termodinamika

TERMODINAMIKA

Riyan Yoga Sakti

Akhmad Suhemi

Didik Nurdiyansyah

TEKNIK INDUSTRI

1.1. HUKUM PERTAMA

TERMODINAMIKA

• Hukum Pertama Termodinamika adalah pernyataan tentang hukum kekekalah energi. Hukum

ini menyatakan bahwa jika jumlah panas ΔQ mengalir kedalam suatu sistem, maka energi ini harus

tampak sebagai peningkatan energi dalam ΔU dari sistem dan/atau usaha ΔW yang dilakukan oleh

sistem pada lingkungan. Sebagai persamaan :

∆𝑈 = 𝑄 −𝑊

ΔU = Perubahan energi dalam (Joule)

Q = Jumlah kalor (Joule)

W = Usaha yang bekerja (Joule)

1.1. HUKUM PERTAMA

TERMODINAMIKA

Kalor sebanyak 3000 Joule ditambahkan pada sistem dan sistem melakukan usaha 2500 Joule pada

lingkungan. Perubahan energi dalam sistem adalah…

Pembahasan

Diketahui :

Kalor (Q) = +3000 Joule

Usaha (W) = +2500 Joule

Ditanya : perubahan energi dalam

Jawab :

ΔU = Q – W

ΔU = 3000 – 2500

ΔU = 500 Joule

Energi dalam sistem bertambah 500 Joule.

Aturan tanda :

Q positif jika kalor ditambahkan pada sistem

W positif jika sistem melakukan usaha pada

lingkungan

Q negatif jika kalor dilepaskan sistem

W negatif jika lingkungan melakukan usaha pada

sistem

1.2. PERUBAHAN FASA & PANAS

LATEN

Perubahan Fasa merupakan efek dari adanya salah satu

sifat zat, yaitu wujud. Secara umum telah dikenal tiga

kelompok fasa yaitu; fasa gas, fasa cair dan fasa padat.

Kalor laten atau yang disebut dengan panas laten

adalah kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud zat

padat menjadi cair, dan cair menjadi gas atau sebaliknya.

“Secara harafiah, perubahan fasa

terjadi saat sebuah zat berubah dari

satu wujud ke wujud yang lain.”


LATEN

• Melebur dan Membeku

Melebur adalah perubahan dari wujud padat menjadi wujud cair, sebaliknya perubahan dari wujud cair ke

wujud padat dinamakan membeku.

Q = m . L

Keterangan :

Q = Jumlah kalor yang diperlukan atau dilepaskan

selama proses pencairan atau pembekuan

m = massa benda

L = Kalor lebur


LATEN

• Menguap dan Mengembun

Menguap adalah perubahan dari wujud cair menjadi uap. Jika penguapan terjadi di semua bagian zat dinamakan mendidih. Sedangkan mengembun adalah perubahan dari wujud uap menjadi wujud cair.

Q = m . Lu

Keterangan :

Q = Jumlah kalor yang diperlukan atau dilepaskan

selama proses pencairan atau pembekuan

m = massa benda

Lu= Kalor uap


LATEN

• Menyublim dan Mengkristal

• Menyublim adalah Peristiwa perubahan wujud dari padat menjadi gas. Dalam peristiwa

ini zat memerlukan energi panas. Contoh menyublim yaitu pada kapur barus (kamper)

yang disimpan pada lemari pakaian lama-lama akan habis.

• Mengkristal adalah Peristiwa perubahan wujud dari gas menjadi padat. Dalam peristiwa

ini zat melepaskan energi panas. Contoh mengkristal adalah pada peristiwa berubahnya

uap menjadi salju.

1.3. PANAS JENIS

• Panas Jenis (Specific Heat) : banyaknya kalor (Q) yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu

(T) satu satuan massa (m) benda sebesar satu derajat. Kalor jenis suatu benda menyatakan

kemampuan suatu benda untuk menyerap kalor atau melepaskan kalor. Semakin besar kalor

jenis suatu benda, semakin kecil kemampuan benda tersebut menyerap atau melepaskan

kalor dan sebaliknya.

c = Panas Jenis (J/Kg.oK) Q = Jumlah Kalor (Joule)

m = Massa (Kg) ΔT = Perubahan suhu (oK atau oC)

1.3. PANAS JENIS

• Tabel kalor jenis setiap benda :

• 1 Joule = 0,24 Kalori

1.3. PANAS JENIS

Berapa panas yang dilepaskan jika 50 gr alumunium (c = 900 J/kg K) turun suhunya dari 100°C

menjadi 20°C?

Diketahui: m = 50gr = 0,05 kg

c = 900 J/kg K

Δt = 100°C - 20°C = 80°C

Ditanya: Q = ?

Jawab: Q = m . c. Δt

Q = 0,05 kg . 900 J/kg K. 80°C = 4230 joule

1.4. KAPASITAS PANAS

Kapasitas kalor didefinisikan sebagai ukuran seberapa besar kalor yang dibutuhkan untuk

menaikkan temperatur suatu zat sebesar 10C atau 1oK, tidak peduli berapa massa atau

komposisi zat tersebut. Dengan demikian, benda yang mempunyai massa m dan kalor jenis c

mempunyai kapasitas kalor sebesar:

C = kapasitas kalor

m = massa benda (Kg)

c = kalor jenis (J/Kg.oC) atau (J/Kg.oK)

Q = Jumlah Kalor (Joule atau J)

ΔT = perubahan Suhu (oK atau oC)

1.6. ENERGI INTERNAL GAS IDEAL

Energi dalam adalah energi yang dimiliki oleh setiap molekul. Energi dalam untuk

molekul monoatomik : 𝑈 =3

2𝑁𝑘𝑇 =

3

2𝑛𝑅𝑇

Energi dalam untuk molekul diatomik : 𝑈 =5

2𝑁𝑘𝑇 =

5

2𝑛𝑅𝑇

• pada suhu rendah (+/- 300 K) U = 3/2 N kT

• pada suhu sedang (+/- 500 K) U = 5/2 N kT

• pada suhu tinggi (+/- 1000 K) U = 7/2 N kT

1.5. EKSPANSI ADIABATIK

Proses adiabatik adalah suatu proses perubahan keadaan gas di mana tidak ada kalor (Q) yang

masuk atau keluar dari sistem (gas). Proses ini dapat dilakukan dengan cara mengisolasi sistem

menggunakan bahan yang tidak mudah menghantarkan kalor atau disebut juga bahan adiabatik. Adapun,

bahan-bahan yang bersifat mudah menghantarkan kalor disebut bahan diatermik.

Proses adiabatik ini mengikuti persamaan Poisson sebagai berikut

p Vγ = konstan atau p1 V1γ = p2 V2

γ

Oleh karena persamaan gas ideal dinyatakan sebagai pV = nRT maka

Persamaan dapat ditulis :

T1V1(γ –1) = T2 V2

(γ –1)


1. Sebuah mesin memiliki rasio pemampatan 12 : 1 yang berarti bahwa setelah pemampatan, volumegas menjadi 1/12 volume awalnya. Anggap bahan bakar bercampur udara pada suhu 35 °C, tekanan 1atm, dan γ = 1,4. Jika proses pemampatan terjadi secara adiabatik, hitunglah tekanan pada keadaanakhir (p2) dan suhu campuran (T2) !

Diketahui : V2 = 1/12 V1, T1 = 35 + 273 = 308 K, dan p1 = 1 atm

p2 = 32,4 atm.

Suhu campuran atau suhu akhir T2 diperoleh sebagai berikut :

T2 = 308 K (12)1,4 – 1 = 308 K (12)0,4 = 832 K = 559 °C


2. Usaha sebesar 2 × 103 J diberikan secara adiabatik untuk memampatkan 0,5 mol gas ideal monoatomik

sehingga suhu mutlaknya menjadi 2 kali semula. Jika konstanta umum gas R = 8,31 J/mol K,

tentukanlah suhu awal gas!

Diketahui: W = 2 × 103 J, T2 = 2T1, dan n = 0,5 mol.

W = 3/2 n R (T2 – T1) = 3/2 n R (2T1 – T1)

W = 3/2 n R T1

T1 = 2W / 3nR = 2(2 x 103 joule) / 3 x 0,5 mol x 8,31 J/molK = 321 K

Jadi, suhu awal gas adalah 321 K.

1.7. USAHA DAN DIGRAM P-V GAS

Pada pembahasan Bab sebelumnya, Anda telah mempelajari definisi usaha (W) yang dilakukan padabenda tegar, yaitu W = F x s

Ketika gas tersebut dipanaskan, piston akan berpindah sejauh Δs karena gas di dalam tabung memuai darivolume awal V1 menjadi volume akhir V2. Gaya yang bekerja pada piston adalah F = pA. Jika luaspenampang piston (A) dan tekanan gas dalam tabung (P) berada dalam keadaan konstan, usaha yangdilakukan oleh gas dinyatakan dengan persamaan : W = pA Δs

Oleh karena A Δs = ΔV, persamaan usaha yang dilakukan gas dapat ditulis menjadi :

W = p ΔV

W = p(V2 – V1)

p = tekanan gas (N/m2),

ΔV = perubahan volume (m3), dan

W = usaha yang dilakukan gas (joule).

1.7. USAHA DAN DIAGRAM P-V GAS

1. Suatu gas dipanaskan pada tekanan tetap sehingga memuai, seperti terlihat pada gambar :

Tentukanlah usaha yang dilakukan gas? (1 atm = 105 N/m2)

Diketahui: p = 2 atm, V1 = 0,3 L, dan V2 = 0,5 L.

1 liter = 1 dm3 = 10–3 m3

Jawab :

W = p ( ΔV) = p (V2 – V1)

W = 2 × 105 N/m2 (0,5 L – 0,2 L) × 10–3 m3 = 60 Joule.


2. Gambar berikut menunjukkan suatu siklus termodinamika dari suatu gas ideal.

Tentukanlah usaha yang dilakukan gas:

a. dari keadaan A ke B, b. dari B ke C,

c. dari C ke D, d. dari D ke A, dan

e. dari A kembali ke A melalui B, C, dan D

JAWABAN


Diketahui: p = pB = 2 N/m2, pD = pC = 1 N/m2,

VA = VD = 2 m3, VB = VC = 3 m3.

a. WAB = p (VB – VA) = (2 × 105 N/m2) (3 – 2) × 10–3 m3 = 200 joule

b. WBC = p (VC – VB) = 0

c. WCD= p (VD – VC) = (1 × 105 N/m2) (2 – 3) × 10–3 m3 = -100 joule

d. WDA= p (VA – VD) = 0

e. WABCDA = Wsiklus = 200 Joule + 0 – 100 Joule + 0 = 100 joule

2. TRANSFER ENERGI TERMIS

Energi panas dapat dipindahkan ke atau dari

suatu sistem melalui mekanisme konduksi,

konveksi, dan radiasi. Panas adalah energi

yang dipindahkan dari suatu sistem dengan

temperatur yang lebih tinggi ke suatu sistem

dengan temperatur yang lebih rendah (dimana

keduanya mengalami kontak) melalui tumbukan

partikel penyusunnya.

2.1. KONDUKSI

Konduksi adalah perpindahan kalor melalui zat penghantar tanpa disertai perpindahan bagian-

bagian zat itu. Perpindahan kalor dengan cara konduksi pada umumnya terjadi pada zat padat.

Contoh konduksi adalah memanaskan batang besi di atas nyala api. Apabila salah satu ujung

besi dipanaskan, kemudian ujung yang lain dipegang, maka semakin lama ujung yang dipegang

semakin panas. Hal ini menunjukkan bahwa kalor atau panas berpindah dari ujung besi yang

dipanaskan ke ujung besi yang dipegang.

2.1. KONDUKSI

2.2. KONVEKSI

• Konveksi adalah perpindahan kalor melalui zat penghantar yang disertai dengan

perpindahan bagian-bagian zat itu. Pada umumnya zat penghantar yang dipakai berupa zat

cair dan gas. Kalor berpindah karena adanya aliran zat yang dipanaskan akibat adanya

perbedaan massa jenis (berat jenis). Massa jenis bagian yang dipanaskan lebih kecil daripada

massa jenis bagian zat yang tidak dipanaskan.

Contoh konveksi adalah

memanaskan air dalam panci

hingga mendidih. Peristiwa sehari-

hari yang berhubungan dengan

konveksi kalor adalah terjadinya

angin darat dan angin kalor.

2.3. RADIASI

Radiasi adalah perpindahan panas tanpa melalui perantara. Untuk memahami ini, dapat kita

lihat kehidupan kita sehari-hari. 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.

DAFTAR PUSTAKA

http://www.slideshare.net/ptik/perubahan-fasa

http://elfia-physics.blogspot.com/2012/02/perubahan-fase-zat.html

http://id.wikipedia.org/wiki/Perubahan_wujud_zat

https://anaspendidikanfisika.wordpress.com/2013/03/03/zat-dan-wujudnya/

https://yefrichan.wordpress.com/2011/04/29/pengertian-panaspanas-sensibel-dan-panas-

laten/

http://id.wikipedia.org/wiki/Proses_adiabatik

http://scientificsentence.net/Thermodynamics/index.php?key=yes&Integer=Kinetic-Gas

DAFTAR PUSTAKA

http://id.wikipedia.org/wiki/Kapasitas_kalor

http://fisikaveritas.blogspot.com/2013/08/kalor-jenis-specific-heat.html

http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-smk/kelas_x/kapasitas-panas-panas-spesifik-

dan-kalorimetri/

http://www.pengertianahli.com/2013/11/pengertian-konduksi-konveksi-radiasi.html#_

http://www.miung.com/2013/05/pengertian-perpindahan-panas-konveksi.html

http://gurumuda.net/tag/pengertian-kalor-jenis

http://gurumuda.net/kalor-jenis.htm

DAFTAR PUSTAKA

http://11febyana.blogspot.com/2014/01/termodinamika-gas-ideal.html

http://himatemunila.blogspot.com/2013/09/perpindahan-panas-konveksi-radiasi.html

Bueche, Frederick J & Hecht, Eugene. Fisika Universitas. Jakarta. PENERBIT ERLANGGA

Umar, Efrizon, Fisika dan Kecakapan Hidup. Jakarta. GANECA EXACT.

termodinamika

Science