kalor & hk termodinamika

April 21, 2023April 21, 2023 11

Kalor &

Hk Termodinamika

Bima WicaksonoKelas XII IPA SMA Muhammadiyah 7

Surabaya

22

Heat (Kalor/Panas/Bahang)

KALOR, Q Konsep Makroskopis/Konsep Statistik

Rerata usaha luar (pertukaran energi antara sistem dan sekeliling karenapertukaran energi individual yg terjadi sbg hasil tumbukanAntara molekul2 sistem dengan molekul2 sekelilingnya)

Salah satu bentuk Energi

Satuan: kalori 1 kalori = 4,1840 J

+

–

Usaha luar netto yg dilakukan pada sistem

Usaha luar netto yg dilakukan oleh sistem

Setimbang Termal Tidak ada pertukaran energi (kalor) antara 2 sistem

Kalor ditransfer karena ada perbedaan suhu

1 BTU = 252 kalori

Kapasitas KalorKapasitas Kalor dan Kalor dan Kalor JenisJenis

dT

dQ

NC

1

V

p

C

C

tetappp dT

dQ

NC

1

Kapasitas Kalor molar Kalor yang diserap oleh satu mole bahan untuk menghasilkan satu derajat suhu

tetapVV dT

dQ

NC

1

Kapasitas kalor pada tekanan konstan Kapasitas kalor pada volume konstan

HubunganGas ideal mengalami transformasi adiabatisberlaku tetappV

33

Kalor untuk menaikkan suhu zat sebanding dengan perubahan suhu dan massanya TmcTCQ

C = Kapasitas Kalor Zat = energi kalor untuk menaikkan suhu per derajat c = Kalor Jenis Zat = Kapasitas Kalor per satuan massa

Akan dibuktikan kemudian

44

Kalor Jenis dan Kapasitas Kalor Molar

55

Kalorimetri

Jika suhu awal benda lebih tinggi dari pada suhu air:

Benda memberikan kalor sebesar: fbbb TTcmQ o

Air menerima kalor sebesar: 0TTcmQ faaia

Kalorimeter menerima kalor sebesar: kfkkik TTcmQ

Kalorimeter (wadah terisolasi) suhu awal Tk

Benda bersuhu awal Tb

Air bersuhu awal T0

Awal

Air bersuhu akhir campuranTf

Akhir

Setimbang Termal

ikia QQQ o kfkkfaafbbb TTcmTTcmTTcm 0

66

Perubahan Fase dan Kalor LatenKalor yang diterima zat dapat mengubah

fase zat tanpa mengubah suhunya

Perubahan Fase

?

GAS

PADAT CAIR

Penguapan

Pembekuan

Pencairan

77

Kalor untuk mencairkan Zat Padat tanpa berubah suhunya

mLQ

peleburanlaten kalor L

Kalor untuk menguapkan Zat Cair tanpa berubah suhunya

umLQ

penguapanlaten kalor uL

April 21, 2023April 21, 2023

Transfer Kalor/Energi Termis

Cara transfer kalor

1. Konduksi lewat interaksi antar atom/molekul2. Konveksi via perpindahan massa/ media fluida3. Radiasi bentuk pancaran elektromagnetik

88

Konduksi

x

TKA

t

QI

99

Arus Termal:

K = konduktivitas termal

T = suhux = panjang/tebal bahan

A = luas penampang

KA

xR

Resistensi

Termal

IRKA

xIT

Pemindahan energi kalor Pemindahan energi kalor melalui konduksi melalui konduksi bergantungbergantung pada:pada:Luas daerah kontakLuas daerah kontakPerbedaan suhuPerbedaan suhuLama terjadinya kontakLama terjadinya kontakMaterial konduksi Material konduksi kalor/panaskalor/panas

Sambungan Seri: ...21 RRRT Paralel: ...111

21

RRRT

1010

Nilai Konduktivitas Termal Bahan

April 21, 2023April 21, 2023

Konveksi

vTTJ asq 3,8

v = kecepatan udara (medium perambatan)Ts = suhu permukaan (kulit)Ta = suhu udara

1111

(dalam J/s)

Laju aliran energi kalor dari tubuh manusia ke udara sekitar

April 21, 2023April 21, 2023 1212

Radiasi

4ATeP

e = emisivitas (kemampuan pancaran kalor) suatu permukaan

= konstanta Stefan-Boltzman = 5,6703 x 10–8 W/m2.K4

T = suhu dalam Kelvin

Hukum Stefan-Boltzman

Nilai emisivitas antara 0 dan 1

April 21, 2023April 21, 2023 1313

Evaporasi

vppJ udarakulitq 7,13 (dalam J/s)

p = tekanan (atm)

p = kecepatan mediun perambatan (udara)

Penguapan/evaporasi juga dapat menghantarkan energi kalor

Laju evaporasi energi kalor dari tubuh:

April 21, 2023April 21, 2023

Metabolisme sebagai konversi energi

Kandungan/konversi energi berbagai macam bahan

Karbohidrat dari Tumbuhan:-Sukrosa 3,94 kkal/g-Glukosa 3,74 kkal/g-Glikogen 4,19 kkal/g-Tepung 4,18 kkal/g

Lemak Hewan/Tumbuhan-Rata-rata 9,3 kkal/g

Protein Hewan/Tumbuhan-Rata-rata 5,6 kkal/g

Pada Manusia-Protein/Karbohidrat 4,1 kkal/g-Lemak 9,3 kkal/g

Efek Efek KalorKalor

Efek BiologisEfek Biologis akibat gabungan efek fisik dan kimia akibat gabungan efek fisik dan kimiapeningkatan sel darah putihpeningkatan sel darah putihfenomena reaksi peradanganfenomena reaksi peradangan pelebaran pembuluh darah pelebaran pembuluh darah peningkatan sirkulasi peningkatan sirkulasi darahdarahpeningkatan tekanan kapilerpeningkatan tekanan kapilerpeningkatan tekanan Openingkatan tekanan O22 dan CO dan CO22 dalam darah dalam darahpenurunan pH darahpenurunan pH darah

Efek FisikEfek Fisik pemuaianpemuaian peningkatan hambatan peningkatan hambatan listriklistrik penurunan konduktivitas penurunan konduktivitas listriklistrik Efek KimiaEfek Kimia peningkatan kecepatan reaksipeningkatan kecepatan reaksi peningkatan permeabilitas peningkatan permeabilitas membranmembran peningkatan metabolismepeningkatan metabolisme

April 21, 2023April 21, 2023

Hukum Termodinamika

Hukum ke Nol

Hukum Pertama

Hukum Kedua

Hukum Ketiga

1616

April 21, 2023April 21, 2023

Hukum Pertama TermodinamikaKalor netto yang ditambahkan pada suatu sistem

sama dengan perubahan energi internal sistem

ditambah usaha yang dilakukan sistem

Q = U + W

U = energi dalamQ = kalorW = usaha oleh sistem

1717

W ext= usaha luar pada sistem = W

April 21, 2023April 21, 2023

Hk I TermodinamikaHk I Termodinamika

extWQU

WWext

WQU

WUQ

Jika sistem membentuk siklus[transformasi siklis]

Kasus:

0 siklusU WQ

Jika transformasi adiabatis 0Q WU

Jika tak ada usaha dilakukan sistem[transformasi isokoris]

0W QU

1818

Proses Reversible (dProses Reversible (daappaat t balik)balik)

Proses Reversibel Proses/transformasi lambat yg tiap saat/tahap terjadi kesetimbangan termal/statistikdan tidak ada gaya disipasi seperti gaya gesek

Contoh: Pemuaian gas perlahan-lahan

Proses Reversibel dapat digambarkan dengan diagram p-V dg kurva yg menghubungkan keadaan awal dan akhir

Proses Irreversible (tak dpt balik)

Proses Irreversibel tidak dapat digambarkan dengan diagram p-V

Proses Irreversibel Proses yg mengakibatkan terjadi penyimpangan jauh dari keadaan setimbang selama proses

Akhir proses, sistem pd kesetimbangan baru

dg p, V, dan T baru

April 21, 2023April 21, 2023

Work (usaha)Work (usaha)

extWU

pdVpAdxFdxdW

Pertukaran energi sistem dengan luar sistem Usaha luar Wext

V

VpdVW

0

Dihitung melalui diagram p – V(Luas di bawah kurva)

digambarkan oleh

Wext = +

[Usaha dilakukan pd sistem]

U bertambah

Wext = – U berkurang

[Usaha dilakukan oleh sistem]p (N/m2)

V (m3)

A

B

pp1 p2

2121

April 21, 2023April 21, 2023

Kasus 1 Kasus 1 Tekanan Tekanan konstankonstan

12

2

1

VVpdVpWV

V

NkTpV Karena maka 12 TTNkW

Usaha yang dilakukan oleh sistem

TNCTTNCQ pp 12

pdVdTNCdQ V

Hukum Termodinamika I menjadi

2222

April 21, 2023April 21, 2023

Kasus 2 Kasus 2 Suhu konstan Suhu konstan

2

1

2

1

V

V

V

V V

dVNkTpdVW

1

2lnV

VNkTW

T konstan U = 0

Q = W

2323

April 21, 2023April 21, 2023

Kasus 3 Kasus 3 volume volume konstan konstan

0dV 0V

VpdVWV konstan

TNCQ V

Kalor berbanding lurus dengan perubahan suhu, jumlah zat, dan kapasitas kalor volume tetap CV

Usaha nol

2424

2525

Ekspansi Adiabatik Kuasi Statik GasProses Adiabatik tidak ada kalor yang mengalir masuk atau keluar

Lintasan Adiabatik

0 PdVdTCdWdUdQ V

VnRTP

0V

dVnRTdTCV

0V

dV

C

nR

T

dT

V

nRCC Vp

11

V

p

V

Vp

V C

C

C

CC

C

nR

01 V

dV

T

dT konstanln1ln VT konstln 1 TV

konst1 TV konstPV

Usaha Adiabatik : 12211

VPVPVVadb TCdTCPdVW

April 21, 2023April 21, 2023

Hukum Kedua Termodinamika

Dalam mesin kalor terjadi proses yang mana energi kalor diambil oleh sejumlah energi mekanik tetapi selang waktu tertentu jumlah kalor yang masuk mesin sama dengan yang hilang

Sadi Carnot (1796 – 1832)

Lord Kelvin (1853) Batasan Hk 2 Termodinamika

Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam suatu siklus, menerima kalor dari suatu reservoir dan mengubah kalor itu seluruhnya menjadi usaha

= 1- Q1/Q2 = 1 – T1/T2

2626

Efisiensi Mesin Kalor

Q1 = Kalor pada suhu rendah T1

Q2 = Kalor pada suhu tinggi T2

April 21, 2023April 21, 2023

Hukum Ketiga Termodinamika

Terkait dengan ENTROPI sistem

Ukuran penyimpangan/KETIDAKTERATURAN suatu sistem

2727

April 21, 2023April 21, 2023

EntropiEntropi

PkS ln

Penggambaran alam dalam mencapai kesetimbangan statistik/ keteraturan sistem

k = konstanta BoltzmannP = probabilitas

2828

April 21, 2023April 21, 2023

Hubungan Entropi dengan Hubungan Entropi dengan KalorKalor

T

dQdS

2

1

S

S

TdSQ

Contoh: Hitung perubahan entropi satu mole es untuk melebur pada 0oCjika selama proses es menyerap 1435 kalori/mol

Jawab:

kal/K.mol26,5K1,273

kal/mol1435S

2929

April 21, 2023April 21, 2023

Hukum ke Nol Termodinamika

Dalam keadaan adiabatik, suatu gas ideal dalam ruangan terisolasi/tertutup, pemuaian sangat lambat, tidak ada kalor yang diterima maupun

yang dilepas. Tercapai kesetimbangan termal suhu sama merata di setiap bagian

3030