09 bab8
TRANSCRIPT
179
Termodinamika
A. Usaha padaBerbagai ProsesTermodinamika
B. Hukum ITermodinamika
C. Kapasitas Kalor Gasdan SiklusTermodinamika
D. Hukum IITermodinamika
Kereta uap dapat berjalan dengan memanfaatkan energi uapyang diubah menjadi energi kinetik.
menganalisis perubahan keadaan gas ideal dengan menerapkan hukumtermodinamika.
Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu:
menerapkan konsep termodinamika dalam mesin kalor.
Hasil yang harus Anda capai:
Bab
8Sumber: Physics for Scientists and Engineers, 2000
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI180
A. Usaha pada Berbagai Proses Termodinamika1. Usaha yang Dilakukan Gas
Gambar 8.1Sistem melakukan usaha
terhadap lingkungannya.
Gambar 8.2(a) Usaha yang dilakukan
oleh sistem adalahpositif (W = p V ).
(b) Usaha yang dilakukanoleh sistem adalah
negatif (W = –p V ).
ekspansi W > 0luas = W
V
p
V1 V2
2
1
pemampatan W < 0luas = W
V1 V2V
p
2
1
ds
F = pA
p(kPa)
BA
E V(L)
C50
250
25 75D
Tes Kompetensi Awal
Contoh 8.1
Termodinamika 181
2. Usaha pada Proses yang Dialami Gas
a. Proses Isotermal
Gambar 8.3Kurva p–V dengan T konstanpada proses isotermal.
p
VV1 V2
p2
p1
Contoh 8.2
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI182
b. Proses Isokhorik
Gambar 8.5Grafik p–T pada V konstan.
p
T
Gambar 8.6Grafik p–V pada tekanan (p) konstan.
p(Pa)
V(L)V1 V2
600 K
c. Proses Isobarik
Gambar 8.7Grafik V–T pada tekanan (p) konstan.
Gambar 8.4Proses isokhorik pada grafik p–V.
p
p1
p2
VV1 = V2
Contoh 8.3
Tantanganuntuk Anda
Menurut Anda, benarkah angin itutidak mendinginkan suhu,melainkan menaikkan suhu disekitarnya?
T (suhu)
V (volume)
Termodinamika 183
d. Proses Adiabatik
Gambar 8.8Grafik p–V pada proses adiabatiklebih curam daripada prosesisotermal.
V
p
prosesadiabatik
prosesisotermik
p2
p1
V1 V2
Contoh 8.4
Contoh 8.5
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI184
Tes Kompetensi Subbab A
p(Pa)
V (dm3)
7060
10
0 200 600 800
A
Bp(Pa)
14
10
0
A
B
V (dm3)
200 500
p(Pa)
V(dm3)
A
B50
20
0 200 400 600
B. Hukum I Termodinamika
1. Pengertian Hukum I Termodinamika
Termodinamika 185
Gambar 8.9Hubungan sistem dan lingkungan.(a) Sistem menerima kalor sambil
melakukan usaha.(b) Sistem melepaskan kalor dan
pada sistem dilakukan usaha.(c) Sistem menerima kalor, tetapi
tidak melakukan kerja.(d) Sistem melakukan kerja, tetapi
tidak ada kalor yang masukataupun keluar (adiabatik).
Q+ W
+
lingkungan
sistem
lingkungan
sistem
lingkungan
lingkungan
Q W
Q W = 0
Q = 0 W
+
+
–
sistem
sistem
–
Contoh 8.6
2. Aplikasi Hukum I Termodinamika pada Proses-ProsesTermodinamika
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI186
Pembahasan Soal
Suatu sistem mengalami prosesadiabatik. Pada sistem dilakukan usaha100 J. Jika perubahan energi dalamsistem adalah U dan kalor yangdiserap sistem adalah Q, akan berlaku ....a. U = –1.000 Jb. U = 100 Jc. U = 10 Jd. Q = 0e. U + Q = – 100 J
Soal UMPTN Tahun 1994
Pembahasan:Hukum I Termodinamika:Q = U + WPada proses adiabatik, tidak ada kaloryang diterima atau diserap sistem. Jadi,Q = 0.Pada sistem dilakukan usaha W = –100 JJadi, Q = U + W 0 = U – 100 J
U =100 J
Jawaban: b
Kata Kunci• adiabatik• isobarik• isokhorik• isotermal
Tugas Anda 8.1Diskusikanlah bersama teman Anda,apakah ada proses adiabatik di alam ini?
a. Proses Isotermal
b. Proses Isokhorik
c. Proses Isobarik
d. Proses Adiabatik
Termodinamika 187
Tes Kompetensi Subbab B
p (atm)
2,0
1,5 N
0,3 0,8
U
JD
V (liter)
C. Kapasitas Kalor Gas dan Siklus Termodinamika
1. Kapasitas Kalor untuk Proses Isokhorik (V = tetap)
2. Kapasitas Kalor untuk Proses Isobarik (p = tetap)
U V T T T
Tantanganuntuk Anda
Anda pasti tahu apa termos itu.Dapatkah Anda menjelaskan carakerja termos sehingga air panasdapat tetap panas? Jelaskan haltersebut dengan konseptermodinamika.
Kata Kunci• kapasitas kalor tekanan tetap• kapasitas kalor volume tetap• konstanta Laplace
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI188
Contoh 8.7
Tantanganuntuk Anda
Anda pasti pernah mendengaristilah mesin 4 tak dan mesin 2tak. Selidikilah dan diskusikanlah,apa perbedaan di antarakeduanya? Mengapa mesin 2 takmemiliki akselerasi lebih cepatdaripada mesin 4 tak?
p
V
A
Q1
T1
B
CT2Q2
DW
Gambar 8.10Satu siklus suatu mesin Carnotmenggunakan suatu gas ideal
sebagai fluida kerja. Grafik AB danCD menampilkan proses isotermal,
grafik BC dan DA menampilkanproses adiabatik.
Sumber: Fundamental of Physics, 2001
Termodinamika 189
3. Efisiensi Mesin
a. Mesin Carnot
Gambar 8.11Siklus mesin ideal Q1 dan suhufungsi reservoir diubah seluruhnyamenjadi usaha W dengan efisiensi100%.
T1
Q1
W (= Q1)
Q2 = 0
Kata Kunci• efisiensi mesin
Gambar 8.12Perubahan kalor menjadi kerja:Q1 = kalor masuk;Q2 = kalor dilepaskan;W = usaha yang dilakukan;T1 = suhu reservoir tinggi; danT2 = suhu reservoir rendah.
T1
Q1
Q2
W
T2
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI190
b. Mesin Otto
c. Mesin Diesel
p
V
A
Q1B
C
Q2
D
Gambar 8.13Dua proses adiabatik dan dua proses
isokhorik pada siklus Otto.
Gambar 8.14Siklus diesel
p
V
A
Q1
B
C
Q2
D
Contoh 8.8
Pembahasan Soal
Sebuah mesin Carnot yangmenggunakan reservoir suhu tinggi800 K, memiliki efisiensi 40%. Agarefisiensinya naik menjadi 50%, suhureservoir suhu tinggi dinaikkanmenjadi ....a. 900 K d. 1.180 Kb. 960 K e. 1.600 Kc. 1.000 K
Soal UMPTN Tahun 1990
Pembahasan:Keadaan 1:
= 40%T
1= 800 K
= 1 – 2
1
T
T 40%
= 1 – 2
800 K
T
T2
= 480 K
Keadaan 2:= 50%
T2
= 480 K
= 1 – 2
1
T
T 50%
= 1 – 1
480 K
T
T1
= 960 K
Jawaban b
Termodinamika 191
Tes Kompetensi Subbab C
D. Hukum II TermodinamikaTokoh
Nikolaus Otto
Pada 1876, seorang warga negaraJerman, Nikolaus Otto menjadi orangpertama yang membuat dan menjualmesin 4 tak yang kemudian menjadidasar pembuatan kebanyakan mesin.Ia menamakan mesinnya Silent Ottokarena mesin tersebut mampubekerja tanpa menimbulkankebisingan. Salah satu ciri mesin 4 takadalah tekanan kompresinya. Jikabahan bakar berupa gas yangdimampatkan, akan lebih banyakenergi yang dilepaskan. Gagasan inipertama kali dikembangkan olehAlphone Beau de Rochas (1815–1891) yang berkewarganegaraanPrancis, tetapi justru Otto yangmenyukseskan ide tersebut.
Sumber: Jendela Iptek: Energi, 1997
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI192
1. Proses Reversibel dan Irreversibel
2. Mesin Pendingin (Refrigerator)
W
Q1
T1
Q2
T2
Gambar 8.15Perubahan kerja menjadi kalor.
Tantanganuntuk Anda
Mengapa AC menggunakanfreon? Apakah freon dapatdigantikan oleh gas lain?
Contoh 8.9
Termodinamika 193
Tes Kompetensi Subbab D
Rangkuman
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI194
Peta Konsep
Setelah mempelajari bab ini, Anda tentu telahmemahami Hukum I Termodinamika dan proses-prosesyang dapat terjadi di dalamnya. Adapun Hukum IITermodinamika mempelajari tentang perlunya usahaluar dan konsep kapasitas kalor pada proses-prosestermodinamika. Dari keseluruhan materi bab ini, bagian
Refleksi
manakah yang menurut Anda sulit? Coba diskusikandengan teman atau guru Fisika Anda.
Dari pemahaman yang Anda peroleh, cobasebutkan beberapa manfaat yang dapat diterapkandalam kehidupan sehari-hari.
Termodinamika 195
Tes Kompetensi Bab 8
B
p (N/m2)
A
D
2
C
4V (m3)
5
2
p (N/m2)
2
V (m3)1 2
p (N/m2)
V (m3)210
1
3
A
BC
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI196
p
V
A
Q1
B
CQ2
D
V(m3)
4 × 105
1 × 105c
a b
d
1 3
p (N/m2)
Termodinamika 197
A
B
1 4
4 × 105
p (N/m2)
V(m3)
C
D1 × 105
5
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI198
Proyek Semester 2
Viskositas
Proyek Semester 2 199
gelang satu
gelang dua
± 5 cm
y
Tabung Stokes
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI200
3
Tes Kompetensi FisikaSemester 2
60° 30°
T1
T2
T3
O
w
F1
= 8 NF
2 = 12 N
y
x (m)– 1 0 1 2 3
37°
m2 m
1
m3
53°
60°
60°
T1
T2
w
T1
T1
T3m
1
m2
60°
T2
T1
T2
45°
w = 300 N
T3
A BC D
w1 w
2
2 m 3 m1m
A
C
T
B
w = 30 N
Tes Kompetensi Fisika Semester 2 201
2
1
5 m
1 2
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI202
Tes Kompetensi Fisika Semester 2 203
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI204
k1
k2
k3
k4
M
M
Tes Kompetensi Akhir
205Tes Kompetensi Akhir
4
F (N)
s (m) pelurubalok
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI206
sumbuputar
piringan
r
30 N
4 kg
T
207Tes Kompetensi Akhir
100
25
10 60
E
B
A
C
Fm
1m
2v
2 = 20 m/s
v1 = 10 m/s
p (N/m2)
V(m3)
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI208
Bab 1 Analisis GerakTes Kompetensi Awal
Tes Kompetensi Subbab A
Tes Kompetensi Subbab B
Tes Kompetensi Subbab C
Tes Kompetensi Bab 1A. Pilihan Ganda
B. Soal Uraian
Bab 2 GayaTes Kompetensi Awal
Tes Kompetensi Subbab A
Tes Kompetensi Subbab B
Tes Kompetensi Subbab C
Tes Kompetensi Subbab D
Tes Kompetensi Bab 2A. Pilihan Ganda
Kunci Jawaban
Kunci Jawaban 209
B. Soal Uraian
Bab 3 Usaha, Energi, dan DayaTes Kompetensi Awal
Tes Kompetensi Subbab A
Tes Kompetensi Subbab B
Tes Kompetensi Subbab C
Tes Kompetensi Subbab D
Tes Kompetensi Bab 3A. Pilihan Ganda
B. Soal Uraian
Bab 4 Momentum, Impuls, dan TumbukanTes Kompetensi Awal
Tes Kompetensi Subbab A
Tes Kompetensi Subbab B
Tes Kompetensi Subbab C
Tes Kompetensi Subbab D
Tes Kompetensi Subbab E
Tes Kompetensi Subbab F
Tes Kompetensi Bab 4A. Pilihan Ganda
B. Soal Uraian
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI210
Tes Kompetensi Fisika Semester 1A. Pilihan Ganda
B. Soal Uraian
Bab 5 Gerak Rotasi dan KesetimbanganBenda Tegar
Tes Kompetensi Awal
Tes Kompetensi Subbab A
Tes Kompetensi Subbab B
Tes Kompetensi Subbab C
Tes Kompetensi Bab 5A. Pilihan Ganda
B. Soal Uraian
Bab 6 FluidaTes Kompetensi Awal
Tes Kompetensi Subbab A
Tes Kompetensi Subbab B
Tes Kompetensi Subbab C
Tes Kompetensi Bab 6A. Pilihan Ganda
B. Soal Uraian
Bab 7 Teori Kinetik GasTes Kompetensi Awal
Tes Kompetensi Subbab A
Kunci Jawaban 211
Tes Kompetensi Subbab B
Tes Kompetensi Subbab C
Tes Kompetensi Bab 7A. Pilihan Ganda
B. Soal Uraian
Bab 8 TermodinamikaTes Kompetensi Awal
Tes Kompetensi Subbab A
Tes Kompetensi Subbab B
Tes Kompetensi Subbab C
Tes Kompetensi Subbab D
Tes Kompetensi Bab 8A. Pilihan Ganda
B. Soal Uraian
Tes Kompetensi Fisika Semester 2A. Pilihan Ganda
B. Soal Uraian
Tes Kompetensi AkhirA. Pilihan Ganda
B. Soal Uraian
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI212
ApendiksSimbol-Simbol Matematika
Rumus Trigonometri
Turunan Fungsi-Fungsi Tertentu
Rumus-Rumus Integrasi
213Apendiks
Satuan-Satuan Dasar
Satuan-Satuan Turunan
Data Terestrial
Data Astronomi
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XI214
Konstanta Fisika
Faktor-Faktor Konversi