1

BAB 1

KONSEP DASAR

2

TERMODINAMIKA adalah satu sains yang

mempelajari tentang penyimpanan

(storage), pengubahan (transformation),

dan pemindahan (transfer) energi

3

STORED ENERGY

Internal Energy (U)

Kinetic Energy (EK)

Potential Energy (EP)

Chemical Energy

FORMS OF ENERGY

4

Dalam termodinamika, kita akan menyusun persamaan matematis

yang menghubungkan transformasi dan transfer energi dengan variabel-

variabel makroskopis, seperti temperatur, volume, dan tekanan,

yang menggambarkan sistem termodinamis.

Hukum-hukum Termodinamika

5

Hukum-hukum Termodiamika:

1. Hukum ke-0 : mendefinisikan temperatur (T)

2. Hukum ke-1 : mendefinisikan energi (U)

3. Hukum ke-2 : mendefinisikan entropy (S)

4. Hukum ke-3 : mendefinisikan nilai S pada 0 K

6

SISTEM TERMODINAMIS

Sistem termodinamis adalah bagian dari semesta yang menjadi perhatian /

sekumpulan senyawa yang terdiri dari partikel-partikel

atom dan molekul

SISTEM

SEKELILING

BOUNDARY

7

SISTEM

TERISOLASI TERTUTUP TERBUKA

TERISOLASI TERTUTUP TERBUKATransfer massa Tidak ada Tidak ada Ada

Transfer panas dan/atau kerja

Tidak ada Ada Ada

8

9

PROPERTY DAN KEADAAN SISTEM

SISTEM

HOMOGEN HETEROGEN

Minuman kopi Udara

Air teh + es

10

Fasa adalah sejumlah material yang o Memiliki komposisi seragam/homogeno Dapat dibedakan secara fisik dengan fasa lainnyao Dapat dipisahkan secara mekanik dari fasa

lainnyaContoh sistem satu fasa ( = 1):o Air murnio Udara (N2, O2, Ar, CO2)

Contoh sistem 2 fasa:o Es dalam airo Susu (butiran lemak dalam larutan air)

11

12

Property adalah besaran yang digunakan untuk menggambarkan suatu sistem pada keadaan kese-imbangan.

State/keadaan suatu sistem adalah kondisi dari sistem tersebut sebagaimana dinyatakan dengan nilai dari propertynya pada suatu saat tertentu.

Property yang umum digunakan untuk menggambar-kan suatu sistem adalah tekanan (P), temperatur (T), volume (V), internal energy (U), enthalpy (H), entropy (S), jumlah mol (ni), massa (m), kecepatan (u), dan posisi.

13

Property memiliki nilai unik apabila suatu sistem berada dalam keadaan tertentu, dan nilainya tidak tergantung pada jalannya proses, hanya tergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir dari sistem.

Secara matematis:

122

1

d

diferensial eksak Perubahan property ketika sistem

berubah dari keadaan 1 ke keadaan 2

14

V = 1,012 cc/g V = 1,003 cc/g V = 1,091 cc/g

50C

15

PROPERTY

EKSTENSIF INTENSIF

nVV

t

mVV

t

tV

n (vol. spesifik)

(vol. molar)

16

JUMLAH/UKURAN

Massa(m)

Jumlah mol(n)

Volume total(Vt)

Mmn

17

KESEIMBANGAN TERMODINAMIK: PROSES

Keseimbangan adalah suatu keadaan yang statis, tidak ada perubahan, bahkan tidak ada kecenderung-an untuk berubah.

Suatu sistem berada dalam keseimbangan termo-dinamik apabila propertynya (T dan P) konstan dari satu titik ke titik lainnya dan tidak ada kecenderung-an untuk berubah dengan waktu.

18

Apabila temperatur sebagian boundary dari sistem tiba-tiba naik, maka akan terjadi redistribusi spontan sampai semua bagian sistem memiliki temperatur yang sama.

Ketika suatu sistem berubah dari satu keadaan keseimbangan ke keadaan keseimbangan lainnya, maka lintasan yang dilalui sistem tersebut dinamakan proses.

19

Jika dalam perjalanannya dari satu keadaan ke keadaan lainnya, sistem melewati keadaan yang hanya sedikit sekali (infinitisimal) menyimpang dari keseimbangan, maka dikatakan bahwa sistem mengalami proses quasiequilibrium, dan setiap keadaan dalam tahapan proses tersebut dapat dianggap sebagai keadaan keseimbangan.

Proses kompresi dan ekspansi gas dalam internal combustion engine dapat didekati dengan proses quasiequilibrium.

20

Proses reversibel adalah proses yang arahnya dapat dibalik karena adanya perubahan

infinitisimal (extremely small) dari kondisi eksternal.

21

• Tanpa friksi

• Perubahannya dari keadaan keseimbangan adalah kecil sekali (infinitesimal)

• Melewati serangkaian keadaan keseimbangan

• Disebabkan oleh ketidakseimbangan gaya yang besarnya infinitesimal

• Arahnya dapat diubah di sebarang titik oleh adanya perubahan eksternal yang besarnya infinitesimal

• Jika arahnya dibalik, maka akan melewati jalur semula dan akan kembali ke keadaan sistem dan sekeliling mula-mula.

RESUME: PROSES REVERSIBEL

22

. . . . . .

P1V1

P2V2

PnVn

Diagram PV

Dilakukan percobaan pada temperatur tetap

23

P

V

••••

•

P1P2

Pn

V1 V2Vn

24

KERJA/WORK (W)

dl

FdlFW

Gaya yang dikenakan oleh piston terhadap fluida dalam silinder:

F = P A

Pergeseran piston:

AVd

AdVdl

tt

(1.2)

(1.1)

25

F searah dengan pergeseran piston (dl) menurut pers. (1.1) W positif.

Volume gas dalam silinder mengecil dVt negatif.

Penggabungan pers. (1.1) dan (1.2) menghasilkan:

AVdAPW

t

dl

F

Karena A konstan maka:

tdVPW (1.3)

2626

P

Vt

P1

dVt

tdVPW

Ini adalah luas di bawah kurva yang diarsir, dengan lebar - dVt dan tinggi antara P1 dan P1’.

P1’

272727

P

Vt

P1

dVt

Jika proses berubah dari P1 ke P2 dengan melalui serangkaian proses reversibel, maka usaha total adalah jumlah dari semua segmen-segmen luasan kecil.

P2

t

t

V

V

tdVPW2

1

(1.4)

V1tV2

t

28

EKSPERIMEN JOULE

29

• Ada hubungan kuantitatif antara kerja dan panas, sehingga dapat disimpulkan bahwa panas merupakan salah satu bentuk energi.

• Dalam percobaan Joule, energi yang ditambahkan ke dalam fluida adalah kerja, sedangkan yang ditransfer dari fluida ke reservoir adalah panas.

• Apa yang terjadi pada energi tersebut di antara waktu penambahan ke dalam fluida dan transfer dari fluida ke reservoir?

• Konsep rasional tentang hal ini adalah bahwa energi disimpan di dalam fluida dalam bentuk lain, yaitu internal energy.

30

INTERNAL ENERGY (U)

3030

INTERNAL ENERGY

ENERGI KINETIK

Sebagai akibat gerakan molekul

(translasi, rotasi dan vibrasi)

ENERGI POTENSIAL

Berhubungan dengan ikatan kimia dan juga elektron bebas pada

logam

3131

GAS MONOATOMIK GAS POLIATOMIK

Energi kinetik akibat gerakan translasi linier

dari atom tipe "hard sphere"

GAS

Energi kinetik akibat gerakan translasi, rotasi, dan vibrasi

32323232

• Energi kinetik akibat adanya gerakan translasi, rotasi, dan vibrasi.

• Energi potensial akibat adanya gaya tarik antar molekul.

CAIRAN

33

343434

PANAS (HEAT)

353535

Transfer energi

36

Energi ditransfer dalam bentuk kerja: tumbukan antar partikel

Secara makroskopis tak teramati

Harus ada satu besaran makroskopis yang mewakili transfer energi dalam skala mikroskopis

TEMPERATUR