25/04/2016

1

25/04/2016

2

Gas IdealGas Ideal

� Terdiri atas partikel (atom atau molekul) yang jumlahnya besar

� Partikel-partikel tersebut tersebar merata dalam seluruh ruang

� Partikel-partikel tersebut bergerak acak ke segala arah

� Jarak antar partikel jauh lebih besar dari ukuran partikel

� Tidak ada gaya interaksi antar partikel kecuali bila bertumbukan

� Semua tumbukan (antar partikel atau dengan dinding) bersifat lenting sempurna dan terjadi dalam waktu yang sangat singkat

� Hukum Newton tentang gerak berlaku

Persamaan Keadaan Gas IdealPersamaan Keadaan Gas Ideal

P = Tekanan gas [N.m-2]

V = Volume gas [m3]

n = Jumlah mol gas [mol]

N = Jumlah partikel gas

NA = Bilangan Avogadro = 6,02 x 1023 molekul/mol

R = Konstanta umum gas = 8,314 J/mol.K = 1,99 kal/mol.K = 0,08 l.atm/mol.K

kB = Konstanta Boltzmann = 1,38 x 10-23 J.K-1

T = Temperatur mutlak gas [K]

Pada n tetap, berlaku HukumPada n tetap, berlaku HukumPada n tetap, berlaku HukumPada n tetap, berlaku Hukum BBBBoyleoyleoyleoyle----GayGayGayGay----Lussac: PV/T=CLussac: PV/T=CLussac: PV/T=CLussac: PV/T=C ; ; ; ; C = konstanC = konstanC = konstanC = konstan

TNknRTPV B==AN

Nn =

25/04/2016

3

Dari Dari Dari Dari persapersapersapersammmmaan aan aan aan gas ideal PV = nRT, dapat di gas ideal PV = nRT, dapat di gas ideal PV = nRT, dapat di gas ideal PV = nRT, dapat di

jabarkan:jabarkan:jabarkan:jabarkan:

• PadaPadaPadaPada (n, T) (n, T) (n, T) (n, T) tetaptetaptetaptetap, (, (, (, (isotermikisotermikisotermikisotermik))))berlakuberlakuberlakuberlaku HukumHukumHukumHukum Boyle: PV = CBoyle: PV = CBoyle: PV = CBoyle: PV = C

• PadaPadaPadaPada (n, V) (n, V) (n, V) (n, V) tetaptetaptetaptetap, (, (, (, (isokhorikisokhorikisokhorikisokhorik))))berlakuberlakuberlakuberlaku HukumHukumHukumHukum GayGayGayGay----Lussac: P/T=CLussac: P/T=CLussac: P/T=CLussac: P/T=C

• PadaPadaPadaPada ((((n,Pn,Pn,Pn,P) ) ) ) tetaptetaptetaptetap, (, (, (, (isobarikisobarikisobarikisobarik))))berlakuberlakuberlakuberlaku HukumHukumHukumHukum GayGayGayGay----Lussac: V/T= CLussac: V/T= CLussac: V/T= CLussac: V/T= C

• PadaPadaPadaPada n n n n tetaptetaptetaptetap, , , , berlakuberlakuberlakuberlaku HukumHukumHukumHukum

BoyleBoyleBoyleBoyle----GayGayGayGay----Lussac: PV/T=CLussac: PV/T=CLussac: PV/T=CLussac: PV/T=C

C = C = C = C = konstankonstankonstankonstan

Soal 1Soal 1

Tentukan volume 1 mol gas apa saja pada STP [Standard

Temperature (273 K) and Pressure (1 atm)], dengan

menganggap gas adalah ideal!

Gas Ideal : nRTPV=P

nRTV =

n = 1 mol

R = 8,314 J/mol.K

T = 273 K

P = 1 atm = 1,0.105 Pa

V = 22,3 x 10-3 m3 = 22,4 liter

25/04/2016

4

Soal 2Soal 2

Sebuah ban mobil diisi sampai tekanan ukur 200 kPa pada

temperatur 10°C. Setelah berkendaraan 100 km temperatur di

dalam ban naik menjadi 40°C. Berapa tekanan ukur di dalam ban

sekarang?

Volume ban dapat dianggap konstan, sehingga

2

2

1

1

T

P

T

P=

1

1

22 P

T

TP =

T2 = 40oC = 40 + 273 = 313 K

T1 = 10oC = 10 + 273 = 283 K

P1 = P1(absolut) = Patm + P1 (ukur)

101 kPa + 200 kPa = 301 kPa

Bila dihitung : P2(absolut) = 333 kPa, sehingga

P2 (ukur) = 333 -101 = 232 kPa

SoalSoal 33

� Paru-paru manusia mampu menampung 6 liter udara pada suhutubuh normal (37°C) dan tekanan 1 atm. Jika udara terdiri atasoksigen (21%), berapakah jumlah molekul oksigen yang ada dalamparu-paru? Anggap udara sebagai gas ideal. Ingat: kB = 1,38.10

-23 J/Kdan 1 atm = 101 kPa.

Jawab:

25/04/2016

5

TermodinamikaCabang ilmu fisika yang mempelajari:

1. Pertukaran energi dalam bentuk:- Kalor- Kerja

2. Sistem

----------------Pembatas (boundary)3. Lingkungan

25/04/2016

6

SISTEMSISTEM

LINGKUNGANLINGKUNGANBoundary

Sistem dan LingkunganSistem dan Lingkungan

Sistem : Benda yang menjadi target perhatian

Lingkungan: Semua benda di luar sistem

TIGA MACAM SISTEM

1. SISTEMTERBUKA:Ada pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungannya.

Misal: lautan, tumbuh-tumbuhan, hewan

2. SISTEMTERTUTUPAda pertukaran energi tetapi TIDAK terjadi pertukaran massa sistemdengan lingkungannya.

Misal: Green House ada pertukaran kalor tetapi tidak terjadi pertukaran

kerja dengan lingkungan.

3. SISTEM TERISOLASI :TIDAK ada pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungan.

Misal: tabung gas yang terisolasi.

25/04/2016

7

ENERGI DALAM / ENERGI TERMAL U

� Jumlah total energi yang dimiliki semua molekul yang ada dalam sistem

� Tergantung pada temperatur sistem

� Makin tinggi temperaturnya, makin besar pula energi termal sistem

� Secara teoritik, untuk gas berlaku

U n R T=3

2. .

Kerja/usaha luar (W) Kerja/usaha luar (W)

� Usaha luar ( W ) yaitu : Usaha yang dilakukan oleh sistem terhadap sekelilingnya. Misalkan gas dalam ruangan yang berpenghisap bebas tanpa gesekan dipanaskan ( pada tekanan tetap ) ; maka

volume akan bertambah dengan V

� Usaha yang dilakukan oleh gas terhadap

udara luar :

W = p.∆∆∆∆V

25/04/2016

8

Hukum I Termodinamika

Pernyataan tentang kekekalan energi dalamsistem:

∆U = Q –W

Perubahan energi dalam sistem sama dengankalor yang ditambahkan ke sistem dikurangi dengan kerja yang dilakukan oleh sistem

HUKUM I TERMODINAMIKA

∆ U = Q - W

∆∆∆∆U : perubahan energi termal atau energi dalam

Q : kalor total yang ditambahkan pada atau dikeluarkan dari sistem

W : kerja total yang dilakukan oleh atau dikerjakan pada sistem

Q : (+) bila kalor MASUK ke sistem

( - ) bila kalor KELUAR dari sistem

W : (+) bila kerja dilakukan OLEH sistem

( - ) bila kerja dilakukan PADA sistem

25/04/2016

9

• Tekanan P, volume V, massa m, temperatur T merupakan karakteristik keadaan

• Energi termal U juga merupakan karakteristik keadaan

• Kerja dan kalor bukan merupakan karakteristik keadaan

• Kerja dan kalor selalu terkait dengan suatu proses

Proses

Perubahan U

U bertambah U berkurang

U2 – U1 = Q12 – W12

U1 : energi termal pada keadaan 1 (awal)

U2 : energi termal pada keadaan 2 (akhir)

KARAKTERISTIK BESARAN TERMODINAMIKA

SOAL 4

Kalor sebanyak 2500 J diberikan pada sistem ketika padanya dilakukan kerja 1800 J.

a. Berapakah perubahan energi termal sistem?

b. Berapakah perubahan energi termal bila kalor 2500 J itu diberikan pada sistem

ketika kerja 1800 J dilakukan oleh sistem? (sistem menghasilkan kerja)

a. Perubahan energi termal ∆∆∆∆ U = (+2500) – (– 1800) = 4300 J

b. Perubahan energi termal ∆∆∆∆ U = (+2500) – (+1800) = 700 J

Perubahan energi termal ini adalah pertambahan energi termal sistem

( U2 – U1 positif )

Penyelesaian:

∆∆∆∆ U = Q - W

Q : (+) bila kalor MASUK ke sistem

(–) bila kalor KELUAR dari sistem

W : (+) bila kerja dilakukan OLEH sistem

(–) bila kerja dilakukan PADA sistem

25/04/2016

10

SoalSoal 55Seorang pemain basket melakukan kerja sebesar 2,12.105 J danmengeluarkan 0,15 kg keringat selama pertandingan. Diketahui bahwa 1joule = 0,24 kalori, kalor penguapan air pada suhu tubuh (37°C) adalah2,42.106 J/kg, kalor jenis tubuh manusia adalah 3480 J/kg.K, dan kalorjenis air adalah 4200 J/kg.K. Anggap bahwa keringat adalah air. Hitunglahperubahan energi termal yang dialami oleh pemain basket tersebut!Nyatakan dalam kalori!

Jawab:

MetabolismeMetabolisme ManusiaManusia dandan HukumHukum I I TTermodinamikaermodinamika

� Energi dari makanan yang dimakanmenaikkan energi dalam (∆U)

� Kerja (W) dilakukan oleh tubuh dalamberbagai kegiatan

� Karena temperatur tubuh padaumumnya lebih tinggi dari lingkunganmaka aliran kalor (Q) keluar tubuh.

� Kecepatan metabolisme adalahkecepatan energi dalam diubah didalam tubuh

25/04/2016

11

KecepatanKecepatanmetabolisme (manusia 65 kg)metabolisme (manusia 65 kg)

KegiatanKecepatan metabolisme (pendekatan)

Kkal/jam Watt

Tidur 60 70

Duduk tegak 100 115

Kegiatan ringan (makan, berpakaian, pekerjaan rumah tangga)

200 230

Kegiatan sedang (tenis, berjalan)

400 460

Berlari (15 km/jam) 1000 1150

Bersepeda (balap) 1100 1270

Soal 66

Hitunglah energi yang diubah dalam waktu 24 jamoleh orang yang massanya 65 kg yang menghabiskanwaktu 9 jam untuk tidur, 1 jam untuk main tenis, 3jam untuk membersihkan rumah, dan 11 jam untukbekerja di kantor!

Penyelesaian:

[(9)(70) + (1)(460) + (3)(230) + (11)(115)](3600) =1,1 x 10 7 J ≈ 2600 kkal

25/04/2016

12

PROSESPROSES--PROSES TERMODINAMIKAPROSES TERMODINAMIKA

� Proses Isobarik (1)

� Tekanan konstan

� Proses Isotermis (2)

� Temperatur kontan

�Proses Isokorik (3)

� Volume konstan

�Proses Adiabatis (4)

� Tidak ada kalor yang hilang

Proses Isobaris

Proses dengan tekanan konstan

V (m3)

P (Pa)

penghisap tergeser d

kerja yang dilakukan sistem (gas)

W = F. d = P A ( d ) = P (∆V)

∆V : perubahan volume

A : luas penghisap

gaya F = P A

tekanan gas P

gas menekan penghisap ke atas

d

P

F

25/04/2016

13

Proses IsobarikProses Isobarik

SoalSoal latihanlatihan

7. Sebuah gas dimampatkan pada tekanan tetap 0,8atm dari 9 liter menjadi 2 liter. Pada proses ini,400 J energi keluar dari sistem dalam bentukkalor. Ingat: 1 atm = 1,01 x 105 Pa

a. Berapa usaha yang dilakukan pada gas?

b. Berapa perubahan energi dalam gas?

25/04/2016

14

SOAL 8

Air 1 liter temperatur 100 oC dididihkan sempurna, menghasilkan 1761 liter uap

bertemperatur 100 oC. Bila proses berlangsung pada tekanan atmosfer konstan, berapakah

perubahan energi termal ?

Penyelesaian :

Rapat massa air : 1 gr/cm3 = 1000 kg/m3 = 1 kg/liter, artinya massa 1 liter air : 1 kg

Kalor penguapan air L : 540 kkal/kg = 22,6. 105 J/kg, maka kalor untuk menguapkan

1 liter air adalah :Q = m L = (1) (22,6. 105) = 22,6. 105 J

Kerja untuk melaksanakan proses ini :

W = P (∆V) = (1 atm) [(1761-1)) liter] = ( 1.105 N/m2) (1760. 10-3 m3)

= 1,7. 105 J

∆ U = Q – W = 22,6. 105 J - 1,7. 105 J = 21. 105 J

Jadi perubahan energi termal adalah :

kalor yang diberikan sebagian besar dipakai untuk menaikkan energi termal sistem, hanya sebagian kecil yang digunakan untuk melakukan kerja

Proses Isokhorik

Proses dengan volume konstan

P (Pa)

V (m3)

V konstan

W = P (∆∆∆∆V) = 0

∆∆∆∆ U = Q - W

∆∆∆∆ U = Q

Kalor diberikan pada sistem

( proses pemanasan )

Temperatur naik

Kalor keluar dari sistem

( proses pendinginan )

Temperatur turun

25/04/2016

15

Proses IsokhorikProses Isokhorik

Proses Isotermis

proses dengan temperatur konstan

energi termal tergantung temperatur

energi termal tidak berubah

∆∆∆∆U = 0

Q12 = W12

1

2

∆∆∆∆ U = Q - W

Proses isotermis 1 ke 2 :

∆∆∆∆U = 0 ( U1 = U2 )

}

P

V

isoterm

Panas yang diberikan pada sistem,

dipakai untuk melakukan kerja

25/04/2016

16

Proses IsotermisProses Isotermis

Proses Adiabatis

Proses tanpa pertukaran kalor dengan sekelilingnya

Q = 0

Terjadi bila :

• sistem dalam keadaan terisolasi

• proses berlangsung sangat cepat

∆∆∆∆U = - W

∆∆∆∆ U = Q - W

Q = 0 }• Bila gas muai sistem melakukan kerja W positif

∆∆∆∆U negatif energi termal berkurang

• Bila gas ditekan pada sistem dilakukan kerja W negatif

∆∆∆∆U positif energi termal bertambah

25/04/2016

17

Proses AdiabatisProses AdiabatisSelama proses tak ada panas yang masuk / keluar sistem jadi Q = 0

SOAL 9

Mengapa temperatur karet gelang naik, bila karet gelang itu diregangkan secara

mendadak?

Penyelesaian :

Karet diregangkan mendadak

Kalor tidak sempat masuk

atau keluar karet

Q = 0

Proses adiabatis

Kerja diberikan pada sistem

W negatif

∆U = - W

∆U = positifTemperatur naik

25/04/2016

18

Bila proses terjadi

Hukum pertama Termodinamika

pasti dipenuhi

Apakah setiap proses bisa berlangsung secara alami,

tanpa dipaksa ?

Persoalannya

Kalor dapat mengalir dari temperatur tinggi ke temperatur rendah,

namun proses sebaliknya tidak mungkin terjadi secara alami atau spontan

Contoh

Harus ada kerja dari luar yang dilakukan untuk proses baliknya

Hukum II TermodinamikaHK I �kekekalan energi

HK II �menyatakan arah reaksi sistem.

� dapat dinyatakan dalam berbagai

bentuk.

Kalor mengalir secara alami dari benda

panas ke benda dingin; kalor tidak

mengalir secara spontan dari benda dingin

ke panas

Banyak proses yang irreversible:

1) Campurkan kopi dan gula lalu kocok,

keduanya menyatu akan tetapiseberapapun anda kocok kembalikeduanya tidak memisah lagi.

2) Pecahan gelas tidak kembali ke bentuk

utuhnya.

Proses alamiah cenderung menuju

ketidakteraturan (entropi maksimum)!

ENTROPI :

DERAJAT

KETIDAKATURAN

25/04/2016

19

PERNAH LIHAT ??????

PROSES IRREVERSIBLE

X

ENTROPIENTROPI

ukuran kuantitatif ketidakteraturan sistem

Entropi total sistem plus perubahan entropi lingkungannyabertambah sebagai akibat dari proses alamiah :

∆∆∆∆S > 0

T

QS =∆

Giancoli hlm. 535-537

25/04/2016

20

� Sebuah es batu dengan massa 60 gr di ambil dari tempat penyimpanan 0oC dan diletakkan di mangkuk kertas. Setelah beberapa menit, tepat setengah dari massa es batu telah lebur menjadi air pada oC. Hitung perubahan entropi es/air, bila kalor lebur es = 80 kal/gram!

Soal 10

PenyelesaianKalor untuk melebur setengah massa es menjadi air adalah:

Q = m L = ½ x (60) x 80 = 2400 kal

Proses meleburnya es ini menjadi air berlangsung pada temperatur konstan 0oC atau 273 K, sehingga perubahan entropi es atau air adalah

KkalT

QS / 8,8

273

2400===∆