asisten: hafif dafiqurrohman ... · pdf filehukum termodinamika pertama selisih antara kalor...

28
Dosen: Dr. Ir. Adi Surjosatyo, M.Eng. Asisten: Hafif dafiqurrohman Sumber: http://dosen.tf.itb.ac.id/~amoranto/ITENAS/Teknik%20Elektro/f2el% 20Termodinamika.ppt

Upload: dinhquynh

Post on 07-Feb-2018

231 views

Category:

Documents


4 download

TRANSCRIPT

Page 1: Asisten: Hafif dafiqurrohman ... · PDF fileHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses ... Contoh Soal

Dosen: Dr. Ir. Adi Surjosatyo, M.Eng.

Asisten: Hafif dafiqurrohman

Sumber: http://dosen.tf.itb.ac.id/~amoranto/ITENAS/Teknik%20Elektro/f2el%20Termodinamika.ppt

Page 2: Asisten: Hafif dafiqurrohman ... · PDF fileHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses ... Contoh Soal

TERMODINAMIKA

PROSES-PROSES TERMODINAMIKA Proses Isobarik (1) Tekanan konstan

Proses Isotermis (2) Temperatur kontan

Proses Adiabatis (3) Tidak ada kalor yang hilang

Proses Isokorik (4) Volume konstan

Page 3: Asisten: Hafif dafiqurrohman ... · PDF fileHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses ... Contoh Soal

HUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA

Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan

selalu sama untuk setiap proses

if UUUWQU

Ui = Energi dalam mula-mula

Uf = Energi dalam akhir

U = Perubahan energi dalam sistem

Q = Panas yang diberikan pada sistem

W = Kerja yang dilakukan oleh sistem

Page 4: Asisten: Hafif dafiqurrohman ... · PDF fileHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses ... Contoh Soal

PROSES ISOKHORIK

0WVV

pdVW

if

V

V

f

i

KERJA :

KALOR

)TT(nCTnCQ ifVV

TnCUWQU V

PERUBAHAN ENERGI DALAM :

n = Jumlah mol

CV = Kapasitas panas volume konstan

Page 5: Asisten: Hafif dafiqurrohman ... · PDF fileHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses ... Contoh Soal

PROSES ISOBARIK

Vp)VV(pW

tankonsppdVW

if

V

V

f

i

KERJA :

KALOR

)TT(nCTnCQ ifPP

TnCTnRTnCURCC

TnRVpnRTpV

VpTnCUWQU

VPVP

P

PERUBAHAN ENERGI DALAM :

R = Konstanta gas universal = 8.31 J/mol.K

CP = Kapasitas panas tekanan konstan

Page 6: Asisten: Hafif dafiqurrohman ... · PDF fileHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses ... Contoh Soal

PROSES ISOTERMIS

i

f

V

V

V

V

V

VlnnRTdV

V

nRTW

pdVW

V

nRTptankonsT

nRTpV:IdealGas

f

i

f

i

KERJA :

KALOR

i

fV

V

VlnnRTTnCWUQWQU

TnCU V

PERUBAHAN ENERGI DALAM :

KALOR :

Page 7: Asisten: Hafif dafiqurrohman ... · PDF fileHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses ... Contoh Soal

PROSES ADIABATIK

1

i

1

f

V

V

1

V

V

V

V

VV1

C

V1

1CW

dVCVpdVW

CVV

Cp

tankonspV:Adiabatik

f

i

f

i

f

i

KERJA :

1C

C

V

P

CW

VpVpCpV ffii

Page 8: Asisten: Hafif dafiqurrohman ... · PDF fileHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses ... Contoh Soal

iiff VpVp1

1WUWQU0Q

PERUBAHAN ENERGI DALAM :

iiff

1

iii

1

fff

ffii

VpVp1

1VVpVVp

1

1W

VpVpCpV

1

i

1

f VV1

CW

Page 9: Asisten: Hafif dafiqurrohman ... · PDF fileHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses ... Contoh Soal

W Q U

Isokhorik 0

Isobarik

Isotermis 0

Adiabatik 0

TnCV TnCV

TnCV

WQU

1

f

V

VlnnRT

1

f

V

VlnnRT

ffii VpVp1

1

)VV(p if TnCVTnCP

Page 10: Asisten: Hafif dafiqurrohman ... · PDF fileHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses ... Contoh Soal

TEORI KINETIK GAS

MOLEKUL

GAS

ENERGI

DALAM

CV CV

J/mol.K

Monoatomik

He, Ne

1.5 nRT 1.5 R 12.5

Diatomik

O2, H2

2.5 nRT 2.5 R 20.8

Poliatomik 3 nRT 3 R 24.9

NH4 29.0

CO2 29.7

Page 11: Asisten: Hafif dafiqurrohman ... · PDF fileHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses ... Contoh Soal

MESIN-MESIN KALOR

H

C

H

CH

H

CHQ

Q1

Q

QQ

Q

WQQW

= Efisiensi mesin kalor

Page 12: Asisten: Hafif dafiqurrohman ... · PDF fileHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses ... Contoh Soal

MESIN-MESIN PENDINGIN

1W

Q

W

WQ

W

QCOPQQW CCC

CH

COP = Coefficient Of Performance mesin pendingin

Page 13: Asisten: Hafif dafiqurrohman ... · PDF fileHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses ... Contoh Soal

Contoh Soal No. 1

Pada gambar di bawah ini ditunjukkan siklus proses-proses yang

terjadi pada mesin diesel (gasoline internal combustion engine).

Jawab :

nR

VpTnRTVp 11

1111 a).

Titik 1 :nR

Vp,V,p 11

11

a). Tentukan tekanan dan temperatur pada setiap keadaan (titik)

dalam p1, V1 dan perbandingan panas jenis .

b). Hitung efisiensi dari mesin diesel ini

Page 14: Asisten: Hafif dafiqurrohman ... · PDF fileHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses ... Contoh Soal

1 2 : Proses isokhorik

nR

Vp3T3T

VVp3p

TVp

VpT

T

Vp

T

Vp

tankonsnRT

Vp

1112

1212

1

11

222

2

22

1

11

1

11

Titik 2 :nR

Vp3,V,p3 11

11

Page 15: Asisten: Hafif dafiqurrohman ... · PDF fileHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses ... Contoh Soal

1 2 : Proses adiabatik

nR

Vp)25.0(12

nR

Vp3)4()25.0(T

V

V

V

VT

p)25.0(3p

V4

VppV4V

V

V

p

pVpVp

TVp

VpT

T

Vp

T

Vp

11112

2

3

3

23

13

2

22323

3

2

2

33322

2

22

333

3

33

2

22

Titik 3 :nR

Vp)25.0(12,V4,p)25.0(3 11

11

Page 16: Asisten: Hafif dafiqurrohman ... · PDF fileHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses ... Contoh Soal

3 4 : Proses isokhorik

3

3

4434

3

33

444

4

44

3

33

Tp

pTVV

TVp

VpT

T

Vp

T

Vp

Titik 4 :nR

Vp)25.0(4,V4,p)25.0( 11

11

4 1 : Proses adiabatik

nR

Vp)25.0(4

nR

Vp)25.0(12

p)25.0(3

p)25.0(Tp)25.0(3p

p)25.0(pV4V

V

VppVpVp

1111

1

1413

1414

4

1141144

Page 17: Asisten: Hafif dafiqurrohman ... · PDF fileHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses ... Contoh Soal

b).

)TT(nCQ)TT(nCQ

0QQ

34V3412V12

2341

nR

Vp,V,p:1Titik 11

11

nR

Vp)25.0(12,V4,p)25.0(3:3Titik 11

11

nR

Vp)25.0(4,V4,p)25.0(:4Titik 11

11

nR

Vp3,V,p3:2Titik 11

11

R

VpC)25.0(8]

nR

Vp)25.0(12

nR

Vp)25.0(4[nC)TT(nCQ

R

VpC2]

nR

Vp

nR

Vp3[nC)TT(nCQ

11V

1111V34V34

11V

1111V12V12

Page 18: Asisten: Hafif dafiqurrohman ... · PDF fileHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses ... Contoh Soal

)VpVp(1

1W

)VpVp(1

1W0WW

441141

2233233412

]3)25.0(12[1

Vp]Vp3V4p)25.0(3[

1

1)VpVp(

1

1W 11

111223323 1

nR

Vp,V,p:1Titik 11

11

nR

Vp)25.0(12,V4,p)25.0(3:3Titik 11

11

nR

Vp)25.0(3,V4,p)25.0(:4Titik 11

11

nR

Vp3,V,p3:2Titik 11

11

])25.0(41[1

Vp]V4p)25.0(Vp[

1

1)VpVp(

1

1W 11

111441141 1

])25.0(82[1

VpWWWWW 11

41342312total

Page 19: Asisten: Hafif dafiqurrohman ... · PDF fileHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses ... Contoh Soal

R

VpC)25.0(8]

nR

Vp)25.0(12

nR

Vp)25.0(4[nC)TT(nCQ

R

VpC2]

nR

Vp

nR

Vp3[nC)TT(nCQ

11V

1111V34V34

11V

1111V12V12

])25.0(82[1

VpWWWWW 11

41342312total

R

VpC2QQ 11

VH12 R

VpC)25.0(8QQ 11

VC34

])25.0(82[)1(1

])25.0(82[

C

CC

1

])25.0(82[

])25.0(82[C

R

1

1

R

VpC2

])25.0(82[1

Vp

Q

W

V

Vp

V11V

11

H

85.0)25.0(824.1 4.1

Page 20: Asisten: Hafif dafiqurrohman ... · PDF fileHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses ... Contoh Soal

Contoh Soal No. 2

Pada gambar di bawah ini ditunjukkan siklus mesin kalor yang

disebut mesin kalor Carnot. Mesin ini bekerja pada dua

temperatur TH dan TC. Nyatakan efisiensinya dalam TH dan TC

Jawab :

a

bHH

a

bHab

V

VlnnRTQ0U

V

VlnnRTW

a b : Isotermis

c d : Isotermis

c

dCC

c

dCcd

V

VlnnRTQ0U

V

VlnnRTW

Page 21: Asisten: Hafif dafiqurrohman ... · PDF fileHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses ... Contoh Soal

1

b

1

c

C

H1

cC

1

bH

c

c

Cb

b

H

c

CcCcc

b

HbHbb

ccbb

V

V

T

TVTVT

VV

nRTV

V

nRT

V

nRTpnRTVp

V

nRTpnRTVp

VpVp

b c : Adiabatis

Page 22: Asisten: Hafif dafiqurrohman ... · PDF fileHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses ... Contoh Soal

1

a

1

d

C

H1

aH

1

dC

a

a

Hd

d

C

a

HaHaa

d

CdCdd

aadd

V

V

T

TVTVT

VV

nRTV

V

nRT

V

nRTpnRTVp

V

nRTpnRTVp

VpVp

d a : Adiabatis

Page 23: Asisten: Hafif dafiqurrohman ... · PDF fileHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses ... Contoh Soal

d

c

a

b

a

d

b

c

1

a

1

d

1

b

1

c

1

a

1

d

C

H

1

b

1

c

C

H

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

V

T

T

V

V

T

T

a

bHH

V

VlnnRTQ

c

dCC

V

VlnnRTQ

H

C

a

bH

c

dC

H

C

T

T1

V

VlnnRT

V

VlnnRT

1Q

Q1 Efisiensi mesin Carnot

Page 24: Asisten: Hafif dafiqurrohman ... · PDF fileHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses ... Contoh Soal

HUKUM TERMODINAMIKA KEDUATidak ada mesin kalor yang mempunyai efisiensi

lebih besar dari mesin kalor Carnot

Tidak ada mesin pendingin yang mempunyai COP lebih besar dari mesin pendingin Carnot

CH

CC

H

CC

TT

TCOP

T

T1

Page 25: Asisten: Hafif dafiqurrohman ... · PDF fileHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses ... Contoh Soal

Contoh Soal No. 3

Sebuah turbin pada suatu steam power plant mengambil uap air

dari boiler pada temperatur 520oC and membuangnya ke

condenser pada temperatur 100oC. Tentukan efisiensi

maksimumnya.

Jawab :

%5353.0793

3731

T

T1

H

C

Efisiensi maksimum = efisiensi Carnot

Karena gesekan, turbulensi dan kehilangan panas

Efisiensi aktual dari turbin disekitar 40 %

Efisiensi teoritis dari mobil adalah disekitar 56 %.

Eefisiensi aktualnya hanya disekitar 25 %

Page 26: Asisten: Hafif dafiqurrohman ... · PDF fileHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses ... Contoh Soal

Contoh Soal No. 4

Seorang inventor menyatakan bahwa ia telah mengembangkan

sebuah mesin kalor yang selama selang waktu tertentu

mengambil panas sebesar 110 MJ pada temperatur 415 K dan

membuang panas hanya sebesar 50 MJ pada temperatur 212K

sambil menghasilkan kerja sebesar 16.7kwh. Apakah saudara

akan menginvestasikan uang saudara ?

Jawab :

55.010x110

)360(7.16

Q

W6

H

49.0415

2121

T

T1

H

CC

Efisiensinya > Efisiensi mesin Carnot Jangan investasi

Page 27: Asisten: Hafif dafiqurrohman ... · PDF fileHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses ... Contoh Soal

Contoh Soal No. 5

Sebuah mobil yang efisiensinya 22 % beroperasi pada 95 c/s dan

melakukan kerja dengan daya sebesar 120 hp.

Jawab :

J94295

)746(120W

a). Berapa kerja yang dilakukan mesin tersebut setiap siklus ?

b). Berapa bayak kalor yang diserap dari reservoir setiap siklus ?

c). Berapa banyak kalor yang terbuang setiap siklus

Kerja setiap siklus :

a).

Page 28: Asisten: Hafif dafiqurrohman ... · PDF fileHUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan selalu sama untuk setiap proses ... Contoh Soal

b).

J428222.0

942WQ

Q

WH

H

c).

J33409424282WQQ HC