Your SlideShare is downloading. ×
Bab 5 hukum termodinamika kedua(2)
Bab 5 hukum termodinamika kedua(2)
Bab 5 hukum termodinamika kedua(2)
Bab 5 hukum termodinamika kedua(2)
Bab 5 hukum termodinamika kedua(2)
Bab 5 hukum termodinamika kedua(2)
Bab 5 hukum termodinamika kedua(2)
Bab 5 hukum termodinamika kedua(2)
Bab 5 hukum termodinamika kedua(2)
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×
Saving this for later? Get the SlideShare app to save on your phone or tablet. Read anywhere, anytime – even offline.
Text the download link to your phone
Standard text messaging rates apply

Bab 5 hukum termodinamika kedua(2)

4,932

Published on

1 Comment
1 Like
Statistics
Notes
No Downloads
Views
Total Views
4,932
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
184
Comments
1
Likes
1
Embeds 0
No embeds

Report content
Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
No notes for slide

Transcript

  • 1. Bab 5: Hk Termo II Dr. Ir. T. A. Fauzi Soelaiman hal.: 5.1 BAB 5. HUKUM TERMODINAMIKA KEDUAYang akan dipelajari: Hukum Termodinamika 2, dan Korolari (Dampak Wajar)Hukum Termo 2.ARAH PROSESBeberapa proses yang terjadi secara spontan:a. Balok dari temperatur tinggi ke temperatur sekeliling. U sistem turun, U sekeliling naik. Sebaliknya tidak akan pernah terjadi secara spontan walau Hk I terpenuhi.b. Tangki dilepas dari tekanan tinggi ke tekanan sekeliling ketika katup dibuka.c. Benda dilepaskan akan jatuh ke bawah. PE ⇒ KE ⇒ U naik ⇒ U kesetimbanganSeluruh proses di atas tidak dapat dibalikkan secara spontan walau Hk Termo Idipenuhi. Pada ketiga kasus di atas dapat dibuat agar kerja dapat diperoleh selamaproses berlangsung. Perlu dianalisis:• Berapa maksimum kerja secara teoritik yang dapat diperoleh?• Faktor apa saja yang diperlukan agar kerja maksimum tercapai?
  • 2. Bab 5: Hk Termo II Dr. Ir. T. A. Fauzi Soelaiman hal.: 5.2Hukum Termodinamika I tidak dapat:1. Memperkirakan apakah suatu proses dapat terjadi atau tidak.2. Menyatakan ke mana proses akan berlangsung.Hukum Termodinamika 2 dapat digunakan untuk:1. Memperkirakan arah proses.2. Menentukan kondisi kesetimbangan.3. Menentukan prestasi teoritik maksimum siklus.4. Menentukan faktor yang menyatakan maksimum prestasi.5. Menentukan skala temperatur independen terhadap sifat termometrik zat.6. Menyatakan sifat u dan h dari sifat-sifat yang dapat diukur dari eksperimen7. dll. (ekonomi, politik, philosophi, dll.)PERNYATAAN HUKUM TERMODINAMIKA 2:Tidak ada satu pernyataan untuk Hukum Termo 2. Dasarnya adalah kenyataaneksperimental.1. PERNYATAAN CLAUSIUS: Tidak mungkin suatu sistem apapun bekerja sedemikian rupa sehingga hasil satu-satunya adalah perpindahan energi sebagai panas dari sistem yang lebih dingin ke sistem yang lebih panas. (Sistem refrigerasi/pompa panas? Mungkin bila Win ada)2. PERNYATAAN KELVIN-PLANCK: Tidak mungkin suatu sistem beroperasi dalam siklus termodinamika dan memberikan sejumlah netto kerja ke sekeliling sambil menerima energi panas dari satu reservoir termal. (Bila bukan siklus bisa: sistem torak dan silinder) Secara analitik: Untuk satu reservoir: Wsiklus ≤ 0 (dan Qsiklus ≤ 0).PERSAMAAN PERNYATAAN CLAUSIUS DAN KELVIN PLANCKPernyataan sama bila pelanggaran suatu pernyataan menyebabkan pelanggaranterhadap pernyataan lainnya.Bukti pelanggaran Pernyatakan Clausius melanggar Pernyataan Kelvin Planck: A: Qc dari dingin ke panas, melanggar Clausius B B: Sebuah siklus: tidak melanggar A C: Siklus dengan satu reservoir: melanggar Kelvin Planck C Jadi, kedua pernyataan di atas sama.
  • 3. Bab 5: Hk Termo II Dr. Ir. T. A. Fauzi Soelaiman hal.: 5.3 Sebaliknya: Soal no. 5.3.MENGIDENTIFIKASI KETAKTERBALIKKAN (IRREVERSIBILITIES)Hukum Termo 2 dapat digunakan untuk menentukan prestasi teoritik terbaik darisistem. Dengan membandingkannya terhadap prestasi sebenarnya, maka potensiperbaikan dapat diidentifikasi dengan menentukan ketakterbalikan sistem.• PROSES TAK TERBALIKKAN:Suatu proses dimana sistem dan seluruh sekeliling tidak dapat kembali ketingkat keadaan awal. (Sistem mungkin dapat kembali ke t.k. awal, tapisekeliling tidak). Semua proses nyata adalah proses tak terbalikkan.Ketakterbalikkan: - dalam (dalam sistem) - luar (dalam sekeliling yang terdekat)Ketakterbalikkan dapat didemonstrasikan dengan Pernyataan Kelvin Planck(lihat Gambar 5.3):a. Asumsi ada cara untuk sistem dan sekeliling kembali ke t.k. awal.b. Perhatikan bahwa akibat asumsi ini mungkin diperoleh siklus yang menyebabkan adanya kerja dari satu sistem reservoir termal.c. Karena siklus ini tidak mungkin ada, maka asumsi a adalah salah dan sistem tidak mungkin kembali ke t.k. awal.• PROSES TERBALIKKAN: • Suatu proses dimana sistem dan sekeliling dapat kembali ke t.k. awal (suatu hipotesa). • Proses terbalikkan sebenarnya tidak ada, hanya merupakan proses ideal. Proses ideal diperlukan sehingga kita dapat membandingkan proses yang sebenarnya dengan proses idealnya. • Proses terbalikkan dalam: bila tidak terjadi ketidakterbalikkan dalam sistem, semua sifat intensif seragam dalam sistem setiap saat, proses tidak boleh terjadi secara spontan, proses quasi-equilibrium: kesetimbangan semu. Di luar sistem (di sekeliling) mungkin terjadi ketakterbalikkan.
  • 4. Bab 5: Hk Termo II Dr. Ir. T. A. Fauzi Soelaiman hal.: 5.4APLIKASI HUKUM TERMO 2 PADA SIKLUS TERMODINAMIKAINTEPRETASI PERNYATAAN KELVIN PLANCK Kelvin Planck: untuk satu reservoir: Wsiklus ≤ 0. Untuk siklus terbalikkan: Wsiklus = 0 = Qsiklus (Hk. Termo 1) Untuk siklus takterbalikkan: Wsiklus < 0 bisa! (W masuk bisa!) Qsiklus < 0 bisa! (Q keluar bisa!)• SIKLUS DAYA DENGAN DUA RESERVOIR TERMAL: W siklus Q H − QC Q Efisiensi termal: η = = = 1− C QH QH QH Bila Qc = 0, η = 100% (tidak mungkin oleh Kelvin Planck). Jadi efisiensi harus lebih kecil dari 100%. (Kesimpulan ini tidak memerlukan data bahan sistem, proses dalam siklus, atau proses merupakan ideal atau sebenarnya)Korolari (Dampak Wajar) Carnot:Korolari 1: Efisiensi termal dari siklus daya tak terbalikkan selalu lebih rendah dari efisiensi termal siklus daya terbalikkan bila keduanya beroperasi dengan dua reservoir termal yang sama.Korolari 2: Semua siklus daya terbalikkan antara dua reservoir termal yang sama akan memberikan efisiensi termal yang sama.Bukti Korolari 1: R: siklus reversible, I: siklus irreversible A: siklus ada 2: R dan I B: Ganti arah energi di R (menjadi refrigerasi) Semua sama kecuali arah QH, QC dan WR C: Tinjau R + I dan Reservoir Panas Bila ini harus jalan, W siklus < 0, atau: WI – WR < 0
  • 5. Bab 5: Hk Termo II Dr. Ir. T. A. Fauzi Soelaiman hal.: 5.5Bagi dengan QH: WI/QH – WR/QH < 0Atau: ηI < ηR .... terbuktiBukti Korolari 2: A: Siklus: 2 R: R1 dan R2 B: Balik arah-arah di R1 C: Tinjau sistem: R1 + R2 + Reservoir Panas WR1 W siklus = 0 (terbalikkan) R1 R2 WR2 Atau: WR2 – WR1 = 0 Bagi dengan QH: WR2/QH – WR1/QH = 0 Atau: ηR1 = ηR2 .... terbukti• SIKLUS PENDINGIN DAN PENUKAR PANAS DENGAN DUA RESERVOIR TERMAL Hukum Termo 2 membatasi prestasi siklus daya dan siklus pendingin dan pompa panas sbg.: QC QC COP pendingin: β= = W siklus Q H − QC QH QH γ = =COP−pompa panas: W siklus Q H QCBila W mendekati nol (menentang pernyataan Clausius), COP di atas mendekatiinfiniti (tidak mungkin diperoleh, dibatasi).Korolari Siklus Pendingin Dan Pompa Panas:(bandingkan dengan untuk siklus daya Carnot di atas)Korolari 1: COP dari siklus pendingin/pompa panas tak terbalikkan selalu lebih kecil dari COP siklus pendingin/pompa panas terbalikkan bila keduanya bekerja pada dua reservoir termal yang sama.Korolari 2: Semua siklus pendingin/pompa panas terbalikkan bekerja pada temperatur yang sama akan memberikan COP yang sama pula. Bukti Korolari 1: A: Siklus: R dan I dengan Qc yang sama.
  • 6. Bab 5: Hk Termo II Dr. Ir. T. A. Fauzi Soelaiman hal.: 5.6B: Balik arah-arah di R.C: Tinjau sistem: R + I + Reservoir Dingin W siklus < 0 (takterbalikkan) Atau: WR – WI < 0 Bagi dengan Qc: WR/Qc – W1/Qc < 0. Atau: βR > βI .... terbuktiBukti Korolari 2: Silahkan coba sendiri. Begitu pula yang untuk Pompa Panas.
  • 7. Bab 5: Hk Termo II Dr. Ir. T. A. Fauzi Soelaiman hal.: 5.7SKALA TEMPERATUR KELVINKorolari Carnot kedua menyatakan efisiensi semua siklus daya terbalikkan dengandua reservoir termal adalah sama tanpa melihat bahan dan lain-lain. Oleh karenaitu, efisiensi bergantung pada sifat reservoir termal, yaitu temperatur.Untuk siklus yang berkerja pada dua reservoir termal bertemperatur: θH dan θCmaka: Q η = η (θ C , θ H ) = 1 − c QHAtau:  QC  T  Q   siklus = 1 − η (θ C ,θ H ) = ϕ (θ C ,θ H ) = C (dipilih)  H  terbalikkan THPersamaan ini menyatakan skala temperatur termodinamika yang tidak tergantungoleh bahan, yang disebut juga Skala Kelvin.Bila diambil TH = 273,16 K sebagai titik triple air, maka: T = 273, 16 (Q/Qtp)siklus terbalikkanSkala Temperatur Internasional: The International Temperature Scale of 1990(ITS-90): dibuat berdasarkan titik-titik yang dapat diduplikasi di mana saja – LihatTabel 5.1)PRESTASI MAKSIMUM UNTUK SIKLUS DENGAN DUA RESERVOIR• Siklus Daya: η = 1- QC/QHBerdasarkan Skala Kelvin: untuk sebuah siklus reversible (efisiensi maksimum): ηmaks = 1- TC/TH Skala yang harus digunakan adalah skala absolut Kelvin, efisiensi naik bila TH naik dan TC turun. TC umumnya digunakan sebagai T sekeliling = 298 K.Dengan cara yang sama, berdasarkan Skala Kelvin:• Siklus Pendingin: βmaks = TC / (TH – TC)• Siklus Pompa Panas: γmaks = TH / (TH – TC)
  • 8. Bab 5: Hk Termo II Dr. Ir. T. A. Fauzi Soelaiman hal.: 5.8SIKLUS CARNOTContoh siklus terbalikkan yang bekerja pada dua reservoir termal:• Siklus Daya Carnot:(Contoh lain: Siklus Erricson dan Siklus Stirling)Asumsi semua proses terbalikkan:Pada Massa Atur: Proses Siklus Daya Carnot (Massa Atur): 1-2: kompresi adiabatik 2-3: ekspansi isotermal 3-4: ekspansi adiabatik 4-1: kompresi isotermalPada Volume Atur:Diagram p-v (luas dalam kurva: kerja yang dihasilkan per satuan massa):Satu fasa: Dua fasa (Volume Atur): 2 3 3 2 1 4 1 4Kebalikkannya adalah:• Siklus Refrigerasi Carnot: Proses Siklus Pendingin Carnot: 1-2: ekspansi isotermal 2-3: kompresi adiabatik 3-4: kompresi isotermal 4-1: ekspansi adiabatik Luas dalam kurva: kerja yang diperlukan siklus per massa.
  • 9. Bab 5: Hk Termo II Dr. Ir. T. A. Fauzi Soelaiman hal.: 5.9• KETIDAKSAMAAN CLAUSIUS Merupakan korolari dari Hk Termo 2. Berlaku untuk siklus manapun tanpa memperhatikan badan yang menerima atau memberikan kalor.  δQ  ∫  T b ≤ 0  dimana: δQ: perpindahan kalor pada batas sistem T : temperatur absolut bagian batas tersebut b : integral pada batas sistem yang merupakan siklus ∫ : integrasi pada seluruh bagian batas selama siklus berlangsung• Bukti: Dari definisi Skala Kelvin, untuk siklus: δ Q Tres δ Q  δ Q  = atau =  δ Qb Tb Tres  T  b Kesetimbangan energi di sistem kombinasi: dEC = δ Q −δ WC dimana δ WC = δ W +δ W δQ  δ WC = Tres   − dEC  T b δQ  δQ  WC = ∫ Tres   − ∫ dEC =Tres ∫    T b  T bDari Kelvin-Plank: bila sistem kombinasi harus dapat berjalan, maka Wc ≤ 0. Jadi:  δQ  ∫ T   ≤0 b Terbukti!Atau dapat ditulis pula:  δQ  ∫  T  b = −σ siklus   dimana: σsiklus adalah “kekuatan” ketakterbalikkan siklus (nanti akan didefinisikan sebagai produksi entropi) σsiklus = 0 bila terbalikkan σsiklus > 0 bila tak terbalikkan σsiklus < 0 tidak mungkin terjadi

×