termodinamika hukum 1
Post on 31-Jan-2016
81 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
TERMODINAMIKA
HUKUM TERMODINAMIKA I
Disusun Oleh:
YURI SYAHWIRAWANNRP 3713 100 701
Dosen Pengampu:
JUAN PANDU
JURUSAN TEKNIK GEOFISIKA
FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2015
Sistem dan Lingkungan
Sistem adalah sebuah atau sekumpulan obyek yang ditinjau sedangkan. Lingkungan adalah
segala sesuatu diluar sistem. Batas antara sistem dengan lingkungannya disebut batas sistem
(boundary). Dibawah ini terdapat contoh hubungan system, lingkungan, batas system dimana balon
yang terisi oleh gas yang pada awalnya balon terisi penuh oleh gas kemudian dimasukan kedalam
cairan nitrogen sehingga balon tersebut menyusut. Balon merupakan batas sistem.
Gambar 1. sistem, lingkungan, dan batas sistem
Jenis Sistem Termodinamika
Ada tiga jenis sistem termodinamika berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem
dan lingkungan:
Sistem Terisolasi
Pada sistem ini tidak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Contoh dari
sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.
Sistem Tertutup
Pada sistem ini terjadi pertukaran energi tapi tidak terjadi pertukaran benda dengan
lingkungan. Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup dimana terjadi pertukaran panas tetapi
tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan. Apakah suatu sistem terjadi pertukaran panas, kerja
atau keduanya biasanya dipertimbangkan sebagai sifat pembatasnya:
a. pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas.
b. pembatas rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.
Sistem Terbuka
Pada sistem ini terjadi pertukaran energi dan benda dengan lingkungannya. Sebuah pembatas
memperbolehkan pertukaran benda disebut permeabel. Samudra merupakan contoh dari sistem
terbuka.
Hukum I Termodinamika
Hukum termodinamika pertama berbunyi “Energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan
tetapi dapat dikonversi dari suatu bentu ke bentuk yang lain”. Hukum pertama termodinamika
berhubungan dengan cara suatu sistem memperoleh energi dalam dari lingkungan atau kehilangan
energi dalam ke lingkungan.
Hukum pertama adalah prinsip kekekalan energi yang memasukan kalor sebagai model
perpindahan energi. Menurut hukum pertama, energi di dalam suatu benda dapat ditingkatkan
dengan cara menambahkan kalor ke benda atau dengan melakukan usaha pada benda. Hukum
pertama tidak membatasi arah perpindahan kalor yang dapat terjadi. Jika suatu sistem memperoleh
energi Q dalam bentuk kalor dan pada saat yang sama kehilangan energi W dalam bentuk usaha,
perubahan energi dalam karena kedua faktor ini dinyatakan oleh persamaan: ΔU = U2 – U1 = Q – W.
Jadi, hukum pertama termodinamika adalah prinsip kekekalan energi yang diaplikasikan pada kalor,
usaha, dan energi dalam.
Hukum I termodinamika menyatakan bahwa kalor yang terlibat diubah menjadi perubahan
energi dalam & usaha.
Energi dalam suatu system berubah dari nilai awal U1 ke nilai akhir U2 sehubungan dengan
kalor Q dan usaha W:
ΔU = U2 – U1 = Q – W
(perubahan energi dalam (ΔU) sistem = kalor (Q) yang ditambahkan ke sistem dikurangi
dengan kerja yang dilakukan oleh sistem)
Q adalah usaha positif jika sistem memperoleh kalor dan negatif jika kehilangan kalor. Usaha
W positif jika usaha dilakukan oleh sistem dan negatif jika usaha dilakukan pada sistem.
Beberapa sumber lain menuliskan hukum pertama termodinamika sebagai berikut:
ΔQ = ΔU + ΔW
ΔQ = kalor yang masuk / keluar sistem
ΔU = perubahan energi dalam
ΔW = usaha luar.
Penerapan Hukum I Termodinamika pada Proses Termodinamika
Hukum pertama termodinamika dilakukan dalam empat proses, yaitu:
Proses Isotermal
Dalam proses ini, suhu sistem dijaga agar selalu konstan. Suhu gas ideal berbanding lurus
dengan energi dalam gas ideal dan tekanan sistem berubah penjadi (tekanan sistem berkurang).
Pada proses isothermal, suhu awal gas T1 sama dengan suhu akhir gas T2 (atau T2 = T1).
Dengan demikian, ΔU = 3/2 nRT = 0. Hukum pertama termodinamika memberikan:
ΔU = Q – W; 0 = Q – W atau Q = W
Pada proses isothermal: ΔU = 0 dan Q = W
Gambar 2. grafik proses isotermal
Proses Adiabatik
Dalam proses adibiatik, tidak ada kalor yang ditambahkan pada sistem atau meninggalkan
sistem (Q = O). Proses adibiatik bisa terjadi pada sistem tertutup yang terisolasi dengan baik. Untuk
sistem tertutup yang terisolasi dengan baik, biasanya tidak ada kalor yang dengan seenaknya
mengalir kedalam sistem atau meninggalkan sistem. Proses adibiatik juga bisa terjadi pada sistem
tertutup yang tidak terisolasi. Proses dilakukan dengan sangat cepat sehingga kalor tidak sempat
mengalir menuju sistem atau meninggalkan sistem.
Gambar 3. grafik proses adiabatik
Pada proses adiabatik, Q = 0, sehingga hukum pertama memberikan:
ΔU = Q – W; ΔU = 0 – W atau ΔU = -W
Pada proses adiabatik: Q = 0 dan ΔU = -W
Karena Q = 0 maka O = U + W
U2 -U1 = - W
Bila W negatif ( -W = sistem ditekan ) usaha dalam sistem ( U ) bertambah. Sedangkan hubungan antara suhu mutlak dan volume gas pada proses adibatik, dapat dinyatakan dengan persamaan :
T.V-1 = konstan atau T1.V1-1 = T2.V2-1
Proses Isokhorik
Dalam prose isokhorik, volume sistem dijaga agar selalu konstan. Karena volume sistem selalu
konstan, maka sistem tidak bisa melakukan kerja pada lingkungan. Demikian juga sebaliknya,
lingkungan tidak bisa melakukan kerja pada sistem.
Pada proses isokhorik, volum gas tetap (V1 = V2 atau ΔV = 0), sehingga usaha W = 0. Hukum pertama termodinamika memberikan:
ΔU = Q – W; ΔU = Q – 0 atau ΔU = Q
Pada proses isokhorik: W = 0 dan ΔU = Q
Gambar 4. grafik isokhorik
Proses Isobarik
Dalam proses isobarik, tekanan sistem dijaga agar selalu konstan. Karena yang konstan adalah
tekanan maka perubahan energi dalam (U) ,kalor (Q), dan kerja (W) pada proses isobarik tidak ada
dan bernilai nol. Dengan demikian, persamaan hukum pertama termodinamika tetep utuh seperti
semula.
Pada proses isobarik: Q = ΔU + p.ΔV
Gambar 5. grafik isobarik
Kapasitas Kalor Gas
a. Pengertian Kapasitas Kalor
Ada tiga besaran yang umum digunakan untuk menghitung kalor yang diterima atau
dilepaskan oleh suatu gas: kalor jenis, kapasitas kalor dan kapasitas kalor molar. Ketiga besaran ini
saling berhubungan, sehingga jika rumus salah satu rumus besaran diketahui, maka rumus kedua
besaran lainnya dapat diperoleh.
Kapasitas kalor suatu zat (C) adalah banyaknya kalor (Q) yang diperlukan untuk menaikkan
suhu suatu zat sebesar 1 kelvin.
C = Q/ΔT atau Q = C.ΔT
Satuan SI untuk kapasitas kalor adalah J/K atau J.K-1.
Kapasitas kalor gas pada tekanan tetap, Cp, didefinisikan sebagai kalor yang diperlukan
untuk menaikkan suhu suatu zat 1 kelvin pada tekanan tetap.
Kapasitas kalor pada tekanan tetap: Cp = Qp/ΔT atau Qp = Cp.ΔT
Kapasitas kalor gas pada volum tetap, CV, didefinisikan sebagai kalor yang diperlukan untuk
menaikkan suhu suatu zat 1 kelvin pada volum tetap.
Kapasitas kalor pada volum tetap: CV = QV/ΔT atau QV = CV.ΔT
Hubungan Cp dan Cv adalah sebagai berikut: Cp – Cv = nR
Dengan n adalah banyak zat dalam mol dan R adalah tetapan umum gas.
Nilai Kapasitas Kalor dan Tetapan Laplace
Untuk gas monoatomik : Cv = 3/2 nR
Cp = 5/2 nR
Untuk gas diatomik : Cv = 5/2 nR
Cp = 7/2 nR
Tetapan Laplace (notasi γ) didefinisikan sebagai nilai perbandingan antara kapasitas kalor
pada tekanan tetap dengan kapasitas kalor pada volum tetap:
γ = Cp/CvPerhatikan, Cp > Cv maka pastilah γ > 1.
Untuk gas monoatomik: Cp = 5/2 nR dan Cv = 3/2 nR, sehingga:
γ = 5/2 nR : 3/2 nR = 5/3 = 1,67
Untuk gas diatomik: Cp = 7/2 nR dan Cv = 5/2 nR, sehingga:
γ = 7/2 nR : 5/2 nR = 7/5 = 1,4
b. Kapasitas Kalor Molar
Selain besaran kapasitas kalor yang digunakan di fisika, dalam kimia lebih sering digunakan
besaran kapasitas kalor molar. Kapasitas kalor molar (notasi Cm) adalah kapasitas kalor per mol.
Kapasitas kalor molar: Cm = C/n atau C = n.Cm
Dengan demikian dapat kita tulis:
Kalor pada tekanan tetap Qp = Cp . ΔT ; Qp = n . Cp,m . ΔT
Kalor pada volum tetap Qv = Cv . ΔT ; Qv = n . Cv,m . ΔT
Studi Kasus Hukum I Termodinamika
Penerapan hukum I termodinamika dapat ditemukan dalam kehidupan sehari-hari, misal:
- Termos
Pada alat rumah tangga tersebut terdapat aplikasi hukum I termodinamika dengan sistem
terisolasi. Dimana tabung bagian dalam termos yang digunakan sebagai wadah air, terisolasi dari
lingkungan luar karena adanya ruang hampa udara di antara tabung bagian dalam dan luar. Maka dari
itu, pada termos tidak terjadi perpindahan kalor maupun benda dari sistem menuju lingkungan
maupun sebaliknya.
Gambar 6. termos
- Mesin kendaraan bermotor
Pada mesin kendaraan bermotor terdapat aplikasi termodinamika dengan sistem terbuka. Dimana
ruang didalam silinder mesin merupakan sistem, kemudian campuran bahan bakar dan udara masuk
ke dalam silinder, dan gas buang keluar sistem melalui knalpot.
Yuri Syahwirawan
3713100701
Buatlah sebuah contoh system termodinamika dan tentukanlah jenis system, batas system, serta
interaksi system dengan lingkungan !
Salah satu contoh system termodinamika ialah adanya embun diluar gelas yang berisi
es. Hal ini disebabkan udara yang berada di luar gelas (sistem) banyak mengandung uap
air, gelas yang berisi es bersuhu rendah dan terasa dingin sehingga udara yang bersentuhan
dengan gelas akan mengalami penurunan suhu. Udara yang mengandung uap air juga akan
mengalami penurunan suhu. Jika suhu udara sudah sangat rendah maka uap air akan
mengembun dan berubah menjadi tetesan-tetesan air di luar gelas tersebut. Peristiwa
tersebut sesuai dengan hukum II Termodinamika. Pada peristiwa tersebut terjadi proses
penyerapan panas di dalam gelas. Peristiwa tersebut merupakan sistem tertutup karena
hanya terjadi proses pertukaran kalor dan tidak terjadi proses pertukaran zat. Peristiwa
tersebut menggunakan media sebagai pembatas rigid yaitu mempertukarkan kalor
menggunakan gelas sebagai media.
top related