TUGAS MANDIRI

PANAS DAN HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA,

DAN KETERSEDIAAN ENERGI

Mata Kuliah: FISIKA

NamaMahasiswa : JOLOM LUMBAN GAOL

NIM : 130410071

Kode Kelas : 131-TI002-M9

Dosen : ANDIKA SIPAYUNG S.T

UNIVERSITAS PUTERA BATAM

TEKNIK INDUSTRY

2013

KATA PEGANTAR

Puji dan Syukur kami panjatkan ke Hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena

berkat limpahan Rahmat dan Karunia-nya sehingga kami dapat menyusun

makalah ini dengan baik dan tepat pada waktunya. Dalam makalah ini kami

membahas mengenai panas dan hukum pertama termodinamika,dan ketersediaan

energi

Makalah ini dibuat dengan berbagai observasi dan beberapa bantuan dari

berbagai pihak untuk membantu menyelesaikan tantangan dan hambatan selama

mengerjakan makalah ini. Oleh karena itu, kami mengucapkan terima kasih yang

sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan

makalah ini. 

Kami menyadari bahwa masih banyak kekurangan yang mendasar pada

makalah ini. Oleh karena itu kami mengundang pembaca untuk memberikan saran

serta kritik yang dapat membangun kami. Kritik konstruktif dari pembaca sangat

kami harapkan untuk penyempurnaan makalah selanjutnya. 

Akhir kata semoga makalah ini dapat memberikan manfaat bagi kita sekalian. 

Batam, 

Penulis 

JOLOM LUMBAN GAOL

Daftar isiKata pengantar..........................................................................................................i

Daftar isi...................................................................................................................ii

BAB.I.................................................................................................................................1

1. PANAS DAN HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA..................................1

1.1  Latar Belakang.....................................................................................................1

BAB.II...............................................................................................................................3

2.1 TRANSFER ENERGI PANAS..........................................................................3

2.2 BENTUK-BENTUK USAHA MEKANIK........................................................5

2.3 KONSEP KALOR..............................................................................................9

2.4 USAHA ADIABATIK.....................................................................................11

2.5         ENERGI DALAM..........................................................................................12

2.6 HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA....................................................13

2.7 PANAS JENIS.................................................................................................14

BAB.III............................................................................................................................22

BAB.IPENDAHULUAN

1. PANAS DAN HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA

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 :

1. Hukum Termodinamika I :

Berkenaan dengan kesetimbangan termal atau Konsep Temperatur.

2. Hukum Termodinamika I :

konsep energi dalam dan menghasilkan prinsip kekekalan

energi.

Menegaskan ke ekivalenan perpindahan kalor dan perpindahan

kerja.

3. 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 dapat dinyatakan secara sederhana ;selama

interaksi antara sistem dan lingkungan, jumlah energi yang diperoleh

sistem harus sama dengan energi yang dilepaskan oleh 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.IIPEMBAHASAN

2.1 TRANSFER ENERGI PANASTransfer 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 melewati batasan sistem menuju

temperatur yang lebih rendah. Akan tetapi termodinamika tidak

menjelaskan bagaimana energi panas tersebut ditransfer. Ini adalah 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 mengaduk gulanya. 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.

Contoh ketika kita memanaskan air menggunakan kompor, kalor

mengalir dari nyala api (suhu lebih tinggi) menuju dasar wadah

(suhu lebih rendah). Karena mendapat 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 luar dasar wadah (yang

bersentuhan dengan nyala api) menuju bagian dalam dasar wadah

(yang bersentuhan dengan air). Suhu bagian dalam dasar wadah

pun 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 = ½ 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 potensial gravitasi sebuah benda sebagai hasil

kali berat, mg, dan ketinggiannya, y, di atas tingkat acuan tertentu.

Dan dapat dituliskan

EPgrav = 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 tanpa percepatan 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 = ½ 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 dikatakan gaya 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.

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

q = sudut antara F dan arah gerak

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

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 EM selalu 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

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 …

energi potensial menjadi energi kinetik

3. Rem mobil mengubah energi kinetik menjadi energi kalor.

2.3 KONSEP KALOR2.3.1 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 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.(t2 – t1)

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

Ø Kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu

Ø 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 adalah kalorimeter.

c = Q/m.(t2-t1)

Bila kedua persamaan tersebut dihubungkan maka terbentuk

persamaan baru

H = m.c

2.4 USAHA ADIABATIK2.4.1 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-masing p1 dan V1 mengalami proses adiabatik

sehingga tekanan dan volume gas berubah menjadi p2 dan V2, usaha

yang dilakukan gas dapat dinyatakan sebagai.

Dimana γ adalah konstanta yang diperoleh perbandingan kapasitas

kalor molar gas pada tekanan dan volume konstan dan mempunyai

nilai yang lebih besar dari 1 (γ > 1).

Proses adiabatik dapat digambarkan dalam grafik p – V dengan

bentuk kurva yang mirip dengan grafik p – V pada proses isotermik

namun dengan kelengkungan yang lebih curam.

2.5         ENERGI DALAM2.5.1        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 :

Dimana adalah perubahan energi dalam gas, adalah

jumlah mol gas, adalah konstanta umum gas (R = 8,31 J mol−1

K−1, 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

energi internal 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 TERMODINAMIKAHukum pertama termodinamika adalah suatu pernyataan mengenai hukum

universal dari kekekalan energi dan mengidentifikasikan perpindahan

panas sebagai suatu bentuk perpindahan energi. Pernyataan paling umum

dari hukum pertama termodinamika ini berbunyi:

“Kenaikan energi internal dari suatu sistem termodinamika sebanding

dengan jumlah energi panas yang ditambahkan ke dalam sistem dikurangi

dengan kerja yang dilakukan oleh sistem terhadap lingkungannya.”

Pondasi hukum ini pertama kali diletakkan oleh James Prescott Joule yang

melalui eksperimen-eksperimennya berhasil menyimpulkan bahwa panas

dan kerja saling dapat dikonversikan. Pernyataan eksplisit pertama

diberikan oleh Rudolf Clausius pada 1850: "Terdapat suatu fungsi keadaan

E, yang disebut 'energi', yang diferensialnya sama dengan jumlah kerja

yang dipertukarkan dengan lingkungannya pada suatu proses adiabatik."

2.7 PANAS JENISPanas jenis adalah Jumlah panas yang diperlukan untuk

menaikkan suhu dari suatu bahan bermassa m sebesar satu derajat

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 dan

d 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. Apabiladua a t au

l eb ih za t dengan suhu yang be rbedabeda d i campurkan ,

me reka akan setimbang termal setelah beberapa saat karena panas

akan mengalir dari zat bersuhu lebih tinggi ke zat yang bersuhu lebih

rendah sampai semua zat mempunyai suhu yang sama.

Jika bahan-bahan penyusun sistem diisolasi s edemik i an h ingga

t i dak ada pe r t uka ran panas dengan l i ngkungannya ,  proses

tersebut dinamakan adiabatik. Karena panas merupakan satu bentuk da r i

ene rg i , hokum kekeka l an ene rg i mensya ra tkan bahwa

un tuk sua tu  proses 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.

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 dapat menyerap 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.

2. KETERSEDIAAN ENERGI

Hukum kedua termodinamika adalah ekspresi dari kecenderungan yang

dari waktu ke waktu, perbedaan suhu, tekanan, dan menyeimbangkan potensi

kimia dalam terisolasi sistem fisik . Dari keadaan kesetimbangan termodinamika ,

hukum menyimpulkan prinsip peningkatan entropi dan menjelaskan

fenomena ireversibilitas di alam. Hukum kedua menyatakan ketidakmungkinan

mesin yang menghasilkan energi yang dapat digunakan dari energi internal

melimpah alam dengan proses yang disebut gerak abadi dari jenis yang kedua.

Hukum kedua dapat dinyatakan dengan cara tertentu, tetapi rumusan pertama

adalah dikreditkan ke ilmuwan Jerman Rudolf Clausius .Hukum biasanya

dinyatakan dalam bentuk fisik proses mustahil. Dalam termodinamika klasik ,

hukum kedua adalah dasar dalil yang berlaku untuk setiap sistem yang melibatkan

terukur panas transfer, sedangkan pada termodinamika statistik , hukum kedua

adalah konsekuensidari unitarity dalam teori kuantum . Dalam termodinamika

klasik, hukum kedua mendefinisikan konsep termodinamika entropi , sementara di

entropi mekanika statistik didefinisikan dari teori informasi , yang dikenal

sebagai entropi Shannon .

Arah Proses Termodinamik

1.      Proses termodinamik yang berlanggsung secara alami seluruhnya disebut

proses ireversibel (irreversibel process). Proses tersebut berlanggsung

secara spontan pada satu arah tetapi tidak pada arah sebaliknya. Contohnya

kalor berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu

rendah.

2.      Proses reversibel adalah proses termodinamik yang dapat berlanggsung

secara bolak-balik. Sebuah sistem yang mengalami idealisasi proses

reversibel selalu mendekati keadaan kesetimbangan termodinamika antara

sistem itu sendiri dan lingkungannya. Proses reversibel merupakan proses

seperti-kesetimbangan(quasi equilibrium process).

Tiga Pernyataan Bagi Hukum Kedua Termodinamika

1.      Kalor tidak mengalir secara spontan dari dingin ke panas. (sebaliknya:

dapat spontan?)

2.      Tidak ada mesin yang dapat mengubah kalor menjadi usaha secara utuh,

(sebaliknya: dapat spontan?)

3.      Setiap sistem terisolasi condong menjadi acak. (sistem terbuka: dapat

menumbuhkaketeraturan?)

Kalor tidak akan mengalir spontan dari benda dingin ke benda panas

[Rudolf Clausius (1822 – 1888)]

1. Pada taraf molekular:

–        Molekul yang bergerak lebih cepat, akan menyebarkan energinya

kepada lingkungannya

2. Pada taraf makroskopik:

–        Perlu pasokan energi / usaha, untuk mendinginkan sebuah benda

Anda tidak dapat membuat mesin yang sekedar mengubah kalor menjadi usaha

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

1. Efisiensi mesin tidak dapat 100%

2. Diperlukan tandon panas dan tandon dingin

3. Tandon panas menjadi sumber energi

4. Perlu membuang kalor pada suhu yang lebih rendah, ke tandon dingin

5. Biasanya tandon suhu terendah = atmosfer

Hukum II Termodinamika

1. Jika tidak ada kerja dari luar, panas tidak dapat merambat secara spontan

dari suhu rendah ke suhu tinggi (Clausius)

2. Proses perubahan kerja menjadi panas merupakan proses irreversible jika

tidak terjadi proses lainnya (Thomson-Kelvin-Planck)

3. 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)

4. Mesin Carnot adalah salah satu mesin reversible yang menghasilkan daya

paling ideal. Mesin ideal memiliki efisiensi maksimum yang mungkin

dicapai secara teoritis

Mesin Kalor

Rangkaian dari beberapa proses termodinamika yang berawal dan berakhir

pada keadaan yang sama disebut siklus.

 

Untuk sebuah siklus, DT = 0 oleh karena itu DU = 0. Sehingga

Q = W.

Q menyatakan selisih kalor yang masuk (Q1) dan kalor yang keluar (Q2) (Q = Q1-

Q2) dan W adalah kerja total dalam satu siklus.

Siklus Carnot

Tahun 1824 Sadi Carnot menunjukkan bahwa mesin kalor terbalikkan

adengan siklus antara dua reservoir panas adalah mesin yang paling efisien.

Siklus Carnot terdiri dari proses isotermis dan proses adiabatis.

1.      Proses a-b : ekaspansi isotermal pada temperatur Th (temperatur tinggi). Gas

dalam keadaan kontak dengan reservoir temperatur tinggi. Dalam proses ini

gas menyerap kalor Th dari reservoir dan melakukan usaha Wab

menggerakkan piston.

 

2.      Proses b-c

: ekaspansi

adiabatik.

Tidak ada

kalor yang diserap maupun keluar sistem. Selama proses temperatur gas turun

dari Th ke Tc (temperatur rendah) dan melakukan usaha Wab.

3.      Proses c-d : kompresi isotermal pada temperatur Tc (temperatur tinggi). Gas

dalam keadaan kontak dengan reservoir temperatur rendah. Dalam proses ini

gas melepas kalor Qc dari reservoir dan mendapat usaha dari luar Wcd

4.      Proses d-a : kompresi adiabatik. Tidak ada kalor yang diserap maupun keluar

sistem. Selama proses temperatur gas naik dari Tc ke Th dan mendapat usaha

Wda .

Efisiensi dari mesin kalor siklus Carnot :

h= W/Qh = 1 - Qc /Qh

karena Qc /Qh = Tc /Th (buktikan)

maka

h= 1 - Tc /Th

Mesin kalor yang telah dibahas sebelumnya menyatakan :

1.      kalor diserap dari sumbernya pada temperatur tinggi (Qh)

2.      Usaha dilakukan oleh mesin kalor (W).

3.      Kalor dilepas pada temperatur rendah (Qc).

Dari kenyataan ini menujukkan bahwa efisiensi mesin kalor tidak pernah berharga

100 %. karena Qc selalu ada dalam setiap siklus. Dari sini Kelvin-Planck

menyatakan :

“Tidak mungkin membuat suatu mesin kalor, yang beroperasi pada suatu

siklus, hanyalah mentransformasikan ke dalam usaha semua kalor yang

diserapnya dari sebuah sumber”.

Secara sederhana, kalor tidak dapat mengalir dari objek dingin ke objek panas

secara spontan.

Entropi

Konsep temperatur muncul dalam hukum ke-nol termodinamika. Konsep

energi internal muncul dalam hukum pertama termodinamika. Dalam hukum

kedua termodinamika muncul konsep tentang entropi.

Misal ada proses terbalikkan, quasi-statik, jika dQ adalah kalor yang diserap atau

dilepas oleh sistem selama proses dalam interval lintasan yang kecil,

dS = dQ/T

1.      Entropi dari alam naik bila proses yang berlangsung alamiah

2.      Perubahan entropi dari suatu sistem hanya tergantung pada keadaan awal dan

keadaan akhir sistem.

untuk proses dalam satu siklus perubahan entropi nol DS = 0.

3.      Untuk proses adiabatik terbalikkan, tidak ada kalor yang masuk maupun

keluar sistem, maka DS = 0. Proses ini disebut proses isentropik.

4.      Entropi dari alam akan tetap konstan bila proses terjadi secara terbalikkan.

Untuk proses quasi-statik, terbalikkan, berlaku hubungan : dQ = dU + dW dimana

dW = pdV. Untuk gas ideal, dU = ncv dT dan P = nRT/V, oleh karena itu

dQ = dU + pdV = ncv dT + nRT dV/V

bila dibagi dengan T

dQ/T = ncvdT/T + nR dV/V

DS = òdQ/T = ncv ln(Tf/Ti) + nR ln(Vf/Vi)

BAB.III

KESIMPULAN

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

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

Kemampuan untuk melakukan usaha menimbulkan suatu energy (tenaga).

Energi mekanik terdiri dari Energi Potensial dan Energi Kinetik.

3. Panas didefinisikan sebagai energi yang terkandung dalam batasan sistem, dan

energi tersebut mengalir karena perbedaan temperatur anatara siatem dengan

lingkungan.

4. Transfer energi terjadi karena perbedaan temperatur dan aliran panas dari

temperatur yang tinggi ke yang rendah. Terdapat tiga macam jenis

perpindahan panas, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.

5. 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

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 yaitu:

Massa zat

Jenis Zat (Kalor Jenis)

Perubahan Suhu

Sehingga secara matematis dapat dirumuskan :

Q = m.c.(t2 – t1)

6. Proses adiabatic adalah proses yg terjadi pd suatu sistem apabila selama

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

7. 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.Energi dalam gas sebanding dengan suhu mutlak

gas.

8. Hukum pertama termodinamika adalah suatu pernyataan mengenai hukum

universal dari kekekalan energi dan mengidentifikasikan perpindahan panas

sebagai suatu bentuk perpindahan energi.

9. Panas jenis adalah Jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan

suhu dari suatu bahan bermassa m sebesar satu derajat dinamakan

panas jenis dari bahan tersebut.

10. 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.