TUGAS TERMODINAMIKA“HUKUM I TERMODIMIKA”

Oleh :

1. FERDIAN ARIF M. (125524013) 2. ILHAM AKBAR S. (125524021)

JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA2014

HUKUM I TERMODINAMIKA.

Hukum pertama termodinamika adalah suatu pernyataan mengenai hukum universal

dari kekekalan energi dan mengidentifikasikan perpindahanpanas sebagai suatu

bentuk perpindahan energi. Pernyataan paling umum dari hukum per-

tama termodinamika ini berbunyi:

“ Kenaikan energi internal dari suatu sistem termodinamika sebanding

dengan jumlah energi panas yang ditambahkan ke dalam sistem dikurangi

dengan kerja yang dilakukan oleh sistem terhadap lingkungannya. ”

Pondasi hukum ini pertama kali diletakkan oleh James Prescott Joule yang melalui

eksperimen-eksperimennya berhasil menyimpulkan bahwa panas dan kerja saling

dapat dikonversikan. Pernyataan eksplisit pertama diberikan oleh Rudolf

Clausius pada 1850: "Terdapat suatu fungsi keadaan E, yang disebut 'energi', yang

diferensialnya sama dengan jumlah kerja yang dipertukarkan dengan lingkungannya

pada suatu proses adiabatik."

HUKUM I TERMODINAMIKA.Dalam suatu sistem yang mendapat panas sebanyak D Q akan terdapat perubahan energi dalam (D U ) dan melakukan usaha luar (D W ).

D Q = D U + D WD Q = kalor yang masuk/keluar sistemD U = perubahan energi dalamD W = Usaha luar.

PROSES - PROSES PADA HUKUM TERMODINAMIKA I.

1. Hukum I termodinamika untuk Proses Isobarik.Pada proses ini gas dipanaskan dengan tekanan tetap.( lihat gambar ).

sebelum dipanaskan sesudah dipanaskan

Dengan demikian pada proses ini berlaku persamaan Boyle-GayLussacV 1

T 1

=V 2

T 2

Jika grafik ini digambarkan dalam hubungan P dan V maka dapat grafik sebagai berikut :

Pemanasan Pendinginan

Usaha luar yang dilakukan adalah : W = p ( V2 - V1 ). karena itu hukum I termodinamika dapat dinyatakan :

D Q = D U + p ( V2 - V1 )

Panas yang diperlukan untuk meningkatkan suhu gas pada tekanan tetap dapat dinyatakan dengan persamaan :

D Q = m cp ( T2 - T1 )

Pertambahan energi dalam gas dapat pula dinyatakan dengan persamaan :

D U = m cv ( T2 - T1 )

Karena itu pula maka usaha yang dilakukan pada proses isobarik dapat pula dinyatakan dengan persamaan :

D W =D Q - D U = m ( cp - cv ) ( T2 - T1 )

m = massa gascp = kalor jenis gas pada tekanan tetapcv = kalor jenis pada volume tetap.

2. Hukum I Termodinamika untuk Proses Isokhorik ( Isovolumik ) Pada proses ini volume Sistem konstan. ( lihat gambar )

Sebelum dipanaskan. Sesudah dipanaskan.

Dengan demikian dalam proses ini berlaku Hukum Boyle-Gay Lussac dalam bentuk :

P1

T1

=P2

T2

Jika digambarkan dalam grafik hubungan P dan V maka grafiknya sebagai berikut :

Pemanasan Pendinginan

Karena D V = 0 maka W = p . D VW = 0 ( tidak ada usaha luar selama proses )

D Q = U2 - U1

Kalor yang diserap oleh sistem hanya dipakai untuk menambah energi dalam (D U )D Q = D UD U = m . cv ( T2 - T1 )

3. Hukum I termodinamika untuk proses Isothermik. Selama proses suhunya konstan.( lihat gambar )

Sebelum dipanaskan. Sesudah dipanaskan.

Oleh karena suhunya tetap, maka berlaku Hukum BOYLE.

P1 V2 = P2 V2

Jika digambarkan grafik hubungan P dan V maka grafiknya berupa :

Pemanasan Pendinginan

Karena suhunya konstan T2 = T1 maka :

D U = U2 - U1

= 32 n R T2 -

32 n R T1 = 0 ( Usaha dalamnya nol )

Kalor yang diserap sistem hanya dipakai untuk usaha luar saja.

W =P1 V 1( lnV 2

V 1

)=P2V 2( lnV 2

V 1

)

W =P1 V 1( lnP1

P2

)=P2V 2( lnP1

P2

)

W =nRT1 ( lnV 2

V 1

)=nRT 2( lnV 2

V 1

)

W =nRT1 ( lnP1

P2

)=nRT 2( lnP1

P2

)

ln x =2,303 log x

4. Hukum I Termodinamika untuk proses Adiabatik.Selama proses tak ada panas yang masuk / keluar sistem jadi Q = 0( lihat gambar )

Sebelum proses Selama/akhir prosesoleh karena tidak ada panas yang masuk / keluar sistem maka berlaku Hukum Boyle-Gay Lussac

P1V 1

T 1

=P2V 2

T 2

Jika digambarkan dalam grafik hubungan P dan V maka berupa :

Pengembangan Pemampatan

Karena D Q = 0 maka O = D U + D WU2 -U1 = -D W

Bila D W negatif ( -W = sistem ditekan ) usaha dalam sistem (D U ) bertambah. Sedangkan hubungan antara suhu mutlak dan volume gas pada proses adibatik, dapat dinyatakan dengan persamaan :

T.V-1 = konstan atau T1.V1-1 = T2.V2-1

Usaha yang dilakukan pada proses adiabatik adalah :

W = m . cv ( T1 - T2 ) atau W =

P1 .V 1

1−g ( V2-1 - V1-1 )

Juga berlaku persamaan : P1.V1 = P2.V2

Contoh Soal

Soal No. 1Suatu gas memiliki volume awal 2,0 m3 dipanaskan dengan kondisi isobaris hingga volume akhirnya menjadi 4,5 m3. Jika tekanan gas adalah 2 atm, tentukan usaha luar gas tersebut!(1 atm = 1,01 x 105 Pa)PembahasanData :V2 = 4,5 m3 V1 = 2,0 m3 P = 2 atm = 2,02 x 105 PaIsobaris → Tekanan TetapW = P (ΔV)W = P(V2 − V1)W = 2,02 x 105 (4,5 − 2,0) = 5,05 x 105 joule

Soal No. 21,5 m3 gas helium yang bersuhu 27oC dipanaskan secara isobarik sampai 87oC. Jika tekanan gas helium 2 x 105 N/m2 , gas helium melakukan usaha luar sebesar….A. 60 kJB. 120 kJC. 280 kJD. 480 kJE. 660 kJ(Sumber Soal : UMPTN 1995)PembahasanData :V1 = 1,5 m3

T1 = 27oC = 300 KT2 = 87oC = 360 KP = 2 x 105 N/m2

W = PΔVMencari V2 :V

2/T2 = V1/T1

V2 = ( V1/T1 ) x T2 = ( 1,5/300 ) x 360 = 1,8 m3

W = PΔV = 2 x 105(1,8 − 1,5) = 0,6 x 105 = 60 x 103 = 60 kJ

Soal No. 32000/693 mol gas helium pada suhu tetap 27oC mengalami perubahan volume dari 2,5 liter menjadi 5 liter. Jika R = 8,314 J/mol K dan ln 2 = 0,693 tentukan usaha yang dilakukan gas helium!PembahasanData :n = 2000/693 molV2 = 5 LV1 = 2,5 LT = 27oC = 300 KUsaha yang dilakukan gas :W = nRT ln (V2 / V1)W = (2000/693 mol) ( 8,314 J/mol K)(300 K) ln ( 5 L / 2,5 L )W = (2000/693) (8,314) (300) (0,693) = 4988,4 jouleSoal No. 4Diagram P−V dari gas helium yang mengalami proses termodinamika ditunjukkan seperti gambar berikut!

Usaha yang dilakukan gas helium pada proses ABC sebesar….A. 660 kJB. 400 kJC. 280 kJD. 120 kJE. 60 kJ(Sumber Soal : UN Fisika 2010 P04 No. 17)PembahasanWAC = WAB + WBC

WAC = 0 + (2 x 105)(3,5 − 1,5) = 4 x 105 = 400 kJ