fisika termodinamika

Kelompok 2Nama:1. Bhayangkara S.P.2. Ferry .A3. M. Iqbal .S4. M. Ridwan5. Pradhana .S

termodinamika

Apa itu Termodinamika?Cabang fisika yang berkaitan dengan hukum-

hukum pergerakan panas,dan perubahan dari panas menjadi bentuk-bentuk energi yang lain

Pengertian Usaha, Kalor, dan Energi

Formulasi Usaha, Kalor dan Energi Dalam

Proses-proses Termodinamika Gas

Hukum I Termodinamika

Siklus Carnot

Siklus Otto

Hukum II Termodinamika

Video

Pengertian :Kalor : perpindahan energi yang

disebabkan oleh perbedaan suhu.Usaha : perubahan energi melalui

cara-cara mekanis yang tidak disebabkan oleh perubahan suhu.

Energi : besaran skalar yang berkaitan dengan kondisi objek.

Pengertian Energi DalamJumlah seluruh energi kinetik molekul sistem,

ditambah jumlah energi potensial, timbul akibat adanya interaksi antara molekul sistem.

Kerja yang dilakukan oleh sistem (sistem melepaskan energi). Secara matematis :

Formulasi UsahaProses Isobarik adalah proses yang terjadi pada tekanan tetap. Rumus umum Usaha Gas:

Usaha dalam proses siklus :Usaha yang dilakukan oleh atau pada sistem gas yang menjalani suatu proses siklus sama dengan luas daerah yang dimuat oleh siklus tersebut.

Formulasi KalorKalor yang diserap (atau diberikan) oleh

sistem gas dapat dihitung dari rumus kalor, yaitu

atauDengan :c : kalor jenis gasC : kapasitas kalor gas

Formulasi Energi DalamSecara matematis, perubahan energi dalam gas

dinyatakan sebagai :Untuk gas monoatomik:

Untuk gas diatomik: Dimana :1. ∆U : perubahan energi dalam gas2. n : jumlah mol gas3. R : konstanta umum gas (R = 8,31 J mol−1

K−1)4. ∆T : perubahan suhu gas (K)

Hukum termodinamika dibagi 2 yaitu :

1. Hukum I : prinsip kekekalan energi yang memasukkan kalor sebagai mode perpindahan energi.

2. Hukum II : bahwa aliran kalor memiliki arah, dengan kata lain, tidak semua proses di alam adalah reversibel (dapat dibalikkan arahnya)

Proses-proses Termodinamika Gas

Proses IsobarikProses perubahan gas pd

P tetap.

Usaha yg dilakukan :

Proses IsokhorikProses perubahan gas pd V tetap.

Proses IsotermalProses perubahan keadaan gas pd T tetap.

atau

Proses AdiabatikProses perubahan keadaan gas dimana tidak ada aliran kalor yang masuk

Tetapan Laplace

persamaan keadaan

Total panas yang ditambahkan pada suatu sistem sama dengan perubahan energi internal sistem ditambah usaha yang dilakukan oleh sistem tersebut".

Perhatikan Gambar.

lingkungan

sistem

+Q -Q

+W-W

Hukum I Termodinamika Gas

Secara matematis hukum I Termodinamika, dirumuskan :

U = U2-U1= Q – W

+Q = sistem menerima kalor-Q = sistem mengeluarkan kalor+W = sistem melakukan usaha-W = sistem dikenai usaha

Secara matematis. hukum termodinamika I pada sistem tertutup, dinyatakan sebagai:

dU = dq + dw

U = q + w Dengan kata lain, perubahan energi dalam

sistem (U) setara dengan panas yang diberikan pada sistem (q) dan kerja yang dilakukan terhadap sistem (w)

Jika hanya diberikan panas, berlaku: U = q

Jika hanya dilakukan kerja berlaku: U = w

Kapasitas Kalor Gasbanyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebesar 1 kelvin. Secara matematis dapat dinyatakan dengan persamaan berikut

Q = C x∆T

Q : kalor yang diserap (J)C : kapasitas kalor (J/K)∆T : perubahan suhu (K)

a. isokhorik,  Δ W  = 0     b. isotermal,  Δ U  = 0     c. adiabatik,  Q  = 0

Aplikasi : Mesin-mesin pembangkit energi dan pengguna energi.Semuanya hanya mentransfer dengan berbagai cara.

Hukum II Termodinamika“kalor mengalir secara alami dari benda yang

panas ke benda yang dingin,kalor tidak akan mengalir secara spontan dari benda dingin ke benda panas”.

MESIN KALOR Alat yang berfungsi mengubah energi

panas menjadi energi mekanik.Mesin kalor kalor menyerap energi Q1 dari

benda bersuhu tinggi, sebab benda yang bersuhu rendah akan secara spontan menyerap energi tersebut. Benda bersuhu rendah dinyatakan mempunyai energi sebesar  Q2.

Efisiensi mesin kalor :

Siklus Carnot

W = Q1 – Q2

Siklus Otto Siklus Otto adalah siklus

thermodinamika yang paling banyak digunakan dalam kehidupan manusia. Mobil dan sepeda motor berbahan bakar bensin (Petrol Fuel) adalah contoh penerapan dari sebuah siklus Otto.Secara thermodinamika, siklus ini memiliki 4 buah proses thermodinamika yang terdiri dari 2 buah proses isokhorik (volume tetap) dan 2 buah proses adiabatis (kalor tetap). Untuk lebih jelasnya dapat dilihat diagram tekanan (p) vs temperatur (V)

Siklus Diesel Siklus Rankine adalah siklus

termodinamika yang mengubah panas menjadi kerja. Panas disuplai secara eksternal pada aliran tertutup, yang biasanya menggunakan air sebagai fluida yang bergerak. Siklus ini menghasilkan 80% dari seluruh energi listrik yang dihasilkan di seluruh dunia. Siklus ini dinamai untuk mengenang ilmuan Skotlandia, William John Maqcuorn Rankine.Siklus Rankine adalah model operasi mesin uap panas yang secara umum ditemukan di pembangkit listrik. Sumber panas yang utama untuk siklus Rankine adalah batu bara, gas alam, minyak bumi, nuklir, dan panas matahari.

Mesin PendinginPada mesin

pendingin terjadi aliran kalor dari reservoir bersuhu rendah ke reservoir bersuhu tinggi dengan melakukan usaha pada sistem.

Cp :

Soal1. Energi dalam 4 mol gas pada suhu 500 K

adalah 41.570 joule dan konstanta gas 8.314 joule/kmol. K, maka banyaknya derajat kebebasan dari gas tersebut adalah?

Pembahasan :

Dik :U = 41570 joule R = 8314 j/mol.k

T = 500 K n = 4 mol

Dit : K=?Jawab : k/2 nRT 41570: k/2 · 4 · 8.314 · 500

k : 5

2. Tekanan ban sebuah mobil pada awal perjalanan adalah 270 kPa. Setelah menempuh perjalanan selama 3 jam, tekanan ban menjadi 300 kPa. Berapakah Perubahan tenaga dakhil udara dalam ban jika udara dianggap gas sempurna? (cv= 20,88 J/mol dan volume ban dianggap tetap, 57 dm3)

Pembahasan :

Dik : P1 = 270 kPa

              P2 = 300 kPa

              t = 3 jam              V = 57 dm 3 = 57 literDit :  U . . .?Jawab :  U1= 3/2 PV

                   = 3/2 . 270 . 57                   = 405 . 57                   = 23085 J              U2= 3/2 PV

                  =  3/2 . 300 . 57                  = 450 . 57                  = 25650 J            ∆U = U2-U1

            25650-23085 J = 2565 J

3. Mesin Carnot bekerja pada suhu tinggi 600 K, untuk menghasilkan kerja mekanik. Jika mesin menyerap kalor 600 J dengan suhu rendah 400 K, maka usaha yang dihasilkan adalah….

Pembahasan :

η = ( 1 − Tr / Tt ) x 100 %Kurangi 100%η = ( 1 − 400/600) = 1/3η = ( W / Q1 )1/3 = W/600W = 200 J

4. Sebuah mesin panas yang efisiensinya 20% memiliki daya keluaran 5kW. Mesin ini membuang kalor sebesar 8.000 J/siklus. Energi yang diserap per siklus oleh mesin dan interval waktu per siklusnya adalah

Pembahasan :

20% = η = 0,2P = 5000 wQ2 = 8000 JQ1 = Q2+wQ1 = Q2+ η·Q1Q1(1- η) = Q2Q1(1-0,2) = Q2Q1(0,8) = 8000JQ1 = 10000J

= 10 kJ

η = w/Q1η = P · t/Q1Q1 · η = P · tQ1 · 0,2 = 5000 · t0,2 · 10.000 = 5000 ·

t0,4 = t

5. Suatu mesin Carnot, jika reservoir panasnya bersuhu 400 K akan mempunyai efisiensi 40%. Jika reservoir panasnya bersuhu 640 K, efisiensinya…..%

Pembahasan :

Data pertama:η = 40% = 4 / 10Tt = 400 K

hilangkan 100%η = 1 − (Tr/Tt)4 / 10 = 1 − (Tr/400)(Tr/400) = 6 / 10Tr = 240 KData kedua :Tt = 640 KTr = 240 K (dari hasil perhitungan pertama)η = ( 1 − Tr/Tt) x 100%η = ( 1 − 240/640) x 100%η = ( 5 / 8 ) x 100% = 62,5%

6. Tekanan dalam suatu tanki ditunjukan oleh suatu pengukuran dari 300 psig. Tentukan tekanan absolut bila barometer menunjukan 76 cmHg (14,7)Penyelesaian 

Dik      :  Pgauge=300 psig

               PAtm=14,7 psig

Dit       : Pabsolute= . . .?

Jawab :            Pabsolute=Patm+Pgauge

                        =(14,7+300)                        =314,7 psig

Video