L. TERMODINAMIKA.pdf PDF

Preview

Summary

` Termodinamika: ilmu yang menghubungkan panas dengan mekanika. ` Topik utama yang akan kita bahas adalah pemanfaatan energi yang dihasilkan akibat adanya proses dalam gas untuk menghasilkan kerja. Keseimbangan panas Jika tidak ada pertukaran kalor antara dua benda tersebut saat keduanya disentuhka...

Description

`

Termodinamika: ilmu yang menghubungkan panas dengan mekanika.

`

Topik utama yang akan kita bahas adalah pemanfaatan energi yang dihasilkan akibat adanya proses dalam gas untuk menghasilkan kerja.

Keseimbangan panas Jika tidak ada pertukaran kalor antara dua benda tersebut saat keduanya disentuhkan. Kondisi ini hanya dapat dicapai jika suhu kedua benda sama. Sebab perpindahan kalor terjadi karena adanya perbedaan suhu Hukum ke 0 Jika benda A berada dalam keseimbangan ese ba ga pa panas as de dengan ga benda B dan Benda B berada dalam keseimbangan panas dengan benda C Maka, Benda A berada dalam keseimbangan panas dengan benda C

`

Sistem adalah bagian yang sedang kita kaji/selidiki

`

Lingkungan semua bagian alam di luar sistem

Ketika pemuaian gas dalam silinder maka : ™ Sistem adalah gas dalam silinder ™ Lingkungan adalah silinder beserta semua bagian alam di sekelilingnya Ketika membahas pemuaian gas dalam silinder dan proses penyerapan dan pelepasan panas oleh silinder, maka : ™ Sistem adalah gas dan silinder ™ Lingkungan seluruh bagian alam di luar silinder

Proses peristiwa perubahan keadaan gas dari satu keadan awal ke satu keadaan akhir. Misal variabel awal P1, V1, T1. selanjutnya variabel menjadi P2, V2, T2, maka k dikatakan dik k gas telah l h melewati l i suatu proses ` ` `

Proses Adiabatik d b k Proses adiabatik, tidak terjadi pertukalar kalor antara sistem dan lingkungan Proses Diatermik Pada proses ini kalor diijinkan berpindah dari sistem ke lingkungan g g dan sebaliknya y Proses Kuasistatik Jika proses yang terjadi berlangsung sangat lambat, a bat, maka a a set setiap ap saat kita ta dapat menganggap e ga ggap gas seolah-olah berada dalam keadaan statik

Misalkan gas dalam wadah memiliki tekanan P. Maka gas tersebut melakukan gaya dorong pada semua bagian wadah. Jika gas mengalami perubahan volum, maka ada bagian wadah yang berpindah. Bagian wadah berpindah keluar jika volum gas bertambah dan berpindah ke dalam jika volum gas berkurang. Karena bagian tersebut mendapat gaya, maka perpindahan bagian wadah menunjukkan adanya kerja yang dilakukan gas Usaha yang dilakukan gas untuk memindahkan piston Tetapi, , yaitu perubahan volum gas. Dengan demikian, usaha yang dilakukan gas adalah

Usaha yang dilakukan lingkungan pada sistem adalah negatif dari nilai tersebut. Jadi kerja selama proses didefiniskan sebagai

Proses Isokhorik Adalah proses perubahan sistem pada volum konstan. Karena sistem tidak mengalami perubahan volum, maka usaha yang dilakukan sistem sama dengan nol =0

Proses Isobarik Adalah proses pada tekanan konstan. Usaha yang dilakukan sistem adalah

Proses Adiabatik Proses perubahan keadaan sistem tanpa adanya pertukaran kalor antara sistem dan lingkungan

Proses Isotermal Proses perubahan keadaan sistem pada suhu konstan

Untuk menentukan kerja selama proses, kita dib dibantu oleh l h diagram di P V Kerja P-V. K j yang dilakukan dil k k ketika gas mengalami proses dari keadaan A ke g negatif g luas daerah keadaan B, Wab sama dengan di bawah kurva antara A dan B

Untuk kurva yang sembarang, luas daerah di bawah kurva dihitung dengan integral integral. Jadi kerja yang dilakukan lingkungan untuk mengubah sistem gas dari keadaan A ke keadaan B adalah

Sebanyak 1,5 mol gas dalam wadah mengalami pemuaian isobarik pada tekanan 2 x 105 Pa. Suhu awal gas adalah 300 K dan suku akhirnya 600 K. Berapakah usaha selama proses? Jawab Luas daerah di bawah kurva adalah . Dengan demikian, kerja selama proses adalah

Kita tentukan dulu V1 dan V2, pada T1 = 300K Pada suhu T2 Kerja selama proses

Hukum I Termodinamika merupakan hukum kekekalan energi yang diterapkan pada sistem termodinamika. termodinamika `

` `

Misal energi dalam awal U1 dan energi dalam akhir U2, maka perubahan Misalkan pada gas dilakukan kerja oleh lingkungan sebesar W Misalkan juga terjadi aliran masuk kalor ke dalam gas sebesar Q Karena energi harus kekal maka pertambahan energi dalam gas hanya terjadi karena adanya kerja yang dilakukan lingkungan pada gas dan adanya aliran masuk kalor ke dalam gas

Ketika menerapkan hukum I termodinamika, kita harus memperhatikan tanda dengan seksama. P j ji tanda Perjanjian d ` ` ` ` ` `

Positif jika energi dalam yang dimilik gas bertambah Negatif jika energi dalam yang dimiliki gas berkurang Positif jika lingkungan melakukan kerja pada gas (sistem) Negatif g jjika g gas (sistem) ( ) melakukan kerja j p pada lingkungan g g Positif jika kalor mengalir masuk dari lingkungan ke gas (sistem) Negatif jika kalor mengalir keluar dari gas (sistem) ke lingkungan

Dalam suatu proses isobarik, isobarik volume gas berubah dari 1 L mejadi 2 L. Tekanan gas pada p proses tersebut adalah 105 Pa. Jika p kalor masuk ke dalam gas sebanyak 500 J. Berapa perubahan energi dalam gas Jawab Karena kalor masuk maka

Kerja isobarik : Berdasarkan hukum I termodinamika

Ketika menyerap kalor, sebanyak 0,2 mol gas monoatomik mengalami proses isokhorik hingga suhunya berubah dari 100°C menjadi 300°C. Berapakah kalor yang terlibat? Apakah kalor tersebut masuk ke gas atau keluar dari gas?

Jawab Informasi yang diberikan . Pada P d proses isokhorik, i kh ik volum l konstan, sehingga W = 0. Dengan hukum I termodinamika didapat . Untuk gas monoatomik energi dalam memenuhi Sehingga

Kapasitas kalor didefinisikan sebagai kalor yang diserap/dilepas per satuan perubahan suhu, atau

Kerja total selama satu siklus Kurva Siklus

Gas ideal melakukan proses seperti pada gambar berikut ini 13.12. Hitung kerja

Jawab Pertama, kita hitung kurva g luas daerah yang g dilingkupi g Kerja selama satu siklus sama dengan negatif luas daerah tersebut, yaitu

Sebanyak 0,1 mol gas yang memiliki tekanan 2 x 105 Pa dan volum 2 L, 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

Jawab Berdasarkan informasi di soal, keadaan awal gas : Gas melakukan proses isokhorik ke keadaan B sehingga gg tekanannya menjadi j dua kali lipat Dari B gas melakukan proses isobarik ke C sehingga volum menjadi setengahnya Maka setengahnya. Dari C keadaan kembali ke A, untuk arah proses yang berlawanan jarum jam jam, luas daerah diberi tanda negatif

Q1 jumlah kalor yang diserap dari reservoir panas, Q2 jjumlah kalor y yang g dibuang g ke reservoir dingin, dan W kerja yang dilakukan

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

Sebanyak 0,1 mol gas monoatomik mengalami proses sebagai berikut

Tentukan a) Kalor yang disedot dari reservoir panas b) Kalor yang dibuang ke reservoir dingin c) Kerja yang dihasilkan d) Efisiensi mesin

Jawab Untuk diketahui Mesin menyerap kalor jika Q berharga positif Mesin membuang kalor jika Q berharga negatif i) Proses A – B adalah isokhorik

ii)) Proses B-C adalah isobarik

QAB + Æ kalor disedot dari reservoir panas

iii) Proses C – D adalah isokhorik sehingga

iv) Proses D – A adalah isobarik sehingga

Nilai Q negatif juga menunjukkan bahwa selama proses DA diserahkan kalor ke reservoir dingin. Kalor total yang diserap dari reservoir panas Q1 = QAB+QBC=150+1250=1400 J

Besarnya kalor yang dibuang ke reservoir dingin

Kerja yang dilakukan

Efisiensi mesin

Mesin Carnot adalah mesin yang paling sempurna. Namun mesin Carnot hanya mesin yang ada

dalam teori Proses AB dan CD adalah isobarik dan proses BC C dan d DA adalah d l h isotermall Kalor diserap pada suhu tinggi pada BC dan kalor dibuang ke suhu rendah pada DA. Efisiensi mesin Carnot adalah

Efisiensi sebuah mesin Carnot adalah 60%. Jika reservoir bersuhu rendah memiliki suhu 50 C, berapakah suhu reservoir reser oir bersuhu bers h tinggi ? Jawab Diinformasikan di soal

Makin besar koefisien unjuk kk kerja maka k makin baik mesin tersebut, karena dengan kerja tertentu yang diberikan dapat menurunkan suhu lebih rendah

Proses ini hanya dapat berlangsung jika diberikan kerja dari luar, karena kalor tidak dapat mengalir secara spontan dari tempat p bersuhu rendah ke tempat bersuhu tinggi

Dengan hukum kekekalan energi maka berlaku

Untuk pendingin ideal yang bekerja pada siklus Carnot, dapat diunkapkan unjuk j k kerja k j

Suhu kumparan pendingin pada lemari es adlaah -15C sedangkan suhu reservoir pembuangan adalah 30C. Berapakah koefisien j kerja j maksimum lemari es tersebut unjuk Jawab Dengan menggunakan persamaan unjuk kerja mesin pendingin di i maka k

Heat pump atau pompa panas digunakan untuk menghasilkan panas. Untuk itu pompa panas bekerja dengan menyedot kalor dari reservoir dingin dan membuangnya ke reservoir panas. Agar proses ini berlangsung maka diperlukan p kerja j luar Untuk itu, efisiensi heat pump didefinisikan...