termodinamika fatepa

7/24/2019 Termodinamika fatepa

1/77


2/77

Kompetensi Dasar:Kompetensi Dasar:

Menganalisis dan menerapkanMenganalisis dan menerapkan

hukum termodinamikahukum termodinamika


3/77

Indikator :Indikator :

Setelah mempelajari bab ini, siswa diharapkanSetelah mempelajari bab ini, siswa diharapkanmampu :mampu :

Menganalisis keadaan gas karena perubahanMenganalisis keadaan gas karena perubahansuhu, tekanan, dan volume.suhu, tekanan, dan volume.

Menggambarkan perubahan keadaan gasMenggambarkan perubahan keadaan gasdalam diagram P-V.dalam diagram P-V. Memformulasikan hukum I termodinamika danMemformulasikan hukum I termodinamika dan

penerapanna.penerapanna. Mengaplikasikan hukum II termodinamika padaMengaplikasikan hukum II termodinamika pada

masalah !sika sehari-hari.masalah !sika sehari-hari. Memformulasikan siklus "arnot.Memformulasikan siklus "arnot. Merumuskan proses reversibel dan takMerumuskan proses reversibel dan tak

reversibel.reversibel.


4/77

#ermodinamika adalah : ilmu ang#ermodinamika adalah : ilmu ang

mempelajari hukum-hukum angmempelajari hukum-hukum ang

mengatur perubahan energi darimengatur perubahan energi darisuatu bentuk ke bentuk lain,suatu bentuk ke bentuk lain,

aliran dan kemampuan energialiran dan kemampuan energi

melakukan usaha.melakukan usaha. $ua istilah ang berkaitan erat$ua istilah ang berkaitan erat

dalam termodinamika, aitu:dalam termodinamika, aitu:


5/77

SistemSistem

adalah : sesuatu ang menjadiadalah : sesuatu ang menjadi

subek pembahasan atau fokussubek pembahasan atau fokusperhatian.perhatian.

%ingkungan%ingkungan

adalah : segala sesuatu ang tidakadalah : segala sesuatu ang tidaktermasuk dalam sistem atau segalatermasuk dalam sistem atau segala

keadaan di luar sistem.keadaan di luar sistem.


6/77

Perhatikan gambar:Perhatikan gambar:

#abung berisi gas:#abung berisi gas:

lingkunganlingkungan

gasgas

Batas sistemBatas sistemsistemsistem


7/77

Hukum termodinamikaHukum termodinamika

dibagi 2 yaitu :dibagi 2 yaitu :

&ukum pertama, aitu : prinsip&ukum pertama, aitu : prinsipkekekalan energi ang memasukkankekekalan energi ang memasukkankalor sebagai mode perpindahankalor sebagai mode perpindahan

energi.energi.

&ukum kedua, aitu : bahwa aliran&ukum kedua, aitu : bahwa alirankalor memiliki arah, dengan kata lain,kalor memiliki arah, dengan kata lain,tidak semua proses di alam adalahtidak semua proses di alam adalahreversibel 'dapat dibalikkan arahna(reversibel 'dapat dibalikkan arahna(


8/77

9.1. Usaha, Kalor, dan9.1. Usaha, Kalor, dan

nergi Dalamnergi Dalam Pengertian Usaha dan Kalor.Pengertian Usaha dan Kalor.

Usaha adalah: ukuran energi yangUsaha adalah: ukuran energi yangdipindahkan dari sistem kedipindahkan dari sistem kelingkungan atau sebaliknya.lingkungan atau sebaliknya.

Energi mekanik sistem adalah :Energi mekanik sistem adalah :energi yang dimiliki sistem akibatenergi yang dimiliki sistem akibatgerak dan koordinat kedudukannya.gerak dan koordinat kedudukannya.


9/77

Pengertian nergiPengertian nergi

DalamDalam Energi dalam adalah : suatu sifatEnergi dalam adalah : suatu sifat

mikroskopik zat, sehingga tidak dapat dimikroskopik zat, sehingga tidak dapat di

ukur secara langsung.ukur secara langsung. Secara umum perubahan energi dalamSecara umum perubahan energi dalam

((U), di rumuskan :U), di rumuskan :

U = UU = U22 U U!!


10/77

!ormulasi usaha, kalor dan!ormulasi usaha, kalor dan

nergi dalamnergi dalam

)saha oleh sistem terhadap)saha oleh sistem terhadap

lingkunganna.lingkunganna.

Proses isobarik 'tekanan konstan(Proses isobarik 'tekanan konstan(

VV11VV22

W = pW = p V = p( V2 V1 )V = p( V2 V1 )


11/77

Perjanjian tanda :Perjanjian tanda : Usaha bertanda positif (+), jikaUsaha bertanda positif (+), jika

sistem melakukan usaha padasistem melakukan usaha pada

lingkungan (gas memuai Vlingkungan (gas memuai V22> V> V11).). Usaha bertanda negatif (-), jikaUsaha bertanda negatif (-), jika

lingkungan melakukan usaha padalingkungan melakukan usaha pada

sistem ( gas memampat Vsistem ( gas memampat V22


12/77

"ontoh soal 9.1"ontoh soal 9.1

Sejenis gas berada dalam wadah yangSejenis gas berada dalam wadah yangmemiliki volum 2 mmemiliki volum 2 m33dan tekanan 4 atm.dan tekanan 4 atm.Hitung usaha luar yang dilakukan gasHitung usaha luar yang dilakukan gas

jika :jika :a.a. Gas memuai pada tekanan tetap sehinggaGas memuai pada tekanan tetap sehinggavolumnya mejadi dua kali semula.volumnya mejadi dua kali semula.

b.b. Gas dimampatkan pada tekanan tetapGas dimampatkan pada tekanan tetap

sehingga volumnya mejadi sepertigasehingga volumnya mejadi sepertigasemula.semula.

(1 atm = 1,0 x 10(1 atm = 1,0 x 1055N/mN/m22))


13/77

PenyelesaianPenyelesaian

$iket :$iket :

VV**+ m+ m

p + atm + / *0p + atm + / *01123m23m

$itana : 4, jika:$itana : 4, jika:

a. Va. V+ V+ V**

b. Vb. V++ !"!V


14/77

#a$ab :#a$ab :

a.a. W = pW = pVV

= p ( V= p ( V22 V V11))

= p ( 2V= p ( 2V11 V V11))

= pV= pV11

= ( 4 x 10= ( 4 x 1055

) 2) 2W = 8 x 10W = 8 x 1055JJ


15/77

b.b. W = pW = pVV

= p ( V= p ( V22 V V11))

= p ( 1/3 V= p ( 1/3 V11 V V11))

= p (-2/3 )V= p (-2/3 )V11

= (-2/3)pV= (-2/3)pV11 = (-2/3) 4 x 10= (-2/3) 4 x 1055x 2x 2

W = - 5,33 x 10W = - 5,33 x 1055JJ


16/77

%ra&k p ' (%ra&k p ' (

$ari gra!k diperoleh$ari gra!k diperoleh

::

)saha g dilakuka)saha g dilakuka

oleh atau padaoleh atau pada

sistem gas sama dgsistem gas sama dg

luas daerah diluas daerah di

bawah gra!k p-V dgbawah gra!k p-V dg

batas volum awalbatas volum awaldan volum akhir.dan volum akhir.

Luas =Luas =usahausaha

VV11 VV22

pp11

pp22


17/77

"ontoh 9.2"ontoh 9.2

Sejumlah gas padaSejumlah gas pada

keadaan 5 berubahkeadaan 5 berubah

ke keadaan 6 'lihatke keadaan 6 'lihat

gambar(.gambar(.

a.a. 6agaimana 7ara6agaimana 7ara

anda menghitunganda menghitung

usaha luar angusaha luar ang

dilakukan gas 8dilakukan gas 8b.b. &itung usaha luar&itung usaha luar

tersebut.tersebut.

AA

BB

88 3636

22

55

p (x10p (x1055!m!m22))

V(x10V(x10"3"3mm33))


18/77

Penyelesaian :Penyelesaian :

a.a. U = luas trapesiumU = luas trapesium

b.b. Usaha luar:Usaha luar:

( ) ( )Jx

xxU "

"#

!$%,&2

!$%"'!$2#=

+=


19/77

Usaha dalam prosesUsaha dalam proses

siklussiklus $ari gra!k$ari gra!k

diperoleh:diperoleh:

9 9usaha angusaha ang

dilakukan oleh 'ataudilakukan oleh 'ataupada( sistem gaspada( sistem gasang menjalaniang menjalanisuatu proses siklussuatu proses siklussama dengan luassama dengan luas

daerah ang dimuatdaerah ang dimuatoleh siklus tersebutoleh siklus tersebut'luas daerah g'luas daerah gdiasir(diasir(

Lintasan 1Lintasan 1

Lintasan 2Lintasan 2

AA

BB

pp

VV


20/77

"ontoh 9.)"ontoh 9.)

;as ideal diproses;as ideal diprosesseperti gambar diseperti gambar disamping.samping.

a.a. 6erapa usaha ang6erapa usaha angdilakukan sistem perdilakukan sistem persiklus 8siklus 8

b.b.


21/77


a.a. Usaha g dilakukan sistem per siklus.Usaha g dilakukan sistem per siklus.

= luas = luas *+*+

= *+ - +2= *+ - +2 =( ( $,$!2# $,$2#) - (2- !$=( ( $,$!2# $,$2#) - (2- !$##

! - !$! - !$##))2))2

= (/ $,$!2#) - (!2) - !$= (/ $,$!2#) - (!2) - !$##

= / $,$$'2# - !$= / $,$$'2# - !$##

= / ',2# - !$ = / ',2# - !$22 00


22/77

b.b. )saha dlm 1 siklus + 1 / = >,1)saha dlm 1 siklus + 1 / = >,1

/ *0/ *0 + - ,*1 / *0+ - ,*1 / *0


23/77

?ormulasi @alor?ormulasi @alor

A + m7A + m7# + "# + "##

?ormulasi Bnergi $alam?ormulasi Bnergi $alam

;as monoatomik;as monoatomik

nRTNkTU2"

2" ==


24/77

;as diatomik;as diatomik

Perubahan Bnergi $alamPerubahan Bnergi $alam


nRTNkTU2

#

2

# ==

( )!22

"

2

"TTnRTnRU ==


25/77

;as diatomik;as diatomik

$ari dua persamaan perubahan energi$ari dua persamaan perubahan energidalam di atas dapat disimpulkan :dalam di atas dapat disimpulkan :

9 9Perubahan energi dalamPerubahan energi dalam ) hana) hanabergantung pada keadaan awal danbergantung pada keadaan awal dankeadaan akhir dan tidak bergantungkeadaan akhir dan tidak bergantung

pada lintasan ang ditempuh olehpada lintasan ang ditempuh olehsistemsistem

( )!2

2#

2# TTnRTnRU ==


26/77

9.2. *eberapa Proses9.2. *eberapa Proses

+ermodinamika %as+ermodinamika %as Proses Isobarik ' tekanan tetap (Proses Isobarik ' tekanan tetap (

5.5. )saha ang dilakukan oleh)saha ang dilakukan oleh

sistem terhadap lingkungan 'Vsistem terhadap lingkungan 'VC V*(.C V*(.

4 + p ' V4 + p ' V= V= V**((


27/77

4 positif ' D (4 positif ' D (

11 22

pp

VV11 VV22VV


28/77

6.6. )saha ang dilakukan)saha ang dilakukan

lingkungan terhadap sistem 'Vlingkungan terhadap sistem 'V


29/77

4 negatif ' - (4 negatif ' - (

pp

VV

V2V2 VV11

1122


30/77

Proses IsokhorikProses Isokhorik

'volum tetap ('volum tetap (

4 + 04 + 0

@arena V + V*@arena V + V*

o PerhatikanPerhatikan

gambargambar

pp

VVVV11= V= V22

pp11

pp22


31/77

Proses Isotermal ' suhu tetap (Proses Isotermal ' suhu tetap (

$ari persamaan :$ari persamaan :

pV + nE#pV + nE#

diperoleh :diperoleh :

V

nRTp=


32/77

Sehingga usaha ang dilakukanSehingga usaha ang dilakukan

sistem 'gas( dirumuskan :sistem 'gas( dirumuskan :

dVpW

V

V

=2

!

dVV

nRTW

V

V

=2

!


33/77

[ ] 2!

2

!

ln V

V

V

V

VnRT

V

dVnRTW ==

[ ]!2 lnln VVnRTW =

=

!

2lnV

VnRTW


34/77

Perhatikan gambar :Perhatikan gambar :

pp

VVVV11 VV22


35/77

"ontoh 9."ontoh 9.

Suhu tiga mol suatu gas ideal FSuhu tiga mol suatu gas ideal F

@. 6erapa besar usaha ang@. 6erapa besar usaha ang

dilakukan gas dalam pemuaiandilakukan gas dalam pemuaianse7ara isotermal untuk men7apaise7ara isotermal untuk men7apai

empat kali volum awalna 8empat kali volum awalna 8


36/77

penyelesaianpenyelesaian

$iket :$iket :

n + moln + mol

# + F @# + F @

VV+ V+ V**

E + G,*


37/77


38/77

Proses 5diabatisProses 5diabatis

adalah : suatu proses keadaanadalah : suatu proses keadaan

gas di mana tidak ada kalor anggas di mana tidak ada kalor angmasuk ke dalam atau keluar darimasuk ke dalam atau keluar dari

sistem ' A + 0 (sistem ' A + 0 (


39/77

Perhatikan gambarPerhatikan gambar

Bahan pengis%lasiBahan pengis%lasi

&ilin'e l%gam&ilin'e l%gam


40/77

%ra&k p - ( pada%ra&k p - ( pada

proses dibatikproses dibatik

kua a'ia*atikkua a'ia*atik

++11

++22

VV11VV22

pp11

pp22


41/77

"ontoh proses adiabatis:"ontoh proses adiabatis:

Pemuaian gas dalam mesin dieselPemuaian gas dalam mesin diesel

Pemuaian gas dalam sistemPemuaian gas dalam sistem

pendinginpendingin

%angkah kompresi dalam mesin%angkah kompresi dalam mesin

pendinginpendingin


42/77

)saha dalam proses adiabatik)saha dalam proses adiabatik

se7ara matematis di rumuskan :se7ara matematis di rumuskan :

!

22

!

!!22!!

== VTVatauTVpVp

v

p

C

Cdengan =


43/77

"ontoh H.>"ontoh H.>

Suatu gas ideal monoatomikSuatu gas ideal monoatomik + 13+ 13

dimampatkan se7ara adiabatik dandimampatkan se7ara adiabatik dan

volumna berkurang dengan faktorvolumna berkurang dengan faktor

pengali dua. #entukan faktor pengalipengali dua. #entukan faktor pengalibertambahna tekanan.bertambahna tekanan.


44/77

$iket :$iket :

+ 13+ 13 VV**+ V+ V atau Vatau V+ '*3(V+ '*3(V**

$itana : p$itana : p


45/77

22!! VpVp =


46/77

9.). Hukum pertama9.). Hukum pertama

termodinamikatermodinamikaPerhatikan ;ambar.Perhatikan ;ambar.

lingkunganlingkungan

sistemsistem

,-,- "-"-

,W,W"W"W


47/77

Se7ara matematis hukum ISe7ara matematis hukum I

#ermodinamika, dirumuskan :#ermodinamika, dirumuskan :

) + )) + )-)-)**+ A = 4+ A = 4

DA + sistem menerima kalorDA + sistem menerima kalor

-A + sistem mengeluarkan kalor-A + sistem mengeluarkan kalor

D4 + sistem melakukan usahaD4 + sistem melakukan usaha

-4 + sistem dikenai usaha-4 + sistem dikenai usaha


48/77

"ontoh 9./"ontoh 9./

Suatu sistem menerap *100


49/77

$iket :$iket :

A + *100


50/77


51/77

plikasi Hukum Pertama padaplikasi Hukum Pertama pada

*erbagai Proses*erbagai Proses

Proses IsotermalProses Isotermal

' suhu tetap #' suhu tetap #**+ #+ #,,((

@arena #@arena #

**+ #+ #

,, makamaka

) + 0 sehingga:) + 0 sehingga:

) + A = 4) + A = 4

0 + A = 4 atau0 + A = 4 atau

==

!

2lnV

VnRTWQ


52/77

Proses IsokhorikProses Isokhorik

0 olume tetap 0 olume tetap

@arena@arena V + 0, maka 4 + 0V + 0, maka 4 + 0

sehingga persamaanna menjadi:sehingga persamaanna menjadi:

) + A = 4) + A = 4

) + A = 0) + A = 0

) + A) + A


53/77

Proses IsobarikProses Isobarik

0 tekanan konstan 0 tekanan konstan

$irumuskan :$irumuskan :

) + A = 4 + A = p ' V) + A = 4 + A = p ' V==

VV**((


54/77

Proses diabatikProses diabatik

@arena A + 0 , dirumuskan:@arena A + 0 , dirumuskan:

) + A = 4) + A = 4

) + - 4) + - 4

5tau5tau


( ) TnRTTnRUW ===2"

2"

2!


55/77

"ontoh"ontoh

Sebanak , mol gas oksigenSebanak , mol gas oksigen''( pada F( pada Foo" dimampatkan" dimampatkan

melalui proses adiabatik sehinggamelalui proses adiabatik sehinggasuhu mutlakna meningkatsuhu mutlakna meningkatmenjadi tiga kali semula. 6erapamenjadi tiga kali semula. 6erapabesar usaha ang harus diberikanbesar usaha ang harus diberikan

pada gas pada gas 8 ' E + G, < mol8 ' E + G, < mol -*-*@@-*-*(.(.


56/77


$iket :$iket :

n + , moln + , mol

##**+ F D F + 0 @+ F D F + 0 @

##+ #+ #**

E + G,


57/77


58/77

9.3. Kapasitas Kalor9.3. Kapasitas Kalor

%as%as

@apasitas kalor gas@apasitas kalor gas

dirumuskan :dirumuskan :

TCatauQ

T

QC =

=


59/77

o @apasitas kalor pada pada tekanan tetap ' "@apasitas kalor pada pada tekanan tetap ' "pp

((

adalah : kalor g diperlukan untukadalah : kalor g diperlukan untuk

menaikkan suhu suatu Jat satu kelvin padamenaikkan suhu suatu Jat satu kelvin padatekanan tetap.tekanan tetap.


TCatauQT

QC pp

p

p ==


60/77

o @apasitas kalor pada volume tetap ' "@apasitas kalor pada volume tetap ' "vv ((

adalah : kalor g diperlukan untukadalah : kalor g diperlukan untuk

menaikkan suhu suatu Jat satu kelvin padamenaikkan suhu suatu Jat satu kelvin pada

volume tetap.volume tetap.


TCatauQt

QC v

v

v ==


61/77

)saha ang dilakukan pada)saha ang dilakukan pada

tekanan tetap dirumuskan:tekanan tetap dirumuskan:

)( !2 VVpVpW ==

( )!2 TTnRTnRW ==

( ) TCCQQW vpvp ==


62/77

"ontoh"ontoh

3ima kilogram gas 43ima kilogram gas 422 dipanaskan padadipanaskan pada

tekanan tetap sehingga suhuna naik daritekanan tetap sehingga suhuna naik dari

!$!$oo men5adi !"$ men5adi !"$oo. 0ika 6 = $,!. 0ika 6 = $,!kalgkalgoo dan p = $,21% kalg dan p = $,21% kalgoo, hitung :, hitung :

a.a. 7enaikan energi dalam.7enaikan energi dalam.

b.b. Usaha luar ang dilakukan gas.Usaha luar ang dilakukan gas.


63/77

$iket :$iket : m + 1 kgm + 1 kg

##**+ *0 D F + G @+ *0 D F + G @

##+ *0 D F + 0 @+ *0 D F + 0 @ ""vv+ 0,*FF kal3g+ 0,*FF kal3goo""

""pp+ 0,G kal3g+ 0,G kal3goo""

$itana :$itana : a.a. ))

b. 4b. 4


64/77


65/77

b. 4 + '"b. 4 + '"pp= "= "vv((##

+ ' 0, G = 0,*FF(*0+ ' 0, G = 0,*FF(*0

+ 0,0F* / *0+ 0,0F* / *0

+ G,1 kalori+ G,1 kalori

K it K l 4 lK it K l 4 l


66/77

Kapasitas Kalor 4olarKapasitas Kalor 4olar

0 "0 "mm

5dalah : kalor ang diperlukan5dalah : kalor ang diperlukan

untuk menaikkan suhu satu moluntuk menaikkan suhu satu mol

Jat dalam satu kelvin.Jat dalam satu kelvin. Se7ara matematis dirumuskan :Se7ara matematis dirumuskan :

TnCatauQTn

QC mm =

=


67/77

@apasitas molar pada tekanan@apasitas molar pada tekanan

tetap ' "tetap ' "p,mp,m((

dirumskan :dirumskan :

TnCatauQTn

Q

C mppp

mp == ,,


68/77

@apasitas kalor molar pada@apasitas kalor molar pada

volume tetap ' "volume tetap ' "v,mv,m((


TnCatauQTn

Q

C mvvv

mv == ,,


69/77

&ubungan antara "&ubungan antara "p,mp,mdengandengan

""v,mv,m..


""p,mp,m= "= "v,mv,m+ E+ E


70/77

Kalor 5enis gas 06Kalor 5enis gas 06

$irumuskan :$irumuskan :

TmcatauQTm

Qc =

=


71/77

@alor jenis gas pada tekanan@alor jenis gas pada tekanan

tetap dan volume tetap.tetap dan volume tetap.


m

Cdancm

Cc vvp

p ==


72/77

&ubungan antara 7&ubungan antara 7ppdg 7dg 7vv


M

R

cc vp =


73/77

"ontoh soal"ontoh soal

@alor jenis nitrogen pada volume@alor jenis nitrogen pada volume

tetap "tetap "vv+ 0,*FF kal.g+ 0,*FF kal.g-*-*@@-*-*.


74/77

$iket :$iket :

77vv+ 0,*FF kal.g+ 0,*FF kal.g-*-*@@-*-*

+ F,


75/77

,H D F,

77pp+ *00,


76/77

2ilai "2ilai "p,mp,m""v,mv,m dan 7dan 7vv ;as monoatomik;as monoatomik

nRnRdanCC pv2

#

2

" == RRdanCC mpmv2

#

2

",, ==

MRdanc

MRc pv

2#

2" ==


77/77

#etapan %apla7e#etapan %apla7e


v

p

mv

mp

v

p

c

c

C

C

C

C===

,

,

termodinamika fatepa

Documents