TERMODINAMIKA

TERMODINAMIKA

Oleh :Septian Braja P.P(41614120002)

Berson Simamora(41614120003)

Firman A (41614120037)

Saepul Alam(41614120013

0

Termodinamika merupakan bagian dari cabang Fisika yang namanya Termofisika (Thermal Physics). Termodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara energi dan kerja dari suatu sistem.

Pengertian

Bunyi hukum I Termodinamika adalah Energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan, melainkan hanya bisa diubah bentuknya saja. Berdasarkan uraian tersebut terbukti bahwa kalor (Q) yg diserap sistem tidak hilang. Oleh sistem, kalor ini akan diubah menjadi usaha luar (W) dan atau penambahan energi dalam.

Istilah-Istilah Penting Dalam Termodinamika

1.Sistem : Bagian yang kita amati/atau menjadi fokus.

2. Lingkungan : Semua bagian di luar sistem.

3. Usaha : Satuan perpindahan energi dari sistem ke lingkungan ataupun sebaliknya.

4. Kalor : Energi panas yang dimiliki suatu zat.

5. Sistem Terbuka : Suatu sistem dimana dapat terjadi perpindahan materi dan energi dengan lingkungannya. Contoh: kopi panas dalam gelas terbuka, akan melepaskan panas dan uap air ke lingkungannya.

6. Sistem Tertutup : Suatu sistem dimana hanya dapat terjadi perpindahan energi ke lingkungannya tetapi tidak dapat terjadi perpindahan materi. Contoh: kopi panas dalam gelas tertutup, dapat melepaskan panas / kalor ke lingkungannya tetapi tidak ada uap air yang hilang.

7. Sistem Terisolasi : Suatu sistem dimana tidak dapat terjadi perpindahan materi maupun energi ke lingkungannya. Contoh: kopi panas dalam suatu termos.

HK I kekekalan energi

HK II menyatakan arah reaksi sistem.

HK II dapat dinyatakan dalam berbagai bentuk.

Hukum Termodinamika I

U = Q W

Keterangan :

U = perubahan energi dalam (joule)

Q = kalor (joule)

W = usaha (joule)

Coba perhatikan secangkir kopi panas

ditaruh dalam suatu ruangan, maka akan

dengan sendirinya kopi tersebut akan menjadi

Dingin.

Dalam kasus tersebut, hukum

termodinamika pertama telah

Terpenuhi karena energi yang dilepaskan kopi

sebanding dengan energi yang diterima oleh lingkungan.

Tetapi jika

dibalik secangkir kopi menjadi panas dalam sebuah ruangan yang dingin,

kita tahu bahwa hal tersebut tidak akan terjadi.

Dari contoh diatas jelas bahwa proses berjalan dalam suatu arah

tertentu tidak sebaliknya. Suatu proses yang telah memenuhi hukum

termo I, belum tentu dapat berlangsung. Diperlukan suatu prinsip selain

hukum termo I untuk menyatakan bahwa suatu proses dapat

berlangsung, yang dikenal dengan hukum termo II. Atau dengan kata

lain suatu proses dapat berlangsung jika memenuhi hukum termo I dan

termo II.

Hukum II Termodinamika menjelaskan tiga rumusan mengenai perpindahan kalor sebagai berikut :

a. Kalor tidak mungkin berpindah dari sistem bersuhu rendah ke

sistem bersuhu tinggi secara spontan.Menurut Asas Black, kalor berpindah dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu lebih rendah. Hal ini sesuai dengan rumusan Clausius bahwa tidaklah mungkin memindahkan kalor dari tandon yang bersuhu rendah ke tandon yang bersuhu lebih tinggi tanpa dilakukan usaha.

b. Tidak ada mesin yang mengubah seluruh kalor yang masuk menjadi usaha. Menurut Kelvin Planck, tidak ada mesin yang bekerja dalam satu siklus dapat mengubah kalor menjadi usaha seluruhnya.

c. Jika suatu sistem mengalami perubahan secara spontan, maka perubahan akan berarah sedemikian rupa sehingga entropi sistem akan bertambah, atau akan tetap nilainya.

Hukum ketiga Termodinamika

Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperature 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 absolute bernilai nol.

Entropi adalah ukuran banyaknya energi atau kalor yang tidak dapat diubah menjadi usaha. Besarnya entropi suatu sistem yangmengalami proses reversibel sama dengan kalor yang diserap sistem dan lingkungannya (Q ) dibagi suhu mutlak sistem tersebut (T). Perubahan entropi diberi tanda S, secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.

Contoh soal

1,Gambar di bawah ini menunjukkan bahwa 1.200 J kalor mengalir secara

spontan dari reservoir panas bersuhu 600 K ke reservoir dingin bersuhu 300

K.

Hukum II termodinamikamembatasi perubahan energi mana yg dapat terjadi dan yg tidak dapat terjadi.

Sebuah mesin kalor adalah sesuatu alat yang menggunakan kalor/panas untuk melakukan usaha/kerja.

Mesin kalor memiliki tiga ciri utama:

Kalor dikirimkan ke mesin pada temperatur yang relatif tinggi dari suatu tempat yang disebut reservoar panas.

2. Sebagian dari kalor input digunakan untuk melakukan kerja oleh working substance dari mesin, yaitu material dalam mesin yang secara aktual melakukan kerja (e.g., campuran bensin-udara dalam mesin mobil).

3. Sisa dari kalor input heat dibuang pada temperatur yang lebih rendah dari temperatur input ke suatu tempat yang disebut reservoar dingin.

MESIN KALOR

Gambar ini melukiskan skema mesin kalor.

QH menyatakan besarnya input kalor, dan subscript H menyatakan hot reservoir.

QC menyatakan besarnya kalor yang dibuang, dan subscript C merepresentasikan cold reservoir.

W merepresentasikan kerja yang dilakukan.

Skema Mesin Kalor

Ketika sebuah sistem melakukan proses siklus maka tidak terjadi perubahan energi dalam pada sistem. Dari hukum I termodinamika:

Qpositif, sistem menerima kalor.

Qnegatif, sistem melepas kalor.

Wpositif, sistem melakukan usaha.

Wnegatif, sistem menerima usaha.

Q-

W-

SISTEM

W+

Q+

Mesin Kalor .

Untuk menghasilkan efisiensi yang tinggi, sebuah mesin kalor harus menghasilkan jumlah kerja yang besar dan kalor input yang kecil. Karenanya, efisiensi, e, dari suatu mesin kalor didefinisikan sebagai perbandingan antara kerja yang dilakukan oleh mesin W dengan kalor input QH:

(1)

Jika kalor input semuanya dikonversikan menjadi kerja, maka mesin akan mempunyai efisiensi 1.00, karena W = QH; dikatakan mesin ini memiliki efisiensi 100%, idealnya demikian.Tetapi hal tersebut tidak mungkin QC tidak sama dengan nol

Mesin Kalor

Sebuah mesin, harus mengikuti prinsip konservasi energi. Sebagian dari kalor input QH diubah menjadi kerja W, dan sisanya QC dibuang ke cold reservoir. Jika tidak ada lagi kehilangan energi dalam mesin, maka prinsip konservasi energi:

QH = W + QC

2,Sebuah mesin mobil memiliki efisiensi 22.0% dan menghasilkan kerja sebesar 2510 J. Hitung jumlah kalor yang dibuang oleh mesin itu.

Solusi

Contoh soal

3,Suatu mesin kalor menghasilkan usaha 2000 Joule dan membuang kalor sebanyak 500 Joule dalam satu siklus. Efisiensi mesin tersebut adalah

Pembahasan

Diketahui :

Usaha yang dihasilkan mesin (W) = 2000 Joule

Kalor yang dibuang (QL) = 5000 Joule

Kalor yang diserap (QH) = 2000 + 5000 = 7000 Joule

Ditanya : Efisiensi mesin kalor (e)

Jawab :

Proses mesin bakar

Mesin Pendingin Mesin yang menyerap kalor dari suhu rendah dan mengalirkannya pada suhu tinggi dinamakan mesin pendingin (refrigerator).

Kalor diserap dari suhu rendah T2 dan kemudian diberikan pada suhu tinggi

T1. Berdasarkan hukum kedua termodinamika, kalor yang dilepaskan ke

suhu tinggi sama dengan kerja yang ditambah kalor yang diserap. Secara

matematis dapat ditulis dalam persamaan berikut.

Q1 = Q2 + W

TH

TC

QH

QC

W

REFRIGERATOR

Pendingin (refrigerator): sebuah mesin kalor yang beroperasi secara terbalik. Refrigerator menarik panas dari tempat dingin (di dalam pendingin) dan melepaskan panas ke tempat yang lebih hangat.

TH

TC

QH

QC

W

REFRIGERATOR

Persamaan di atas merupakan hubungan nilai-mutlak

yang berlaku untuk mesin kalor dan pendingin

Siklus pendingin terbaik adalah yang memindahkan

Kalor QC terbanyak dari dalam pendingin dengan

Kerja mekanik W sedikit mungkin

Semakin besar rasio ini maka semakin baik pendinginnya

Rasio ini disebut koefisien kinerja (coeficient of performance)

Sebuah lemari es memiliki koefisien performansi 6. Jika suhu ruang di luar lemari es adalah 28C, berapakah suhu paling rendah di dalam lemari es yang dapat diperoleh?

SKEMA PEMBANGKIT LISTRIK

DAPAT DI APLIKASIKAN

You

Thank

W

Q

U

-

=

D

W

Q

W

Q

=

-

=

0

C

H

C

H

Q

Q

Q

Q

Q

-

=

+

=

C

H

C

H

Q

Q

W

Q

Q

Q

W

-

=

+

=

=

H

Q

W

panas

Input

dilakukan

yg

Kerja

e

=

=

H

C

H

C

H

Q

Q

Q

Q

Q

e

-

=

-

=

1

C

H

Q

Q

W

-

=

H

Q

W

e

=

J

J

W

e

W

W

Q

Q

H

C

8900

1

22

.

0

1

2510

=

-

=

-

=

-

=

0

=

-

+

W

Q

Q

C

H

W

Q

Q

C

H

-

=

-

W

Q

Q

C

H

+

=

W

Q

C

C

H

Q

Q

>

C

H

C

C

Q

Q

Q

W

Q

K

-

=

=

Lavf55.49.100