8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 1
DEFINISI GAS IDEAL
DISTRIBUSI KECEPATAN
KECEPATAN GAS IDEAL
HUBUNGAN TEKANANDAN KECEPATAN
PERSAMAAN GAS IDEAL
HUBUNGAN TEMPERATUR DANKECEPATAN PARTIKEL
KALOR JENIS GAS
HUKUMTERMODINAMIKA I
PROSES ISOBARIK
PROSES ISOKHORIK
PROSES ISOTERMIK
PROSES ADIABATIK PENGERTIAN SIKLUS
HUKUM TERMODINAMIKA II
SIKLUS MESIN CARNOT
SIKLUS MESIN BAKAR/OTTO
SIKLUS MESIN DIESEL
SIKLUS MESIN UAP
MESIN PENDINGIN
CONTOH SOAL 1 CONTOH SOAL 2 CONTOH SOAL 3 CONTOH SOAL 4 CONTOH SOAL 5
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 2
DEFINISI GAS IDEAL1. Gas ideal terdiri atas partikel-partikel (atom-atom
ataupun molekul-molekul ) dalam jumlah yang besarsekali.
2. Partikel-partikel tersebut senantiasa bergerak dengan arahrandom/sebarang.
3. Partikel-partikel tersebut merata dalam ruang yang kecil.
4. Jarak antara partikel-partikel jauh lebih besar dari ukuranpartikel-partikel, sehingga ukuran partikel dapat diabaikan.
5. Tidak ada gaya antara partikel yang satu dengan yang lain,kecuali bila bertumbukan.
6. Tumbukan antara partikel ataupun antara partikel dengandinding terjadi secara lenting sempurna, partikel dianggapsebagai bola kecil yang keras, dinding dianggap licin dan tegar.
7. Hukum-hukum Newton tentang gerak berlaku.
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
DISTRIBUSIKECEPATAN
sepertiga jumlah atom bergerak sejajar sumbu x,sepertiga jumlah atom bergerak sejajar sumbu ydan sepertiga lagi bergerak sejajar sumbu z.
Kecepatan bergerak tia-tiap atomdapat ditulis dengan bentukpersamaan :
mkTv ras
3
mkTv ras
3
vras = kecepatan tiap-tiap atom, dalam m/detk = konstanta Boltzman k = 1,38 x 10-23 joule/atom oKT = suhu dalam oKm = massa atom, dalam satuan kilogram.
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 3
KECEPATAN GAS IDEAL
m MN
k RN 0
Karena : dan Maka kecepatangas ideal :
MRTvras
3
M = massa gas per mol dalam satuan kg/molR = konstanta gas umum = 8,317 joule/mol oK
Pada suhu yang sama, untuk 2 macam gas kecepatannya dapat dinyatakan :
1221 :: MMvv rasras
Pada gas yang sama, namun suhu berbeda dapat disimpulkan :
221 :1: TTvv rasras
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
HUBUNGANTEKANAN DAN KECEPATAN
Tiap kali tumbukan atom dengan permukaandinding kubus kecepatan itu berubah dari + vrasmenjadi -vras. Jadi partikel mengalami perubahanmomentum = m (-vras) - m(+vras) = - 2m vras
Selang waktu antara dua buah tumbukanberturut-turut antara atomdengan permukaan dinding kubus adalah :
2
r a s
LtV
. 22. 2
ra s
ra sr a s
F t m vLF m v
v
Maka : 2r a sm VF
LGaya tiap partikel:
gaya rata-rataN/3 atom :
N3
2
.3
rasm VNFL
Tekanan rata-rata pada permukaan ialah hasil bagiantara gaya dengan luas bidang tekan :
2
2. .3 .
rasmVNPLL
2
.3
rasm VNPV
213 rasP V
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 4
PERSAMAANGAS IDEAL
P . V = K’ . T atau P . V = N. k .TT = Suhu mutlak
N = Banyaknya partikel gask = Konstanta Boltman = 1,38 x 10-23 joule/0K
P . V = n R T
n NN 0
P = tekanan mutlak gas ideal satuan : N/m2
V = volume gas satuan : m3
T = suhu mutlak gas satuan : oKn = jumlah molekul gas satuan : molR = kondtanta gas umum, dimana :R = 8,317 joule/mol.0K
= 8,317 x 107 erg/mol0K= 1,987 kalori/mol0 K= 0,08205 liter.atm/mol0K
n NN 0
P VT
P VT
1 1
1
2 2
2
. .
n mMr
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
HUBUNGANTEMPERATUR DENGAN KECEPATAN PARTIKEL
P.V = n.R.T2
0
. . .3
r a sm VN N R TNVV
2
0
13 ras
Rm V TN
21 .3 rasm V k T
21 3 .2 2rasmV kT E k k T3
2. TkNEk ..
23
Untuk tiap partikel Untuk N partikel
k RN0
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 5
KALOR JENIS GASDua macam KALOR JENIS yang mempunyai arti praktis yaitu :
- Kalor jenis pada volume konstan. (cv)- Kalor jenis pada tekanan konstan.(cp)
Kalor jenis gas ideal pada tekanan konstan selalu lebih besar daripada kalor jenis gas ideal pada volume konstan dan selisihnyasebesar konstanta gas umum (universil) yaitu : R = 8,317 J/mol 0K.
cp - cv = Ra. Untuk gas beratom tunggal
( monoatomik ) Pc R52 Vc R3
2P
V
cc
1 67,
b. Untuk gas beratom dua( diatomik ) Pc R7
2 Vc R52
P
V
cc
1 4,
= konstanta Laplace.
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
HUKUMTERMODINAMIKA I
Temodinamika merupakan cabang ilmu fisika yang mempelajarimengenai pengaliran panas, perubahan-perubahan energi yangdiakibatkan dan usaha yang dilakukan oleh panas.
Usaha luar ( W ) yaitu : Usaha yang dilakukan oleh sistem terhadapsekelilingnya terhadap sistem. W = p. V
Usaha dalam ( U ) adalah : Usaha yang dilakukan oleh bagiandari suatu sistem pada bagian lain dari sitem itu pula. U nRT3
2. .
HUKUM I TERMODINAMIKA.Dalam suatu sistem yang mendapat panas sebanyak Q akan terdapat
perubahan energi dalam ( U ) dan melakukan usaha luar ( W ).Q = U + W
Q = kalor yang masuk/keluar sistemU = perubahan energi dalam
W = Usaha luar.
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 6
HK. TERMODINAMIKA IPROSES ISOBARIKPada proses ini gas dipanaskan dengan tekanan tetap
sebelum dipanaskan sesudah dipanaskan
proses ini berlaku persamaan GayLussac
VT
VT
1
1
2
2
W = p ( V2 - V1 )
Q = m cp ( T2 - T1 )
U = m cv ( T2 - T1 )
W = Q - U = m ( cp - cv ) ( T2 - T1 )Pemanasan Pendinginan
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
HK. TERMODINAMIKA IPROSES ISOKHORIK
proses ini volume Sistem konstan
Sebelum dipanaskan Sesudah dipanaskan
proses ini berlaku Hukum CHARLES
PT
PT
1
1
2
2
Pemanasan Pendinginan
Karena V = 0 maka W = p . VW = 0
Kalor yang diserap oleh sistem hanya dipakaiuntuk menambah energi dalam U )
Q = UU = m . cv ( T2 - T1 )
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 7
HK. TERMODINAMIKA IPROSES ISOTERMIK
Selama proses suhunya konstan
Sebelum dipanaskan Sesudah dipanaskan
Proses ini berlaku Hukum BOYLE P1 V2 = P2 V2
Pemanasan Pendinginan
32
Karena suhunya konstan T2 = T1 maka :U = U2 - U1
3/2 n R T2 - 3/2 n R T1 = 0
W P VVV
P VVV1 1
2
12 2
2
1
( l n ) ( l n )
ln x =2,303 log x
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
HK. TERMODINAMIKA IPROSES ADIABATIK
Selama proses tak ada panas yang masuk / keluar sistem jadi Q = 0
Sebelum proses Selama/akhir proses
berlaku Hukum Boyle-Gay Lussac
PVT
P VT
1 1
1
2 2
2
Pengembangan Pemampatan
Karena Q = 0 maka O = U + WU2 -U1 = - W
W = m . cv ( T1 - T2 )
P1.V1 = P2.V2
T.V -1 = konstan atau T1.V1-1 = T2.V2
-1
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 8
PENGERTIANSIKLUS
-Mulai dari ( P1 , V1 ) gasmengalami proses isothermissampai ( P2 , V2 ).-Kemudian proses isobarikmengubah sistem dari ( P2 , V2 )sampai ( P2 , V1 ).-Akhirnya proses isobarikmembuat sistem kembali ke( P1 , V1 ).Usaha yang dilakukan samadengan luas bagian gambar yangdiarsir proses seperti yangditunjukkan pada gambar disamping disebut : SIKLUS.
Pada akhir proses sistem kembali ke keadaan semula. Ini berarti padaakhir siklus energi dalam sistem sama dengan energi dalam semula.
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
HUKUMTERMODINAMIKA II
“ Adalah Tidak Mungkin Dapat Suatu Mesin Yang Bekerja DalamLingkaran Yang Tidak Menimbulkan Efek Lain Selain DaripadaMengambil Panas Dari Suatu Sumber Dan Merubah Panas Ini
Seluruhnya Menjadi Usaha “
Sebuah mesin diberi energi berupa kalor Q2pada suhu tinggi T2, sehingga mesinmelakukan usaha mekanik W. Energi yangdibuang berupa kalor Q1 pada suhu T1,maka effisiensi mesin adalah :
Energi yang bermanfaatEnergi yang asukkandim
WQ
Q QQ2
2 1
2
( )1 100%1
2
( )1 100%1
2
TT
Berlaku untuk semua mesin Mesin Carnot
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 9
SIKLUSMESIN CARNOT
•Kurva ab dan cd masing-masingadalah kurva pengembangan danpemampatan isoteremis.
*Kurva bc dan da masing-masingadalah kurva pengembangan danpemampatan adiabatik.
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
SIKLUSMESIN BAKAR/OTTO
*Kurva ab dan cd masing-masingadalah kurva pemampatan danpengembangan adiabatik.
*Garis lurus bc dan da masing-masingadalah garis lurus untuk pemanasandan pendinginan isokhorik.
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 10
SIKLUSMESIN DIESEL
•Kurva ab dan cd masing-masingadalah kurva pemampatan danpengembangan adiabatik.
*Garis lurus bc adalah garis luruspemanasan isobarik.
*Garis lurus cd adalah garis luruspendinginan isokhorik..
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
SIKLUSMESIN UAP/RANKINE
Mula-mula air dalam keadaan cairdengan suhu dan tekanan rendah di
titik a.-kurva ab adalah kurva pemampatansecara adiabatik dengan tekananyang sama dengan tekanan di dalamperiuk pendingin.-garis cd adalah proses pengubahanair menjadi uap.-Garis de adalah prosers pemanasansehingga suhu uap sangat tinggi.-Kurva ef adalah prosespengembangan secara adiabatik.-garis fa adalah proses pengembunansehingga kembali ke keadaanawalnya.
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 11
MESIN PENDINGIN
Sebuah mesin pendingin menggunakanKalor Q2 untuk mengusir panas danMembuangnya ke Q1
Angka kerja (AK) dari mesin pendingin:
%1002 xWQAK
%10021
2 xQQ
QAK
Jika Angka kerja besar, maka mesin bekerja lebih berat dan sebaliknya
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
CONTOH SOAL 1
Jika kecepatan rata-rata molekulgas hydrogen adalah 600v3 m/s
pada suhu 27 oC. Hitunglahtekanan gas Oksigen pada suhu
127o C (jika massa jenis gasOksigen 1,4 Kg/m3)
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 12
JAWABANCONTOH SOAL 1
2 2 2 2 22: . : .H O O H Ov v M T H M T
2 2: 32.300 : 2.400H Ov v
2600 3 : 4 3 : 2Ov
2
2.600 3 300 /4 3Ov m s
2
21 ( )3 OP v
21 .1, 4.(300)3
P
21,4.30.000 42.000 /P N m
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
CONTOH SOAL 2
Hitunglah energi kinetik 1/6 molSuatu gas monoatomik pada suhu
127 o C jika Bilangan avogadro6.1023 atom/mol Dan konstanta
Boltzman 1,38.10-23Joule/atom oK.
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 13
JAWABANCONTOH SOAL 2
3 . .2kE N k T
23 233 1. .6.10 .1,38.10 .4002 6kE
828kE joule
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
CONTOH SOAL 3
Diagaram P-V di atas menunjukkan gas dalamsatu siklus, hitunglah usaha total gas danjumlah kalor yang diperlukan.
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 14
JAWABANCONTOH SOAL 3
Luas daerah yang di arsir pada grafik P thd V merupakan usahaluar gas.
W= P V= (4.105 – 2.105). (4-2) = 4.105 joule
W
Karena siklus tertutup maka :U (perubahan usaha dalam)
= NOL.
Jadi kalor yang dibutuhkan =Usaha luar gas = 4.105 joule.
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
CONTOH SOAL 4Gas ideal monoatomik pada tekanan10^5 N/m2 dan suhu 275 oK mempu-nyai volume 2,25 m3. Gas ini mula-mula mengalami proses isokhoriksampai tekanan 1,5 .105 N/m2 ke-mudian proses isobaric sampai volu-menya menjadi 4,5 m3.a. Buatlah diagram P-V dari proses
yang dialami gas.b. Hitung suhu akhir proses.c. Hitung usaha total gas.
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 15
JAWABANCONTOH SOAL 4
a.
V(m )3
P(N/m ).102 5
2,25 4,50
1
1,5
(1)
(2)
(1) Adalah Proses Isovolum(2) Adalah proses isobarik
b. 1 2
1 2
P PT T
5 5
2
10 1,5.10275 T
2 412,5oT K32
2 3
VVT T 3
2, 25 4,50412,5 T
3 825oT K
.W P Vc.
5 51,5.10 (4,50 2,25) 3,375.10W joule
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
CONTOH SOAL 5
Sebuah mesin turbo jet reservoirpembakaran bersuhu 1727 oC danreservoir suhu rendahnya 527 o CUntuk menghasilkan usaha sebesar2.105 J diperlukan kalor pembakar-an 8.105 J.a. Berapa efisiensi Carnot (ideal)b. Effisiensi sesungguhnya dari me-sin.
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
8/7/2017
IR. STEVANUS ARIANTO 16
JAWABANCONTOH SOAL 5
2
1
(1 )100%TT
a.
800(1 )100% 60%2000
1
.100%wQ
b.5
5
2.10 .100% 25%8.10
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1
PROFICIATSELAMAT ANDA TELAH MENYELESAIKAN
MATERI TEORI KINETIK GAS & TERMODINAMIKA
BERLATIHLAH DENGAN :
SOAL-SOAL URAIAN
TESTLAH
KEMAMPUANMU
DENGAN SOAL TEST YANG TERSEDIA
Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1