HUKUM TERMODINAMIKA

Hukum kekekalan energi yang memasukkan kalor sebagai moder perpindahan energi

James Clerk Maxwell (1831-1879)Diakui oleh beberapa orang sebagai bapak fisika modern, ia tokoh yang sangat berpengaruh di bidang listrik,

termodinamika, fotografi, energi nuklir, dan lain-lain.

HUKUM TERMODINAMIKA II

Kalor tidak akan mengalir spontan dari benda dingin ke benda panas[Rudolf Clausius (1822 – 1888)]

Pada taraf molekular: – Molekul yang bergerak lebih cepat, akan menyebarkan energinya kepada lingkungannya

Pada taraf makroskopik: – Perlu pasokan energi / usaha, untuk mendinginkan sebuah benda.

[Rudolf Clausius (1822 – 1888)]

HUKUM II TERMODINAMIKA

Anda tidak dapat membuat mesin yang sekedar mengubah kalor menjadi usaha sepenuhnya [Kelvin (1824 – 1907) & Planck (1858 – 1947)]

Efisiensi mesin tidak dapat 100% Diperlukan tandon panas dan tandon dingin Tandon panas menjadi sumber energi Perlu membuang kalor pada suhu yang lebih rendah, ke tandon dingin Biasanya tandon suhu terendah = atmosfer

[Kelvin (1824 – 1907) & Planck (1858 – 1947)]

Hukum II termodinamika membatasi perubahan energi mana yang dapat terjadi dan yang tidak dapat terjadi. Pembatasan ini dapat dinyatakan dengan berbagai cara, antara lain :

1. Hukum II termodinamika dalam pernyataan aliran kalor: “Kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya”

2. Hukum II termodinamika dalam pernyataan tentang mesin kalor: “Tidak mungkin membuat suatu mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata menyerap kalor dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi usaha luar.”

3. Hukum II termodinamika dalam pernyataan entropi: “Total entropi semesta tidak berubah ketika proses reversibel terjadi dan bertambah ketika proses ireversibel terjadi”

Jika tidak ada kerja dari luar, panas tidak dapat merambat secara spontan dari suhu rendah ke suhu tinggi (Clausius)

Proses perubahan kerja menjadi panas merupakan proses irreversible (Proses reversible adalah suatu proses yang keadaan mula-mula dari sistem dapat dikembalikan tanpa merubah keadaan di sekelilingnya.) jika tidak terjadi proses lainnya (Thomson-Kelvin-Planck)

Suatu mesin tidak mungkin bekerja dengan hanya mengambil energi dari suatu sumber suhu tinggi kemudian membuangnya ke sumber panas tersebut untuk menghasilkan kerja abadi (Ketidakmungkinan mesin abadi)

Mesin Carnot adalah salah satu mesin reversible yang menghasilkan daya paling ideal. Mesin ideal memiliki efisiensi maksimum yang mungkin dicapai secara teoritis

Hukum II Termodinamika memberikan batasan-batasan terhadap perubahan energi yang mungkin terjadi dengan beberapa perumusan :

CONTOH SOAL TERMODINAMIKA

1. Bagaimanakah bunyi Hukum II Termodinamika menurut rumusan Rudolf Clausius ?

“Bila dua benda disentuhkan, kalor akan mengalir secara spontan dari benda yang bersuhu tinggi ke banda bersuhu rendah. Kalor tidak ,mungkin mengalir secara spontan dari benda bersuhu rendah ke banda bersuhu tinggi. “

Jawaban

2. Apakah akibat dari hukum II Termodinamika? Berikan contonya!

Akibat dari hukum II Termodinamika adalah secara alami kalor mengalir dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Contoh, saat kita memasukkan es ke dalam segelas air panas, es akan mencair akibat panas yang berasal dari air panas. Akan tetapi, proses kebalikannya tidak akan terjadi yaitu sebagian air di dalam gelas kembali menjadi es dan sebagian air linnya kembali mengalami peningkatan suhu menjadi panas.

Jawaban

MESIN KALORMesin kalor merupakan suatu alat yang mengubah energi panas menjadi energi mekanik

PROSES SIKLUS MESIN KALOR

(1) Kalor diserap dari sebuah sumber suhu tinggi, meningkatkan energi dalam mesin (2) mengubah sebagian energi dalam ini ke usaha mekanik (3) memuang energi sisa sebagai kalor ke sebuah sumber suhu rendah

c/ MOTOR BENSIN

(1) Hasil pembakaran bensin dalam ruang bakar menghasilkan sumber suhu tinggi (2) gas panas (fluida kerja) melakukan usaha mekanik pada pengisap silinder (3) kalor (panas) dibuang ke lingkungan melalui sistem pendingin (radiator) dan knalpot.

DIAGRAM MESIN KALORMesin menyerap sejumlah kalor Q1 dari sumber panas

Melakukan usaha mekanik W

Membuang kalor Q2 ke sumber dingin

1

2

3Kalor yang digunakan mesin adalah

W = Q1 – Q2

EFISIENSI MESIN KALOR

Ketika mesin mengubah energi kalor menjadi energi mekanik (usaha). Perbandingan antara besar usaha yang dilakukan sistem (W) terhadap energi kalor yang diserapnya (Q1) disebut sebagai efisiensi mesin. Persamaan matematis efisiensi mesin ini dituliskan dengan persamaan

dengan ? = efisiensi mesin. Oleh karena usaha dalam suatu siklus termodinamika dinyatakan dengan W = Q1 – Q2 maka Persamaan (9–30) dapat dituliskan menjadi

Lanjutan…

Pada mesin Carnot, besarnya kalor yang diserap oleh sistem (Q1) sama dengan temperatur reservoir suhu tingginya (T1). Demikian juga, besarnya kalor yang dilepaskan sistem (Q2) sama dengan temperatur reservoir suhu rendah mesin Carnot tersebut. Oleh karena itu, Persamaan (9–30) dapat dituliskan menjadi

Keterangan:

? : efisiensi mesin Carnot

T1 : suhu reservoir bersuhu tinggi (K)

T2 : suhu reservoir bersuhu rendah (K)

Contoh Soal ;)

Tentukan efisiensi sebuah mesin yang mengambil 2400 J kalor selama fase pembakaran dan kehilangan 1500 J pada proses pembuangan.

Jawab:

Kalor pembakaran/masukan Q1 = 2400 J, kalor buang Q2 = 1500 J

= (1 - ) x 100%

= (1 - )x 100%

= x 100% = 37,5%

MESIN PENDINGIN

Prinsip : menyerap energi panas dari dalam suatu ruang dan kemudian menyedot dan membuangnya kelingkungan

Contoh : Lemari es

: AC

Prinsip kerja Ac tidak jauh berbeda denga prinsip kerja lemari es, hanya saja pada AC pemindahan panas diperlukan energi tambahan

Efisiensi mesin Dinyatakan dalam koefisien peformansi (COP) merupakan rasio antara kalor yang dipindahkan (Q) dengan usaha yang diperlukan

untuk memindahkan kallor tersebut (W). Mesin yang efektif memiliki COP yang bernilai sebesar

Kulkas yang baik memiliki nilai COP antara 5-6

Mesin Pendingin

Pada mesin pending terjadi aliran kalor dari reservoir bersuhu rendah ke reservoi bersuhu tinggi dengan melakukan usaha pada sistem

cp = kk =

*cp = kk = efisiensi mesin pendingin (koefisien kinerja mesin pendingin)

T2 > T1 Maka hasil pembagian pasti > 1

Contoh Soal

Sebuah mesin pendingin memiliki reservoir suhu rendah sebesar −15°C. Jika selisih suhu antara reservoir suhu tinggi dan suhu rendahnya sebesar 40°C, tentukan koefisien performansi mesin tersebut!

PembahasanData mesinTr = − 15°C = (− 15 + 273) K = 258 KTt − Tr = 40°CCp =....

Contoh Soal

Sebuah kulkas memiliki suhu rendah − 13°C dan suhu tinggi 27°C. Jika kalor yang dipindahkan dari reservoir suhu rendah adalah 1300 joule, tentukan usaha yang diperlukan kulkas!

PembahasanData mesin pendinginTr = − 13°C = (− 13 + 273) K = 260 KTt = 27°C = 300 KQr = 1300 jW = ....

Rumus koefisien performansi jika diketahui usaha dan kalor

DimanaW = usaha yang diperlukan untuk memindahkan kalor dari suhu rendahQr = kalor yang dipindahkan dari suhu rendah

Sehingga jika digabung dengan rumus dari no sebelumnya diperoleh:

THANKS FOR YOUR ATTENTION