MAKALAH FISIKA 2(TERMODINAMIKA 1 & 2)

Disusun Oleh:Pande putu septiananda 072.11.090Khairatul wiza 072.11.069Joshua s Kushartanto 072.11.066Ramot Siregar 072.11.093

PROGRAM STUDI TEKNIK GEOLOGIFAKULTAS TEKNOLOGI KEBUMIAN DAN ENERGIUNIVERSITAS TRISAKTIJAKARTA2014

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis penjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas rahmat-Nya maka tim penulis dapat menyelesaikan penyusunan makalah yang berjudul Termodinamika 1dan 2 Penulisan makalah merupakan salah satu tugas yang diberikan dalam mata kuliah Fisika 2 pada program studi teknik geologi universitas Trisakti. Tugas ini dimulai dengan membahas Hukum termodinamika 1 dan penerapannya pada proses isothermal, isokhorik, adiabatic, Hukum II termodinamika dan penerapannya pada mesin kalor .Dalam Penulisan makalah ini tim penulis merasa masih banyak kekurangan baik pada teknis penulisan maupun materi, mengingat akan kemampuan yang penulis miliki. Untuk itu kritik dan saran dari semua pihak sangat tim penulis harapkan demi penyempurnaan pembuatan makalah ini. Dan tak lupa menyampaikan ucapan terima kasih yang tak terhingga kepada pihak-pihak yang membantu dalam menyelesaikan makalah ini.Akhirnya tim penulis berharap semoga tugas ini bermanfaat, dan dapat memberikan ilmu yang baik bagi para pembaca. Terima kasih.

Jakarta,April 2015

Tim penulis

Definisi Hukum TermodinamikaPada umumnya hukum termodinamika sangat berkaitan dengan energi dan lingkungan yang kita ditinggali. Hal ini berkaitan dengan asal kata termodinamika yang diambil dari bahasa Yunani. Thermos yang artinya panas dan dinamic yang berarti perubahan. Sehingga bisa disimpulkan bahwa hukum termodinamika adalah hukum yang berkaitan dengan kekekalan energi. Dan menentukan bahwa adanya peristiwa perpindahan panas merupakan suatu bentuk lain dari perpindahan energi tersebut.Sistem TermodinamikaSejak ditemukan hukum termodinamika, hukum ini telah menjadi salah satu hukum terpenting dalam lingkup ilmu fisika. Sehingga hukum ini sering dikaitkan dengan konsep konsep yangbersifat universal. Hal ini dikarenakan hukum termodinamika memiliki kebenaran yang bersifat umum. Dan tidak dibatasi dengan adanya rincian dari konsep atau sistem yang mengacu pada penggunaan hukum termodinamika. Untuk sistem termodinamika sendiri telah diklasifikasikan menjadi 3 jenis sistem yang didasarkan pada pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungannya.Adapun jenis-jenis termodinamika adalah : Sistem terbuka : dimana pada sistem ini terjadi pertukaran benda, energi (panas dan kerja) dengan lingkunganya. Contoh dari sistem ini adalah samudra Sistem tertutup : yaitu keadaan di mana terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) namun tidak ada pertukaran yang terjadi antara benda dan lingkungannya, contoh dari sistem ini adalah rumah hijau Sistem terisolasi : sistem isolasi bisa dikatakan merupakan kebalikan dari sistem terbuka, karena dalam sistem ini tidak terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) ataupun pertukaran benda dengan lingkungannya.Walaupun pada kenyataannya sebuah sisten tidak mungkin terisolasi sepenuhnya dari pertukaran energi, bahkan dalam wadah terisolasi seperti tabung gas. Karena pada dasarnya tetap ada gaya gravitasi bumi dalam wadah tersebut. Dalam analisisnya, pada sistem isolasi biasanya energi yang masuk sama dengan energi yang keluar. Sehingga energi yang tersisa dalam sistem ini adalah nol, atau bisa dikatakan seperti tidak ada pertukaran benda, energi dengan ligkungannya.

A.Pengertian Hukum 1 TermodinamikaHukum ini berbunyi: Kalor dan kerja mekanik adalah bisa saling tukar. Sesuai dengan hukum ini, maka sejumlah kerja mekanik dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah kalor, dan sebaliknya.Hukum ini bisa juga dinyatakan sebagai: Energi tidak bisa dibuat atau dimusnahkan, namun bisa dirubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Sesuai dengan hukum ini, energi yang diberikan oleh kalor mesti sama dengan kerja eksternal yang dilakukan ditambah dengan perolehan energi dalam karena kenaikan temperatur.Jika kalor diberikan kepada sistem, volume dan suhu sistem akan bertambah (sistem akan terlihat mengembang dan bertambah panas). Sebaliknya, jika kalor diambil dari sistem, volume dan suhu sistem akan berkurang (sistem tampak mengerut dan terasa lebih dingin). Prinsip ini merupakan hukum alam yang penting dan salah satu bentuk dari hukum kekekalan energi.Sistem yang mengalami perubahan volume akan melakukan usaha dan sistem yang mengalami perubahan suhu akan mengalami perubahan energi dalam. Jadi, kalor yang diberikan kepada sistem akan menyebabkan sistem melakukan usaha dan mengalami perubahan energi dalam. Prinsip ini dikenal sebagai hukum kekekalan energi dalam termodinamika atau disebut Hukum I Termodinamika. Untuk suatu proses dengan keadaan akhir (2) dan keadaan awal (1)U = U2 U1Secara matematis, Hukum I Termodinamika dituliskan sebagaiQ=W+UDimanaQadalah kalor,Wadalah usaha, danUadalah perubahan energi dalam. Tapi rumus itu berlaku jika sistem menyerap kalor Q dari lingkungannya dan melakukan kerja W pada lingkungannya.

Gambar 1. Sistem pada Termodinamika

Hukum I Termodinamika menyatakan hubungan antara energi dalam (U), perpindahan panas (Q), dan kerja (W)

Jika dalam sistem mengalami proses perubahan yang sangat kecil, maka

A. Hukum 1 Termodinamika dalam Proses Termodinamika1. Proses IsotermalSuatu sistem dapat mengalami proses termodinamika dimana terjadi perubahan-perubahan di dalam sistem tersebut. Jika proses yang terjadi berlangsung dalam suhu konstan, proses ini dinamakan proses isotermik. Karena berlangsung dalam suhu konstan, tidak terjadi perubahan energi dalam (U= 0) dan berdasarkan hukum I termodinamika kalor yang diberikan sama dengan usaha yang dilakukan sistem (Q=W).Dari persamaan umum gas : PV = nRTKarena suhu konstan, maka usaha yang dilakukan oleh gas adalah :dW = P.dVdW = dVW= nRTProses isotermik dapat digambarkan dalam grafikpVdi bawah ini. Usaha yang dilakukan sistem dan kalor dapat dinyatakan sebagai

DimanaV2danV1adalah volume akhir dan awal gas.

Gambar 2. Grafik Proses Isotermal

Proses Isotermal juga ada yang irreversible, rumusnya adalah :

Jika irreversible, maka tekanan ekspansinya konstan, sehingga :

2. Proses IsokhorikJika gas melakukan proses termodinamika dalam volume yang konstan, gas dikatakan melakukan proses isokhorik. Karena gas berada dalam volume konstan (V =0), gas tidak melakukan usaha (W= 0) dan kalor yang diberikan sama dengan perubahan energi dalamnya. Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada volume konstanQV.W = P dV = P.0 = 0

Gambar 3. Grafik Proses Isokhorik

3. Proses IsobarikJika gas melakukan proses termodinamika dengan menjaga tekanan tetap konstan, gas dikatakan melakukan proses isobarik. Karena gas berada dalam tekanan konstan, gas melakukan usaha (W=pV). Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada tekanan konstanQp. Berdasarkan hukum I termodinamika, pada proses isobarik berlaku

Dari sini usaha gas dapat dinyatakan sebagaiW = P dV = nR dT

Gambar 4. Grafik Proses Isobarik

4. Proses AdiabatikProses adiabatik adalah proses termodinamika dimana kerja yang dilakukan oleh gas adalah murni berasal dari perubahan energi internalnya. Tidak ada energi yang masuk maupun yang keluar (Q) selama proses itu berjalan. (Hukum Termodinamika I menyatakan : Perubahan energi internal gas (dU) adalah banyaknya energi kalor yang disuplai (Q) dikurangi kerja yang dilakukan oleh gas (P.dV).Kondisi proses adiabatik adalah :dU = Q - P.dV = - P dVP V = K (konstan)

Gambar 5. Grafik Proses Adiabatik

B. Kapasitas Kalor pada Gas IdealKapasitas kalor merupakan kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu suatu sistem sebesar satu derajat. Apabila tidak ada perubahan fasa, panas yang diberikan kepada sistem akan mengakibatkan kenaikan temperatur. Ada 2 jenis kapasitas kalor, yaitu ada kapasitas kalor saat volume tetap (CV) dan kapasitas kalor saat tekanan tetap (CP). Sedangkan rumus kapasitas kalor itu sendiri adalah :Q = C . T C = dQ/dTDimana C adalah kapasitas panas zat yang secara kuantitatif didefinisikan sebagai besarnya energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu zat sebesar 1oC. Dengan demikian kapasitas panas C memiliki satuan J/kal atau J/K. Sedangkan T tidak lain adalah menyatakan selisih suhu pada keadaan sebelum dan sesudah diberi energi panas Q.

Kapasitas Kalor pada Volume Tetap

dQv = Cv dTdQv = n Cv dTKapasitas panas pada kalor tetap juga memiliki perbedaan rumus, tergantung pada gas idealnya itu sendiri. Apakah monoatomik, diatomik, atau polyatomic.Saat monoatomik Cv = 3/2RSaat diatomikCv = 5/2RSaat polyatomicCv = 5/2R Kapasitas Kalor pada Tekanan Tetap

dQp = CP dTdQp = n CP dTSedangkan untuk rasio kapasitas kalor adalah

1. Proses IsotermalKalor yang dihasilkan pada proses isotermal yaitu :

Sementara perubahan energi dalamnya yaitu :

2. Proses IsokhorikKalor yang dihasilkan pada proses isokhorik yaitu :

Sementara perubahan energi dalamnya yaitu :

3. Proses IsobarikKalor yang dihasilkan pada proses isobarik yaitu :

Sementara perubahan energi dalamnya yaitu :

4. Proses AdiabatikPada proses adiabatik, tidak ada perubahan kalor yang terjadi karena kalor yang diterima dan dikeluarkan sama besarnya, sehingga Q = 0 . Maka kerja yang dihasilkan proses adiabatik pada gas ideal yaitu :

Sementara perubahan energi dalamnya yaitu :

C. Entalpi (H)Entalpi adalah istilah dalam termodinamika yang menyatakan jumlah energi internal dari suatu sistem termodinamika ditambah energi yang digunakan untuk melakukan kerja. Entalpi juga merupakan transfer panas antara sistem dan lingkungan yang ditransfer dalam kondisi tekanan konstan (isobarik). Secara matematis, entalpi dapat dirumuskan sebagai berikut:H = U + PVdi mana:H = entalpi sistem (joule)U = energi internal (joule)P = tekanan dari sistem (Pa)V = volume sistem (m2)

PV hanya targantung kedaan awal dan akhir sistem. Besarnya perubahan entalpi dari sistem :H= H2 H1= (U2+P2V2) (U1+P1V1)= (U2-U1) + (P2V2-P1V1)pada tekanan (P) tetap : H= U + P(V2-V1) H= U + P VQ= U + P V , makaH = QdH = dQ

Entalpi dan KalorEntalpi sebagai fungsi T dan p; H= f(T,P)

Pada tekanan tetap :

Pada volume tetap :

HUKUM TERMODINAMIKA 2Hukum ini sangat berkaitan dengan entropi atau keseimbangan termodinamis, yang menyatakan bahwa pada umumnya energi hanya bisa berpindah dari tempat yang mengandung banyak energi ke tempat yang kurang mengandung energi.Hukum kedua ini bisa digambarkan dengan terjadinya angin.Proses yang tidak dapat dibalik arahnya dinamakan proses irreversibel. Proses yang dapat dibalik arahnya dinamakan proses reversibel.Peristiwa di atas mengilhami terbentuknya hukum II termidinamika. Hukum II termodinamika membatasi perubahan energi mana yang dapat terjadi dan yang tidak dapat terjadi. Pembatasan ini dapat dinyatakan dengan berbagai cara, antara lain, 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; 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; hukum II termodinamika dalam pernyataan entropi: Total entropi semesta tidak berubah ketika proses reversibel terjadi dan bertambah ketika proses ireversibel terjadi.

Penerapan Hukum II TermodinamikaHukum I termodinamika menyatakan bahwa energi adalah kekal, tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Energi hanya dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Berdasarkan teori ini, Anda dapat mengubah energi kalor ke bentuk lain sesuka Anda asalkan memenuhi hukum kekekalan energi. Namun, kenyataannya tidak demikian. Energi tidak dapat diubah sekehendak Anda. Misalnya, Anda menjatuhkan sebuah bola besi dari suatu ketinggian tertentu. Pada saat bola besi jatuh, energi potensialnya berubah menjadi energi kinetik. Saat bola besi menumbuk tanah, sebagian besar energi kinetiknya berubah menjadi energi panas dan sebagian kecil berubah menjadi energi bunyi. Sekarang, jika prosesnya Anda balik, yaitu bola besi Anda panaskan sehingga memiliki energi panas sebesar energi panas ketika bola besi menumbuk tanah, mungkinkah energi ini akan berubah menjadi energi kinetik, dan kemudian berubah menjadi energi potensial sehingga bola besi dapat naik? Peristiwa ini tidak mungkin terjadi walau bola besi Anda panaskan sampai meleleh sekalipun. Hal ini menunjukkan proses perubahan bentuk energi di atas hanya dapat berlangsung dalam satu arah dan tidak dapat dibalik. Proses yang tidak dapat dibalik arahnya dinamakanproses irreversibel. Proses yang dapat dibalik arahnya dinamakanproses reversibel.Peristiwa di atas mengilhami terbentuknya hukum II termidinamika. Hukum II termodinamika membatasi perubahan energi mana yang dapat terjadi dan yang tidak dapat terjadi. Pembatasan ini dapat dinyatakan dengan berbagai cara, antara lain, 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; 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; hukum II termodinamika dalam pernyataan entropi: Total entropi semesta tidak berubah ketika proses reversibel terjadi dan bertambah ketika proses ireversibel terjadi.Hukum II Termodinamika memberikan batasan-batasan terhadap perubahan energi yang mungkin terjadi dengan beberapa perumusan.1. Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam satu siklus, menerima kalor dari sebuahreservoirdan mengubah seluruhnya menjadi energi atau usaha luas (Kelvin Planck).2. Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam suatu siklus mengambil kalor dari sebuahreservoirrendah dan memberikan padareservoirbersuhu tinggi tanpa memerlukan usaha dari luar (Clausius).3. Pada prosesreversibel, total entropi semesta tidak berubah dan akan bertambah ketika terjadi prosesirreversibel(Clausius).

Penerapan pada mesin kalor:Mesin kalor atau yang biasa disebut dengan mesin carnot adalah suatu alat yang menggunakan panas/kalor (Q) untuk dapat melakukan kerja (W). Alat ini tidak ideal, pasti ada kalor yang terbuang walaupun hanya sedikit. Ada beberapa ciri khas yang menggambarkan mesin kalor, yaitu : Kalor yang dikirimkan berasal dari tempat yang panas (reservoir panas) dengan temperatur tinggi lalu dikirimkan ke mesin. Kalor yang dikirimkan ke dalam mesin sebagian besar melakukan kerja oleh zat yang bekerja dari mesin, yaitu material yang ada di dalam mesin melakukan kerja. Kalor sisa dari input dibuang ke temperatur yang lebih rendah yang disebut reservoir dingin

Gambar 3. Skema Mesin KalorMesin kalor bekerja menurut siklus carnot, siklus carnot bekerja dalam 4 tahap proses, tetapi hanya isotermal dan adiabatik.

Gambar 4. Siklus Carnot Tahap pertama yaitu isotermal reversibel secara ekspansi atau penurunan tekanan, dengan melakukan kerja (W) dari keadaan A sampai B

Tahap kedua yaitu adiabatik reversibel secara ekspansi, dengan melakukan kerja (W) dari keadaan B sampai C

W = Cv (T1 T2) = Cv (TH TC)

Tahap ketiga yaitu isotermal reversibel secara kompresi atau penaikan tekanan, dengan melakukan kerja (W) dari keadaan C sampai D Tahap keempat yaitu adiabatik reversibel secara kompresi, dengan melakukan kerja (W) dari keadaan D kembali ke AKetika sistem tersebut melakukan siklus, tak ada perubahan energi dalam sistem. Itu sesuai dengan Hukum I Termodinamika

QH: besarnya input kalorQC: besarnya kalor yang dibuangW: kerja yang dilakukanDalam mesin carnot, ada yang dinamakan efisiensi mesin. Efisiensi dari suatu mesin didefinisikan sebagai perbandingan antara kerja yang dilakukan (W) dengan kalor yang masuk (QH).

Atau bisa juga dalam bentuk

Referensi

http://www.slideshare.net/BughisBerkata/hukum-i-termodinamikahttp://dosen.tf.itb.ac.id/~amoranto/ITENAS/Teknik%20Elektro/f2el%20Termodinamika.ppthttp://ft.unsada.ac.id/wp-content/uploads/2008/04/bab1-2-tm1.pdfhttp://endwati.staff.fkip.uns.ac.id/files/2009/09/Hukum-Termod-nol-dan-pertama-09.ppthttp://www.forumsains.com/artikel/488/?print