T E R M O D I N A M I K A ( Autosaved)

5,765
-1

Published on

Penjelasan lebih lanjut terhadap pengertian termodinamika sehari-hari. Mohon kritik serta saran, terima kasih.

8 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total Views
5,765
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
385
Comments
8
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

T E R M O D I N A M I K A ( Autosaved)

  1. 1. TERMODINAMIKA<br />Oleh : ERRITA NUR INTAN<br />KATA PENGANTAR<br />Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena dengan rahmat dan perkenan-Nya kami dapat menyelesaikan penyusunan Makalah Termodinamika untuk Perguruan Tinggi ini. Kami juga mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang bergabung dalam penyusunan Makalah ini.<br />Makalah ini disusun dengan maksud untuk memberikan pedoman dan arahan mempelajari Fisika secara mudah, lengkap, dan benar. Adapun penyajian Makalah ini mengacu kepada prinsip belajar bermakna, yaitu belajar yang mengutamakan pengertian atau pemahaman konsep dan ditekankan kepada dua hal penting dalam pembelajaran, yaitu:<br /><ul><li>Pengenalan fakta, pemahaman konsep, dan rumus.
  2. 2. Contoh soal dan penyelesaiannya yang disajikan secara bervariasi.</li></ul>Kami menyadari pada Makalah ini masih terdapat kekurangan. Oleh karena itu, kami senantiasa mengharapkan masukan dari pembaca demi penyempurnaan buku ini. Akhirnya, semoga buku ini bisa turut andil dalam mencerdaskan generasi muda bangsa.<br />Balikpapan, 07 Oktober 2011<br />Penulis<br />ii<br />Daftar Isi<br />Kata Pengantar .................................................................................................ii<br />Daftar Isi ..........................................................................................................iii<br />Pendahuluan .....................................................................................................iv<br /><ul><li>Latar belakang ................................................................................iv
  3. 3. Tujuan/Maksud ..............................................................................v</li></ul>A.Termodinamika .................................................................................1<br /><ul><li>I. Termodinamika ................................................................................1</li></ul>II. Proses-proses dalam Termodinamika .............................................2<br /><ul><li>III. Hukum I Termodinamika ..............................................................5
  4. 4. IV. Kemampuan Gas Untuk Menyerap/Melepas Kalor ......................5
  5. 5. V. Siklus Carnot ..................................................................................6
  6. 6. VI. Efisiensi Suatu Mesin ....................................................................7
  7. 7. VII. Hukum II Termodinamika ...........................................................7</li></ul>B.Soal – soal dan Penyelesaian ............................................................10<br />C.Kesimpulan .........................................................................................15<br />D.Tinjauan Pustaka ...............................................................................17<br />E.Daftar Pustaka ....................................................................................18<br />iii<br />PENDAHULUAN<br />1.1Latar Belakang<br />Termodinamika berasal dari (bahasa Yunani: thermos = 'panas' and dynamic = 'perubahan') adalah fisika energi , panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana banyak hubungan termodinamika berasal.<br />Pada sistem di mana terjadi proses perubahan wujud atau pertukaran energi, termodinamika klasik tidak berhubungan dengan kinetika reaksi (kecepatan suatu proses reaksi berlangsung). Karena alasan ini, penggunaan istilah "termodinamika" biasanya merujuk pada termodinamika setimbang. Dengan hubungan ini, konsep utama dalam termodinamika adalah proses kuasistatik, yang diidealkan, proses "super pelan". Proses termodinamika bergantung-waktu dipelajari dalam termodinamika tak-setimbang.<br />Karena termodinamika tidak berhubungan dengan konsep waktu, telah diusulkan bahwa termodinamika setimbang seharusnya dinamakan termostatik.<br />Hukum termodinamika kebenarannya sangat umum, dan hukum-hukum ini tidak bergantung kepada rincian dari interaksi atau sistem yang diteliti. Ini berarti mereka dapat diterapkan ke sistem di mana seseorang tidak tahu apa pun kecual perimbangan transfer energi dan wujud di antara mereka dan lingkungan. Contohnya termasuk perkiraan Einstein tentang emisi spontandalam abad ke-20 dan riset sekarang ini tentang termodinamika benda hitam.<br />Pengabstrakan dasar atas termodinamika adalah pembagian dunia menjadi sistem dibatasi oleh kenyataan atau ideal dari batasan. Sistem yang tidak termasuk dalam pertimbangan digolongkan sebagai lingkungan. Dan pembagian sistem menjadi subsistem masih mungkin terjadi, atau membentuk beberapa sistem menjadi sistem yang lebih besar. <br />iv<br />1.2Tujuan/Maksud<br />Dalam kenyataan, sebuah sistem tidak dapat terisolasi sepenuhnya dari lingkungan, karena pasti ada terjadi sedikit pencampuran, meskipun hanya penerimaan sedikit penarikan gravitsi. Dalam analisis sistem terisolasi, energi yang masuk ke sistem sama dengan energi yang keluar dari sistem. Sistem termodinamika adalah bagian dari jagat raya yang diperhitungkan. Sebuah batasan yang nyata atau imajinasi memisahkan sistem dengan jagat raya, yang disebut lingkungan. Klasifikasi sistem termodinamika berdasarkan pada sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan materi, kalor dan entropi antara sistem dan lingkungan. Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan:<br />Sistem terisolasi: tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.<br /><ul><li>Sistem tertutup: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup di mana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan. Apakah suatu sistem terjadi pertukaran panas, kerja atau keduanya biasanya dipertimbangkan sebagai sifat pembatasnya yaitu;
  8. 8. pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas.
  9. 9. pembatas rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.
  10. 10. Sistem terbuka: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda dengan lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebut permeabel. Samudra merupakan contoh dari sistem terbuka.</li></ul>Ketika sistem dalam keadaan seimbang dalam kondisi yang ditentukan, ini disebut dalam keadaan pasti (atau keadaan sistem). Untuk keadaan termodinamika tertentu, banyak sifat dari sistem dispesifikasikan. Properti yang tidak tergantung dengan jalur di mana sistem itu membentuk keadaan tersebut, disebut fungsi keadaan dari sistem. Bagian selanjutnya dalam seksi ini hanya mempertimbangkan properti, yang merupakan fungsi keadaan. Jumlah properti minimal yang harus dispesifikasikan untuk menjelaskan keadaan dari sistem tertentu ditentukan oleh Hukum fase Gibbs. Biasanya seseorang berhadapan dengan properti sistem yang lebih besar, dari jumlah minimal tersebut. Pengembangan hubungan antara properti dari keadaan yang berlainan dimungkinkan. <br />v<br />TERMODINAMIKA<br />Termodinamika<br />Termodinamika dapat digunakan untuk meramalkan energi yang diperlukan untuk mengubah dari keadaan setimbang ke keadaan setimbang yang lain, tetapi tidak dapat meramalkan kecepatan perpindahan kalor. <br />• Hukum pertama dan kedua termodinamika.<br />• Ilmu tentang perpindahan panas memberikan metode untuk menyelesaikan masalah laju perpindahan kalor.<br />Termodinamika: merupakan cabang ilmu fisika yang mempelajari tentang temperatur, pengaliran panas, dan pertukaran energi yang diakibatkan dan usaha yang dilakukan oleh panas.<br />Dalam termodinamika, kumpulan benda-benda yang kita perhatikan disebut dengan sistem. Sedangkan semua yang ada di sekitar benda (sistem) disebut dengan lingkungan.<br />Usaha oleh Lingkungan terhadap System (Usaha Luar)<br />Usaha luar (W):yaitu usaha yang dilakukan oleh system terhadap sekelilingnya. Misalnya: gas dalam ruangan yang berpenghisap bebas tanpa gesekan yang dipanaskan (pada tekanan tetap), maka volume (V) akan bertambah. Usaha yang dilakukan oleh sistem sehubungan dengan perubahan volume gas dapat dirumuskan berikut ini.<br />F = p A<br />Usaha yang dilakukan oleh gas terhadap udara luar adalah<br /> dW = F dx<br /> = p A dx<br /> = p dV<br />Sehingga, <br />W = p (V2-V1)<br />atau <br />W = p.△V<br />1<br />Keterangan : <br />W = luas arsiran <br />Untuk tekanan p yang positif, usaha W akan positif bila gas memuai (V2> V1) atau arah lintasan proses ke kanan ( W > 0 ).<br />Sebaliknya, usaha W akan negatif bila gas memampat (V2< V1) atau arah lintasan proses ke arah kiri ( W < 0 ).<br />Usaha yang dilakukan oleh gas (sistem) sering disebut usaha luar. Apabila diagram pV diketahui, usaha luar akan lebih sederhana ditentukan secara grafik yaitu dengan menentukan luas area di bawah kurva pada diagram tersebut. <br /><ul><li>Usaha Dalam (U)
  11. 11. Usaha dalam (U): adalah usaha yang dilakukan oleh bagian dari suatu sistem pada bagian lain dari sistem itu pula. Pada pemanasan gas seperti diatas, usaha dalam adalah berupa gerakan-gerakan antara molekul-molekul gas yang dipanaskan menjadi lebih cepat.</li></ul>Energi dalam suatu gas ideal adalah<br />U=32n.R.T<br />Proses –proses dalam Termodinamika<br />Ada beberapa proses yang kita kenal sehubungan dengan usaha yang dilakukan oleh gas berkaitan dengan perubahan suhu, volume, tekanan, dan energi dalam gas. Proses tersebut meliputi:<br />1. proses isotermal<br />2. proses isokhorik<br />3. proses isobarik<br />4. proses adiabatik<br />2<br />Proses Isotermal <br />Proses isoternal adalah proses perubahan keadaan sistem pada suhu tetap. Proses ini mengikuti hukum Boyle, yaitu: pV = konstan dan T = konstan.<br />Perhatikan gambar berikut. <br />W=2,3nRTLog VBVA<br />pV = n R T<br /> p = n R T / V<br />Sehingga,<br />Wisotermis=2,3nRT logV2V1<br />n = banyaknya gas (mol)<br />Proses Isokhorik<br />Proses Isokhorik adalah proses perubahan keadaan sistem pada volume tetap. Karena gas tidak mengalami perubahan volume, maka usaha yang dilakukan oleh gas sama dengan nol. <br />Perhatikan gambar berikut.<br />W = p (ΔV)<br /> = p (0) = 0<br />W = 0<br />Proses Isobarik<br />Proses isobarik adalah proses perubahan keadaan sistem pada tekanan tetap. Usaha yang dilakukan oleh gas adalah<br />3<br />W = p (ΔV)<br /> = p (VB-VA)<br />W=p(VB-VA)<br />Proses Adiabatik<br />Proses adiabatik adalah proses perubahan keadaan sistem tanpa adanya kalor yang masuk ke sistem atau keluar dari sistem (gas), yaitu Q = 0. Pada proses adiabatik terjadi perubahan suhu, tekanan, dan volume. Kurva adiabatik lebih curam dibandingkan kurva isotermal. Proses ini mengikuti rumus Poisson sebagai berikut.<br />W=1γ-1(PB-VB) <br />pVγ = tetap/konstan <br />atau <br />p1V1γ = p2V2γ <br />TV(γ-1) = tetap<br /> atau<br /> T1V1(γ-1) = T2V2(γ-1)<br />Dengan,<br />γ = CpCv adalah tetapan Laplace<br />Cp = kapasitas kalor gas pada tekanan tetap, dan<br />Cv = kapasitas kalor gas pada volume tetap<br />Maka besarnya usaha pada proses adiabatik yaitu,<br />W=1γ-1(p2V2-p1V1) <br />4<br />Hukum I Termodinamika<br />Hukum I Termodinamika pada prinsipnya menyatakan bahwa energi tidak dapat terjadi secara cuma – cuma atau dimusnahkan begitu saja, tetapi dapat dirubah dari bentuk yang satu ke bentuk yang lain. <br />Hukum I Termodinamika sebenarnya merupakan hukum kekekalan energi. Jika suatu system diberi kalor (ΔQ), maka system tersebut dapat melakukan usaha (ΔW) dan energi di dalamnya dapat berubah (ΔU).<br />Dengan ketentuan:<br />ΔQ berharga +-: berarti system menerima/melepas kalor<br />ΔW berharga +- : berarti system melakukan/menerima usaha<br />ΔU berharga +-: berarti terjadi penambahan/pengurangan energi dalam.<br />Kemampuan Gas untuk Menyerap/Melepaskan Kalor<br />Konsep Kapasitas Kalor Gas<br />Jika sejumlah gas menerima kalor (ΔQ), sehingga suhunya naik (ΔT), maka kapasitas kalor tersebut dirumuskan sebagai berikut.<br />C=ΔQΔT=konstan<br />C=ΔU+ΔWΔT =ΔUΔT+ΔWΔT<br />Kapasitas kalor gas pada volume tetap (C) adalah<br />CV=ΔUΔT+ΔWΔT<br />Untuk volume tetap, ΔW=0 <br />CV=ΔUΔT<br />Kapasitas kalor gas pada tekanan tetap (Cp) adalah<br />Cp=CV+n.R<br />Tetapan Laplace untuk gas monoatomik dan gas diatomik <br />Tetapan Laplace (γ)untuk gas ideal monoatomik<br />Cv=52nR dan Cp=52nR<br />γ=CpCv=1,67<br />5<br />Tetapan Laplace (γ)untuk gas ideal diatomik<br />Cv=52nR dan Cp=72nR<br />γ=CpCv=11,40<br />Siklus Carnot<br />Pengertian Siklus Carnot<br />Siklus: adalah suatu proses yang dimulai dari suatu keadaan dan berakhir pada keadaan awalnya. <br />Siklus Carnot: adalah siklus yang merupakan penggambaran dari suatu mesin kalor reversible ( dapat bekerja bolak – balik ).<br />Jadi, Siklus Carnot adalah suatu siklus ideal. Perhatikan gambar berikut.<br />Berdasarkan gambar diatas dapat diketahui bahwa Siklus Carnot terdiri atas 4 proses berikut ini.<br />Proses pemuaian secara isotermik (A ke B) menyerap kalor Q1 dan diubah menjadi W1.<br />Proses pemuaian secara adiabatik (B ke C), melakukan usaha W2.<br />Proses pemampatan secara isotermik (C ke D), melepas kalor Q2.<br />Proses pemampatan secara adiabatik (D ke A).<br />Prinsip kerja Carnot adalah menggunakan dua proses adiabatik, yaitu:<br />Q1 = kalor yang masuk/diserap system.<br />Q2 = kalor yang keluar/dilepaskan system.<br />6<br />Usaha yang dilakukan pada gas<br />Usaha yang dilakukan pada gas dalam Siklus Carnot memenuhi persamaan:<br />W=Q1-Q2<br />Semua besaran merupakan nilai mutlak.<br />Efisiensi Suatu Mesin<br />Pengertian efesiensi suatu mesin<br />Efisiensi suatu mesin merupakan perbandingan usaha (W) yang dilakukan dengan kalor (Q) yang diserap oleh suatu mesin. Kerja (Usaha) yang dilakukan oleh mesin yang menggunakan Siklus Carnot (mesin Carnot) sebagai berikut.<br />η=WQ=Q1-Q2Q1=1-Q2Q1<br />Nilai efisiensi suatu mesin<br />Besarnya efisiensi suatu mesin tidak ada yang dapat mencapai 100% dengan kata lain:<br />0<η<100%<br />Sehingga Efisiensi mesin Carnot dirumuskan sebagai berikut.<br />η=1-Q2Q1=1-T2T1x100%<br />Keterangan:<br />Q1 = kalor yang diberikan pada gas oleh reservoir suhu tinggi T1<br />Q2 = kalor yang diberikan pada gas oleh reservoir suhu rendah T2<br />W = kerja yang dilakukan mesin Carnot (J)<br />T1 = suhu reservoir tinggi (K) <br />T2 = suhu reservoir rendah (K)<br />Hukum II Termodinamika dan Entropi<br />Hukum II Termodinamika<br /><ul><li>Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiringdengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya.Hukum keseimbangan / kenaikan entropi: Panas tidak bisa mengalir dari material yangdingin ke yang lebih panas secara spontan. </li></ul>7<br /><ul><li>Kelvin Planck (Mesin Kalor)</li></ul>Menurut perumusannya,<br />“Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam suatu siklus, menerima kalor dari suatu reservoir dan mengubah kalor itu seluruhnya menjadi usaha. “<br />Bagan mesin:<br />Reservoir suhu tinggi (T1)<br />Reservoir suhu rendah (T2)<br />Kerja:<br />W=Q1-Q2<br />Efisiensi mesin:<br />η=1-Q2Q1<br />Siklus Carnot (Mesin Carnot)<br />Menurut perumusann Carnot,<br />“Mesin yang bekerja diantara reservoir bersuhu T1 dan reservoir yang bersuhu T2 dengan T1>T2 memiliki efisiensi maksimum.”<br />Bagan mesin:<br />Proses a-b dan c-d = isotermis<br />Proses b-c dan d-a = adiabatis<br />8<br />Mesin Carnot merupakan mesin kalor dengan Efisiensi Maksimum,<br />η=1-T2T1<br />Q1T1=Q2T2<br />Clausius (Mesin Pendingin)<br />Menurut perumusannya,<br />“Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja pada suatu siklus, mengambil kalor dari suatu reservoir yang bersuhu rendah dan memberikan kalor itu ke reservoir bersuhu tinggi, maka harus mengambil usaha dari luar.”<br />Bagan mesin:<br />Reservoir suhu tinggi (T1)<br />Reservoir suhu rendah (T2)<br />Kerja:<br />W=Q1-Q2<br />Angka kerja:<br />φ=Q2W<br />Entropi<br />Entropi adalah fungsi keadaan suatu benda, dirumuskan sebagai berikut.<br />S2-S1=1TdQT<br />S=Q(p.V...)<br />Setiap system memiliki entropi (energi dalam) tertentu. Menurut Planck dan Hernst, pada benda padat atau cair yang homogen, entropi pada titik nol mutlak sama dengan nol sehingga,<br />S1=0<br />S2=1TdQT<br />9<br /><ul><li>Entropi adalah tingkat keacakan energi. Jika satuujung material panas, dan ujung satunya dingin, dikatakan tidak acak, karena ada konsentrasi energi. Dikatakan entropinya rendah. Setelah rata menjadi hangat, dikatakan entropinya naik. Aplikasi: Kulkas harus mempunyai pembuang panas di belakangnya, yang suhunya lebihtinggi dari udara sekitar. Karena jika tidak Panas dari isi kulkas tidak bisa terbuang keluar. Hukum kedua termodinamika mengatakan bahwa alirankalor memiliki arah; dengan kata lain, tidak semua proses di alam semesta adalah reversible(dapat dibalikkan arahnya). Sebagai contoh jika seekor beruang kutub tertidur di atas salju, maka salju dibawahtubuh nya akan mencair karena kalor dari tubuh beruang tersebut. Akan tetapi beruangtersebut tidak dapat mengambil kalor dari salju tersebut untuk menghangatkan tubuhnya.Dengan demikian, aliran energi kalor memiliki arah, yaitu dari panas ke dingin. Satu aplikasi penting dari hukum kedua adalah studi tentang mesin kalor. Mesin kalor adalah sebutan untuk alat yang berfungsi mengubah energi panas menjadi energi mekanik. Dalam mesin mobil misalnya, energi panas hasil pembakaran bahan bakar diubahmenjadi energi gerak mobil. Tetapi, dalam semua mesin kalor kita ketahui bahwa pengubahanenergi panas ke energi mekanik selalu disertai pengeluaran gas buang, yang membawasejumlah energi panas. Dengan demikian, hanya sebagian energi panas hasil pembakaranbahan bakar yang diubah ke energi mekanik. Contoh lain adalah dalam mesin pembangkit tenaga listrik; batu bara atau bahan bakar lain dibakar dan energi panas yang dihasilkandigunakan untuk mengubah wujud air ke uap. Uap ini diarahkan ke sudu-sudu sebuah turbin,membuat sudu-sudu ini berputar. Akhirnya energi mekanik putaran ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik.</li></ul>SOAL DAN PENYELESAIAN<br />Suatu gas ideal bervolume 3 liter pada 27° C. Gas ini dipanaskan dengan tekanan tetap 2 atmosfir hingga mencapai 227° C. Jika 1 atm = 1,013.105 Pa. Berapakah kerja yang dilakukan gas?<br /> Penyelesaian:<br />ρ1V1T1=ρ2V2T2<br /> 2.3(227+273)=2.V2(227+273)<br />10<br /> V2=8.000600 =5 ltr.<br /> ∆Q=ρV2-V1<br /> =25-3<br /> =4 atm.ltr<br /> =4x1,103.105Pa.10-3m-3<br />Suatu sistem mengalami proses adiabatik. Pada sistem dilakukan usaha 100 J. Jika perubahan energi dalam sistem adalah ∆U dan kalor yang diserap sistem adalah Q, maka.......<br /> Penyelesaian:<br />Proses Adiabatik: ∆Q=0<br />Hukum I Termodinamika:<br />∆Q=W+∆U<br /> 0=-100+∆U<br /> ∆U=100 joule.<br />Sebuah mesin Carnot yang menggunakan reservoir suhu tinggi bersuhu 800°K mempunyai efisiensi sebesar 40%. Berapakah suhu reservoir tinggi supaya efisiensinya naik menjadi 80%?<br /> Penyelesaian:<br />ρ=1-T2T1<br /> 0,4=1-T2800<br /> T2=480°K<br /> Berarti suhu reservoir suhu rendah = 480°K<br /> Agar efisiensi mesin menjadi 80%, maka suhu reservoir suhu tinggi (T1) harus dinaikkan menjadi:<br /> 0,8=1-480T1<br /> T1=2400<br />1,5 m3 gas helium yang bersuhu 27°C dipanaskan secara isobarik sampai 87°C. Jika tekanan gas helium 2x105N/m2, gas helium melakukan usaha luar sebesar......<br /> Penyelesaian:<br />11<br /> Dik : V1=1,5m3<br /> T1=27°C=300K<br /> T2=87°C=360K<br /> P=2x105N/m2<br /> Jawab:<br />V2T2=V1T1<br />V2=V1T1.T2<br /> =1,5300.360<br />=1,8m3<br /> W=p∆V<br />=2x1051,8-1,5<br />=0,6x105=60x103=60kJ<br />Kalor sebanyak 1000 J ditambahkan ke sistem sementara kerja dilakukan pada (terhadap) sistem sebesar 500 J. Berapa perubahan energi dalam sistem?<br /> Penyelesaian:<br /> Dik: Q = 1000 K<br /> W = 500 J<br /> Dit: ∆U.....?<br /> Jawab:<br />∆U=Q-W<br /> =1000--500<br /> =1500 J<br />Gas dalam suatu ruangan tertutup menyerap kalor 2500 J dan dalam waktu yang bersamaan melakukan usaha sebesar 3000 J. Berapa perubahan energi dalamnya, bagaimana suhu gas itu setelah proses?<br /> Penyelesaian:<br /> Dik: Q = 2500 J<br /> W = 3000 J<br /> Dit: Q.....?<br /> Jawab:<br />12<br />Q = U+W<br /> 2500 = U+3000<br /> U = -500 J<br />Sebuah mesin menyerap kalor dari sumber kalor bersuhu 689°C dan membuang kalor pada sumber kalor bersuhu 397°C. Berapa efisiensi maksimum kalor itu?<br /> Penyelesaian:<br /> Dik: T1=689<br /> T2=397<br /> Dit: η.......?<br /> Jawab:<br />T1=689+273=962 K<br />T2=397+273=660 K<br /> Efisiensi maksimum (efisiensi mesin Carnot)<br />η=1-T2T1<br /> =1-670962.100%<br /> =30%<br />1,5 m3 gas helium yang bersuhu 27° C dipanaskan secara isobarik sampai 87° C. Jika tekanan gas helium 2x105N/m2, gas helium melakukan usaha sebesar...........<br /> Penyelesaian:<br /> Proses isobarik: V1=1,5m3<br /> T2=27+273K=300K<br /> T2=87+273K=360K<br /> Maka<br /> V1V1=T1T1<br /> V2=360300.1,5<br /> =1,8m3<br />p=2x105N/m3, maka usaha luar:<br />W=p(V2-V1)<br /> =2x105(1,8-1,5)<br />13 <br /> =60x103J<br /> =60KJ<br /><ul><li>Sebuah mesin Carrnot yang menggunakan sumber suhu tinggi 800 K mempunyai efisiensi 20%. Untuk menaikkan efisiensi menjadi 36%, berapakah suhu sumber tinggi harus dinaikkan?
  12. 12. Penyelesaian:
  13. 13. ρ = 1 - T2T1
  14. 14. 0,2 = 1 – T2800
  15. 15. = 640 K</li></ul> Berarti suhu reservoir suhu rendah = 640°K<br />Agar efisiensi mesin menjadi 36%, maka suhu reservoir suhu tinggi (T1) harus dinaikkan menjadi:<br /> 0,36=1-640T1<br /> T1=1000K<br /><ul><li>Sebuah mesin menyerap kalor dari sumber kalor bersuhu 6890C dan membuang kalor pada sumber kalor bersuhu 3970C. Berapa efisiensi maksimum mesin kalor itu?
  16. 16. Penyelesaian:</li></ul>T1 = 689 + 273 = 962 K<br />T2 = 397 + 273 = 660 K<br />Efisiensi maksimum (efisiensi mesin carnot )<br /> = <br /> = <br /> = 30%<br />Mesin Carnot bekerja pada suhu tinggi 600 K, untuk menghasilkan kerja mekanik. Jika mesin menyerap kalor 600 J dengan suhu rendah 400 K, maka usaha yang dihasilkan adalah.....<br />Penyelesaian:<br />η=1-T2T1.100%<br />14<br />η=1-400600.100%=13<br />η=WT1<br />13=W600<br />W=200 J<br />Kalor mengalir secara spontan sebesar 1500 J dari reservoir panas bersuhu 500 K menuju reservoir dingin bersuhu 300 K. Tentukan perubahan entropi jagat raya?<br />Penyelesaian:<br />Dik: Q1=-1500J<br /> T1=500K<br /> Q2=1500J<br /> T2=300K<br />Dit: ∆S Jagat Raya?<br />Jawab:<br /> ∆S Jagat Raya = ∆S1+∆S2<br />=Q1T1+Q2T2<br />=-1500500+1500300<br />=-3+5<br />=2 J/K<br />KESIMPULAN<br />Termodinamika: merupakan cabang ilmu fisika yang mempelajari tentang temperatur, pengaliran panas, dan pertukaran energi yang diakibatkan dan usaha yang dilakukan oleh panas.<br />Usaha luar (W):yaitu usaha yang dilakukan oleh system terhadap sekelilingnya. Misalnya: gas dalam ruangan yang berpenghisap bebas tanpa gesekan yang dipanaskan (pada tekanan tetap), maka volume (V) akan bertambah. Dengan rumus: W = p.△V<br />15<br /><ul><li>Usaha dalam (U): adalah usaha yang dilakukan oleh bagian dari suatu sistem pada bagian lain dari sistem itu pula. Dengan rumus: U=32n.R.T</li></ul>Proses isoternal adalah proses perubahan keadaan sistem pada suhu tetap. Dengan rumus : Wisotermis=2,3nRT logV2V1<br />Proses Isokhorik adalah proses perubahan keadaan sistem pada volume tetap. Dengan rumus: W = 0<br />Proses isobarik adalah proses perubahan keadaan sistem pada tekanan tetap. Dengan rumus: W=p.(VB-VA)<br />Proses adiabatik adalah proses perubahan keadaan sistem tanpa adanya kalor yang masuk ke sistem atau keluar dari sistem (gas), yaitu Q = 0. Dengan rumus : W=1γ-1(p2V2-p1V1) .<br />Hukum I Termodinamika mentakan bahwa jika suatu system diberi kalor (ΔQ), maka system tersebut dapat melakukan usaha (ΔW) dan energi di dalamnya dapat berubah (ΔU).<br />Tetapan Laplace (γ)untuk gas ideal monoatomik<br />Cv=52nR dan Cp=52nR<br />γ=CpCv=1,67<br />Tetapan Laplace (γ)untuk gas ideal diatomik<br />Cv=52nR dan Cp=72nR<br />γ=CpCv=11,40<br />Siklus Carnot: adalah siklus yang merupakan penggambaran dari suatu mesin kalor reversible ( dapat bekerja bolak – balik ). Dengan usaha W=Q1-Q2<br />Efisiensi suatu mesin merupakan perbandingan usaha (W) yang dilakukan dengan kalor (Q) yang diserap oleh suatu mesin. Kerja (Usaha) yang dilakukan oleh mesin yang menggunakan Siklus Carnot (mesin Carnot) adalah η=WQ=Q1-Q2Q1=1-Q2Q1<br />Efisiensi mesin Carnot dirumuskan η=1-Q2Q1=1-T2T1x100%<br />16<br />Hukum II Termodinamika menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiringdengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya.<br />Entropi adalah tingkat keacakan energi. S2-S1=1TdQT, S=Q(p.V...)<br />TINJAUAN PUSTAKA<br /><ul><li>Hubungan antara perpindahan panas dan termodinamika</li></ul>Perpindahan panas adalah ilmu untuk meramalkan perpindahan energi yang terjadi karena adanya perbedaan suhu di antara benda atau material. Ilmu perpindahan kalor menjelaskan bagaimana energi kalor berpindah dari satu benda ke benda yang lain dan meramalkan laju perpindahan yang terjadi pada kondisikondisi tertentu. Apa yang ada dalam perpindahan disebut panas tidak dapat diamati secara langsung, tetapi pengaruhnya dapat diamati dan diukur. Aliran panas seperti halnya pelaksanaan kerja adalah suatu proses dengan mana energi dalam suatu sistem diubah. Cabang ilmu pengetahuan yang membahas hubungan antara panas dan bentuk-bentuk energi lainnya disebut termodinamika. <br />Perbedaan ilmu perpindahan kalor dengan ilmu termodinamika : <br />a) Dari sudut pandang termodinamika <br />Termodinamika membahas sistem dalam keseimbangan. Ilmu ini dapat digunakan untuk meramalkan energi yang diperlukan untuk merubah sistem dari suatu keadaan seimbang ke keadaan seimbang lain, tetapi tidak meramalkan kecepatan perpindahan itu disebabkan waktu proses perpindahan berlangsung sistem dalam keadaan seimbang. Jumlah panas yang dipindahkan selama proses hanyalah sama dengan beda antara perubahan energi sistem dan kerja yang dilaksanakan. Analisa ini tidak memperhatikan mekanisme aliran panas maupun waktu yang diperlukan untuk memindahkan panas tersebut. <br />17<br />b) Sudut pandang perpindahan panas <br />Ilmu perpindahan kalor melengkapi hukum pertama dan kedua termodinamika, dimana dalam hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan maupun dihilangkan tetapi hanya dapat diubah dalam satu bentuk menjadi bentuk lainnya. Hukum kedua termodinamika yaitu bahwa kalor mengalir ke tempat yang lebih rendah dalam skala suhu. Analisa perpindahan panas secara terperinci diperlukan untuk menaksir biaya, kelayakan, dan besarnya peralatan yang diperlukan unutk memindahkan sejumlah panas tertentu dalam waktu yang ditentukan.<br />DAFTAR PUSTAKA<br /><ul><li>Thamrin BA, Drs. Abdul Jamal, 2003, “Rahasia Penerapan Rumus-Rumus Fisika SMU”, CV. Gitamedia Press.
  17. 17. “Panduan belajar 12 SMA IPA”, 2008, Primagama.
  18. 18. http://www.scribd.com/doc/52832905/hukum-i-dan-ii-termodinamika-docx
  19. 19. http://eprints.ums.ac.id/581/1/3._NurAklis,_Studi_Heat_Losses_pada_Isobaric_Zone_Reactor_Hyl_III.pdf
  20. 20. http://id.wikipedia.org/wiki/Termodinamika</li></ul>18<br />

×