MODUL TERMODINAMIKA

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

MODUL

OLEH BURHANUDIN, S.Pd NIP. 1981 0305 2010 011 009

DINAS PENDIDIKAN PEMUDA DAN OLAHRAGA KOTA MATARAM SMA NEGERI 1 MATARAMJL. PENDIDIKAN NO. 21 TELP/Fax. (0370) 633625 MATARAM

MODUL TERMODINAMIKA

Glossary

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

ISTILAH Termodinamika

KETERANGAN Cabang ilmu fisika yang memusatkan perhatian pada energi (terutama energi panas) dan transformasinyasuatu proses yang pada setiap saat atau pada setiap tahap perubahan sistem secara keseluruhan selalu mencapai keadaan kesetimbangan. Kebalikan dari proses kuasistatik, system termodinamik yang tidak dalam keadaan kesetimbangan termodinamik. merupakan proses dari suatu keadaan awal ke keadaan tertentu dan dari keadaan akhir tersebut dimungkinkan terjadinya proses balik ke keadaan awal kembali melalui jalan yang sama. Sedemikian rupa dengan mudah jika pada sistem dikenai kondisi tertentu. Kebalikan dari proses reversibel, proses yang tidak dapat kembali dari keadaan akhir menuju kekeadaan awal melalui jalan yang sama. Proses terus -menerus yang merupakan sederetan proses yang terdiri atas beberapa tahapan dari suatu keadaan setimbang ke keadaan setimbang lain, kemudian kembali lagi ke keadaan setimbang semula yang hasilnya adalah pengubahan kalor menjadi kerja atau usaha luar. Atau tandon kalor adalah benda yang massanya sedemikian besar sehingga benda itu dapat menyerap atau membuang sejumlah kalor yang tak terbatas banyaknya tanpa menimbulkan perubahan temperatur yang berarti atau perubahan koordinat termodinamik lainnya. suatu alat atau sistem yang berfungsi untuk mengubah energi kalor atau energi panas menjadi energi usaha atau energi mekanik. mesin Perbandingan usaha yang dilakukan terhadap kalor masukan yang diberikan, dinyatakan dengan : = w/Q1x 100 % suatu alat atau sistem yang berfungsi untuk secara netto memindahkan kalor dari reservoar dingin ke reservoar panas dengan menggunakan usaha luar. Sebagai contoh adalah lemari es atau refrigerator. Menyatakan efisiensi yang dimiliki oleh mesin pendingin, yang dinyatakan dengan: = kalor ygdiambildari tan don dingin ker ja yg dilakukanpada zat pendingin

Proses Kuasistatik Proses non-Kuasistatik

Proses Reversibel

Proses Irreversibel

Siklus/Daur

Reservoar

Mesin Kalor/Mesin Pemanas Efisiensi Mesin Pendingin/Refrigerator

Koefisien Daya Guna

Page 2

MODUL TERMODINAMIKA

PENDAHULUAN

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

A. Deskripsisebagai acuan kegiatan pembelajaran yang diawali dengan pembahasan konsep konversi kalor Modul Termodinamika merupakan salah satu sumber belajar dan dapat digunakan

menjadi kerja, prinsip kerja mesin, penentuan efisiensi mesin dan koefisien daya guna mesin serta mengenal beberapa proses bersiklus yang ulasan dan pembahasannya memerlukan beberapa pengetahuan dasar seperti termofisika mengenai kesetaraan energi kalor mekanik, percobaan Joule, beberapa proses termodinamika yang dialami sistem gas, hubungan kualitatif

antara usaha, tekanan dan perubahan volume, pengenalan beberapa diagram proses

termodinamika, pemahaman Hukum Pertama Termodinamika. Untuk menghindari kesulitan yang dialami, peserta diklat disarankan mengingat dan jika diperlukan membaca referensi dengan pembahasan serta penelaahan Hukum Kedua Termodinamika alternatif Kevin-Planck serta modul lain yang berkaitan. Kegiatan Belajar dengan modul Termodinamika dilanjutkan dan Claussius. Perlu dikomunikasikan bahwa di bagian akhir kegiatan belajar dilengkapi dengan beberapa contoh dan latihan soal dengan tujuan untuk lebih memperdalam Termodinamika. pemahaman konsep dan menambah wacana bagi para peserta diklat yang mempelajari modul

B. Prasyaratprasyarat pengetahuan dasar sudah dipahami antara lain mengerti dan paham konsep kesetaraan energi kalor mekanik dan percobaan Joule, beberapa proses termodinamika yang dialami sistem gas, hubungan kualitatif antara usaha-kerja, tekanan, perubahan volume dan temperatur. Bagi peserta diklat dipersyaratkan juga memahami analisis dasar matematika, Para peserta diklat dapat mempelajari modul Termodinamika ini dengan baik, apabila

pengoperasian diferensial dan integral untuk lebih memahami konsep materi modul Termodinamika. Dipersyaratkan pula bagi peserta diklat untuk mempelajari percobaanpercobaan dengan seksama, teliti sehingga dapat ditemukan konsep yang benar.

C. Petunjuk Penggunaan Moduldengan benar.

Lakukan dengan seksama langkah-langkah pembelajaran menuju pemahaman konsep

Baca dengan seksama dan pelajari daftar isi serta peta keberadaan modul.

Page 3

MODUL TERMODINAMIKA

dapat memperdalam wacana menuju pemahaman konsep yang benar. disarankan berkonsultasi dengan instruktur yang ditunjuk.

Pelajari dengan seksama uraian materi, contoh, latihan soal sehingga peserta diklat Andaikan peserta diklat mengalami kesulitan dalam menyelesaikan soal-soal test Setiap kesulitan catatlah untuk dikaji dan dibahas dalam kegiatan tatap muka. Untuk

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

menambah wawasan peserta diklat diharapkan dapat membaca referensi lain yang berhubungan materi modul Termodinamika.

D. Tujuan PembelajaranSetelah mempelajari modul TERMODINAMIKA diharapkan peserta diklat dapat: Menjelaskan konversi kalor menjadi kerja dan sebaliknya. Menjelaskan kesetaraan energi kalor mekanik dan percobaan Joule.

Menjelaskan dan memberikan contoh pengubahan besaran kalor secara keseluruhan Menjelaskan prinsip kerja mesin kalor atau mesin pemanas. menjadi kerja dan sebaliknya.

Menjelaskan proses siklus dengan benar.

Menjelaskan prinsip kerja Siklus Otto dan menentukan efisiensi siklus Otto. Menentukan koefisien daya guna mesin/pesawat pendingin.

Menentukan koefisien daya guna mesin pendingin.

Menjelaskan prinsip kerja mesin pendingin.

Menentukan efisiensi mesin kalor/mesin pemanas.

Menjelaskan prinsip kerja Siklus Diesel dan menentukan efisiensi siklus Diesel.

Page 4

MODUL TERMODINAMIKA

Kompetensi

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

Kompetensi : TERMODINAMIKA Program Study : IPA Mata Pelajaran : FISIKA Durasi Pembelajaran : jam @ 45 menitSUB KRITERIA KOPETEN UNJUK KERJA SI Menerapkan 1. Kesetaraan Hukum energi kalor Termodina mika mekanik dan LINGKUP BELAJARMateri Kompetensi ini

MATERI POKOK PEMBELAJARANSIKAP PENGETAHUAN KETERAMPILAN

percobaan Joule

2. Sistem Gas yang mengalami proses-proses

Teliti dan - Hubungan seksama kualitatif dalam membahas menelaah tekanan, mengenai: dan volume dan hubungan menerapkan kualitatif usaha prinsip temperatur termodinamika trik kerja, dengan usahatekanan, tempertur dan perubahan volume

Menerapkan Hukum pada

prinsip-prinsip Termodinamika pekerjaan engine

termodinamika 3. Kajian dan

- Hukum Pertama Termodinamika dan Hukum Kedua

sistem

Diagram proses termodinamika Penerapan Hukum

Penelaahan

Hukum Pertama Termodinamika 4. Efisiensi mesin berdasarkan siklus Carnot

Termodinamika pada mesin diesel dan mesin pendingin Carnot, mesin

- Siklus mesin

Termodinamika

- Efisiensi mesin

Page 5

MODUL TERMODINAMIKA

F. Cek Kemampuan

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

Berikan penjelasan mengenai sistem termodinamika.

Berikan penjelasan mengenai proses termodinamika. Berikan penjelasan mengenai daur atau siklus.

Berikan penjelasan apakah pengubahan kalor seluruhnya menjadi usaha dapat terjadi? Berikan penjelasan mengenai mesin kalor dilengkapi dengan contoh.

Berikan penjelasan mengenai mesin pendingin dilengkapi dengan contoh. mesin pendingin

Tuliskan dan nyatakan parameter penting pada mesin panas atau mesin kalor dan pada Berikan penjelasan apakah dasar kerja mesin pendingin/ refrigerator (almari es) Berikan penjelasan apakah mesin panas ideal itu? Lengkapi jawaban dengan gambar Memberikan penjelasan apakah mesin pendingin ideal itu? Lengkapi jawaban dengan diagram. bertentangan dengan pernyataan Claussius.

gambar digram Suatu mesin yang efisien dibuat oleh industri mesin. Mesin ini beroperasi diantara suhu 430oC dan 1870oC. Dalam 1 jam mesin ini memerlukan panas sejumlah 6,89 x 109 kalori dan menghasilkan energi mekanik yang bermanfaat sebesar1,30 x 1016 Joule.

Page 6

MODUL TERMODINAMIKA

Kegiatan Belajar

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

1. Kegiatan Belajar 1Konversi Kalor Menjadi Kerja, Proses Siklus dan Efisiensi Mesin

a. Tujuan kegiatan pembelajaranSetelah menyelesaikan kegiatan pembelajaran diharapkan peserta diklat dapat: Memberikan penjelasan mengenai proses berbalik (reversibel). Menjelaskan konversi kalor menjadi kerja dan sebaliknya. Menjelaskan proses siklus dengan benar. menjadi kerja dan sebaliknya. Menjelaskan dan memberikan minimal 1 contoh proses kuasistatik.

Menjelaskan dua persyaratan agar proses dikatakan berbalik (reversibel).

Menjelaskan dan memberikan contoh pengubahan besaran kalor secara keseluruhan

Menjelaskan prinsip kerja mesin kalor atau mesin pemanas. Menentukan efisiensi mesin kalor/mesin pemanas. Menjelaskan prinsip kerja mesin pendingin.

Menentukan koefisien daya guna mesin pendingin.

Menjelaskan prinsip kerja Siklus Diesel dan menentukan efisiensi Siklus Diesel. Menentukan koefisien daya guna mesin/pesawat pendingin.

Menjelaskan prinsip kerja Siklus Otto dan menentukan efisiensi Siklus Otto.

b. Uraian Materi a) Pengantarkesetimbangan energi dalam suatu proses, maka Hukum Kedua Termodinamika akan dirumuskan dan ditunjukkan arah yang mungkin bagi proses tersebut. Tinjau suatu sistem perbedaan temperatur atau perbedaan tekanan atau juga dapat karena akibat perbedaan keadaan kesetimbangan. Untuk memperjelas pengertian proses akan Apabila dalam Hukum Pertama Termodinamika Pertama dinyatakan bahwa terjadi

yang pada awalnya tidak dalam kesetimbangan, katakanlah hal ini disebabkan akibat adanya konsentrasi. Maka sistem tersebut akan mengalami perubahan terus menerus menuju ke arah

pembatasanpembatasan. Proses reversibel merupakan proses perubahan dari suatu keadaan

digunakan

Page 7

MODUL TERMODINAMIKA

awal ke keadaan tertentu, dan dari keadaan akhir tersebut dimungkinkan terjadinya proses berbalik ke keadaan awal semula dengan mudah bila pada sistem dikenai kondisi tertentu. a. proses tersebut merupakan proses kuasistatik Suatu proses dikatakan terbalikkan (reversibel), apabila juga memenuhi persyaratan: b. dalam proses tersebut tidak terjadi efek-efek disipasi

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

perubahan sistem secara berturutan selalu mencapai keadaan kesetimbangan. Ini berarti saja pendefinisian tersebut hanya merupakan idealisasi keadaan nyatanya. Karena pada umumnya proses alam/natural process selalu tidak terbalikkan (irreversibel). Sebagai contoh, kalor itu sendiri tidak dapat mengalir dari benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas. tersebut tidak pernah dapat terjadi bila tanpa ada perubahan lain.

Sedangkan proses kuasistatik didefinisikan sebagai suatu proses yang pada setiap tahap

bahwa persamaan keadaan sistem pada setiap tahapan proses tetap dapat dituliskan. Tentu

Walaupun dalam proses tersebut memenuhi Hukum Pertama Termodinamika, tetapi proses Demikian pula Hukum Pertama Termodinamika tidak memberikan persyaratan terhadap

proses perubahan kerja menjadi kalor dan atau sebaliknya proses perubahan kalor menjadi Energi. Dalam praktek mudah diperlihatkan pengubahan kerja secara keseluruhan menjadi kalor, sebagai contoh pada proses ekspansi volume sistem gas ideal secara isotermal.

kerja; walaupun memang benar bahwa dalam proses tersebut terpenuhi Hukum Kekekalan

Demikian pula dalam percobaan Joule dapat diperlihatkan bahwa kerja dapat diusahakan

secara keseluruhan diubah menjadi kalor, namun proses tersebut berlangsung hanya satu tahap saja. Untuk mengulangi proses tersebut secara terus menerus diperlukan pembalikan proses, yang tentunya diperlukan sejumlah kerja. Dalam praktek sering kali diusahakan agar kerja yang dihasilkan sistem lebih besar dibandingkan dengan kerja pada pembalikan proses.

Suatu proses yang terdiri atas beberapa tahapan dari suatu keadaan setimbang ke suatu siklus.

keadaan setimbang lain, kemudian kembali ke keadaan setimbang semula disebut daur atau

b) Konversi Kalor Menjadi Kerjapelajari bahwa apabila kita berikan kalor kepada suatu sistem, maka kalor tersebut dapat Pada pembahasan mengenai Kalor dan Hukum Pertama Termodinamika telah kita

dipakai untuk melakukan perubahan tenaga internal dan kerja luar. Pernyataan ini dirumuskan diberikan kepada sistem mungkin dipakai untuk kerja atau usaha luar. Sebagai contoh, gas

didalam Hukum Pertama Termodinamika. Andaikan temperatur sistem tetap, maka kalor yang yang melakukan proses isotermal dan menyerap kalor. Andaikata volume system tetap, makaPage 8

MODUL TERMODINAMIKA

kalor yang diberikan kepada sistem akan dipakai untuk menaikkan temperatur sistem, sehingga energi dalam sistem bertambah. Pada contoh tersebut di atas, kalor yang diberikan energy dalam sistem. kepada suatu system telah dipakai untuk melakukan kerja maupun dipakai untuk mengubah

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

artinya setelah perubahan kalor menjadi kerja berlangsung, maka proses berhenti, jadi proses

Namun, didalam pengubahan kalor menjadi kerja, proses hanya berlangsung satu arah

hanya berlangsung satu tahap saja. Gas yang dipanasi secara isotermal akan memuai hingga seluruh kalor dipakai untuk kerja. Namun, pemanasan itu terhenti setelah tekanan gas sama yang diubah secara keseluruhan menjadi kerja atau sebaliknya. dengan tekanan udara luar. Dalam proses satu arah semacam itu, tidak ada masalah kalor

kerja, maka sistem harus dikembalikan dari keadaan akhir ke keadaan awal. Jadi, yang terdiri atas sederetan proses yang memungkinkan aliran kalor dari atau kepada sistem. Hukum I Termodinamika 1. Hukum ini diterapkan pada gas, khususnya gas ideal P . DV + -V . DP = n R DT PV = n R T

Apabila diinginkan suatu proses yang secara terus menerus mengubah kalor menjadi

diperlukan adalah suatu proses keliling, daur atau proses siklus. Suatu daur atau proses siklus

2. Energi adalah kekal, jika diperhitungkan semua bentuk energi yang timbul. 3. Usaha tidak diperoleh jika tidak diberi energi dari luar. DQ = DU+ DW 4. Dalam suatu sistem berlaku persamaan termodinamika I: Keterangan : DQ = kalor yang diserap

DU = perubanan energi dalam

DW = usaha (kerja) luar yang dilakukan DARI PERSAMAAN TERMODINAMIKA I DAPAT DIJABARKAN: 1. Pada proses isobarik (tekanan tetap) > P = 0; sehingga, W = P . V = P (V2 - V1) > P. V = n .R T U-= 3/2 n . R . T Q = n . Cp . T

2. Pada proses isokhorik (Volume tetap) dimana V =O; sehingga, W = 0 jadi Q = UPage 9

maka Cp = 5/2 R (kalor jenis pada tekanan tetap)

MODUL TERMODINAMIKA

Q = n . Cv . T

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

3. Pada proses isotermik (temperatur tetap): dimana T = 0 ;sehingga, U = 0 jadi Q = W = nRT ln (V2/V1)

U = 3/2 n . R . T

maka Cv = 3/2 R (kalor jenis pada volume tetap)

4. Pada proses adiabatik (tidak ada pertukaran kalor antara sistem dengan sekelilingnya) dimana Q = 0 Berlaku hubungan:: PV = konstan dimana = Cp/Cv ,disebut konstanta Laplace

5. Cara lain untuk menghitung usaha adalah menghitung luas daerah di bawah garis proses.

Usaha pada proses a - b adalah luas abb*a*a Perhatikan perbedaan grafik isotermik dan adiabatik penurunan adiabatik lebih curam dan Jadi: mengikuti persamaan PV = C.

Catatan:

2. jika P = V, maka grafik isotermik.

1. jika P > V, maka grafik adiabatik.

1. Jika sistem menerima panas, maka sistem akan melakukan kerja dan energi akan naik. 2. Jika sistem menerima kerja, maka sistem akan mengeluarkan panas dan energi dalam akan 3. Untuk gas monoatomik (He, Ne, dll), energi dalam (U) gas adalah turun. Sehingga Q, W --(-). Sehingga Q, W (+).

MODUL TERMODINAMIKA

4. Untuk gas diatomik (H2, N2, dll), energi dalam (U) gas adalah Suhu rendah (T 100K) Suhu tinggi U = Ek = 3/2 nRT U = Ek = 7/2 nRT

U = Ek = 3/2 nRT --------

SMAN 1 MATARAM

= 1,67

BURHANUDIN,SPd

Suhu sedang (T > 5000K)

U = Ek =5/2 nRT

--------

--------

= 1,67

--------

= 1,67

Cp-CV=R

= 1,67

c) Proses Siklusseluruhnya. Sebagai contoh, jika dua benda digosokkan yang satu terhadap yang lain didalam Dari pengalaman atau eksperimen diketahui bahwa usaha dapat diubah menjadi kalor

suatu sistem (fluida), maka usaha yang dilakukan akan dikonversikan dan timbul sebagai kalor di dalam sistem. Selanjutnya ingin diketahui, apakah proses kebalikannya juga dapat terjadi?. Dapatkah kalor diubah menjadi usaha seluruhnya, hal ini sangat penting untuk kehidupan kita sehari-hari, karena konversi ini merupakan dasar kerja dari semua mesin bakar atau mesin kalor dan kalor ini dikonversikan menjadi usaha mekanis. menjadi usaha dalam satu tahap saja dapat terjadi. Sebagai contoh dapat dipelajari dalam isothermal sistem gas ideal adalah suatu proses dimana energi dalam tidak berubah (U=0, karena temperatur sistem tetap) maka Q = -W. Pengubahan kalor seluruhnya

uraian mengenai proses isotermik. Jadi, apabila diperhatikan pada suatu proses ekspansi

temperaturnya T1. Karena temperatur tetap, maka U=0 ; dQ=dW

Misalkan gas ideal banyaknya tertentu mula-mula bervolume V1, tekanan P1 dan

Akan ditinjau contoh itu dengan memperhaikan gambar 1 berikut

MODUL TERMODINAMIKA

Setelah volume sistem menjadi V2, maka usaha yang dilakukan sistem adalah: W = nRT ln V2/V1

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

Berarti kalor yang diserapnya juga sama sebesar itu. Jelaslah bahwa seluruh kalor itu diubah menjadi usaha luar. Keadaan ini dapat pula diilustrasikan sebagai berikut:

diambil manfaatnya. Sebab, kita menghendaki perubahan kalor menjadi usaha luar tanpa henti. Selama siklus diberi kalor, sistem diharapkan dapat menghasilkan usaha. Didalam proses ekspansi isotermal ini berarti bahwa piston harus bergeser terus, maka sistem harus

Namun apabila ditinjau dari segi praktiknya, proses yang demikian itu tidak dapat

mempunyai volume yang tidak terbatas. Tetapi karena volume sistem itu ada batasnya, pada suatu saat proses itu harus berhenti, yaitu ketika volume mencapai harga maksimum. Agar dapat mengubah kalor menjadi usaha lagi, sistem itu harus dikembalikan ke keadaan semula.

sama dengan keadaan awalnya?. Kalau hal ini dilakukan, maka pada sistem dilakukan usaha sebesar W dan system melepaskan kalor sebesar Q juga. Agar secara praktis dapat berguna, konversi harus dapat berjalan tanpa henti, tanpa memerlukan volume yang tak terhingga. hanya satu proses tunggal saja, atau proses satu tahap saja.

Dapatkah digunakan proses kebalikannya? Yaitu isotermik lagi sampai keadaannya

Suatu jalan keluar yang dapat dilakukan adalah dengan menggunakan rangkaian proses, tidak Rangkaian proses yang dimaksud adalah siklus, yaitu rangkaian proses sedemikian

rupa sehingga keadaan sistem pada akhir proses sama dengan keadaan awalnya, sehingga proses dapat diulang. Proses siklus terlukis seperti dalam gambar 3 berikut ini.

MODUL TERMODINAMIKA

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

Perhatikan dengan seksama Gambar 3, isobarik mengubah sistem sampai P2V1 dan akhirnya proses isokhorik membuat sistem kembali diagram itu. Mulai dari P1V1 sistem gas mengalami proses isotermik sampai P2V2. Kemudian proses

ke P1V1. Netto usaha yang dilakukan system dinyatakan oleh luas bagian yang diarsir pada Pada akhir proses kedaan sistem kembali ke keadaan semula. Dengan demikian pada

akhir siklus energi dalam sistem sama dengan semula. Dapatlah sekarang disimpulkan bahwa agar dapat melakukan usaha terus menerus, sistem itu harus bekerja dalam suatu siklus. Pada diagram siklus tergambar sebagai kurva tertutup. Perhatikan gambar dibawah ini beberapa ilustrasi diagram proses bersiklus.

MODUL TERMODINAMIKA

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

Perhatikan bahwa pada siklus-siklus tersebut berlaku 3 (tiga) hal sebagai berikut: energi dalam U adalah fungsi keadaan, maka dapat dinyatakan: Uf = Ui Atau dU = 0,

1. Nampak bahwa keadaan sistem akhir siklus sama dengan keadaan awal. Mengingat bahwa

sehingga Hukum pertama Termodinamika dapat dinyatakan : 2. Jelas pula bahwa selama satu siklus sistem melakukan sejumlah usaha dan sejumlah usaha lain diadakan pada sistem. Apabila siklus dijalani searah dengan jarum jaw (clock wise), maka mesin akan Apabila siklus yang akan dijalani berlawanan dengan arah gerak jarum jam (counter Mesin yang demikian disebut mesin pendingin. menghasilkan usaha [W=- W ] Mesin yang demikian disebut mesin kalor. Q = -W

clock-wise), maka mesin memerlukan usaha luar: W=W Namun tetap berlaku: dU = 0

3. Ternyata pula bahwa pada suatu siklus terdapat cabang dimana system menyerap kalor Dari hampir semua hasil eksperimen menyatakan bahwa tidak mungkin mesin kalor dalam suatu siklus hanya menyerap kalor saja selain menghasilkan sejumlah usaha. Selalu akan ada bagian tertentu dari siklus dimana mesin melepas sejumlah kalor pada lingkungan. Dengan menjadi usaha. Ketidakmungkinan ini kemudian dinyatakan sebagai Hukum Kedua tetapi selalu terdapat pada cabang yang lain system melepas kalor.

pernyataan lain mesin kalor tidak mungkin mengkonversikan seluruh kalor yang diserap Termodinamika. Perumusan Hukum Kedua Termodinamika dapat juga ditentukan dari Hukum Pertama Termodinamika sebagai berikut: dQ = dU - dW Apabila diintegrasikan, untuk satu siklus mesin kalor, maka akan didapat: dQ = dU - dW

MODUL TERMODINAMIKA

SMAN 1 MATARAM

Dengan |Q|adalah kalor yang dikonversikan menjadi usaha. Jadi, dan |W| adalah usaha yang dihasilkan mesin kalor dalam siklus dimana |W| adalah luas siklus pada diagram P-V Agar lebih jelas perhatikan ilustrasi gambar 5 berikut ini. |Q| = |Qm Qk |

Q = -W

atau:

BURHANUDIN,SPd

Catatan: Dalam menentukan Q dan W selama satu siklus, sebaiknya digunakan harga-harga mutlak.

d) Efisiensi Mesin Kalor dan Mesin Pendingin

ini dipilih cara yang dekat dengan segi pemanfaatannya. Jadi perumusan yang akan kita kemukakan adalah seperti perumusan awal, yaitu perumusan yang berkaitan dengan

Ada banyak cara untuk mengungkapkan Hukum Kedua Termodinamika. Dalam uraian

kegunaan yang menjadi titik tolak ditemukan Hukum Kedua Termodinamika. Dalam hal ini kita

memerlukan pengertian mengenai konsep mesin kalor dan mesin pendingin. Mesin kalor, sebagai contoh seperti motor bakar atau mesin letup pada mobil, adalah suatu alat/sistem mekanik. yang berfungsi untuk mengubah energy kalor/energi panas menjadi energi usaha/energi Sedangkan mesin pendingin, sebagai contoh lemari es/refrigerator adalah suatu

alat/sistem yang berfungsi yang berfungsi untuk secara netto memindahkan kalor dari reservoar dingin ke reservoar panas dengan menggunakan usaha yang dimasukkan dari luar. Ciri utama mesin kalor atau mesin panas adalah sebagai berikut: a. berlangsung secara berulang (siklus),

MODUL TERMODINAMIKA

b. hasil yang diharapkan dari siklus mesin ini adalah usaha mekanik,

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

c. usaha ini merupakan hasil konversi dari kalor yang diserap dari reservoir panas,

d. tidak semua kalor yang keluar dan terambil dari reservoar panas dapat dikonversikan suhu rendah.

menjadi usaha mekanik. Ada yang dibuang ke reservoir dingin dalam bentuk kalor pada Sifat-sifat tadi secara skematik dikemukakan dalam diagram gambar 6(a), jika

kemudian arah-arahnya dibalik, seperti pada diagram gambar 6(b) akan diperoleh skema kerja mesin pendingin. Agar lebih jelas perhatikan dengan seksama Gambar berikut ini.

Gambar 6. Prinsip Kerja Mesin Panas (a) dan Mesin Pendingin (b) selama satu siklus, bertanda positif karena kalor masuk ke dalam sistem (siklus). Sedangkan W adalah usaha yang dilakukan oleh system selama satu siklus, bertanda negatif karena sistem melakukan usaha terhadap lingkungan. Selanjutnya kalor Q2 adalah kalor yang mengalir dari sistem ke reservoar dingin. Perhatikan pada gambar 6(a), Q1 adalah total kalor yang diambil dari reservoar panas

kebalikan dari gambar 6(a). Pada mesin pendingin hasil yang diharapkan adalah pengambilan

pemanas, seperti ditunjukkan pada gambar 6(b). Tanda Q1, Q2 dan W pada gambar ini adalah

Untuk mesin pendingin, prinsip kerjanya adalah merupakan kebalikan dari mesin

pada suhu rendah (yaitu dari benda-benda yang didinginkan). Perlu diperhatikan, bahwa untuk

diperlukan adanya usaha dari luar sebesar +W (tanda positif karena usaha dilakukan terhadap reservoir panas sebagai kalor dengan jumlah total Q1. Parameter penting pada kedua macam

memindahkan kalor sebesar Q2 dari reservoar dingin ke reservoar panas dalam satu siklus

sistem). Usaha sebesar W ini pada akhirnya akan masuk bersama-sama dengan kalor Q2 ke

MODUL TERMODINAMIKA

alat itu adalah efisiensi yang dinyatakan dengan notasi ( ) bagi mesin panas dan koefisien

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

daya guna yang dinyatakan dengan (k) bagi mesin pendingin. Atau dapat didefinisikan tersebut. Secara umum dapat dinyatakan bahwa:

besaran efisiensi mesin untuk menggambarkan atau membandingkan kinerja dari mesin-mesin

EfisiensiJadi,

=

Hasil yang diinginkan Yang harus disediakan

- untuk mesin panas/mesin kalor dapat didefinisikan atau dinyatakan bahwa:

Efisiensi ( ) = Dan

W Q1

- untuk mesin pendingin dapat dinyatakan atau didefinisikan bahwa: Koefisien Daya Guna:

k =

Besarnya koefisien ini bergantung pada keadaan detail dan masing-masing proses yang membentuk siklus atau daur. Dengan mengingat proses yang dijalani sistem adalah proses lingkar, sehingga dapat dinyatakan U=0, sebab itu W = -Q = -(Q1+Q2) pada kedua hal, maka diperoleh: atau Efisinsi untuk mesin panas adalah :

Q2 W

=

W Q1

=

(Q1 + Q 2 ) Q sehingga = 1 2 Q1 Q1Atau

Koefisien Daya Guna mesin pendingin adalah :

k =

Q2 W

k =

Q2 Q1 Q 2

Parameter-parameter itu besarnya tentu bergantung pada jenis proses yang dijalani sistem. Proses yang terjadi umumnya tidak kuasistasik karena berlangsung cepat dan dengan suhu yang tidak serba sama/uniform pada bagian-bagian sistem. Namun kita dapat

mangaproksimasikannya dengan suatu proses kuasistatik tertentu. Untuk itu berikut akan kita bahas beberapa contoh proses bersiklus.

Page 17

MODUL TERMODINAMIKA

Beberapa Contoh Proses Bersiklus1. Siklus Otto

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

Pada siklus Otto yang dianggap sistem adalah campuran udara dan bensin didalam silinder motor. Motor letup mobil adalah seperti tergambar dibawah ini dinamakan siklus Otto, bentuknya pada diagram P-V ditunjukkan pada gambar 7 berikut ini.

Siklus kita mulai dari titik a, ketika silinder mesin berada pada volume maksimum V2. Pada saat itu silinder mesin telah diisi campuran udara dengan bensin. Dengan motor mesin P-V, yaitu pada proses a-b, system mengalami kompressi. Pemampatan campuran udara berputar, volume ini diperkecil sampai volume minimum V1. Terlihat pada gambar diagram dan bensin pada tahap a-b yang dianggap berjalan secara adiabatik, karena terjadi pada sistem dengan lingkungan. Pada titik b campuran bensin-udara di silinder mesin dinyalakan, dan letupan yang terjadi meninggikan suhu sistem secara mendadak demikian pula

waktu yang sangat singkat dibandingkan waktu untuk terjadinya perpindahan kalor antara

tekanannya. Karena terjadi pada waktu yang sangat singkat, maka volume sistem dapat proses b-c yang isokhorik. Selanjutnya terjadi proses ekspansi c-d yang dianggap terjadi campuran bahan bakar dan udara yang baru. Sejauh mengenai pertukaran energinya, tahap dianggap masih pada keadaan minimum V1. Terlihat pada gambar diagram P-V yaitu pada

secara adiabatik. Pada keadaan d campuran hasil pembakaran dibuang, silinder mesin diisi ini dapat dianggap berjalan secara isokhorik. Pada tahap ini ekivalen dengan menganggap berlaku pada tahap b-c yaitu penyerapan Q1 dan pada d-a terjadi pelepasan kalor sebesar

campuran itu dikembalikan pada keadaan asalnya yaitu keadaan dititik a. Pertukaran kalor

MODUL TERMODINAMIKA

Q2, sedangkan usaha oleh sistem adalah selama c-d, yaitu sebesar W2 dan selama a-b adalah sebesar +W1

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

Illustrasi:

Buktikan untuk sistem yang berupa gas ideal, pada siklus Otto berlaku perumusan efisiensi sistem sebagai berikut:

=1

1 R 1

Dengan R = V2/V1 adalah nisbah kompressi mesin tersebut, dan untuk system Otto harganya berkisar di seputar 8. Penyelesaian

Perhatikan kembali diagram P-V untuk siklus Otto berikut ini.

Proses yang sebenarnya terjadi sungguh amat rumit. Untuk menyederhanakan dibuat sebuah siklus yang mirip dan benama siklus Otto, dengan mengabaikan banyak hal, seperti: Gesekan; Reaksi antara bensin dengan udara;

Perhatikan kembali dengan seksama gambar diagram P-V untuk siklus Otto, dapat dinyatakan sebagai berikut: 1. Pada proses o-a ,memasukkan gas kedalam sistem dan dianggap system mempunyai tekanan tetap, tiada gesekan serta kuasista tik sehingga berlaku: P0 V1 = nRTa

Penyimpangan kesetimbangan mekanik maupun kesetimbangan termal.

2. Pada proses a-b, pemampatan gas secara adiabatik, sehingga berlaku hubungan: TaVa-1 = TbVb -1

MODUL TERMODINAMIKA

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd 1

Va V bkalor sebesar:

1

T = b Ta

V atau 2 V 1

=

Tb Ta

3. Pada proses b-c, berlangsung proses isokhorik, dimana pada proses ini gas menyerapTc

Q1 =

C

v

.dT

Karena Cv dianggap konstan, maka : hubungan:

Tb

Q 1 = C v (T c T b )

4. Pada proses c-d, gas mengembang atau berekspansi secara adiabatik, maka berlaku

T C .V C 1 = T d .V d 1 Va V b 1

T = b TaTa

V atau 2 V 1

1

=

Tb Ta

5. Pada proses d-a, berlangsung proses isokhorik, gas melepas kalor, maka berlaku hubungan:

Q2 =

C

v

.dT

6. Pada proses a-o, gas dikeluarkan dari silinder diganti gas yang baru. Karena siklus Otto adalah merupakan sebuah contoh dari mesin kalor atau mesin panas, maka efisiensinya dapat dinyatakan: = -W/Q1,

Td

atau

Q 2 = C v (T a T d )

dengan W adalah usaha netto yang dihasilkan sistem, sedangkan Q1 adalah kalor yang diserap sistem. Dalam hal lain; Sehingga: W = Q1 Q2 , dengan Q2 adalah kalor yang dilepas sistem

=

(Q1 + Q 2 ) Q sehingga = 1 2 Q1 Q1Cv (Ta Td) =1 Cv (Tc Tb)

Untuk siklus Otto: atau

=1

T a ( Td/Ta - 1) T b (Tc/Tb - 1)

=1

Ta 1 1 =1 = 1 1 1 Tb (V 2 / V 1 ) R = 1

Jadi, terbukti bahwa efisiensi sistem adalah

R 1

Page 20

MODUL TERMODINAMIKA

Tampak bahwa harga efisiensi siklus sistem akan lebih baik bila nilai R diperbesar. Tetap memperbesar R dapat menimbulkan resiko meletupnya bahan bakar secara spontan dimungkinkan bila digunakan bahan bakar dengan nilai oktan yang lebih tinggi. sebelum mencapai titik b. Hal ini justru akan menurunkan efisiensi. Memperbesar R

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

2. Siklus Diesel tekanan tertentu. Disini bahan bakar tidak dimasukkan pada keadaan a, tetapi disemprotkan Pada mesin diesel ini, pembakaran terjadi karena gas bakar dimampatkan pada

pada kondisi b yang menyebabkan motor meletup dengan sendirinya. Proses peletupan pada Gambar Siklus diagram pendekatan mesin diesel seperti ditunjukkan oleh Gambar 8 berikut ini.

dianggap berjalan pada tekanan yang sama. Jadi b-c adalah proses isobaris. Hal ini terlihat

Perhatikan dengan seksama Gambar diagram P-V pendekatan mesin Diesel dapat dinyatakan sebagai berikut: ideal berlaku: 1. Pada proses a-b, berlangsung proses kompressi adiabatik, T naik. Sehingga untuk gas Ta Va -1 = Tb Vb -1

2. Pada proses b-c, gas berekspansi isobarik, pada proses ini gas menyerap kalor sebesar:

Q1 =

dQc b

Tc

=

Cv .dT

atau Q1 = Cp (Tc Tb)

Tb

3. Pada proses c-d, gas berekspansi adiabatik, temperatur T turun sehingga berlaku:

dapat ditulis: |Q1 |=| Qm|

4. Proses d-a, adalah proses pendinginan secara isobarik sampai temperature uap mencapai

harga T1, yang dilanjutkan dengan pengembunan (kondensasi) pada

MODUL TERMODINAMIKA

tekananan temperature tetap. Usaha yang dilakukan dinyatakan oleh luas daerah yang diarsir.

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

Kita kembali pada petanyaan pada awal pembahasan yaitu tidakkah azas kerja pesawat

- dapat kita pelajari bahwa azas pesawat pendingin tidak bertentangan dengan perumusanClaussius, sebab pada sistem pesawat pendingin harus dilakukan usaha dari luar sebesar W Pertama Termodinamika telah dipelajari bahwa |Q1| = Q2 + W yang dinyatakan oleh luas bagian daerah yang diarsir dan dibatas kurva abcda. Dari Hukum Dengan demikian dapat dinyatakan bahwa selain pemindahan kalor dari reservoar dingin T2 ke

pendingin ini bertentangan dengan perumusan Claussius?

T1.

reservoar panas T1 terjadi pula perubahan usaha menjadi kalor yang ikut dilepas ke reservoar

4. Sikus Rankine V yang menggambarkan proses kerja mesin uap menurut siklus Rankine yang sama dengan siklus pesawat pendingin, tetapi dengan arah terbalik. Diagram yang diperlihatkan pada Gambar 11 adalah merupakan pendekatan diagram P-

Ikhtisar proses kerja siklus Rankine adalah sebagai berikut: didihnya

proses a-b, adalah proses adiabatik, air pada tekanan rendah sampai b pada temperatur

proses b-c, proses isobaric

MODUL TERMODINAMIKA

proses c-d,adalah proses perubahan fase cair ke fase uap proses e-f, berlangsung proses adiabatic proses f-a, pendinginan ke fase cair atau proses kondensasi.

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

Contoh-Contoh SoalContoh 1 Jawab: Berikan penjelasan mengenai proses kuasistatik Proses kuasistatik adalah suatu proses yang pada setiap saat atau pada setiap tahap

perubahan sistem secara keseluruhan selalu mencapai keadaan kesetimbangan. Hal ini berarti bahwa sistem pada setiap tahapan proses, tetap dapat dituliskan persamaan keadaannya. Dapat dinyatakan juga bahwa proses kuasistatik adalah proses yang merupakan rentetan menyimpang sedikit dari keadaan setimbang sebelumnya. Contoh 2 yang dilenmgkapi dengan piston berisi sejumlah gas. Di atas piston diletakkan 2 (dua) anak tekanan dan volume sistem gas akan berubah. nonkuasistatik? Jawab:

keadaan setimbang tak terhingga banyak; setiap saat keadaan setimbang itu hanya

Berikan penjelasan dan tuliskan komentar untuk pernyataan berikut ini: Sebuah silinder

timbangan masing-masing dengan massa 1 kg, jika satu anak timbangan diambil maka Bagaimana pendapat anda, contoh ini merupakan proses kuasistatik atau proses

keadaan setimbang tak terhingga banyak, melainkan hanya dua keadaan setimbang yaitu setimbang awal dan setimbang akhir. Contoh 3 Jawab: Bagaimana agar supaya proses yang dijalani pada contoh 2 menjadi proses kuasistatik?

Jelas sistem ini mengalami proses nonkuasistatik, sebab bukan merupakan rentetan

satu anak timbangan itu harus diganti sejuta pemberat kecil-kecil anak timbangan dengan dijalani sistem adalah proses kuasistatik.

Agar proses yang dijalani sistem pada ontoh 2 menjadi proses kuasistatik, maka salah

massa total 1 kg dan satu per satu pemberat kecil-kecil itu diambil, sehingga proses yang

Page 23

MODUL TERMODINAMIKA

Contoh 4 Jawab:

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

Berikan dan tuliskan penjelasan mengenai proses reversibel.

tertentu dan dari keadaan akhir tersebut dimungkinkan terjadinya proses balik ke keadaan awal kembali melalui jalan yang sama. Sedemikian rupa dengan mudah jika pada sistem dikenai kondisi tertentu. Contoh 5 Jawab: Tuliskan 2 (dua) persyaratan agar proses dikatakan berbalik (reversibel)

Proses reversibel adalah merupakan proses dari suatu keadaan awal ke keadaan

a. proses tersebut merupakan proses kuasistatik

b. dalam proses tersebut tidak terjadi efek-efek disipasi Contoh 6 Jawab: Berikan dan tuliskan penjelasan mengenai daur atau siklus.

terdiri atas beberapa tahapan dari suatu keadaan setimbang ke keadaan setimbang lain kerja atau usaha luar. Contoh 7 Jawab: Apakah pengubahan kalor seluruhnya menjadi usaha dapat terjadi.

Daur atau siklus adalah proses terus menerus yang merupakan sederetan proses yang

kemudian kembali keadaan setimbang semula yang hasilnya adalah pengubahan kalor menjadi

terjadi; yaitu pada proses ekspansi isotermal sistem gas ideal.

Pengubahan kalor seluruhnya menjadi tenaga/usaha dalam satu tahap saja dapat

kembali uraian dengan seksama dan kembangkan wawasan dan penalaran anda). Contoh 8 Jawab:

- pelajari lebih lanjut, apakah proses yang demikian dapat diambil manfaatnya? (bacalah

Berikan penjelasan mengenai mesin kalor atau mesin pemanas, lengkapi dengan contoh

mengubah energi kalor atau energi panas menjadi energy usaha atau energi mekanik. Sebagai contoh adalah motor bakar atau motor letup.Page 24

Mesin kalor/mesin pemanas adalah suatu alat atau sistem yang berfungsi untuk

MODUL TERMODINAMIKA

(Lengkapi jawaban anda dengan membaca kembali dan memahami: 4 ciri mesin kalor/mesin pemanas Gambar skematis prinsip mesin kalor atau mesin pemanas). Contoh 9 Jawab:

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

Berilah penjelasan mengenai mesin pendingin, lengkapi penjelasan dengan contoh.

memindahkan kalor dari reservoar dingin ke reservoar panas dengan menggunakan usaha luar. Sebagai contoh adalah lemari es atau refrigerator. Contoh: 10

Mesin pendingin adalah suatu alat atau sistem yang berfungsi untuk secara netto

1. Selama proses isokhorik (v = 1 m3), gas menerima kalor 1000 kalori sehingga tekanan berubah sebesar 814 N/m2. Hitunglah perubahan energi dalam gas selama proses tersebut Jawab: Proses isokhorik: V = 0 sehingga W = P . V = 0 Jadi perubahan energi dalam gas = 1000 kalori =1000 x 4.186 J = 4186J Q = U + W ---------1000 = U + 0

2. Gas diatomik pada suhu sedang 200C dan tekanan 105 N/m2 bervolume 4 lt. Gas mengalami proses isobarik sehingga volumenya 6 liter kemudian proses isokhorik sehingga tekanannya 1.2 x 105 N/m2. Berapakah besar perubahan energi dalam gas selama proses

tersebut ? Jawab:

PV = n R T ------

Proses :B - C (V = 0):

UBC = 5/2 n R T = 500 J (diatomik 200C) V P = n R T = 6.10-3.0,2. 105 = 1120 J

P V = n R T = 105 . 2.10-3 = 200 J

Proses A - B (P = 0):

P V + V P = n R T

3. Bila suatu gas dimampatkan secara isotermik maka tentukanlah tekanan, energi dalam danusaha yang dilakukan oleh gas! Jawab:

Jadi U total = UAB + UBC = 800 J

UBC = 5/2 n R T = 300 J (diatomik 200C)

Gas dimampatkan berarti volume gas bertambah kecil (V < 0)Page 25

MODUL TERMODINAMIKA

Karena volume gas bertambah kecil maka tekanan gas akan bertambah besar. Kenaikan

Jadi: PV = C ------

Proses gas secara isotermik berarti T = 0 P = C/V

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

tekanan gas ini disebabkan oleh makin seringnya molekul-molekul gas menumbuk dinding tempatnya (jarak tempuh molekul gas makin pendek) bukan karena kecepatannya yang bertambah. U=3/2 n R T

Berarti energi dalam gas tidak berubah. Q = U + W ---------W = P V

Karena proses isotermik (T= 0), maka perubahan energi dalam sama dengan nol (U - 0).

usaha gas. Karena volume gas bertambah kecil (DV < 0) maka usaha yang dilakukan gas negatif(W < O), berarti gas menerima kerja dari luar.

Karena U = 0 maka Q = W, berarti kalor yang diserap gas seluruhnya diubah menjadi

4. Sebuah mesin Carnot yang menggunakan reservoir suhu tinggi sebesar 1000K mempunyai efisiensi sebesar 50%. Agar efesiensinya naik menjadi 60%, berapakah reservoir suhu tinggi harus dinaikkan ? Jawab: h = 1-T2/T1 ---

Apabila efesiensinya dijadikan 60% (dengan T2 tetap), maka h = 1 - T2/T1 --0,6 =1 - 500/T2 jadi T1= 12.50 K

0,5 = 1 T2/1000 jadi T2 = 500K

Page 26

MODUL TERMODINAMIKA

c. Rangkuman

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

1. Proses kuasistatik adalah suatu proses yang pada setiap saat atau pada setiap tahap perubahan sistem secara keseluruhan selalu mencapai keadaan kesetimbangan. Hal ini keadaannya. berarti bahwa sistem pada setiap tahapan proses, tetap dapat dinyatakan persamaan 2. proses reversibel adalah merupakan proses dari suatu keadaan awal ke keadaan tertentu dan dari keadaan akhir tersebut dimungkinkan terjadinya proses balik ke keadaan awal kondisi tertentu. kembali melalui jalan yang sama. Sedemikian rupa dengan mudah jika pada sistem dikenai 3. Ada 2 (dua) persyaratan, agar proses dikatakan berbalik atau reversibel, yaitu: a. proses tersebut merupakan proses kuasistatik b. dalam proses tersebut tidak terjadi efek-efek disipasi.

4. Mesin kalor atau mesin pemanas adalah suatu alat atau sistem yang berfungsi untuk mengubah energi kalor atau energi panas menjadi energy usaha atau energi mekanik. Ciri utama mesin kalor atau mesin pemanas adalah sebagai berikut: a. berlangsung secara berulang (siklus) b. hasil yang diharapkan dari siklus mesin ini adalah usaha mekanik

c. usaha ini merupakan hasil konversi kalor yang diserap dari reservoir panas

d. tidak semua kalor yang keluar dan terambil dari reservoar panas dapat dikonversikan pada suhu rendah.

menjadi usaha mekanik. Ada energi yang dibuang ke reservoar dingin dalam bentuk kalor

5. Mesin pendingin adalah suatu alat atau sistem yang berfungsi untuk secara netto memindahkan kalor dari reservoar dingin ke reservoar panas dengan menggunakan usaha luar.

6. Daur atau siklus adalah proses terus-menerus yang merupakan sederetan proses yang terdiri atas beberapa tahapan dari suatu keadaan setimbang ke keadaan setimbang lain, kalor menjadi kerja atau usaha luar. kemudian kembali lagi ke keadaan setimbang semula yang hasilnya adalah pengubahan 7. Beberapa contoh proses bersiklus adalah sebagai berikut: a. Siklus Otto, dengan efisiensi:

otto = 1

1

dengan R = V2/V1, adalah nisbah kompressi mesin.Page 27

R 1

MODUL TERMODINAMIKA

b. Siklus Diesel, dengan efisiensi

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

diesel = 1

1 1 rk re

1 1 re rk

dengan: re adalah nisbah ekspansi = Va/Vc

rk adalah nisbah kompressi = Va/Vb

c. Siklus Mesin Pendingin, dengan efisiensi:

me sin

pendingin

P =1 b Pa

1 1

Page 28

MODUL TERMODINAMIKA

d. Tugas 1

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

1. Tuliskan dan nyatakan parameter penting pada mesin pemanas atau mesin kalor dan 2. Gambarkan diagram P-V pendekatan mesin Otto dan kemudian tunjukkan bahwa: efisiensi Siklus Otto adalah: pada mesin pendingin

otto = 1

1

R 1

dengan R = V2/V1, adalah nisbah kompressi mesin. 3. Apakah dasar kerja dari mesin pendingin (refrigerator/lemari es) bertentangan dengan 4. Gambarkan diagram P-V pendekatan mesin pendingin dan kemudian tunjukkan bahwa efisiensi mesin pendingin adalah: pernyataan Claussius.

me sin

pendingin

P =1 b Pa

1 1

5. Dua macam gas mengalami campuran dengan jalan difusi, jelaskan prosesnya berbalik 6. Suatu sistem menghisap panas dan diubah menjadi kerja, jelaskan apakah proses 7. Jelaskan, bagaimana cara mengalirkan panas dari reservoar dingin dengan suhu T1 ke reservoar panas dengan suhu T2 , (T1Tb, maka Qbc positif sehingga Qbc adalah jumlah kalor yang masuk sistem.

5. proses d-a, adalah proses isobarik dari temperatur Td ke Ta dan berlaku:Ta

Q da =dan

Cp .dTVa

= Cp (Ta Td)

Td

W da =

P .dV

= P (Va Vd)

Vd

Karena Td T = 2Ek/3K

Keterangan : V = volume (m3)

n = jumlah molekul gas

K = konstanta Boltzman = 1,38 x 10-23 J/K

No = bilangan Avogadro = 6,023 x 1023/molPage 53

MODUL TERMODINAMIKA

ENERGI TOTAL (U) DAN KECEPATAN (v) GAS IDEAL Ek = 3KT/2

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

v = (3 K T/m) = (3P/r) dengan: Ek = energi kinetik rata-rata tiap partikel gas ideal v = kecepatan rata-rata partikel gas ideal m = massa satu mol gas p = massa jenis gas ideal Jadi dari persamaan gas ideal dapat diambil kesimpulan: 1. Makin tinggi temperatur gas ideal makin besar pula kecepatan partikelnya. 2. Tekanan merupakan ukuran energi kinetik persatuan volume yang dimiliki gas. 3. Temperatur merupakan ukuran rata-rata dari energi kinetik tiap partikel gas. 4. Persamaan gas ideal (P V = nRT) berdimensi energi/usaha . 5. Energi dalam gas ideal merupakan jumlah energi kinetik seluruh partikelnya. Dari persarnaan gas ideal PV = nRT, dapat di jabarkan:

U = N Ek = 3NKT/2

U = energi dalam gas ideal = energi total gas ideal

MODUL TERMODINAMIKA

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

Contoh:

1. Berapakah kecepatan rata-rata dari partikel-partikel suatu gas dalam keadaan normal, jika massa jenis gas 100 kg/m3 dan tekanannya 1,2.105 N/m2? Jawab: PV = 2/3 Ek

v2 = (3PV)/m = (3 P)/(m/V) = 3P/r

PV = 2/3 . 1/2 . m v2 = 1/3 m v2

v = 3P/r = 3.1,2.105/100 = 60 m/det

2. Suatu gas tekanannya 15 atm dan volumenya 25 cm3 memenuhi persamaan PV - RT. Bila gas tiap menit? Jawab:

tekanan gas berubah 1/10 atm tiap menit secara isotermal. Hitunglah perubahan volume

Persamaan PV = RT jelas untuk gas ideal dengan jumlah mol gas n = 1. Jadi kita ubah persamaan tersebut menjadi: P V + V P = R T (cara differensial parsial)

15 . V + 25. 1/10 = R . 0 > AV = -25 /15.10 = -1/6 cm3/menit menerima usaha dari luar (dari sekelilingnya).

Jadi perubahan volume gas tiap menit adalah 1/6 cm3,dimana tanda (-) menyatakan gas

MODUL TERMODINAMIKA

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

LEMBAR PENILAIAN TES PESERTA Nama Peserta No. Induk Program Keahlian Nama Jenis Pekerjaan : : : :Skor Maks Skor Perolehan Catatan

PEDOMAN PENILAIAN No. Aspek PenilaianPerencanaan 1.1.Persiapan alat dan bahan 1.2.Analisis model susunan Model Susunan 2.1.Penyiapan model susunan 2.2.Penentuan data instruksi pd model Proses (Sistematika & Cara kerja) 3.1.Prosedur pengambilan data 3.2.Cara mengukur variabel bebas 3.3.Cara menyusun tabel pengamatan 3.4.Cara melakukan perhitungan data Kualitas Produk Kerja 4.1.Hasil perhitungan data 4.2.Hasil grafik dari data perhitungan 4.3.Hasil analis 4.4.Hasil menyimpulkan Sikap/Etos Kerja 5.1.Tanggung jawab 5.2.Ketelitian 5.3.Inisiatif 5.4.Kemandirian Sub total Sub total Sub total Sub total

I II

2 3 5 3 2 5 10 8 10 7

III

IV

35

5 10 10 10

V

35 3 2 3 2

VI

Laporan 6.1.Sistematika penyusunan laporan 6.2.Kelengkapan bukti fisik Sub total

Sub total

35 6 4

Total

100

10

Page 56

MODUL TERMODINAMIKA

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

KRITERIA PENILAIAN No I II Aspek penilaian Kritiria PenilaianAlat dan bahan disiapkan sesuai kebutuhan Merencanakan menyusun model Model disiapkan sesuai dengan ketentuan Model susunan dilengkapi dengan instruksi penyusunan Mengukur berat benda di udara dan didalam zat cair Tinggi zat cair dalam pipa kapiler, sudut kontak zat cair dengan dinding pipa kapiler Kecepatan terminal benda dalam zat cair Massa jenis benda dan zat cair Melengkapi data pengamatan dan pengukuran dalam table Langkah menghitung konstanta gaya pegas

Perencanaan 1.1.Persiapan alat dan bahan 1.2.Analisis model susunan

Skor 2 3 3 2

Model Susunan 2.1.Penyiapan model susunan 2.2.Penentuan data instruksi pada model

III Proses (Sistematika & Cara kerja) 3.1.Prosedur pengambilan data 3.2.Cara mengukur variabel Bebas

10 8

IV

3.3.Cara menyusun tabel pengamatan 3.4.Cara melakukan perhitungan data Kualitas Produk Kerja 4.1.Hasil perhitungan data 4.2.Hasil grafik dari data perhitungan 4.3.Hasil analis

10 7

Perhitungan dilakukan dengan cermat sesuai prosedur Pemuatan skala dalam grafik dilakukan dengan benar Analisis perhitungan langsung dengan metode grafik sesuai/saling mendukung Kesimpulan sesuai dengan konsep teori Pekerjaan diselesaikan tepatwaktu

5 5

5 10 10

4.4.Hasil menyimpulkan

4.5. Ketepatan waktu

Page 57

MODUL TERMODINAMIKA

No V

Sikap/Etos Kerja 5.1.Tanggung jawab 5.2.Ketelitian 5.3.Inisiatif 5.4.Kemadirian

Aspek penilaian

SMAN 1 MATARAM

Kritiria Penilaian

BURHANUDIN,SPd

Skor 3 2 3 2 6 4

Membereskan kembali alat dan bahan setelah digunakan Tidak banyak melakukan kesalahan Memiliki inisiatif bekerja yang baik Bekerja tidak banyak diperintah Laporan disusun sesuai dengan sistematika yang telah ditentukan Melampirkan bukti fisik

VI

Laporan 6.1.Sistematika penyusunan Laporan 6.2.Kelengkapan bukti fisik

Page 58

MODUL TERMODINAMIKA

DAFTAR PUSTAKA

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

Halliday dan Resnick, 1991. Fisika jilid 1 (Terjemahan) Jakarta: Penerbit Erlangga. Bob Foster, 1997. Fisika SMU. Jakarta: Penerbit Erlangga. Gibbs, K, 1990. Advanced Physics. New York: Cambridge University Press. Martin Kanginan, 2000. Fisika SMU. Jakarta: Penerbit Erlangga. Tim Dosen Fisika ITS, 2002. Fisika I. Surabaya: Penerbit ITS. Sutresna, N, 2001. Kimia SMU. Jakarta: Grafindo media pratama.

Page 59

MODUL TERMODINAMIKA

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

Page 60

MODUL TERMODINAMIKA

SMAN 1 MATARAM

BURHANUDIN,SPd

Page 61