termodinamika 2
Post on 15-Jul-2015
107 Views
Preview:
TRANSCRIPT
5/13/2018 termodinamika 2 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/termodinamika-2-55a753dd08e41 1/6
10. SIKLUS CARNOT DENGAN GAS IDEALJika gas ideal digunakan sebagai substansi keja pada mesin Carnot, penerapan hukum
pertama untuk setiap langkah-langkah dalam siklus dapat ditulis seperti pada Tabel
Nilai W1 dan W3, dimana jumlah kerja yang dihasilkan dalam ekspansi isotermal reversibel
dari gas ideal. Nilai ¨U dapat dihitung dengan mengintegrasikan persamaan dU = Cv dT.
Kerja total yang dihasilkan dalam siklus adalah jumlah masing ± masing kuantitas.
Kedua jumlah integral menjadi nol, seperti yang dapat ditunjukkan dengan cara bertukar batas sehingga dapat mengubah tanda salah satu dari integral tersebut. Sehingga
dimana tanda dari panas kedua telah diubah dengan membalik tanda. Persamaan di atas
dapat disederhanakan jika kita menyatakan bahwa volume V2 dan V3 tersambung oleh
transformasi reversibel adiabatik, hal yang sama juga berlaku untuk V4 dan V1. Dan
Persamaan
Dengan membagi persamaan pertama dengan yang kedua, kita mendapatkan
atau
Dan hasil persamaan yang diperoleh yaitu
Dari persamaan untuk langkah pertama dalam siklus, persamaannya yaitu
dan efisiensi diperoleh dengan
Persamaan di atas menunjukkan bahwa kerja total yang dihasilkan tergantung pada
perbedaan suhu antara dua reservoir juga rasio volume V2 / V1 (rasio kompresi). Efisiensi
adalah fungsi hanya dari dua suhu. Hal ini terlihat dari persamaan di atas bahwa efisiensi
5/13/2018 termodinamika 2 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/termodinamika-2-55a753dd08e41 2/6
adalah untuk menjadi suatu kesatuan, dimana reservoir dingin harus pada T2 = 0 ataureservoir panas harus memiliki T1 sama dengan infinity.
11. CARNOT PENDINGIN
Jika panas reversible beroperasi pada mesin dengan menghasilkan sejumlah positif kerja di
sekitarnya, maka sejumlah positif panas, diekstrak dari reservoir panas dan panas ditolak ke
reservoir dingin. Misalkan kita menyebutnya siklus ke depan dari mesin. Jika mesin terbalik,tanda-tanda dari semua kuantitas panas dan kerja akan terbalik. Bila kerja hancur, W <0;
panas ditarik dari reservoir dingin dan menolak menuju reservoir panas. Dalam siklus
terbalik, dengan menghancurkan kerja, panas dipompa dari reservoir dingin ke reservoir
panas; dan mesin ini adalah kulkas. Kulkas sangatlah berbeda dari kerja mesin pada
umumnya, dimana ia memompa panas dari suhu dingin menuju suhu panas pada suatu mesin.
Suatu mesin tidak mungkin menghancurkan kerja dalam prosesnya. Tanda-tanda kuantitas
kerja dan panas dalam dua mode operasi ditunjukkan pada Tabel (T1 adalah suhu tinggi).
Koefisien kinerja, , pada kulkas adalah rasio panas diambil dari reservoir suhu rendah untuk
menghancurkan kerja:
Ketika W= Q1 + Q2, maka (Q2/Q1) = - (T2/T1)
Koefisien kinerja adalah panas yang diambil dari kotak pendinginin untuk setiap unit kerjadikeluarkan. Dari Persamaan di atas, jelaslah bahwa sebagai T2, suhu di dalam kotak
pendingin, menjadi lebih kecil, koefisien kinerja menurun sangat pesat, hal ini terjadi karena
pembilang dalam Persamaan menurun dan peningkatan denominator. Jumlah suatu kerja
yang harus dikeluarkan untuk mempertahankan suhu dingin terhadap dari kebocoran panas ke
dalam kotak dengan sangat cepat karena suhu kotak sangatlah rendah.
12. POMPA PANAS
Misalkan kita menjalankan mesin Carnot secara terbalik, seperti kulkas, tapi tidak memiliki
interior kulkas berfungsi sebagai reservoir dingin, kita dapat menggunakan lingkungan
sekitar sebagai reservoir dingin dan interior rumah sebagai reservoir panas. Kemudian pompa panas, Q2, dari luar dan menolak panas, - Q1, ke dalam rumah. Koefisien kinerja dari
pompa panas, hp, adalah sejumlah panas yang dipompa ke resevoir suhu tinggi, -Q1, dantiap unit kerja akan hancur, - W
5/13/2018 termodinamika 2 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/termodinamika-2-55a753dd08e41 3/6
Rumus ini dapat diilustrasikan dengan contoh. Misalkan suhu eksterior adalah 5ºC daninterior adalah 20ºC. Kemudian jika - W = 1 kJ maka jumlah panas dipompa ke rumah adalah
Ini berarti bahwa jika kita membandingkan rumah dengan menggunakan pemanas resistansi
listrik yang menggunakan p
ompa panas, pengeluaran dari 1 kJ dalam menghasilkan pemanasan resistensi 1 kJ panas ke rumah, sedangkan pengeluaran 1 kJ pada pompa panasmenghasilkan 20 kJ panas ke rumah. Keuntungan dari pompa tahan panas adalah dengan
mudah dapat mengetahui koefisien kinerja mesin sebenarnya walaupun jauh di bawahmaksimum teoritis yang didapatkan oleh hukum termodinamika kedua. Dengan suhu yang
diberikan, koefisien kinerja nyata dari suatu mesin berkisar dari 2 sampai 3. Namun, ketika
suhu eksterior turun di bawah 5ºC, pompa panas bermasalah. Berdasarkan pemanasan biasa,
sulit untuk pasokan udara dingin pada tingkat yang cukup untuk menjaga kumparan dingin
pada temperatur ambien.
13. DEFINISI ENTROPI
Sama seperti hukum pertama mendefinisikan energi, demikian juga hukum kedua
mendefinisikan keadaan dari suatu sistem, entropi. Entropi adalah karakteristik dari suatukeadaan dimana jumlah perubahan properti dalam siklus adalah nol. Sebagai contoh, jumlah
perubahan energi dari sebuah sistem dalam siklus diberikan oleh . Kita dapat
membandingkan dua ekspresi untuk efisiensi dari panas reversible suatu mesin sederhana
yang beroperasi antara dua reservoir pada suhu termodinamik 1 dan 2.
Mengurangkan kedua persamaan menghasilkan rumus
yang dapat disusun kembali dengan bentuk persamaan
Sisi kiri dari Persamaan hanyalah jumlah selama siklus dengan kuantitas Q / . Ini dapat
ditulis sebagai integral siklik dari kuantitas diferensial dQ / :
(siklus reversible)
Karena jumlah selama siklus dengan kuantitas (dQ / adalah nol, jumlah ini diferensial
beberapa keadaan; properti ini disebut entropi pada sistem dan diberi simbol S. Persamaan
untuk mendefinisikan entropi ini adalah
dimana "rev" menunjukkan batasan untuk siklus reversibel. Simbol untuk suhu
termodinamika.
14. BUKTI UMUM
Telah ditunjukkan bahwa dQrev/T memiliki integral siklik sama dengan nol, hanya untuk
5/13/2018 termodinamika 2 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/termodinamika-2-55a753dd08e41 4/6
siklus yang melibatkan hanya dua suhu. Hasilnya dapat digeneralisasi untuk setiap siklus.Kemudian pada siklus
dan telah ditunjukkan untuk mesin Carnot
(Dengan definisi dari siklus Carnot, dimana Q adalah Q reversible) Pertimbangan mesin lain
E '. Kemudian pada siklus, dengan hukum pertama,
Dan dapat diasumsikan untuk mesin ini,
Mesin kedua mungkin mengeksekusi seperti suatu siklus yang rumit, hal itu mungkindikarenakan banyaknya temperatur reservoir; mungkin menggunakan bahan kerja. Dua
mesin yang digabungkan bersama-sama untuk membuat mesin siklik komposit. Kerjadihasilkan oleh mesin komposit dalam siklus adalah Wc = W + W ', dan persamaannya
adalah
dimana Jika kedua persamaan ditambahkan maka diperoleh
kerja yang diperlukan untuk mengoperasikan E 'diberikan oleh mesin Carnot, atau
sebaliknya. Dimana Wc = 0, dan Persamaan menjadi
Karena setiap dari integral siklik dapat dianggap sebagai jumlah dari panas, maka dapat
dituliskan Persamaan dalam bentuk sebagai berikut
dan
Jumlah di sisi kiri dari Persamaan diatas terdiri dari sejumlah panas, beberapa bernilai positif dan beberapa negatif. Tapi yang positif menyeimbangkan yang negatif, dan jumlah dari
semuanya adalah nol. Bila terdapat temperatur maka setiap panas(Q) harus dibagi dengan
temperatur yang ada diperoleh suatu penjumlahan dimana panas bernilai positif
mendominasi. Dapat diasosiasikan nilai-nilai positif dari Q pada suhu rendah dan nilai negatif
pada suhu tinggi. Hal ini menggambarkan bahwa panas diekstrak dari reservoir dengan suhu
rendah dan menolak resevoir dengan suhu tinggi. Dan untuk setiap mesin E ', didapatkan
persamaan
5/13/2018 termodinamika 2 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/termodinamika-2-55a753dd08e41 5/6
Ada dua kasus:Kasus I. E¶ mesin reversibel.
Dianggap bahwa E '
maka mesin dapat dibalikkan, sehingga mengubah semua tanda tetapi bukan besaran dari Q.
Dan persamaannya adalah
dan buktinya adalah sama seperti sebelumnya. Hal ini akan memaksa kita untuk menyimpulkan bahwa untuk sistem apapun
(untuk semua siklus reversible)
Oleh karena itu setiap sistem memiliki suatu keadaan S, entropi, seperti
Kasus II. E mesin irreversibel.
Untuk setiap mesin pun kita hanya memiliki kemungkinan persamaan
Telah ditunjukkan bahwa kesetaraan yang berlaku untuk mesin reversibel. Ketika panas dan
efek kerja yang terkait dengan siklus ireversibel berbeda dari dengan siklus reversibel, ini
berarti bahwa nilai dari untuk siklus ireversibel berbeda nilai, nol, terkait dengan
siklus reversibel. Telah ditunjukkan bahwa untuk setiap mesin, nilai tidak dapat lebih besar
dari nol, akibatnya, harus kurang dari nol. Oleh karena itu untuk siklus ireversibel kita harus
memiliki
(semua siklus irreversible)
15. KETIMPANGAN CLAUSIUS
Sebuah sistem adalah ireversibel berubah dari keadaan 1 ke keadaan 2, kemudian kembali
reversibel dari keadaan 2 ke keadaan 1. Integral sikliknya
dan kurang dari nol, karena ini adalah sebuah siklus ireversibel. Menggunakan definisi dS,
hubungan ini menjadi
Batas dapat ditukar pada integral kedua (tetapi tidak pada integral yang pertama) Denganmengubah tanda. Dan persamaannya menjadi
dan diatur ulang menjadi
5/13/2018 termodinamika 2 - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/termodinamika-2-55a753dd08e41 6/6
Jika perubahan keadaan dari keadaan 1 ke keadaan 2 adalah sangat kecil
Ini adalah ketimpangan Clausius, yang merupakan kebutuhan mendasar bagi transformasi
nyata. Ketidaksamaan memungkinkan untuk memutuskan apakah suatu transformasi dapat
terjadi di alam. Ketimpangan Clausius dapat diterapkan secara langsung terhadap perubahan
sistem yang terisolasi. Untuk setiap perubahan keadaan dalam sistem terisolasi, dQirr = 0.
ketimpangan kemudian menjadi dS> 0.
Syarat untuk transformasi nyata dalam sistem terisolasi adalah dS bernilai positif; entropiharus meningkat. Setiap perubahan alami yang terjadi di dalam sistem terisolasi adalah
dengan menambahkan entropi dari sistem. Entropi dari suatu sistem terisolasi terusmeningkat selama perubahan terjadi di dalam sistem. Ketika perubahan berhenti, maka sistem
dalam kesetimbangan dan entropi telah mencapai nilai maksimum. Oleh karena itu kondisikesetimbangan dalam sebuah sistem terisolasi adalah ketika entropi memiliki nilai
maksimum. Ini merupakan sifat dasar dari entropi: (1) entropi dari sistem terisolasi
ditingkatkan oleh perubahan alami yang terjadi di dalamnya, dan (2) entropi dari suatu sistem
yang terisolasi memiliki nilai maksimum pada keadaan setimbang. Perubahan dalam sistemyang tidak terisolasi menghasilkan efek pada sistem dan di lingkungan di sekitar sistem.
Sistem dan lingkungan sekitarnya merupakan sistem terisolasi yang komposit dimana entropi
meningkat seiring dengan perubahan alami yang terjadi di dalamnya. Jadi di alam semesta
entropi terus meningkat seiring dengan perubahan alami terjadi di dalam sistem. Clausius
menyatakan dua hukum termodinamika dalam pepatah terkenal: " energi alam semesta adalah
konstan, entropi berusaha untuk mencapai maksimal ".
top related