2.sifat-sifat termodinamika

Sifat-Sifat Termodinamika

Ainun Rohanah

Sifat uap air Contoh : perubahan air dengan penambahan

panas pada tekanan konstan, pemanasan dilakukan pada suatu silinder

air air

uap

air

uap

uap

1 atm 1 atm

1 atm1 atm 1 atm

25oC =100oC =100oC =100oC > 100oC

Jika air dipanasi maka temperature air naik. Panas yang diterima air digunakan untuk menaikkan temperature disebut panas sensible (=panas yang diperlukan untuk menaikan atau menurunkan suhu suatu benda tanpa perubahan wujud)

sampai temperature tertentu, panas tetap diberikan , jika tekanan air dijaga konstan maka temperature air tidak bertambah, air dinyatakan mencapai temperatur jenuh (saturated temperature). Panas yang diterima air digunakan untuk mengubah fase cair menjadi uap (gas)tanpa mengubah suhu disebut panas latent

Besarnya panas yang diterima air Q = m. c. ΔtQ = panas yang diterima air (J)m = massa air (Kg)c = kalor jenis (J/Kg oC)Δt = perubahan temperatur (oC)

Kalor atau Panas

Apabila benda2 yang memiliki perbedaan suhu saling bersentuhan, akan ada aliran kalor dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Aliran kalor akan terhenti setelah kedua benda yang bersentuhan mencapai suhu yang sama.

Misalnya kalau kita mencampur air panas dengan air dingin, biasanya kalor mengalir dari air panas menuju air dingin. Kalor berhenti mengalir jika campuran air panas dan air dingin telah berubah menjadi air hangat. Biasanya kalor mengalir dengan sendirinya dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Aliran kalor cenderung menyamakan suhu benda yang bersentuhan.

Kalor = Q = energi yang diterima oleh benda sehingga suhu benda atau wujudnya berubah

Cth lain = ketika kita hendak memanaskan air di dapur, wadah yang berisi air disentuhkan dengan nyala api yang menyembur dari kompor. Ketika nyala api dan wadah yang berisi air bersentuhan, kalor mengalir dari api (suhu tinggi) menuju air (suhu rendah). aliran kalor mampir sebentar di wadah. Karena ada aliran kalor dari api menuju air, maka air yang pada mulanya kedinginan menjadi kepanasan (suhu air meningkat).

Jika Q di (+) kan pergerakan molekul bertambah cepat sehingga suhu naik

Jika Q di (-) kan jlh molekul yg bergerak makin berkurang dan lambat bahkan berhenti jika suhu diturunkan s/d 0oK (suhu 0 mutlak)

Satuan kalor = joule, kalori, BTU 1 Kj = 239 kalori = 0,948 BTU = 1000 joule

1 kkal = jumlah kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan/mendinginkan 1 kg air s/d suhunya naik/turun 1oC1 kkal = 4187 joule = 3,968 BTU

1 BTU = jlh kalor yg dibutuhkan untuk memanaskan/mendinginkan 1 pound air s/d suhunya naik/turun 1oF1 BTU = 0,252 kkal = 1,055 kj

KALOR JENIS (c – huruf c kecil)

Kalor jenis (c) = banyaknya kalor (Q) yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu (T) satu satuan massa (m) benda sebesar satu derajat.

misal : c air = 4,2 KJ/KgoC

artinya : 1 Kg air, agar temperaturnya naik 1oC maka dibutuhkan energi panas sebanyak 4,2 KJ

KAPASITAS KALOR BENDA (C – huruf C besar)

Kapasitas kalor (C) = banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu seluruh benda sebesar satu derajat.

Dengan demikian, benda yang mempunyai massa m dan kalor jenis c mempunyai kapasitas kalor sebesar :C = mcC = kapasitas kalorm = massa benda (Kg)c = kalor jenis (J/Kg.K)

Tabel Kalor Jenis benda (Pada tekanan 1 atm dan suhu 20 oC)

Benda J/kgoC kkal/kgoC

Air

Alkohol (ethyl)

Es

Kayu

Aluminium

Marmer

Kaca

Besi / baja

Tembaga

Perak

Raksa

Timah hitam

Emas

4180

2400

2100

1700

900

860

840

450

390

230

1404

130

126

1,00

0,57

0,50

0,40

0,22

0,20

0,20

0,11

0,093

0,056

0,03

0,031

0,030

Berapakah kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebuah kawat tembaga yang bermassa 2 kg, dari 20 oC sampai 80 oC ?

Berapakah kalor yang harus dilepaskan untuk menurunkan suhu lempeng besi yang bermassa 20 kg, dari 80 oC menjadi 20 oC ?

Tanda negatif menunjukkan bahwa kalor tersebut dilepas

Grafik proses perubahan suhu dan perubahan wujud air setelah pendapat tambahan

kalor (pada tekanan 1 atm).

Air 5 kg, dengan suhu 30oC dipanaskan menjadi 100oC. Berapa panas yang dibutuhkan ?

Jawab :

Q = m. c. Δt

= 5 kg . 4,2 kj/kgoC . 70oC

= 1470 kj

jika proses pemanasan pada air tersebut dilakukan pada tekanan konstan, maka penambahan energi panas pada air disebut entalphi (H)

H = m. cp. ΔtH = entalphicp = panas jenis pada tekanan konstan

Entalphi spesifik (h)

h = cp. Δt

m

Hh

jika proses pemanasan pada air tersebut dilakukan pada volume konstan, maka penambahan energi panas pada air disebut energi dalam (internal energi)

U = m. cv. ΔtU = energi dalamcv = panas spesifik pada volume konstan

u = cv. Δtu = energi dalam spesifik

Diagram P T

Titik triple adalah daerah dimana padatan, cairan dan uap air berada dalam keseimbangan

Titik triple 0,008 oC, 4,56 mmHg Titik kritis

Diagram Uap

Adalah : dihasilkan dari proses pemanasan air hingga menjadi uap, misal : diagram T-h

T

h (entalpi spesipik)

120oC

100oC

81oC

o

1 2

3

hg

X

Tekanan < 1 atm

Tekanan 1 atm

Tekanan > 1 atm

hx

hfghf

KETERANGAN : Titik 0 = air Titik 0-1 = wujudnya liquid Titik 1 = temperatur jenuh (saturated temperature) atau cair jenuh

(saturated liquid), pada titik ini jika dipanasi lagi maka air akan berkurang, uap bertambah, lama kelamaan sampai dengan air habis

Titik 1-2 = uap basah ( saturated steam), wujudnya air dan uap jenuh Titik 2 = uap jenuh kering ( dry saturated steam), sudah tidak ada lagi

kandungan air Titik 2 keatas (3) = uap panas lanjut (super heated steam)

hf = entalphi spesifik air jenuh, nilainya langsung dilihat pada tabel hg = h2 = entalphi spesifik uap jenuh kering, nilainya langsung dilihat

pada tabel hf = C air * T1 atau hf = C air * Tf hx = entalphi spesifik uap jenuh dengan fraksi kering x hfg = besarnya panas/entalpi perubahan yang dibutuhkan untuk

merubah 1 kg cair jenuh menjadi 1 kg uap jenuh kering.

Air

Uap air

Gambar Uap basah (uap jenuh)

= massa air = ma

= massa uap = mu

Jika x = 0,8 artinya 0,8 bagian uap dan 0,2 bagian air

Titik 1 x = 0Titk 2 x = 1

Entalpi spesifik uap jenuh dengan fraksi kering x = hx = hf + x (hg – hf)Entalpi spesifik uap panas lanjut langsung dilihat pada tabel diagram uap

Air 10 kg, t 30oC dipanasi hingga t 100oC. Berapa panas yang dibutuhkan ?

Jawab: Berarti pada soal diatas tekanan konstan T

h

Δh

h1 h2

30oC

100oCh2 = C air * t2h1 =C air * t1Δh = h2 - h1 = C air (t2-t1) = 4,2 kj/kgoC * ( 100 - 30 ) oC = 294 kj/kg

Sehingga panas yang dibutuhkan Q = H = m (Δh) = 10 kg ( 294 kj/kg) = 2940 kj

Air 10 kg, t 30oC dipanasi hingga menjadi uap jenuh tekanan 2 bar (harus lihat tabel uap ) dengan fraksi kering 0,8. Berapa panas yang dibutuhkan ?

Jawab:

Dari tabel Tekanan 2 bar = 200 kPa

didapat t = 120,23 oC

hf = 504,7 kj/kg

hg = 2706,7 kj/kgT

h

Δh

hf

30oC

120,23oC

0,8

hx hg

h1 = C.t1= 4,2 kj/kg oC * 30 oC = .........kj/kg

hx = hf + x (hg - hf) = 504,7 kj/kg + 0,8 (2706,7 – 504,7) kj/kg = ............kj/kg

Δh = hx - h1 =............ kj/kg

Q = m. Δh = ………….kj

Soal-Soal

Tentukan entalpy spesifik dari cairan bertekanan P = 25 bar, t = 275 oC

Tentukan nilai dari tabel uap superheated tekanan 10 bar temperatur 200oC Entalpi spesifik Volume spesifik Energi dalam spesfik

Entapi dari Uap panas lanjut tekanan 10 bar, temperatur 235oC (pake interpolasi)