BAB 2

ENERGI DAN HUKUM TERMODINAMIKA I Bab ini hanya akan membahas Sistem Tertutup (Massa Atur).

EnergiEnergi: konsep dasar Termodinamika.

Energi:- dapat disimpan, di dalam sistem

- dapat diubah bentuknya

- dapat dipindahkan, dalam bentuk Kerja atau Panas

- tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan

REVIEW KONSEP MEKANIKA MENGENAI ENERGI Sebuah benda dengan massa m

mempunyai kecepatan V akibat gaya luar Fyang mengikuti lintasannya.

Gaya resultan F dapat dipisah menjadi: a) Fs yang searah lintasan dan

menyebabkan perubahan besarankecepatan, dan

b) Fn yang tegak lurus lintasan danmenyebabkan perubahan arahkecepatan.

Dari Hukum Newton kedua:

Dengan mengatur ulang persamaan dan mengintegrasi, maka:

Suku di sebelah kiri adalah PERUBAHAN ENERGI KINETIK,

Sedangkan suku sebelah kanan adalah KERJA:

Persamaan ini menyatakan bahwa kerja dari gaya resultan adalahperubahan energi kinetik benda. Dalam kata lain, PERPINDAHAN energi sebagai KERJA PADA benda dapat DISIMPAN dalam bentukENERGI KINETIK.

Energi Kinetik adalah sifat EKSTENSIF dengan satuan samadengan energi atau kerja, yaitu: joule, J, ft.lbf, atau Btu.

ENERGI POTENSIAL AKIBAT GRAVITASI

Perhatikan sebuah benda dengan massa mbergerak vertikal dari z1 ke z2

Pada benda tersebut terdapat dua gaya: a)Fg = m.g = gaya gravitasi ke bawah, danb)R = gaya luar lainnya ke atas.

Dari persamaan sebelumnya, perubahanenergi kinetik adalah kerja totalnya akibatdari gaya-gaya tersebut:

Suku kedua integral di atas adalahPERUBAHAN ENERGI POTENSIAL AKIBAT GRAVITASI yang dapat dievaluasi sebagai:

Energi Potensial akibat hal lain dapat berupa energi potensialakibat perbedaan voltase listrik, akibat perbedaan tekanan, dll.

Energi Potensial adalah sifat EKSTENSIF dengan satuan samadengan energi atau kerja, yaitu: joule, J, ft.lbf, atau Btu.

MENGEVALUASI PERPINDAHAN ENERGI SEBAGAI KERJA

Kerja dapat dihitung berdasarkan dua variabel yang dapatdiukur:

Definisi KERJA berdasarkan Termodinamika:

Kerja BUKAN SIFAT. Tidak dipunyai oleh benda. Kerja bergantungpada rincian proses dari satu tingkat keadaan ke tingkat keadaanlainnya

Kerja adalah CARAperpindahan energi. Bukan APAyang dipindahkan.

Yang DIPINDAHKAN adalahENERGI, jadi Kerja bukan apayang di pindahkan ataudisimpan pada sistem.

DAYA: Laju perpindahan energi sebagai kerja. Satuan daya: J/s atau watt atau W,ft.lbf/s, Btu/h, atau hp (daya kuda).

Atau :

KERJA EKSPANSI ATAU KOMPRESI

Pada saat berekspansi, tekanan gas memberikan gaya normal pada torak sebesar: F = p.A. Kerja sistem ketika torak bergerak sebesar dx adalah:

dV positif bila volume bertambah, sehingga Kerja dari sistem positif bila volumebertambah atau berekspansi. Sebaliknya, bila terjadi kompresi, maka dV negatifdan arah kerja menjadi sebaliknya.

Kerja sistem saat fluida berekspansi dapat dihitung sebagai:

Integral ini dapat dievaluasi bila hubungan antara p dan V dapat diperolehdengan pasti.

Pada kenyataannya, hal ini tidak dapat diperoleh. Oleh karena itu, diasumsikansistem berada pada suatu tingkat keadaan semu yang disebutKESETIMBANGAN KUASI (quasi-equilibrium).

KONVENSI TANDA(dipilih karena banyak digunakan pada analisis turbin, motor bakar, dll.) W > 0: kerja dilakukan OLEH sistem, PADA sekeliling (Ekspansi)W < 0: kerja dilakukan PADA sistem OLEH sekeliling (Kompresi)

GAMBARAN PROSES KESETIMBANGAN KUASI(quasi-equilibrium).

Penggambaran proses ini pada diagram p-V menghasilkan luas di bawah kurvayang merupakan kerja dari sistem saat berekspansi. Kerja bergantung pada

proses dan tidak dapat disebut sifat

PROSES POLITROPIK: Proses dimana hubungan antara p dan V berupa: p.Vn = konstan. n=konstanta

Kerja untuk berbagai proses politropik:

BEBERAPA CONTOH KERJA LAINNYA:

Perpanjangan batang pejal, Perengangan lapisan cairan, Penyaluran daya poros transmisi, Kerja elektrik, Kerja akibat magnetisasi atau polarisasi, Dll.

HUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA (1850an):

Fakta menyatakan bahwa pada proses adiabatika (Q = 0), maka kerja netto yangterjadi antara dua tingkat keadaan selalu sama. Oleh karena itu, kerja oleh ataudari suatu sistem tertutup yang mengalami proses adiabatik hanya bergantungpada tingkat keadaan awal dan akhirnya saja dan tidak bergantung pada prosesadiabatiknya.

Perubahan Energinya adalah:

Dalam Mekanika ENERGI TOTAL (E):

ENERGI DALAM (U): adalah jumlah total dari energi mikroskopika sistemakibat getaran, rotasi, translasi, tarikan, dll. antara molekul sistem.

PERPINDAHAN ENERGI SEBAGAI PANAS (Q):Panas adalah modus perpindahan energi yang bukan sebagai Kerja, dan hanya akanterjadi akibat adanya perbedaan temperatur, dengan arah dari temperatur tinggi ketemperatur rendah.

KONVENSI TANDA(dipilih karena banyak digunakan pada analisis PLTU, motor bakar, dll.) Q > 0: panas berpindah dari sekeliling ke sistem. Q < 0: panas berpindah dari sistem ke sekeliling.

MODUS PERPINDAHAN ENERGI SEBAGAI PANAS: A. KONDUKSI: Terjadi ketika ada perbedaan temperature antara 2 permukaan

yang terpisah oleh material solid atau fluida Konduksi terjadi karena adanyakontak molekul/partikel.

B. RADIASI: Energi radiasi dibawa melalui gelombang elektromagnetik berbedadengan perpindahan panas konduksi atau konveksi yang membutuhkan suatumedia, radiasi tidak

C. KONVEKSI: Perpindahan energi yang disertai perpindahan massa.

PRINSIP KONSERVASI ENERGI PADA SISTEM TERTUTUP:

Persamaan ini dapat pula disebut Hukum Termodinamika I untuk sistem tertutup.

ENERGI ANALISIS SIKLUS:

Kerja netto siklus

Efisiensi Termal:

SIKLUS DAYA: Siklus yang menghasilkan daya.

SIKLUS PENDINGIN DAN POMPA PANAS:Siklus untuk mendinginkan atau memanaskan ruangan. .

Kerja netto siklus

Koefisien Prestasi(Coefficient of Performance: COP):Untuk Siklus Pendingin (yang diinginkanadalah efek pendinginan):

Untuk Siklus Pompa Panas (yang diinginkanadalah efek pemanasan):

Asumsi yang dapat digunakan dalam analisis Massa Atur(beberapa istilah akan diberikan pada bab lain)

Asumsi yang dapat digunakan dalam analisis Massa Atur(beberapa istilah akan diberikan pada bab lain)

SOAL :

HW