panas dan hukum pertama termodinamika

5/21/2018 Panas Dan Hukum Pertama Termodinamika

1

PANAS DAN HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Termodinamika (bahasa Yunani: thermos = 'panas' and dynamic = 'perubahan')

adalah fisika energi , panas, kerja, entropi dan kespontanan proses.

Termodinamika berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana banyak

hubungan termodinamika berasal. Pada sistem di mana terjadi proses perubahan

wujud atau pertukaran energi, termodinamika klasik tidak berhubungan dengan

kinetika reaksi (kecepatan suatu proses reaksi berlangsung). Karena alasan ini,

penggunaan istilah "termodinamika" biasanya merujuk pada termodinamika

setimbang. Dengan hubungan ini, konsep utama dalam termodinamika adalah

proses kuasistatik, yang diidealkan, proses "super pelan". Proses termodinamika

bergantung-waktu dipelajari dalam termodinamika tak-setimbang.

Termodinamika adalah kajian tentang kalor (panas) yang berpindah. Kumpulan

benda-benda yang sedang ditinjau disebut sistem, sedangkan semua yang berada

di sekeliling (di luar) sistem disebut lingkungan.

Prinsip-prinsip Termodinamika dapat dirangkum dalam 3 Hukum yaitu :

Hukum Termodinamika I :

berkenaan dengan kesetimbangan termal atau Konsep Temperatur.

Hukum Termodinamika I :

- konsep energi dalam dan menghasilkan prinsip kekekalan energi.

- menegaskan ke ekivalenan perpindahan kalor dan perpindahan kerja.

Hukum Termodinamika II :

memperlihatkan arah perubahan alami distribusi energi dan memperkenalkan

prinsip peningkatan entropi.

Hukum termodinamika pertama menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan

dan dimusnahkan tetapi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain.

Prinsip tersebut juga di kenal dengan istilah konservasi energi. Hukum pertama


2

dapat dinyatakan secara sederhana ;selama interaksi antara sistem dan lingkungan,

jumlah energi yang diperoleh sistem harus sama dengan energi yang dilepaskanoleh lingkungan.

Enegi dapat melintasi batas dari suatu sistem tertutup dalam dua bentuk yang

berbeda : panas (heat) dan kerja (work).

1.2 Tujuan Penulisan

Makalah ini ditulis dengan tujuan:

1. Dapat memahami Hukum pertama termodinamika dan konsep-konsepnya.

2. Dapat memahami panas, transfer energy panas, konsep kalor, panas jenis, dan laju

aliran kalor secara kuasistatik.1.3 Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dalam makalah ini yaitu:

1. Apakah yang dimaksud Termodinamika?

2. Jelaskan tentang Hukum Pertama Termodinamika!

3. Apakah yang dimaksud dengan panas dan bagaimana mentransfer energy panas?

4. Bagaimana proses usaha adiabatic?

5. Apa sajakah bentuk-benyuk usaha mekanik?

6. Jelaskan tentang panas jenis dan laju kalor secara kuasistatik!

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 TRANSFER ENERGI PANAS

Transfer energi panas biasanya terjadi pada banyak proses kimia dan proses

lainnya. Transfer panas seringkali terjadi dalam bentuk kombinasi diantara

berbagai unit operasi, seperti pengeringan kayu atau makanan, pembakaran bahan

bakar, dan evaporasi. Transfer energi terjadi karena perbedaan temperatur dan

aliran panas dari temperatur yang tinggi ke yang rendah.

Dalam termodinamika, panas didefinisikan sebagai energi yang terkandung dalam

batasan sistem, dan energi tersebut mengalir karena perbedaan temperatur anatara

siatem dengan lingkungan. Hukum kedua termodinamika panas selalu mengalir


3

melewati batasan sistem menuju temperatur yang lebih rendah. Akan tetapi

termodinamika tidak menjelaskan bagaimana energi panas tersebut ditransfer. Iniadalah tugas dari perpindahan panas untuk menjelaskannya. Terdapat tiga macam

jenis perpindahan panas, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.

2.1.1 Perpindahan Energi Panas Konduksi

Perpindahan ini dapat terjadi pada benda padat, cair, maupun gas. Laju

perpindahan kalor melalui konduksi dapat dihitung secara makroskopik

berdasarkan Hukum Fourier.

Contoh sederhana dalam kehidupan sehari-hari misalnya, ketika kita membuat

kopi atau minuman panas, lalu kita mencelupkan sendok untuk mengadukgulanya. Biarkan beberapa menit, maka sendok tersebut akan ikut panas. Panas

dari air mengalir ke seluruh bagian sendok. Atau contoh lain misalnya saat kita

membakar besi logam dan sejenisnya. Walau hanya salah satu ujung dari besi

logam tersebut yang dipanaskan, namun panasnya akan menyebar ke seluruh

bagian logam sampai ke ujung logam yang tidak ikut dipanasi. Hal ini

menunjukkan panas berpindah dengan perantara besi logam tersebut.

2.1.2 Perpindahan Energi Panas Radiasi

Perpindahan panas radiasi adalah pengetahuan mengenai transfer energi dalam

bentuk gelombang elektromagnetik. Tidak seperti perpindahan konduksi,

gelombang elektromagnetik tidak memerlukan medium untuk perambatan

energinya. Oleh karena kemampuannya merambat di ruangan vakum, radiasi

panas menjadi dominan pada transfer panas di ruang hampa dan di luar angkasa

Sebagai contoh, ketika matahari bersinar terik pada siang hari, maka kita akan

merasakan gerah atau kepanasan. Atau ketika kita duduk dan mengelilingi api

unggun, kita merasakan hangat walaupun kita tidak bersentukan dengan apinya

secara langsung. Dalam kedua peristiwa di atas, terjadi perpindahan panas yang

dipancarkan oleh asal panas tersebut sehingga disebut dengan Radiasi.

2.1.3 Perpindahan Energi Panas Konveksi

Konveksi adalah perpindahan panas karena perpindahan zat. Peristiwa konveksi

(aliran zat) terjadi pada perubahan suhu suatu zat. Zat cair atau gas yang terkena

panas molekul-molekulnya bertambah besar dan beratnya tetap, sehingga akan

bergerak ke atas. Gerakan ke atas ini akan diikuti oleh gerakan zat lain secara

terus-menerus sehingga terjadi aliran zat karena panas. Dari peristiwa aliran

inilah, maka panas dapat merambat secara konveksi.


4

Contoh ketika kita memanaskan air menggunakan kompor, kalor mengalir dari

nyala api (suhu lebih tinggi) menuju dasar wadah (suhu lebih rendah). Karenamendapat tambahan kalor, maka suhu dasar wadah meningkat. Ingat ya, yang

bersentuhan dengan nyala api adalah bagian luar dasar wadah. Karena terdapat

perbedaan suhu, maka kalor mengalir dari bagian luardasar wadah(yang

bersentuhan dengan nyala api) menuju bagian dalamdasar wadah(yang

bersentuhan dengan air). Suhu bagian dalam dasar wadahpun meningkat. Karena

air yang berada di permukaan wadah memiliki suhu yang lebih kecil, maka kalor

mengalir dari dasar wadah (suhu lebih tinggi) menuju air (suhu lebih rendah).

2.2 BENTUK-BENTUK USAHA MEKANIK2.2.1 Konsep Energi dan Hubungan Usaha-Energi

Aspek yang penting dari semua jenis energi adalah bahwa jumlah dari semua jenis

energi, energy total, tetap sama setelah proses apapun dengan jumlah sebelumnya:

yaitu energi dapat didefinisikan sedemikian sehingga energy merupakan

besaran yang kekal. Mendefinisikan energi dengan cara tradisional sebagai

kemampuan untuk melakukan kerja. Definisi yang sederhana ini tidak terlalu

tepat, dan tidak valid untuk semua jenis energi. Pada bagian ini kita hanya

membahas mengenai energi kinetik dan energi potensial.

Sebuah benda yang sedang bergerak memiliki kemampuan untuk melakukan kerja

dan dengan demikian dapat dikatakan mempunyai energi. Energi gerak yang

disebut energi kinetik. Energi kinetik berbanding lurus dengan massa benda dan

berbanding lurus dengan kuadrat laju. Dan dapat dituliskan:

EK = mv2

Hubungan antara usaha dan energi kinetik, dimana kita dapat nyatakan usaha total

yang dilakukan pada sebuah benda sama dengan perubahan energi kinetiknya.

Dan dapat dituliskan

Wtot= EK = EK2- EK1

Jika usaha total yang dilakukan pada benda adalah positif, maka energi kinetik

benda bertambah. Jika usaha total yang dilakukan pada benda adalah negatif,

maka energi kinetik benda berkurang. Jika usaha total yang dilakukan pada benda

sebesar nol, energi kinetiknya tetap konstan.

Energi potensial adalah energi yang dihubungkan dengan gaya-gaya yang

bergantung pada posisi atau konfigurasi benda dan lingkungannya. Energi


5

potensial gravitasi sebuah benda sebagai hasil kali berat, mg, dan ketinggiannya,

y, di atas tingkat acuan tertentu. Dan dapat dituliskanEPgrav= mgy

Pada umumnya perubahan energi potensial yang dihubungkan dengan suatu gaya

tertentu, sama dengan negatif dari usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut jika

benda dipindahka dari titk pertama ke titik kedua, yang secara matematis dapat

dirumuskan

WG= - EP

Secara alternatif, kita dapat mendefinisikan perubahan energi potensial sebagai

usaha yang dibutuhkan oleh gaya eksternal untuk memindahkan benda tanpapercepatan antara dua titik. Dan dapat dirumuska secara metematis

Wext= EP

Energi potensial elastik berbanding lurus dengan kuadrat panjang rentangannya,

dan dapat dirumuskan sebagai berikut

EPelastic= kx2

Dalam membahas konsep energi, juga akan dibahas mengenai gaya konservatif

dan gaya non konservatif. Gaya-gaya seperti gravitasi, dimana usaha yang

dilakukan tidak bergantung pada lintasan tetapi hanya pada posisi awal dan akhir,

disebut gaya-gaya konservatif. Gaya non konservatif contohnya gaya gesekan, ini

disebabkan karena dibutuhkan usaha yang lebih besar untuk mengatasi gesekan,

karena jaraknya lebih jauh dan tidak seperti gaya gravitasi, gaya gesekan selalu

memiliki arah yang berlawanan dengan arah gerak benda.

Prinsip kekekalan energi mekanik untuk gaya-gaya konservatif : Jika hanya

gaya-gaya konservatif yang bekerja, energi mekanik total dari sebuah sistem tidak

bertambah maupun berkurang pada proses apa pun. Energi tersebut tetap konstan

(kekal). Yang dapat dituliskan

E2= E1= konstan

EK2+EP2= EK1+EP1

2.2.2 ENERGI

Jika sebuah benda menempuh jarak sejauh S akibat gaya F yang bekerja pada

benda tersebut maka dikatakangaya itu melakukan usaha, dimana arah gaya F

harus sejajar dengan arah jarak tempuh S.

USAHA adalah hasil kali (dot product) antara gaya dan jarak yang ditempuh.


6

W = F S = |F| |S| cos q

q = sudut antara F dan arah gerak

Satuan usaha/energi : 1 Nm = 1 Joule = 107erg

Dimensi usaha energi: 1W] = [El = ML2T-2

Kemampuan untuk melakukan usaha menimbulkan suatu ENERGI (TENAGA).

Energi dan usaha merupakan besaran skalar.

Beberapa jenis energi di antaranya adalah:

1. ENERGI KINETIK (Ek)

Ek trans= 1/2 m v2

Ek rot= 1/2 I w2

m = massa

v = kecepatan

I = momen inersia

w = kecepatan sudut

2. ENERGI POTENSIAL (Ep)

Ep= m g h

h = tinggi benda terhadap tanah

3. ENERGI MEKANIK (EM)EM= Ek+ Ep

Nilai EMselalu tetap/sama pada setiap titik di dalam lintasan suatu benda.

Pemecahan soal fisika, khususnya dalam mekanika, pada umumnya didasarkan

pada HUKUM KEKEKALAN ENERGI, yaitu energi selalu tetap tetapi

bentuknya bisa berubah; artinya jika ada bentuk energi yang hilang harus ada

energi bentuk lain yang timbul, yang besarnya sama dengan energi yang hilang

tersebut.

Ek+ Ep= EM= tetap


7

Ek1+ Ep1= Ek2+ Ep2

2.2.3 Energi Mekanik

Energi mekanik adalah energi yang berkaitan dengan gerak atau kemampuan

untuk bergerak. Ada dua macam energi mekanik yaitu ; energi kinetik dan energi

potensial.

a. Energi kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya atau

kelajuannya. Energi kinetik dirumuskan :EK = energi kinetik (joule atau J), m = massa (kg), v = kelajuan

b. Energi Potensial

Energi potensial adalah energi yang dimiliki oleh benda karena posisinya. Energi

potensial dapat dirumuskan:

EP = energi potensial gravitasi (joule atau J), m = massa (kg), g = percepatan

gravitasi (m/s2), h = ketinggian benda dari acuan (m).

Konsep Energi dan Perubahannya dalam keseharian

a. Konversi energy

Konversi energi adalah perubahan bentuk energi dari bentuk satu ke bentuk

lainnya.

b. Konverter energi

Konverter energi adalah alat atau benda yang melakukan konversi energi.

Beberapa konverter energi yaitu:

1. Setrika listrik mengubah energi listrik menjadi kalor

2. Ayunan mengubah energi kinetik menjadi energi potensial energipotensial

menjadi energi kinetik

3. Rem mobil mengubah energi kinetik menjadi energi kalor.

2.3 KONSEP KALOR

2.3.1 Pengertian Kalor

Kalor didefinisikan sebagai energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. Secara

umum untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu

dengan mengukur suhu benda tersebut. Jika suhunya tinggi maka kalor yang
http://id.wikipedia.org/wiki/Panashttp://id.wikipedia.org/wiki/Panas


8

dikandung oleh benda sangat besar, begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah

maka kalor yang dikandung sedikit.Dari hasil percobaan yang sering dilakukan besar kecilnya kalor yang dibutuhkan

suatu benda(zat) bergantung pada 3 faktor

1. massa zat

2. jenis zat (kalor jenis)

3. perubahan suhu

Sehingga secara matematis dapat dirumuskan :

Q = m.c.(t2t1)

Dimana :Q adalah kalor yang dibutuhkan (J)

m adalah massa benda (kg)

c adalah kalor jenis (J/kgC)

(t2-t1) adalah perubahan suhu (C)

Kalor dapat dibagi menjadi 2 jenis

Kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu

Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud (kalor laten), persamaan yang

digunakan dalam kalor laten ada dua macam Q = m.U dan Q = m.L. Dengan U

adalah kalor uap (J/kg) dan L adalah kalor lebur (J/kg)

Dalam pembahasan kalor ada dua kosep yang hampir sama tetapi berbeda yaitu

kapasitas kalor (H) dan kalor jenis (c)

Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu

benda sebesar 1 derajat celcius.

H = Q/(t2-t1)

Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg

zat sebesar 1 derajat celcius. Alat yang digunakan untuk menentukan besar kalor

jenis adalahkalorimeter.

c = Q/m.(t2-t1)

Bila kedua persamaan tersebut dihubungkan maka terbentuk persamaan baru

H = m.c

Analisis grafik perubahan wujud pada es yang dipanaskan sampai menjadi uap.

Dalam grafik ini dapat dilihat semua persamaan kalor digunakan.
http://id.wikipedia.org/wiki/Kalorimeterhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kalorimeter


9

Keterangan :

Pada Q1 es mendapat kalor dan digunakan menaikkan suhu es, setelah suhu

sampai pada 0 C kalor yang diterima digunakan untuk melebur (Q2), setelah

semua menjadi air barulah terjadi kenaikan suhu air (Q3), setelah suhunya

mencapai suhu 100 C maka kalor yang diterima digunakan untuk berubah wujud

menjadi uap (Q4), kemudian setelah berubah menjadi uap semua maka akan

kembali terjadi kenaikan suhu kembali (Q5)

2.4 USAHA ADIABATIK

2.4.1 Proses Adiabatik

Proses adiabatic adalah proses yg terjadi pd suatu sistem apabila selama

berlangsungnya proses tidak ada panas (kalor) yg masuk atau keluar.

Dalam proses adiabatik tidak ada kalor yang masuk (diserap) ataupun keluar

(dilepaskan) oleh sistem (Q= 0). Dengan demikian, usaha yang dilakukan gas

sama dengan perubahan energi dalamnya (W= U).

Jika suatu sistem berisi gas yang mula-mula mempunyai tekanan dan volume

masing-masingp1dan V1mengalami proses adiabatik sehingga tekanan dan

volume gas berubah menjadip2dan V2, usaha yang dilakukan gas dapat

dinyatakan sebagai.

Dimana adalah konstanta yang diperoleh perbandingan kapasitas kalor molar

gas pada tekanan dan volume konstan dan mempunyai nilai yang lebih besar dari

1 ( > 1).
http://alljabbar.files.wordpress.com/2008/03/grafik-es.pnghttp://alljabbar.files.wordpress.com/2008/03/grafik-es.png


1

Proses adiabatik dapat digambarkan dalam grafikpVdengan bentuk kurva yang

mirip dengan grafikpVpada proses isotermik namun dengan kelengkungan

yang lebih curam.

2.5 ENERGI DALAM

2.5.1 Energi Dalam

Suatu gas yang berada dalam suhu tertentu dikatakan memiliki energi dalam.

Energi dalam gas berkaitan dengan suhu gas tersebut dan merupakan sifat

mikroskopik gas tersebut. Meskipun gas tidak melakukan atau menerima usaha,

gas tersebut dapat memiliki energi yang tidak tampak tetapi terkandung dalam gas

tersebut yang hanya dapat ditinjau secara mikroskopik.

Berdasarkan teori kinetik gas, gas terdiri atas partikel-partikel yang berada dalam

keadaan gerak yang acak. Gerakan partikel ini disebabkan energi kinetik rata-rata

dari seluruh partikel yang bergerak. Energi kinetik ini berkaitan dengan suhu

mutlak gas. Jadi, energi dalam dapat ditinjau sebagai jumlah keseluruhan energi

kinetik dan potensial yang terkandung dan dimiliki oleh partikel-partikel di dalam

gas tersebut dalam skala mikroskopik. Dan, energi dalam gas sebanding dengan

suhu mutlak gas. Oleh karena itu, perubahan suhu gas akan menyebabkan

perubahan energi dalam gas. Secara matematis, perubahan energi dalam gas

dinyatakan sebagai

untuk gas monoatomik :

untuk gas diatomic :


1

Dimana adalah perubahan energi dalam gas, adalah jumlah mol gas,adalah

konstanta umum gas (R = 8,31 J mol1 K1, dan _T adalah perubahan suhu gas(dalam kelvin).

2.5.2 Energi internal dari suatu sistem termodinamika tertutup

Ini penjumlahan di atas dari semua komponen perubahan energi dalam berasumsi

bahwa energi panas menunjukkan positif ditambahkan ke dalam sistem atau kerja

yang dilakukan pada sistem, sementara energi negatif menunjukkan kerja dari

sistem terhadap lingkungan. Biasanya hubungan ini dinyatakan dalam istilah yang

sangat kecil menggunakan istilah diferensial masing-masing. Hanya energiinternal adalah diferensial yang tepat. Untuk sistem hanya menjalani proses

termodinamika, yaitu sistem tertutup yang hanya dapat bertukar panas dan kerja,

perubahan energi internal.

2.6 HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA

Hukum pertama termodinamika adalah suatu pernyataan mengenai hukum

universal darikekekalan energi dan mengidentifikasikanperpindahanpanas sebagai suatu bentuk perpindahanenergi.Pernyataan paling

umum dari hukum pertamatermodinamika ini berbunyi:

Kenaikanenergi internal dari suatusistem termodinamika sebanding dengan

jumlahenergi panas yang ditambahkan ke dalam sistem dikurangi

dengankerja yang dilakukan oleh sistem terhadaplingkungannya.

Pondasi hukum ini pertama kali diletakkan olehJames Prescott Joule yang

melalui eksperimen-eksperimennya berhasil menyimpulkan bahwa panas dan

kerja saling dapat dikonversikan. Pernyataan eksplisit pertama diberikan

olehRudolf Clausiuspada1850:"Terdapat suatu fungsi keadaan E, yang disebut

'energi', yang diferensialnya sama dengan jumlah kerja yang dipertukarkan dengan

lingkungannya pada suatu prosesadiabatik."

2.7 PANAS JENIS

Panas jenis adalah Jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan

suhu dari suatu bahan bermassa m sebesar satu derajat
http://id.wikipedia.org/wiki/Kekekalan_energihttp://id.wikipedia.org/wiki/Panashttp://id.wikipedia.org/wiki/Energihttp://id.wikipedia.org/wiki/Termodinamikahttp://id.wikipedia.org/wiki/Energi_internalhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Sistem_termodinamika&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Energi_panas&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Kerja_termodinamika&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Lingkungan_%28termodinamika%29&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Lingkungan_%28termodinamika%29&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/James_Prescott_Joulehttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Rudolf_Clausius&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/1850http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Adiabatik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Adiabatik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/1850http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Rudolf_Clausius&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/James_Prescott_Joulehttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Lingkungan_%28termodinamika%29&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Kerja_termodinamika&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Energi_panas&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Sistem_termodinamika&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Energi_internalhttp://id.wikipedia.org/wiki/Termodinamikahttp://id.wikipedia.org/wiki/Energihttp://id.wikipedia.org/wiki/Panashttp://id.wikipedia.org/wiki/Kekekalan_energi


1

dinamakan panas jenis dari bahan tersebut. Sehingga, jika panas sejumlah Q

ditambahkan kesuatu bahan bermassa m yang mempunyai panas jenis c.Di dalam sistem MKS, satuan untuk panas adalah kilokalori

dand i d e f i n i s i k a n s e d e m i k i a n h i n g g a p a n a s j e n i s a i r

a d a l a h s a t u y a n g b e r m a k n a b a h w a a p a b i l a s a t u

k i l o k a l o r i p a n a s d i b e r i k a n k e p a d a s a t u kilogram air, maka suhu

air akan naik sebesar satu derajat Celsius. Apabiladu a a t a u l eb i h z a t

dengan suhu yang berbedabeda d icampurkan , merekaakan

setimbang termal setelah beberapa saat karena panas akan mengali r dari

zat bersuhu lebih tinggi ke zat yang bersuhu lebih rendah sampai semua zatmempunyai suhu yang sama.

Jika bahan-bahan penyusun sistem diisolasi sedemikian hingga tidak ada

p e r t uk a r an pa n as de n ga n l i n g ku n ga nn ya , proses tersebut dinamakan

adiabatik. Karena panas merupakan satu bentuk d a r i en e r gi , h o ku m

k ek ek a lan en erg i men sy ara tk an b ah wa u n tu k su a tu p roses

adiabatik jumlah seluruh perpindahan panas antar penyusun

system harus sama dengan nol.

Catatan: jika panas ditambahkan kepada suatu sistem, maka

Tak > Taw

Dan Q bernilai positif;

jika panas diambil dari sistem maka

Tak < Taw

Dan Q bernilai negatif.

Di dalam percobaan ini, sepotong daging ayam (atausosis) seberat mA akan

dipanasi pada suhu TL.

Daging ayam yang panas ini kemudian dimasukkan ke dalam air bermassa ma

dengan suhu Ta yang telah diketahui. Jika Ta < TA panas akan mengalir dari

daging ke air sampai suhu setimbang Ts dicapai. Maka jumlahan perpindahan

panas sama dengan nol.


1

2.7 RESERVOIR ENERGI PANAS

(Thermal Energy Reservoirs)Perlu diketahui istilah reservoir energi panas (Thermal Energy Reservoir) atau

lebih umum disebut dengan reservoir. Reservoir mempunyai pengertian adalah

suatu benda/zat yang mempunyai kapasitas energi panas (massa x panas jenis)

yang besar. Artinya reservoir dapat menyerap/ menyuplai sejumlah panas yang

tidak terbatas tanpa mengalami perubahan temperatur. Contoh dari benda/zat

besar yang disebut reservoir adalah samudera, danau dan sungai untuk benda

besar berujud air dan atmosfer untuk benda besar berujud udara.Sistem dua-fasa

juga dapat dimodelkan sebagai suatu reservoir, karena sistem dua-fasa dapatmenyerap dan melepaskan panas tanpa mengalami perubahan temperatur.

Dalam praktek, ukuran sebuah reservoir menjadi relatif. Misalnya, sebuah

ruangan dapat disebut sebagai sebuah reservoir dalam suatu analisa panas yang

dilepaskan oleh pesawat televisi.

Reservoir yang menyuplai energi disebut dengan source dan reservoir yang

menyerap energi disebut dengan sink.

http://nopput.blogspot.com/2012/10/panas-dan-hukum-pertama-termodinamika.html

hukum termodinamika

Bab I

Pendahuluan

Hukum kekekalan energi adalah salah satu dari hukum-hukum kekekalan yang

meliputi energi kinetik dan energi potensial. Hukum ini adalah hukum pertama dalam

termodinamika. Hukum Kekekalan Energi yaitu (Hukum I Termodinamika) berbunyi:

"Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain tapi tidak bisa diciptakan

ataupun dimusnahkan (konversi energi)". Hukum pertama termodinamika adalah suatu

pernyataan mengenai hukum universal darikekekalan energi dan mengidentifikasikan

perpindahanpanas sebagai suatu bentuk perpindahanenergi.Pernyataan paling umum

dari hukum pertamatermodinamika ini berbunyi: Kenaikanenergi internal dari

suatusistem termodinamika sebanding dengan jumlahenergi panas yang ditambahkan

ke dalam sistem dikurangi dengankerja yang dilakukan oleh sistem

terhadaplingkungannya.

Bab II
http://nopput.blogspot.com/2012/10/panas-dan-hukum-pertama-termodinamika.htmlhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kekekalan_energihttp://id.wikipedia.org/wiki/Panashttp://id.wikipedia.org/wiki/Energihttp://id.wikipedia.org/wiki/Termodinamikahttp://id.wikipedia.org/wiki/Energi_internalhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Sistem_termodinamika&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Energi_panas&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Kerja_termodinamika&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Lingkungan_(termodinamika)&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Lingkungan_(termodinamika)&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Kerja_termodinamika&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Energi_panas&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Sistem_termodinamika&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Energi_internalhttp://id.wikipedia.org/wiki/Termodinamikahttp://id.wikipedia.org/wiki/Energihttp://id.wikipedia.org/wiki/Panashttp://id.wikipedia.org/wiki/Kekekalan_energihttp://nopput.blogspot.com/2012/10/panas-dan-hukum-pertama-termodinamika.html


1

Konsep dasar Termodinamika

Pondasi hukum ini pertama kali diletakkan olehJames PrescottJoule yang melalui eksperimen-eksperimennya berhasil menyimpulkan bahwapanas dan kerja saling dapat dikonversikan. Pernyataan eksplisit pertamadiberikan olehRudolf Clausius pada1850: "Terdapat suatu fungsi keadaan E,yang disebut 'energi', yang diferensialnya sama dengan jumlah kerja yangdipertukarkan dengan lingkungannya pada suatu prosesadiabatik."

Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika,yaitu:

Hukum Awal(Zeroth Law) Termodinamika

Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan

sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya.

Hukum PertamaTermodinamika

Hukum ini terkait dengan kekekalan energi. Hukum ini menyatakan

perubahanenergi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan

total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dankerja yang

dilakukan terhadap sistem.

Hukum keduaTermodinamika

Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakanbahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk

meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya.

Hukum ketigaTermodinamika

Hukum ketiga termodinamika terkait dengantemperatur nol absolut.Hukum ini

menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut,

semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum.

Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna

pada temperatur nol absolut bernilai nol.

Termodinamika juga berhubungan dekat dengan mekanika statistik dimana banyak hubungan termodinamika berasal. Pada sistem di mana terjadiproses perubahan wujud atau pertukaran energy.

Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan

lingkungan:

* sistem terisolasi: tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan.

Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.
http://id.wikipedia.org/wiki/James_Prescott_Joulehttp://id.wikipedia.org/wiki/James_Prescott_Joulehttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Rudolf_Clausius&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/1850http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Adiabatik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Energi_dalamhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kerjahttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Temperatur_nol_absolut&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Temperatur_nol_absolut&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Kerjahttp://id.wikipedia.org/wiki/Energi_dalamhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Adiabatik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/1850http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Rudolf_Clausius&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/James_Prescott_Joulehttp://id.wikipedia.org/wiki/James_Prescott_Joule


1

* sistem tertutup: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi

pertukaran benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup

di mana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan

lingkungan. Apakah suatu sistem terjadi pertukaran panas, kerja atau keduanya biasanya

dipertimbangkanh sebagai sifat pembatasnya:

- pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas.

- pembatas rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.

* sistem terbuka: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda dengan

lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebut

permeabel. Samudra merupakan contoh dari sistem terbuka. Dalam kenyataan, sebuah

sistem tidak dapat terisolasi sepenuhnya dari lingkungan, karena pasti ada terjadi sedikitpencampuran, meskipun hanya penerimaan sedikit penarikan gravitasi. Dalam analisis

sistem terisolasi, energi yang masuk ke sistem sama dengan energi yang keluar dari

sistem. Ketika sistem dalam keadaan seimbang dalam kondisi yang ditentukan, ini

disebut dalam keadaan pasti (atau keadaan sistem). Untuk keadaan termodinamika

tertentu, banyak sifat dari sistem dispesifikasikan. Properti yang tidak tergantung

dengan jalur di mana sistem itu membentuk keadaan tersebut, ini disebut fungsi

keadaan dari sistem. Bagian selanjutnya dalam hal ini hanya mempertimbangkan

properti, yang merupakan fungsi keadaan. Jumlah properti minimal yang harus

dispesifikasikan untuk menjelaskan keadaan dari sistem tertentu ditentukan olehHukum

fase Gibbs. Biasanya seseorang berhadapan dengan properti sistem yang lebih besar,

dari jumlah minimal tersebut. Pengembangan hubungan antara properti dari keadaan

yang berlainan dimungkinkan.Persamaan keadaan adalah contoh dari hubungan

tersebut.

Hukum I Termodinamika berkaitan dengan Hukum Kekekalan Energi untuk

sebuah sistem yang sedang melakukan pertukaran energi dengan lingkungan dan

memberikan hubungan antara kalor, energi, dan kerja (usaha). Hukum I Termodinamika

menyatakan bahwa untuk setiap proses, apabila kalor ditambahkan ke dalam sistem dan

sistem melakukan usaha, maka akan terjadi perubahan energi. Jadi, dapat dikatakan

bahwa Hukum I Termodinamika menyatakan adanya konsep kekekalan energi. Energi

dalam sistem merupakan jumlah total semua energi molekul pada sistem. Apabila usaha

dilakukan pada sistem atau sistem memperoleh kalor dari lingkungan, maka energi

dalam pada sistem akan naik. Sebaliknya, energi dalam akan berkurang apabila sistem

melakukan usaha pada lingkungan atau sistem memberi kalor pada lingkungan. Dengan

demikian, perubahan energi dalam pada sistem yang tertutup merupakan selisih kalor

yang diterima dengan usaha yang dilakukan oleh sistem. Secara matematis, Hukum

Pertama Termodinamika dituliskan sebagai berikut.

Q = U + W .. (11)
http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Hukum_fase_Gibbs&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Hukum_fase_Gibbs&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Persamaan_keadaanhttp://id.wikipedia.org/wiki/Persamaan_keadaanhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Hukum_fase_Gibbs&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Hukum_fase_Gibbs&action=edit&redlink=1


1

dengan: Q = kalor yang diterima atau dilepaskan oleh sistem,

U = U2 U1 = perubahan energi dalam sistem, dan

W = usaha yang dilakukan sistem.

Perjanjian tanda yang berlaku untuk Persamaan (1-1) tersebut adalah sebagai berikut.

1. Jika sistem melakukan kerja maka nilai W berharga positif.

2. Jika sistem menerima kerja maka nilai W berharga negatif

3. Jika sistem melepas kalor maka nilai Q berharga negatif

4. Jika sistem menerima kalor maka nilai Q berharga positif

1. Perubahan Energi Dalam

Perubahan energi dalam U tidak bergantung pada proses bagaimana keadaan sistem

berubah, tetapi hanya bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir sistem

tersebut. Telah diketahui bahwa proses-proses dalam termodinamika terbagi atas

empat jenis, yaitu isotermal, isokhorik, isobarik, dan adiabatik. Perubahan energi dalam

terjadi pada setiap proses tersebut dijelaskan sebagai berikut.

a. Proses Isotermal merupakan suatu proses yang terjadi dalam sistem pada suhu tetap.

Besar usaha yang dilakukan sistem proses isotermal ini adalah W = nRT In (V2/V1). Oleh

karena T = 0, menurut Teori Kinetik Gas, energi dalam sistem juga tidak berubah (U =

0) karena perubahan energi dalam bergantung pada perubahan suhu. Ingatlah kembali

persamaan energi dalam gas monoatomik yang dinyatakan dalam persamaan U = 3/2

nRT. Dengan demikian, persamaan Hukum Pertama Termodinamika untuk proses

isotermal ini dapat dituliskan sebagai berikut.

Q = U + W = 0 + W

Q = W = nR T ln (V2/V1) (1 -10)

b. Proses Isokhorik Dalam proses isokhorik perubahan yang dialami oleh sistem berada

dalam keadaan volume tetap. Diketahui bahwa besar usaha pada proses isokhorik

dituliskan W = pV = 0. Dengan demikian, persamaan Hukum Pertama Termodinamika

untuk proses ini dituliskan sebagai

Q = U + W = U + 0

Q = U =U2- U1 (1-11)


1

Dari Persamaan (1-11) dapat diyatakan bahwa kalor yang diberikan pada sistem hanya

digunakan untuk mengubah energi dalam sistem tersebut. Jika persamaan energi dalam

untuk gas ideal monoatomik disubstitusikan ke dalam Persamaan (1-11), didapatkan

perumusan Hukum Pertama Termodinamika pada proses isokhorik sebagai berikut.

Q = U = 3/2nR T (1-12)

Q = U2- U1= 3/2 nR (T2T1) (1-13)

c. Proses Isobarik Jika gas mengalami proses isobarik, perubahan yang terjadi pada gas

berada dalam keadaan tekanan tetap. Usaha yang dilakukan gas dalam proses ini

memenuhi persamaan W = P V = p(V2 V1). Dengan demikian, persamaan Hukum

Pertama Termodinamika untuk proses isobarik dapat dituliskan sebagai berikut.

Q = U + W

Q = U + p(V2V1) (9-14)

Untuk gas ideal monoatomik, Persamaan (1-14) dapat dituliskan sebagai :

Q = 3/2 nR (T2T1) + p (V2V1) (1-15)

d. Proses adiabatic Dalam pembahasan mengenai proses adiabatik, diketahui bahwa

dalam proses ini tidak ada kalor yang keluar atau masuk ke dalam sistem sehingga Q = 0.

Persamaan Hukum Pertama Termodinamika untuk proses adiabatik ini dapat dituliskan

menjadi

Q = U + W

0 = U + W

W = - U = - (U2- U1) (1-16)

Berdasarkan Persamaan (1-16) tersebut, dapat disimpulkan bahwa usaha yang dilakukan

oleh sistem akan mengakibatkan terjadinya perubahan energi dalam sistem di mana

energi dalam tersebut dapat bertambah atau berkurang dari keadaan awalnya.

Persamaan Hukum Pertama Termodinamika untuk gas ideal monoatomik pada proses

adiabatik ini dituliskan sebagai :

W = - U = - 3/2 nR (T2T1) (1-17)


1

Energi dalam secangkir kopi hanya bergantung pada keadaan termodinamikanya

(seberapa banyak kopi dan air yang dikandungnya, dan berapa suhunya). Energi tersebut

tidak bergantung pada proses persiapan kopinya, yaitu lintasan termodinamika yang

membawanya ke keadaan yang sekarang. (Sumber: Fisika Universitas, 2000)

2. Kapasitas Kalor.

Kapasitas kalor gas adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu gas

sebesar 1C, untuk volume tetap disebut CV dan untuk tekanan tetap disebut Cp. Secara

matematis, kapasitas kalor (C) dinyatakan dengan persamaan :

C = Q/T (118)

Pada gas, perubahan suhu dapat dilakukan dengan proses isobarik atau proses isokhorik.

Dengan demikian, kapasitas kalor gas dapat dibedakan menjadi dua, yakni kapasitas

kalor pada tekanan tetap (Cp) dan kapasitas kalor pada volume tetap (V). Perumusan

kedua pada kapasitas kalor tersebut secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.

Cp= QP/T dan CV= QV/T (119)

Jika besaran QPdan QVdimasukkan ke dalam persamaan Hukum Pertama

Termodinamika, akan didapatkan persamaan berikut.

a. Pada proses isokhorik

QV= U + W (120)

Oleh karena dalam proses ini volume sistem tetap (U = 0) maka usaha sistem W = 0

sehingga didapatkan persamaan :

QV= U (121)

b. Pada proses isobaric

QP= U + W

Oleh karena dalam proses ini tekanan sistem tetap ( p + 0), usaha sistem W = p V.

Dengan demikian, persamaan Hukum Pertama Termodinamika dapat dituliskan

QP= U + p V (122)

Dengan melakukan substitusi Persamaan (121) ke Persamaan (122) dapat dituliskan

persamaan

Qp= U + p V atau QpQV= p V (123)


1

Selanjutnya, jika Persamaan (919) disubstitusikan Persamaan (123) akan diperoleh

persamaan

(CpT) (CVT) = p V

(Cp CV)T = p V

CpCV= p V / T (124)

Berdasarkan persamaan keadaan gas ideal pV = nRT, Persamaan (124) dapat dituliskan

menjadi

CpCV= nR (125)

Untuk gas monoatomik, energi dalam gas dinyatakan dengan persamaan :

U = 3/2 nRT

Dengan demikian, kapasitas kalor pada proses isokhorik (QV= U) dapat dituliskan

sebagai :

CV= 3/2 nR (126)

Umumnya memasak melibatkan proses isobarik. Hal ini disebabkan karena tekanan

udara di atas panci, wajan, atau dalam oven microwave tetap konstan sementara

makanan dipanaskan. (Sumber: Fisika Universitas, 2000)

Besar Cpdapat ditentukan dari Persamaan (125) sehingga diperoleh :

Cp= CV+ nR

Cp= 3/2 nR + nR

Cp= 5/2 nR (127)

Bab III

Penerapan Hukum I Termodinamika.

Sadi Carnot ialah seorang ilmuwan yang lahir di Paris, Prancis. Sebagian besar

waktunya ia gunakan untuk menyelidiki mesin uap. Pada 1824, ia mempublikasikan esai

yang berjudul Rflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres

dvelopper cette puissance. Penemuannya menjadi dasar ilmu termodinamika dan

memberikan manfaat besar terhadap kehidupan manusia.(Sumber: www.all

iographies.com)


2

Siklus Carnot dan Efisiensi Mesin.

Keadaan suatu sistem dalam termodinamika dapat berubah-ubah, berdasarkan

percobaan besaran-besaran keadaan sistem tersebut. Namun, besaran-besaran keadaan

tersebut hanya berarti jika sistem berada dalam keadaan setimbang. Misalnya, jika di

amati suatu gas yang sedang memuai di dalam tabung, temperatur dan tekanan gas

tersebut di setiap bagian tabung dapat berubah-ubah. Oleh karena itu,tidak dapat

menentukan suhu dan temperatur gas saat kedua besaran tersebut masih berubah. Agar

dapat menentukan besaran-besaran keadaan gas, gas harus dalam keadaan reversibel.

Apakah yang dimaksud dengan proses reversible, Proses reversibel adalah suatu proses

dalam sistem di mana sistem hampir selalu berada dalam keadaan setimbang. Gambar

dibawah merupakan perubahan gas pada siklus reversible.

Gambar 8. Perubahan keadaan gas dalam siklus reversibel.

Dari grafik pV tersebut, suatu gas mengalami perubahan keadaan dari A ke B.

Diketahui bahwa pada keadaan A sistem memiliki tekanan p1dan volume V1. Pada

tekanan B, tekanan sistem berubah menjadi p2dan volumenya menjadi V2. Jika gas

tersebut mengalami proses reversibel, keadaan gas tersebut dapat dibalikkan dari

keadaan B ke A dan tidak ada energi yang terbuang. Oleh karena itu, pada proses

reversibel, kurva pV yang dibentuk oleh perubahan keadaan sistem dari A ke B dan dari

B ke A adalah sama. Dalam kenyataannya, sulit untuk menemukan proses reversibel

karena proses ini tidak memperhitungkan energi yang hilang dari dalam sistem

(misalnya, gesekan). Namun, proses reversibel memenuhi Hukum Pertama

Termodinamika. Yang dimaksud Siklus termodinamika adalah proses yang terjadi pada

sistem sehingga akhirnya sistem kembali pada keadaan awalnya. Prinsip siklus

termodinamika ini kali pertama dijelaskan oleh seorang insinyur Perancis bernama Sadi

Carnot dan disebut siklus Carnot. Siklus Carnot adalah suatu siklus ideal reversibel yang

terdiri atas dua proses isotermal dan proses adiabatik. seperti terlihat pada Gambar 9.

gambar 9. Siklus Carnot.

Siklus Carnot ini merupakan salah satu prinsip dasar siklus termodinamika yang

digunakan untuk memahami cara kerja mesin Carnot. Perhatikanlah Gambar 10.

Gambar 10. Siklus Carnot pada mesin Carnot.

Pada gambar tersebut suatu gas ideal berada di dalam silinder yang terbuat dari

bahan yang tidak mudah menghantarkan panas. Volume silinder tersebut dapat diubah

dengan cara memindahkan posisi pistonnya. Untuk mengubah tekanan gas, diletakkan

beberapa beban di atas piston. Pada sistem gas ini terdapat dua sumber kalor yang


2

disebut reservoir suhu tinggi (memiliki suhu 300 K) gas memiliki temperatur tinggi (300

K), tekanan tinggi (4 atm), dan volume rendah (4 m3).Berikut urutan keempat langkah

proses yang terjadi dalam siklus Carnot.

a. Pada langkah, gas mengalami ekspansi isotermal. Reservoir suhu tinggi menyentuh

dasar silinder dan jumlah beban di atas piston dikurangi. Selama proses ini berlangsung,

temperatur sistem tidak berubah, namun volume sistem bertambah. Dari keadaan 1 ke

keadaan 2, sejumlah kalor (Q1) dipindahkan dari reservoir suhu tinggi ke dalam gas.

b. Pada langkah kedua, gas berubah dari keadaan 2 ke keadaan 3 dan mengalami proses

ekspansi adiabatik. Selama proses ini berlangsung, tidak ada kalor yang keluar atau

masuk ke dalam sistem. Tekanan gas diturunkan dengan cara mengurangi beban yang

ada di atas piston. Akibatnya, temperatur sistem akan turun dan volumenya bertambah.

c. Pada langkah ketiga, keadaan gas berubah dari keadaan 3 ke keadaan 4 melalui proses

kompresi isotermal. Pada langkah ini, reservoir suhu rendah (200 K) menyentuh dasar

silinder dan jumlah beban di atas piston bertambah. Akibatnya tekanan sistem

meningkat, temperaturnya konstan, dan volume sistem menurun. Dari keadaan 3 ke

keadaan 4, sejumlah kalor (Q2) dipindahkan dari gas ke reservoir suhu rendah untuk

menjaga temperatur sistem agar tidak berubah.

d. Pada langkah keempat, gas mengalami proses kompresi adiabatik dan keadaannya

berubah dari keadaan 4 ke keadaan1. Jumlah beban di atas piston bertambah. Selama

proses ini berlangsung, tidak ada kalor yang keluar atau masuk ke dalam sistem, tekanan

sistem meningkat, dan volumenya berkurang. Menurut kurva hubungan pV dari siklus

Carnot, usaha yang dilakukan oleh gas adalah luas daerah di dalam kurva pV siklus

tersebut. Oleh karena siklus selalu kembali ke keadaannya semula, Usiklus = 0 sehingga

persamaan usaha siklus (Wsiklus) dapat dituliskan menjadi

Wsiklus= Qsiklus= (Q1Q2) (128)

dengan:

Q1= kalor yang diserap sistem, dan

Q2= kalor yang dilepaskan sistem.

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 :

= (W/Q1) x 100 % (129)

dengan = efisiensi mesin.


2

Oleh karena usaha dalam suatu siklus termodinamika dinyatakan dengan

W = Q1Q2

maka Persamaan (130) dapat dituliskan menjadi :

= (Q1- Q2/ Q1) x 100 %

(130)

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 (130) dapat dituliskan menjadi :

(131)

Dari Persamaan (131) tersebut, dapat disimpulkan bahwa efisiensi mesin Carnot dapat

ditingkatkan dengan cara menaikkan temperatur reservoir suhu tinggi atau menurunkan

temperatur reservoir suhu rendah.

Lokomotif Uap

Lokomotif uap ini bekerja dengan menggunakan hukum pertama

termodinamika. Saat panas dihasilkan oleh batubara atau kayu yang dibakar dalam

mesin lokomotif, sebagian energi menaikkan suhu air (yang mendidih dan menghasilkan

uap) dalam mesin. Sisa energi dipakai guna mengekspansikan uap untuk menghasilkan

kerja dan menggerakkan lokomotif. (Sumber: Fisika Universitas, 1998)

Didalam cylinder mesin uap terdapat piston yang mempunyai piston rod yang

dihubungkan dengan cross head yang berada diluar cylinder. Cross head dihubungkan

oleh connecting rod dengan crank shaft (tidak tampak pada gambar), sehingga apabila

piston bergerak kian kemari maka crank shaft dapat berputar. Slide valve yang

mempunyai valve rod digerakkan oleh crank shaft melalui eksentrik, sehingga slide valve

dapat bergerak kian kemari sambil membuka dan menutup dua buah lubang uap yang

berhubungan dengan cylinder. Valve box dimana slide valve berada mempunyai dua

saluran, saluran pemasukan yang dihubungkan dengan boiler untuk menyalurkan uap

dengan tekanan tinggi (warna merah), dan saluran pembuangan yang dihubungkan

dengan cerobong untuk membuang uap bekas (warna biru).


2

Pada waktu piston mencapai posisi paling kiri, maka slide valve akan membuka

lubang uap cylinder bagian kiri sehingga uap dari boiler dapat masuk kedalam cylinder

pada bagian kiri dari piston dan mendorong piston kekanan, sementara itu lubang uap

sebelah kanan dihubungkan dengan saluran pembuangan sehingga uap bekas dapat

terbuang keluar melalui cerobong. Sebelum akhir langkah piston, lubang uap tersebut

sudah ditutup oleh slide valve sehingga pasokan uap terhenti namun piston tetap

bergerak kekanan karena ekpansi dari uap. Pada waktu piston mencapai posisi paling

kanan, maka slide valve akan membuka lubang uap cylinder bagian kanan sehingga uap

dari boiler dapat masuk kedalam cylinder pada bagian kanan piston dan mendorong

piston kekiri, sementara itu lubang uap sebelah kiri dihubungkan dengan saluran

pembuangan sehingga uap bekas dapat terbuang melalui cerobong. Sebelum akhir

langkah piston, lubang uap tersebut sudah ditutup oleh slide valve sehingga pasokan

uap terhenti namun piston tetap bergerak kekanan karena ekpansi dari uap. Karena

cross head dengan crank shaft dihubungkan oleh connecting rod, maka gerakan kian

kemari dari piston tersebut akan diubah menjadi gerakan putaran dari crank shaft.

Demikian selama ada pasokan uap dari boiler maka mesin uap akan merubah menjadi

tenaga mekanis dengan gerakan putaran dari crank shaft.

Bab IV

Kesimpulan

Dalam kehidupan sehari-hari Termodinamika banyak sekali di aplikasikan dalam

kehidupan nyata, mulai dari hal-hal yang sederhana hingga pada hal yang

kompleks. Prinsip siklus termodinamika ini kali pertama dijelaskan oleh seorang insinyur

Perancis bernama Sadi Carnot dan disebut siklus Carnot. Siklus Carnot adalah suatu

siklus ideal reversibel yang terdiri atas dua proses isotermal dan proses adiabatic. Siklus

Carnot ini merupakan salah satu prinsip dasar siklus termodinamika yang digunakan

untuk memahami cara kerja mesin Carnot. selain pada siklus Carnot juga dapat kita lihat

aplikasinya pada lokomotif uap, yaitu mesin uap pertama yang bias menjadi alat

transportasi yang merupakan cikal bakal kereta api modern yang saat ni dapat kita

rasakan manfaat nya sampai saat ini.

http://afaysum.blogspot.com/2013/06/bab-i-pendahuluan-hukumkekekalan-

energi.html
http://afaysum.blogspot.com/2013/06/bab-i-pendahuluan-hukumkekekalan-energi.htmlhttp://afaysum.blogspot.com/2013/06/bab-i-pendahuluan-hukumkekekalan-energi.htmlhttp://afaysum.blogspot.com/2013/06/bab-i-pendahuluan-hukumkekekalan-energi.htmlhttp://afaysum.blogspot.com/2013/06/bab-i-pendahuluan-hukumkekekalan-energi.html

panas dan hukum pertama termodinamika

Documents