kekekalan) energi Bahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi energi dapat berubah bentuk Selama berinteraksi antara sistem dan sekeliling, jumlah energi yang didapat dari sekeliling harus sama dengan energi yang dilepas oleh sistem atau sebaliknya.

Energi dapat melewati batas dari suatu sistem tertutup dalam bentuk PANAS dan atau KERJA Perpindahan energi dapat terjadi bila ada perbedaan temperatur. Proses demikian disebut perpindahan energi dalam bentuk panas Definisi panas adalah bentuk energi yang dipindahkan antara 2 sistem ( atau antara sistem dengan keliling) karena perbedaan temperatur Panas akan menyebabkan kenaikan temperatur atau menambah energi.

Penerapan Hukum Termodinamika 1 Dan Aplikasinya

Didalam sistem adiabatis Q = o (nol). Q dapat direpresentasikan kedalam: a. Panas (kJ) atau (Btu) b. Perpindahan panas Q (kJ atau Btu) c. Perpindahan panas per unit massa q = Q/m (kJ/kg atau Btu/lbm) d. Laju perpindahan panas Q (kJ/s atau kW)

Aplikasi Hk. Termo I kedalam Mesin Konversi Energi

1. Sistem pembangkit tenaga uap

2. Refrigerator

3. Air Conditioner (AC)

4. Pompa kalor

5. Motor bakar (Diesel dan bensin)

untuk lebih jelas nya tentang materi ini silahkan buka:

http://www.4shared.com/file/FAh_9IFVba/tugas_fitri_Andayani_dan_Hasna.html

3 komentar:

Anonim16 Mei 2015 pukul 01.55
Mau tau cara mendapatkan uang menggunakan internet, berikut ini panduan: cara mendapatkan uang dari interntet dengan bisnis affiliasi

Beberpa tips agar lulus psikotes adalah dengan mempelajari contoh-contoh soal psikotes, diantaranya:
Contoh Soal Psikotes Bank-BUMN-Swasta
Soal-Soal CPNS Terbaru
Contoh Soal Psikotes Gambar
Contoh Soal Psikotes Pauli
Soal Psikotes dan Wawancara Kerja
Contoh soal psikotes spasial
Soal Psikotes Tes IQ Teki Teki
Soal Latihan dan Software CAT CPNS

Jika anda ingin segera memperoleh momongan sebaiknya anda memahami Cara cepat hamil dan tips cepat hamil. Anda akan di bantu oleh dokter spesialis kandungan ternama yaitu dr. Rosdiana Ramli SpOG. Beliau telah banyak membimbing orang2 agar segera memperoleh momongan.

Atau jika tertarik ingin meningkatkan pengunjung blog , kami menyediakan sejumlah backlink berkualitas, temukan di link ini: Jual Backlink PR 50 ribu. Ada juga yang gratisan tidak perlu bayar yaitu: Daftar blog dofollow auto approve terbaru.

Selamat mencoba semoga sukses.
BalasHapus
Balasan
IndigoesIKMIApps2 Juni 2018 pukul 08.26
Komentar ini telah dihapus oleh pengarang.
BalasHapus
Balasan
IndigoesIKMIApps2 Juni 2018 pukul 08.27
Usaha sebesar 2 × 103 J diberikan secara adiabatik untuk memampatkan 0,5 mol gas ideal monoatomik sehingga suhu mutlaknya menjadi 2 kali semula.
BalasHapus
Balasan

Tambahkan komentar

Jumat, 03 Januari 2014

Materi Termodinamika