Fisika Umum (MA-301)Topik hari ini (minggu 5) Topik hari ini (minggu 5)Kalor dan Hukum Termodinamika Kalor dan Hukum TermodinamikaKalor Kalor Kalor KalorHukum Ke Nol Termodinamika Hukum Ke Nol TermodinamikaJika benda A dan B secara terpisah berada dalam kesetimbangan termal dengan benda ketiga C, maka A dan B dalam kesetimbangan termal satu sama lainMemungkinkan untuk memperkenalkan konsep temperaturSkala Temperatur Skala TemperaturTermometer dapat di kalibrasi denganTermometer dapat di kalibrasi dengan menempatkannya dalam kontak termalmenempatkannya dalam kontak termal dengan suhu lingkungan yang dijagadengan suhu lingkungan yang dijaga konstan. konstan. konstan. konstan. Lingkungan bisa berupa campuran es dan airLingkungan bisa berupa campuran es dan air dalam kesetimbangan termaldalam kesetimbangan termal Juga bisadigunakan air dan uap dalamJuga bisadigunakan air dan uap dalam kesetimbangan termal kesetimbangan termalSkala CelsiusSkala Celsius Suhu dari campuran es dan air ditetapkanSuhu dari campuran es dan air ditetapkan pada 0 C pada 0 C Nilai ini adalahNilai ini adalah titik beku titik beku air airSuhu campuran air dan uap ditetapkan padaSuhu campuran air dan uap ditetapkan padaSuhu campuran air dan uap ditetapkan padaSuhu campuran air dan uap ditetapkan pada 100 C 100 C Nilai ini adalahNilai ini adalah titik didih titik didih air airSelang antara titik Selang antara titik- -titik ini dibagi menjadititik ini dibagi menjadi 100 bagian100 bagian Skala Kelvin Skala KelvinKetika tekanan gas menuju nol, suhunyaKetika tekanan gas menuju nol, suhunya adalahadalah 273.15 C 273.15 CSuhu ini disebutSuhu ini disebut nol mutlak nol mutlakTitik ini merupakan titik nol dari skala Kelvin Titik ini merupakan titik nol dari skala Kelvin Titik ini merupakan titik nol dari skala Kelvin Titik ini merupakan titik nol dari skala Kelvin 273.15 C = 0 K 273.15 C = 0 KUntuk mengubah:Untuk mengubah: TTCC = T = TKK 273.15 273.15Beberapa SuhuBeberapa Suhu Kelvin KelvinBeberapa mewakiliBeberapa mewakili suhu Kelvinsuhu Kelvin Catatan, skala iniCatatan, skala ini logaritmik logaritmik logaritmik logaritmikNol mutlak tidakNol mutlak tidak pernah tercapai pernah tercapaiSkala Fahrenheit Skala FahrenheitSkala yang banyak digunakan dalam USA Skala yang banyak digunakan dalam USASuhu titik beku adalah 32 Suhu titik beku adalah 32Suhu titk didih adalah 212 Suhu titk didih adalah 212Titiknya dibagi menjadi 180 bagian Titiknya dibagi menjadi 180 bagian Titiknya dibagi menjadi 180 bagian Titiknya dibagi menjadi 180 bagianPerbandingan Skala Suhu Perbandingan Skala Suhu273.15932C KT TT T= = +932595F CF CT TT T= + = Pemuaian TermalPemuaian Termal Pemuaian termal sebuah benda adalahPemuaian termal sebuah benda adalah konsekuensi dari perubahan jarak rata konsekuensi dari perubahan jarak rata- -rata antararata antara atom atau molekul atom atau molekulPada suhu kamar, molekul bervibrasi denganPada suhu kamar, molekul bervibrasi dengan amplitudo yang kecil amplitudo yang kecil amplitudo yang kecil amplitudo yang kecilDengan pertambahan suhu, amplitudo punDengan pertambahan suhu, amplitudo pun bertambah bertambah Hal ini menyebabkan seluruh bagian benda memuai Hal ini menyebabkan seluruh bagian benda memuaiPemuaian Linier (Luas, Volume) Pemuaian Linier (Luas, Volume)Untuk perubahan suhu yang kecil Untuk perubahan suhu yang kecilKoefisien pemuaian linier,Koefisien pemuaian linier, , bergantung pada, bergantung pada t L Lo = Koefisien pemuaian linier,Koefisien pemuaian linier, , bergantung pada, bergantung pada bahan bahanDalam dua dimensi (luas pemuaian) Dalam dua dimensi (luas pemuaian) dan dalam tiga dimensi (volume pemuaian) dan dalam tiga dimensi (volume pemuaian) 2 , = = t A Ao = == = = == = 3 padat zatuntuk t V Vo,Contoh ContohSebuah kabel telepon yang terbuat dari tembaga memiliki panjang 35.0 m pada musim dingin ketika temperaturnya 20.0C. Berapa pertambahan panjangnya ketika berada dalam musim panas yang temperaturnya 35.0C? Asumsikan koefisien muai panjang konstan. Asumsikan koefisien muai panjang konstan.Anomali Air Anomali Air Pada saat suhu air meningkat dari 0C sampai 4 C, airPada saat suhu air meningkat dari 0C sampai 4 C, air menyusut dan kerapatannya bertambah menyusut dan kerapatannya bertambah Diatas 4 C, air menunjukan pemuaian yang sesuai denganDiatas 4 C, air menunjukan pemuaian yang sesuai dengan peningkatan suhu peningkatan suhu Kerapatan maksimum dari air adalah 1000 kg/m Kerapatan maksimum dari air adalah 1000 kg/m33pada 4 Cpada 4 C Pertanyaan Pertanyaan Pada musim dingin, permukaan danauPada musim dingin, permukaan danau membeku, tetapi bagian bawah danaumembeku, tetapi bagian bawah danau masih berwujud cair, mengapa ini bisamasih berwujud cair, mengapa ini bisa terjadi?, apakah makhluk hidup masih bisaterjadi?, apakah makhluk hidup masih bisaterjadi?, apakah makhluk hidup masih bisaterjadi?, apakah makhluk hidup masih bisa bertahan pada kondisi seperti ini! bertahan pada kondisi seperti ini!Energi dalam Proses Termal Energi dalam Proses TermalEnergi Internal vs. Kalor Energi Internal vs. KalorEnergi internal Energi internal, U, adalah energi yang, U, adalah energi yang diasosiasikan dengan komponen mikroskopik daridiasosiasikan dengan komponen mikroskopik dari sistem sistem Termasuk energi kinetik dan potensial diasosiasikanTermasuk energi kinetik dan potensial diasosiasikan dengan gerak translasi, rotasi dan vibrasi acak daridengan gerak translasi, rotasi dan vibrasi acak daridengan gerak translasi, rotasi dan vibrasi acak daridengan gerak translasi, rotasi dan vibrasi acak dari atom atau molekul atom atau molekul Juga termasuk energi potensial interaksi antar molekul Juga termasuk energi potensial interaksi antar molekulKalor Kalor adalah energi yang ditransfer antara sistemadalah energi yang ditransfer antara sistem dan lingkungan karena perbedaan suhu antaradan lingkungan karena perbedaan suhu antara keduanya keduanya Simbol kalor adalahSimbol kalor adalah QQSatuan dari Kalor Satuan dari Kalor Kalori Kalori Sebuah satuan historis, sebelum hubungan antaraSebuah satuan historis, sebelum hubungan antara termodinamika dan mekanika dikenal termodinamika dan mekanika dikenal SatuSatu kalori kalori adalah jumlah energi yang diperlukan untukadalah jumlah energi yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram air dari 14.5 menaikkan suhu 1 gram air dari 14.5 C menjadi 15.5 C menjadi 15.5 C . C .Satu Kalori (kalori makanan) adalah 1000 kal Satu Kalori (kalori makanan) adalah 1000 kalSatuanSatuan SI SI Joule (J) Joule (J)CGS CGS Kalori (kal) Kalori (kal)USA & UK USA & UK BTU (btu) BTU (btu)Satu Kalori (kalori makanan) adalah 1000 kal Satu Kalori (kalori makanan) adalah 1000 kal Joule Joule 1 kal = 4,186 J 1 kal = 4,186 J Ini dinamakanIni dinamakan Kalor Ekivalen Mekanik Kalor Ekivalen Mekanik BTU BTU (US Customary Unit) (US Customary Unit) BTU singkatan dari British Thermal Unit BTU singkatan dari British Thermal Unit SatuSatu BTU BTU adalah energi yang diperlukan untuk menaikkan adalah energi yang diperlukan untuk menaikkansuhu 1 pon (lb) air dari 63 suhu 1 pon (lb) air dari 63 F menjadi 64 F menjadi 64 FF 1 BTU = 252 kal = 1,054 kJ 1 BTU = 252 kal = 1,054 kJKalor Jenis Kalor JenisSetiap zat memerlukanSetiap zat memerlukan sejumlah sejumlah energi per satuanenergi per satuan massa yang berbeda untuk mengubah suhunyamassa yang berbeda untuk mengubah suhunya sebesar 1 sebesar 1 CC Berbanding lurus dengan massa (jadi, per satuanBerbanding lurus dengan massa (jadi, per satuan massa) massa) massa) massa)Kalor Jenis, c, Kalor Jenis, c, dari suatu zat adalah ukuran daridari suatu zat adalah ukuran dari jumlah jumlah ini iniT mQc=Satuan SatuanSI SI Joule/kgJoule/kg C (J/kgC (J/kg C) C)CGS CGS Kalori/gKalori/g C (kal/gC (kal/g C ) C )Catatan: Kalor dan Kalor Jenis Catatan: Kalor dan Kalor JenisQ = m c T Q = m c T T adalahT adalah suhu akhir suhu akhir dikurangidikurangi suhu awal suhu awal Ketika suhu naik, T danKetika suhu naik, T dan Q adalah positifQ adalah positif Ketika suhu naik, T danKetika suhu naik, T dan Q adalah positifQ adalah positif maka energi masuk ke sistem maka energi masuk ke sistem Ketika suhu turun, T danKetika suhu turun, T dan Q adalahQ adalah negatif maka energi keluar sistem negatif maka energi keluar sistemKonsekuensi dari PerbedaanKonsekuensi dari Perbedaan Kalor Jenis Kalor JenisAir Air memiliki kalor jenismemiliki kalor jenis yang lebihyang lebih tinggitinggi dibandingkandibandingkan daratan daratanPada hari yang panas,Pada hari yang panas, udara di atas daratanudara di atas daratanudara di atas daratanudara di atas daratan panas lebih cepat panas lebih cepatUdara panas mengalirUdara panas mengalir ke atas dan udarake atas dan udara yang dingin bergerakyang dingin bergerak menuju pantai menuju pantaiC kg J cC kg J cO HSioo41867002==Apa yang terjadi pada malam hari?AirPantaiPertanyaan PertanyaanApa yang terjadi pada malam hari?a. samab. kebalikanc. bukan keduanyaBagaimana menentukan kalor jenis?AirPantaiKalorimeter KalorimeterCara untuk menentukan kalor jenis suatuCara untuk menentukan kalor jenis suatu zat dinamakanzat dinamakan Kalorimetri KalorimetriKalorimeter Kalorimeter adalah sebuah wadah yangadalah sebuah wadah yang terbuat dari bahan isolator yang baik yangterbuat dari bahan isolator yang baik yangterbuat dari bahan isolator yang baik yangterbuat dari bahan isolator yang baik yang memungkinkan kesetimbangan termalmemungkinkan kesetimbangan termal terjadi antara zat tanpa adanya energiterjadi antara zat tanpa adanya energi yang hilang ke lingkungan yang hilang ke lingkunganKalorimetri KalorimetriAnalisis yang dilakukan dengan menggunakanAnalisis yang dilakukan dengan menggunakan kalorimeter kalorimeterKekekalan energi diaplikasikan pada sistem tertutup Kekekalan energi diaplikasikan pada sistem tertutupEnergi yang keluar dari zat yang lebih panas samaEnergi yang keluar dari zat yang lebih panas samaEnergi yang keluar dari zat yang lebih panas samaEnergi yang keluar dari zat yang lebih panas sama dengan energi yang diserap oleh air dengan energi yang diserap oleh airQQpanas panas== - -QQdingin dinginMetode Transfer Kalor Metode Transfer KalorDiperlukan untuk mengetahui laju energiDiperlukan untuk mengetahui laju energi yang ditransfer yang ditransferDiperlukan untuk mengetahui mekanismeDiperlukan untuk mengetahui mekanisme yang bertanggungjawab pada prosesyang bertanggungjawab pada prosesyang bertanggungjawab pada prosesyang bertanggungjawab pada proses transfer transferMetodenya meliputi Metodenya meliputi Konduksi Konduksi Konveksi Konveksi Radiasi Radiasi1. Konduksi 1. KonduksiProses transfer dapat ditinjau pada skalaProses transfer dapat ditinjau pada skala atom atom Pertukaran energi antara partikel Pertukaran energi antara partikel- -partikelpartikel mikroskopik akibat tumbukan mikroskopik akibat tumbukan mikroskopik akibat tumbukan mikroskopik akibat tumbukan Partikel yang energinya lebih rendahPartikel yang energinya lebih rendah memperoleh tambahan energi selama prosesmemperoleh tambahan energi selama proses tumbukan dari partikel yang energinya lebihtumbukan dari partikel yang energinya lebih besar besarLaju konduksi bergantung pada sifat zat Laju konduksi bergantung pada sifat zatContoh konduksi Contoh konduksi Vibrasi molekul disekitarVibrasi molekul disekitar posisi kesetimbanganposisi kesetimbangan Partikel yang lebih dekatPartikel yang lebih dekat dengan api bervibrasidengan api bervibrasi dengan amplitudo yangdengan amplitudo yangdengan amplitudo yangdengan amplitudo yang lebih besar lebih besar Menumbuk partikelMenumbuk partikel tetangga dan mentransfertetangga dan mentransfer energi energi Akhirnya, energi menjalarAkhirnya, energi menjalar ke seluruh batang ke seluruh batangKonduksi dapat terjadi hanya jikaKonduksi dapat terjadi hanya jika terdapat perbedaan suhu antara duaterdapat perbedaan suhu antara dua bagian dari medium pengkonduksi bagian dari medium pengkonduksiKonduksi (lanjutan) Konduksi (lanjutan)Pada lempenganPada lempengan memungkinkan energimemungkinkan energi mengalir dari daerahmengalir dari daerah bersuhu tinggi kebersuhu tinggi ke daerah yang bersuhudaerah yang bersuhudaerah yang bersuhudaerah yang bersuhu lebih rendah lebih rendahLT TkAtQPc h = =Aliran kalor Konduktivitas termalKonduksi (lanjutan) Konduksi (lanjutan)A adalah luas penampang A adalah luas penampangL = x adalah ketebalan lempengan atauL = x adalah ketebalan lempengan atau panjang batang panjang batangP dalam Watt, Q dalam Joule dan t dalamP dalam Watt, Q dalam Joule dan t dalam sekon sekonk adalahk adalah konduktivitas termal konduktivitas termal dari material dari material Konduktor yang baik memiliki nilai k yang tinggiKonduktor yang baik memiliki nilai k yang tinggi dan isulator yang baik memiliki nilai k yang rendah dan isulator yang baik memiliki nilai k yang rendah2. Konveksi 2. KonveksiTransfer energi akibat pergerakan dari zat Transfer energi akibat pergerakan dari zat Ketika pergerakan dihasilkan dari perbedaanKetika pergerakan dihasilkan dari perbedaan kerapatan, disebutkerapatan, disebut konveksi alami konveksi alami Ketika pergerakan didorong/dipaksa olehKetika pergerakan didorong/dipaksa oleh Ketika pergerakan didorong/dipaksa olehKetika pergerakan didorong/dipaksa oleh gaya, disebutgaya, disebut konveksi terpaksa konveksi terpaksa Pergerakan molekul Pergerakan molekul- -molekul air pada suatumolekul air pada suatu wadah yang dipanaskan wadah yang dipanaskanContoh konveksi Contoh konveksiContoh konveksi Contoh konveksiUdara di atas apiUdara di atas api dipanaskan dandipanaskan dan mengembang mengembangKerapatan udaraKerapatan udaraKerapatan udaraKerapatan udara menurun menurunMassa dari udaraMassa dari udara memanasi tangan memanasi tanganAplikasi: Aplikasi: Radiator Radiator Mesin pendingin mobil Mesin pendingin mobilPertanyaan Pertanyaan Mengapa udara yang hangat/panasMengapa udara yang hangat/panas bergerak naik? bergerak naik? Mengapa di puncak gunung terasa dingin? Mengapa di puncak gunung terasa dingin?Mengapa udara yangMengapa udara yangMengapa udara yangMengapa udara yang mengembang/memuai, terasa dingin? mengembang/memuai, terasa dingin?3. Radiasi 3. RadiasiRadiasi tidak memerlukan kontak fisik Radiasi tidak memerlukan kontak fisikSemua benda meradiasikan energi secaraSemua benda meradiasikan energi secara kontinu dalam bentuk gelombangkontinu dalam bentuk gelombang elektromagnetik akibat dari vibrasi termalelektromagnetik akibat dari vibrasi termalelektromagnetik akibat dari vibrasi termalelektromagnetik akibat dari vibrasi termal molekul molekulLaju radiasi diberikan olehLaju radiasi diberikan oleh Hukum Stefan Hukum StefanContoh Radiasi Contoh RadiasiGelombang elektromagnetik membawa energiGelombang elektromagnetik membawa energi dari api ke tangan dari api ke tanganTidak ada kontak fisik yang diperlukan Tidak ada kontak fisik yang diperlukanAplikasi dari Radiasi Aplikasi dari RadiasiPakaian Pakaian Kain hitam merupakan absorper yang baik Kain hitam merupakan absorper yang baik Kain putih merupakan reflektor yang baik Kain putih merupakan reflektor yang baikTermograpi Termograpi Termograpi Termograpi Jumlah energi yang diradiasikan oleh benda dapatJumlah energi yang diradiasikan oleh benda dapat diukur menggunakan termograp diukur menggunakan termograpSuhu Badan Suhu Badan Termometer radiasi mengukur intensitas dari radiasiTermometer radiasi mengukur intensitas dari radiasi infra merah dari gendang telinga infra merah dari gendang telingaPertanyaan PertanyaanPenggunaan sekat fiberglas di dinding luar sebuah gedung dimaksudkan untuk meminimalisasi transfer kalor yang melalui proses.a. konduksib. radiasi b. radiasic. konveksid. penguapanJawab aPenghambat Transfer Energi Penghambat Transfer EnergiTermos TermosDidisain untuk meminimalisasiDidisain untuk meminimalisasi transfer energi transfer energiRuang antara dinding Ruang antara dinding- -dinding didinding di kosongkan untuk mengurangikosongkan untuk mengurangikosongkan untuk mengurangikosongkan untuk mengurangi konduksi dan konveksi konduksi dan konveksiPermukaan perak untukPermukaan perak untuk mengurangi radiasi mengurangi radiasiUkuran leher termos di reduksi Ukuran leher termos di reduksiPemanasan Global Pemanasan GlobalContoh Greenhouse Contoh Greenhouse Cahaya tampak diabsorpsi dan diemisikanCahaya tampak diabsorpsi dan diemisikan kembali sebagai radiasi infra merah kembali sebagai radiasi infra merah Arus konveksi dicegah oleh kaca Arus konveksi dicegah oleh kacaArus konveksi dicegah oleh kaca Arus konveksi dicegah oleh kacaAtmosfer bumi juga merupakan transmiterAtmosfer bumi juga merupakan transmiter yang baik bagi cahaya tampak dan absorperyang baik bagi cahaya tampak dan absorper yang baik bagi radiasi infra merah yang baik bagi radiasi infra merahTransisi Fasa Transisi FasaES ES ES ES AIR AIR AIR AIR UAP UAP UAP UAPTambahTambah panas panasTambahTambah panas panasTambahTambah panas panasTambahTambah panas panasTiga jenis keadaan materi (plasma adalah jenis yang lain) Tiga jenis keadaan materi (plasma adalah jenis yang lain) Tiga jenis keadaan materi (plasma adalah jenis yang lain) Tiga jenis keadaan materi (plasma adalah jenis yang lain)Perubahan Fasa Perubahan FasaPerubahan fasa terjadi ketika sifat fisisPerubahan fasa terjadi ketika sifat fisis dari zat berubah dari bentuk yang satudari zat berubah dari bentuk yang satu ke bentuk yang lain ke bentuk yang lain ke bentuk yang lain ke bentuk yang lainPerubahan fasa diantaranya: Perubahan fasa diantaranya: Padat ke cairPadat ke cair mencair mencair Cair ke gasCair ke gas menguap menguapPerubahan fasa termasukPerubahan fasa termasuk perubahanperubahan energi internal energi internal,, tapi suhu tidak berubah tapi suhu tidak berubahKalor Laten Kalor Laten Selama perubahan fasa, jumlah kalor yangSelama perubahan fasa, jumlah kalor yang dilepaskan adalah dilepaskan adalah Q = m L Q = m L L adalahL adalah kalor laten kalor laten dari zat dari zat Laten artinya tersembunyi Laten artinya tersembunyi Pilih tanda positif jika menambahkan energi padaPilih tanda positif jika menambahkan energi pada sistem dan tanda negatif jika energi dipindahkan darisistem dan tanda negatif jika energi dipindahkan dari sistem sistem Kalor laten peleburan Kalor laten peleburan digunakan untuk pencairandigunakan untuk pencairan atau pembekuan atau pembekuan Kalor laten penguapanKalor laten penguapan digunakan untuk penguapandigunakan untuk penguapan atau pengembunan atau pengembunanGrafik Perubahan dari Es menjadi Uap Grafik Perubahan dari Es menjadi UapEvaporasi dan Kondensasi Evaporasi dan KondensasiEvaporasi Evaporasi adalah perubahan keadaan zat dariadalah perubahan keadaan zat dari wujud cair menjadi wujud gas dimana terjadinyawujud cair menjadi wujud gas dimana terjadinya pada permukaan zat cair pada permukaan zat cair Evaporasi adalah proses pendinginan Evaporasi adalah proses pendinginanKondensasi Kondensasi adalah kebalikan dari prosesadalah kebalikan dari proses evaporasi, yaitu evaporasi, yaitu perubahan keadaan zat dariperubahan keadaan zat dari wujud gas menjadi wujud cair wujud gas menjadi wujud cair Kondensasi adalah proses pemanasan Kondensasi adalah proses pemanasanPertanyaan Pertanyaan Mengapa ketika akan turun hujan udaraMengapa ketika akan turun hujan udara terasa panas? terasa panas? Mengapa udara panas banyak mengandungMengapa udara panas banyak mengandung uap air? uap air? uap air? uap air?Termodinamika Termodinamika Termodinamika TermodinamikaHukum Pertama Termodinamika Hukum Pertama Termodinamika BerdasarkanBerdasarkan KonservasiKonservasi Energi Energi dalam proses termal,dalam proses termal, maka: maka: QQpanas panasUPanas masuk Usaha keluarpanas panasPositif jika energi berpindahPositif jika energi berpindah keke dalamdalam sistemsistem WWUsaha Usaha Positif jika usaha yangPositif jika usaha yang dilakukandilakukan oleholeh sistem padasistem pada sekitarnya. sekitarnya. UUEnergi dalam Energi dalamPositif jika temperatur naik.Positif jika temperatur naik. UQ Positif W Positif U = Q WQ= U + WHukum Pertama Termodinamika Hukum Pertama TermodinamikaHubungan antara U, W, dan Q dapatHubungan antara U, W, dan Q dapat dinyatakan sebagai berikut dinyatakan sebagai berikutU = U U = Uf f UUii= Q + ( = Q + (- - W) W) U = U U = Uf f UUii= Q + ( = Q + (- - W) W)Q= U + W Q= U + WPanas neto yang ditambahkan pada suatuPanas neto yang ditambahkan pada suatu sistem sama dengan perubahan energisistem sama dengan perubahan energi dalam sistem ditambah usaha yangdalam sistem ditambah usaha yang dilakukan oleh sistem. dilakukan oleh sistem.Aplikasi hukum PertamaAplikasi hukum Pertama Termodinamika Termodinamika1. Sistem Terisolasi 1. Sistem TerisolasiSebuahSebuah sistem terisolasi sistem terisolasi tidak dapattidak dapat berinteraksi dengan sekitar.berinteraksi dengan sekitar. Tidak ada perpindahan energi yangTidak ada perpindahan energi yang terjadi dan tidak ada usaha yangterjadi dan tidak ada usaha yang dilakukan.dilakukan. Oleh karena itu energi dalam padaOleh karena itu energi dalam pada sistem terisolasi menjadi konstan.sistem terisolasi menjadi konstan. Aplikasi Hukum PertamaAplikasi Hukum Pertama Termodinamika Termodinamika2. Proses Siklus 2. Proses SiklusProses siklus adalah suatu proses dimanaProses siklus adalah suatu proses dimana keadaan awal dan keadaan akhir sama.keadaan awal dan keadaan akhir sama. UUf f= U = Uiidan Q =dan Q = - -WWJumlah usaha yang dikerjaan oleh gas pada Jumlah usaha yang dikerjaan oleh gas padasetiap siklus sama dengan luas area disetiap siklus sama dengan luas area di dalam kurva tertutup yang digambarkandalam kurva tertutup yang digambarkan pada diagram PV.pada diagram PV. 3. Proses Isotermal 3. Proses Isotermal Isotermal berarti temperaturIsotermal berarti temperatur konstan konstan Silinder Dan Gas berada dalamSilinder Dan Gas berada dalam kontak termal dengan sumberkontak termal dengan sumber energi yang besar.energi yang besar. Dengan demikian melaluiDengan demikian melalui Dengan demikian melaluiDengan demikian melalui pemanasan energi akanpemanasan energi akan berpindah ke dalam gas. berpindah ke dalam gas. Ekspansi gas dan menurunanEkspansi gas dan menurunan tekanan akan mempertahankantekanan akan mempertahankan temperatur tetap konstan.temperatur tetap konstan. Usaha yang dilakukanadalahUsaha yang dilakukanadalah negatif seiring dengannegatif seiring dengan bertambahnya panas. bertambahnya panas.4. 4. Proses Adiabatik Proses AdiabatikPertukaran energi yang diakibatkan oleh panasPertukaran energi yang diakibatkan oleh panas sama dengan nol.sama dengan nol. Usaha yang dilakukan sama dengan perubahanUsaha yang dilakukan sama dengan perubahan energi dalam sistem. energi dalam sistem. energi dalam sistem. energi dalam sistem.Jika suatu proses tidak ada pertukaranJika suatu proses tidak ada pertukaran panas akan terjadi sangat cepat panas akan terjadi sangat cepat Di dalam suatu ekspansi adiabatik, usahaDi dalam suatu ekspansi adiabatik, usaha yang dilakukan adalah negatif dan energiyang dilakukan adalah negatif dan energi dalam akan berkurang dalam akan berkurang5. Proses Isovolum 5. Proses IsovolumTidak terjadi perubahan volume, sehinggaTidak terjadi perubahan volume, sehingga tidak ada usaha yang bekerja.tidak ada usaha yang bekerja. Pernambahan energi ke dalam sistemPernambahan energi ke dalam sistem menyebabkan energi dalam naik. Danmenyebabkan energi dalam naik. Danmenyebabkan energi dalam naik. Danmenyebabkan energi dalam naik. Dan temperatur akan naik.temperatur akan naik. Hukum Pertama danHukum Pertama dan Metabolisme Tubuh Manusia Metabolisme Tubuh Manusia Hukum pertama termodinamika dapat diaplikasikanHukum pertama termodinamika dapat diaplikasikan pada metabolisme tubuh manusia.pada metabolisme tubuh manusia. Energi dalam yang disimpan tubuh manusia diubahEnergi dalam yang disimpan tubuh manusia diubah bentuknya sesuai dengan kebutuhan organ tubuh kitabentuknya sesuai dengan kebutuhan organ tubuh kitabentuknya sesuai dengan kebutuhan organ tubuh kitabentuknya sesuai dengan kebutuhan organ tubuh kita yaitu untuk melakukan usaha berupa panas.yaitu untuk melakukan usaha berupa panas. Laju metobolisme Laju metobolisme (U / T) adalah berbanding lurus(U / T) adalah berbanding lurus laju pengkonsumsian oksigen terhadap volume.laju pengkonsumsian oksigen terhadap volume. Tingkat laju metabolisme (untuk memelihara danTingkat laju metabolisme (untuk memelihara dan menjalankan organ/ bagian badan, dll.) adalahmenjalankan organ/ bagian badan, dll.) adalah sekitar 80 W. sekitar 80 W.Variasi Laju Metabolisme Variasi Laju MetabolismeFig. T12.1, p. 369Slide 11MESIN PANAS MESIN PANASMesin panas adalah suatu alat Mesin panas adalah suatu alatyangyang mengkonversi energi internal menjadimengkonversi energi internal menjadi bentuk lain yang bermanfaat, sepertibentuk lain yang bermanfaat, seperti elektrik atau daya mekanis. elektrik atau daya mekanis. elektrik atau daya mekanis. elektrik atau daya mekanis. Suatu mesin panas membawa unsur untukSuatu mesin panas membawa unsur untuk bekerja melalui suatu proses siklus. bekerja melalui suatu proses siklus.Mesin Panas Mesin Panas Energi ditransfer dariEnergi ditransfer dari suatu sumber pada suatusuatu sumber pada suatu temperatur tinggi ( Q temperatur tinggi ( Qhh)) Pekerjaan dilaksanakanPekerjaan dilaksanakan oleh mesin/motor tersebut oleh mesin/motor tersebut oleh mesin/motor tersebut oleh mesin/motor tersebut( W ( Weng eng)) Energi dibuang ke suatuEnergi dibuang ke suatu temperatur yang lebihtemperatur yang lebih rendah ( Q rendah ( Qc c))Mesin Panas Mesin Panas Selama prosesnya berupaSelama prosesnya berupa siklus, makasiklus, maka U = 0 U = 0 Energi dalam awal samaEnergi dalam awal sama dengan energi dalamdengan energi dalamdengan energi dalamdengan energi dalam akhir.akhir. maka, Q maka, Qnet net= W = Weng eng Usaha yang dilakukan olehUsaha yang dilakukan oleh mesin kalor sama denganmesin kalor sama dengan jumlah energi yang diserapjumlah energi yang diserap oleh mesin.oleh mesin. Usaha adalah saa denganUsaha adalah saa dengan luas di dala kurva tertutupluas di dala kurva tertutup pada diagram PV.pada diagram PV. Efisiensi Termal pada sebuahEfisiensi Termal pada sebuah Mesin Panas Mesin PanasEfisiensi termalEfisiensi termal didefinisikan sebagai rasio antaradidefinisikan sebagai rasio antara kerja yang dilakukan oleh mesin terhadap energikerja yang dilakukan oleh mesin terhadap energi yang diserap oleh mesin pada temperatur tinggi.yang diserap oleh mesin pada temperatur tinggi. c c h engQ Q Q W e ( e () = 1 (efisiensi 100%) hanya jika Q ) = 1 (efisiensi 100%) hanya jika Qc c= 0 = 0 Tidak ada energi yang dibuang ke reservoir dingin.Tidak ada energi yang dibuang ke reservoir dingin. hchc hhengQQQQ QQW == = 1 eHukum Kedua Termodinamika Hukum Kedua TermodinamikaTidak mungkin bagi sebuah mesinTidak mungkin bagi sebuah mesin panas yang bekerja secara siklis untukpanas yang bekerja secara siklis untuk tidak menghasilkan efek lain selaintidak menghasilkan efek lain selain menyerap panas dari suatu tandon danmenyerap panas dari suatu tandon danmenyerap panas dari suatu tandon danmenyerap panas dari suatu tandon dan melakukan sejumlah usaha yangmelakukan sejumlah usaha yang ekivalen.ekivalen. Artinya Q Artinya Qc ctidak sama dengan nol tidak sama dengan nolSebagian Q Sebagian Qc charus dibuang ke lingkungan. harus dibuang ke lingkungan. Dengan demikianDengan demikian tidak sama dengan tidak sama dengan100% 100%Pompa Panas dan Lemari Es Pompa Panas dan Lemari EsMesin panas dapat bekerjaMesin panas dapat bekerja kebalikannya kebalikannya Masukkan energi Masukkan energi Energi disadap dari reservoir yang dingin Energi disadap dari reservoir yang dinginEnergi disadap dari reservoir yang dingin Energi disadap dari reservoir yang dingin Energi ditransfer ke reservoir yang panas Energi ditransfer ke reservoir yang panasProses mesin panas ini bekerja sebagaiProses mesin panas ini bekerja sebagai pompa panas. pompa panas. Lemari es merupakan salah satu conth pompaLemari es merupakan salah satu conth pompa panaspanas Contoh lainnya adalah alat pendingin (AC) Contoh lainnya adalah alat pendingin (AC)Entropi EntropiVariabel keadaan yang berhubungan denganVariabel keadaan yang berhubungan dengan Hukum kedua termodinamika adalah Entropi.Hukum kedua termodinamika adalah Entropi. Perubahan entropi dinyatakan dengan S, yaituPerubahan entropi dinyatakan dengan S, yaituPerubahan entropi dinyatakan dengan S, yaituPerubahan entropi dinyatakan dengan S, yaitu panas yang harus ditambahkan pada sistem dalampanas yang harus ditambahkan pada sistem dalam suatu proses reversibel untuk membawanya darisuatu proses reversibel untuk membawanya dari keadaan awalnya ke keadaan akhirnya Q keadaan awalnya ke keadaan akhirnya Qrr dibagidibagi dengan temperatur absolut T pada sistem dalamdengan temperatur absolut T pada sistem dalam interval tersebut.interval tersebut. Entropi EntropiSecara matematis Secara matematisPersamaan ini hanya dapat diterapkan padaPersamaan ini hanya dapat diterapkan pada bagian proses yang reversibel, walaupunbagian proses yang reversibel, walaupun TQSr= bagian proses yang reversibel, walaupunbagian proses yang reversibel, walaupun pada kenyataannya sistem merupakanpada kenyataannya sistem merupakan irreversibel. irreversibel. Untuk menghitung besarnya entropi untuk prosesUntuk menghitung besarnya entropi untuk proses irreversibel dimodelkan sebagai proses reversibel.irreversibel dimodelkan sebagai proses reversibel. Ketika energi diserap, Q berharga positif danKetika energi diserap, Q berharga positif dan entropi akan naik.entropi akan naik. Ketika energi dibuang, Q akan berhargaKetika energi dibuang, Q akan berharga negatif dan entropi akan turun. negatif dan entropi akan turun.Beberapa Tambahan Mengenai Entropi Beberapa Tambahan Mengenai EntropiHukum kedua Termodinamika dinyatakanHukum kedua Termodinamika dinyatakan dalam entropi: Suatu proses alam brubah daridalam entropi: Suatu proses alam brubah dari keadaan seimbang mula keadaan seimbang mula- -mula ke kedaanmula ke kedaan seimbang yang lain, berlangsung dalam arahseimbang yang lain, berlangsung dalam arah yang menyebabkan entropi alam itu naik yang menyebabkan entropi alam itu naikProses yang terjadi secara alamiah disebutProses yang terjadi secara alamiah disebutProses yang terjadi secara alamiah disebutProses yang terjadi secara alamiah disebut proses spontan. proses spontan.Contohnya, besi berkarat, air engalir ke tempatContohnya, besi berkarat, air engalir ke tempat yang lebih rendah, dan benda jatuh ke bawah. yang lebih rendah, dan benda jatuh ke bawah.Proses yang sebaliknya tidak pernah terjadi.Proses yang sebaliknya tidak pernah terjadi. Tidak mungkin air mengalir dari tempat rendahTidak mungkin air mengalir dari tempat rendah ke tempat yang tinggi. Untuk mengalirkannyake tempat yang tinggi. Untuk mengalirkannya memerlukan energi. memerlukan energi.Beberapa Tambahan Mengenai Entropi Beberapa Tambahan Mengenai EntropiEntropi menyatakanEntropi menyatakan ukuran ketidakteraturan ukuran ketidakteraturan suatusuatu sistem. sistem.Misalnya suatu gas dalam sebuah tabung,Misalnya suatu gas dalam sebuah tabung, molekul molekul- -molekulnya bergerak secara acak, besarmolekulnya bergerak secara acak, besarmolekul molekul- -molekulnya bergerak secara acak, besarmolekulnya bergerak secara acak, besar dan arah kecepatan molekul tidak beraturan.dan arah kecepatan molekul tidak beraturan. Makin tidak teratur kecepatan molekul Makin tidak teratur kecepatan molekul- -molekulmolekul gas, makin tinggi entropi gas itu. Kalau suatu gasgas, makin tinggi entropi gas itu. Kalau suatu gas dipanaskan, entropinya naik, dan kalau gas itudipanaskan, entropinya naik, dan kalau gas itu didinginkan entropinya turun. didinginkan entropinya turun.