Dokumen ini memberikan ringkasan tentang konsep-konsep termodinamik seperti hukum termodinamik, kitaran Carnot, sistem penyejukan, dan kitaran kuasa stim."

1. NURUL AMIRAH BINTI NAIDIN
PISMP SAINS (SK) AMBILAN JUN 2015.
MEKANIK DAN TERMODINAMIK

2. Termodinamik
 Termodinamik dalam bahasa Greek adalah thermos bermaksud "haba" dan dynamis
bermaksud "kuasa".
 Kajian ini dibuat melalui analisis statistik terhadap gerakan kolektif zarah-zarahnya.
 Secara amnya, haba bermaksud tenaga dalam peralihan dan dinamik adalah berkaitan dengan
pergerakan
 Termodinamik sebenarnya mengkaji pergerakan tenaga dan bagaimana tenaga
tersebut menyebabkan pergerakan.
 Dari segi sejarah, termodinamik berkembang daripada keperluan untuk meningkatkan
kecekapan enjin-enjin stim yang awal.

3. Hukum Termodinamik
1. Hukum kosong termodinamk : Jika dua jasad yang setiap satunya berada dalam keadaan keseimbangan
haba dengan jasad yang ketiga, maka suhu untuk setiap jasad ini adalah dalam keadaan
keseimbangan. Dalam erti kata lain, jika suhu A sama dengan suhu C dan suhu B juga sama dengan suhu C,
maka suhu A adalah sama dengan suhu B.
2. Hukum pertama termodinamik : Jumlah tenaga dalam satu sistem tertutup adalah malar. Hukum ini
menepati prinsip keabadian tenaga yang menerangkan bahawa tenaga tidak boleh dicipta atau dimusnahkan.
3. Hukum kedua termodinamik : Tidak semua tenaga haba boleh ditukar kepada bentuk tenaga yang
lain. Hukum ini memperkenalkan unit termodinamik yang baru iaitu entropi dan menyatakan bahawa entropi
dalam alam semesta sentiasa meningkat. Terdapat dua kenyataan penting dalam hukum kedua termodinamik,
iaitu kenyataan Clausius dan kenyataan Kelvin.
4. Hukum ketiga termodinamik : Entropi sistem mencapai nilai constant apabila suhu mencecah suhu sifar
mutlak (−273.15°C, 0 K.). Suhu sifar mutlak adalah mustahil untuk dicapai. Hal ini juga menjelaskan bahawa
entropi suatu sistem pda suhu sifar mutlak ialah sifar dan ini tidak mungkin berlaku.

4. Hukum Termodinamik Kedua
 Tenaga haba dihasilkan daripada tenaga elektrik.
 Suatu cecair akan mengewap apabila tekanan wap gas yang
berasal dari cecair adalah sama dengan tekanan dari cecair
ke sekitar (Pwap = Pcair).
 Jadi, titik didih suatu cecair sebenarnya boleh dimanipulasi
dengan meningkatkan tekanan di luar cecair (tekanan
luaran).
 Pada periuk nasi biasa, air akan dididihkan dengan tekanan
luaran biasa, iaitu 101 kPa, dan mendidih pada takat didih
biasa, iaitu 100 ° C (373 K).
Periuk Nasi

5.  Sementara, pada periuk nasi yang memanipulasi tekanan (pressure cooker
atau electric pressure cooker), jika tutup lubang wap tersebut dibuka, maka
pressure cooker akan bekerja seperti periuk nasi biasa, kerana tekanan
eksternalnya sama dengan tekanan udara luar.
 Namun, jika tutup lubang wap tersebut (biasanya berupa injap) ditutup, akan
ada perubahan pada tekanan udara di ruang dalam pressure cooker dan titik
didih cecair akan berubah.
 Ketika penutupnya ditutup, keadaan sistem berubah kerana wap airnya
hanya boleh berada di dalam bilik pressure cooker.
 Kerana ada tambahan mass (tutup injap), tekanan semakin tinggi dan titik
keseimbangan antara fasa (dalam hal ini, antara fasa cecair dan fasa wap)
berubah ke suhu yang lebih tinggi, dan terbentuklah titik didih baru. Mass
tutup injap menentukan tekanan di dalam ruang pressure cooker, kerana
lubang injap akan membiarkan wap air keluar ketika tekanannya telah
mencapai titik tertentu.
 Kelebihan tekanan akan dikurangkan dengan melepaskan sedikit wap
melalui injap
electric pressure cooker

6.  Sistem penyejukan berfungsi berdasarkan sifat fizik gas/udara. Mengikut Hukum Gay-
Lussac, sekiranya tekanan gas meningkat, suhu gas tersebut juga turut meningkat.
Begitu juga sebaliknya, sekiranya tekanan gas rendah, suhu udara turut menjadi rendah.
 Walau bagaimanapun, untuk digunakan dalam sistem penyejukan, suhu gas patut
berada pada suhu negatif apabila gas berada pada tekanan rendah atau tekanan vakum.
Oleh itu, gas yang dipanggil refrigerant dicipta untuk digunakan dalam sistem
penyejukan. Suhu refrigerant ini sangat sensitif kepada tekanan. Sekiranya refrigerant
berada dalam tekenan rendah atau tekanan vakum, suhu refrigerant akan menurun
sehingga ke nilai negatif.
Sistem penyejukan

7. PETI
SEJUK
Peti sejuk dikekalkan pada suhu yang rendah dengan menyingkirkan haba
daripadanya dan mengeluarkan ke atmosfera yang mempuyai suhu yang lebih
tinggi. Hal ini tidak berlaku secara automatic , ia memerlukan penyaluran elektrik
untuk menggerakkan pemampat pada peti sejuk.

8. Penghawa
dingin.
Cara kerja sistem penyejukan pula adalah seperti berikut:
 Sebaik sahaja pemampat dihidupkan, ia akan menarik menyedut refrigerant dari
gelung penyejat dan memampatkannya ke gelung pemeluwap.
 Suhu gelung penyejat akan menjadi sejuk manakala gelung pemeluwap pula akan
menjadi panas
 Kipas pada gelung penyejat menarik udara luar ke gelung dan udara sejuk terhasil.
 Kipas pada gelung pemeluwap menarik udara luar ke mengurangkan
suhu refrigerant dalam gelung.
 Refrigerant bertekanan tinggi yang keluar dari gelung pemeluwap akan bertukar
menjadi refrigerant bertekanan rendah.
 Apabila suhu bilik telah cukup sejuk, thermostat akan mematikan pemampat.
 Apabila suhu bilik naik melebihi tahap sejuk yang dikehendaki, thermostat akan
menghidupkan pemampat semula.

9.  Kitaran mesin panas yang paling efisien adalah kitaran
Carnot, terdiri dari dua proses isotermal dan dua proses
adiabatik.
 Kitara carnot yang sebenar adalah sepadan dengan haba
enjin dimana kerja dilakukan.
 Dalam kitaran ini, haba diserap daripada takungan suhu
yang tinggi dan dibebaskan ke takungan suhu yang lebih
rendah kemudia kerja akan dilakukan.
 Dalam kitaran carnot balikan , kerja disalurkan kepada
kitaran dan haba dipindahkan daripada takungan suhu
yang rendah kepada takungan suhu yang tinggi.
 Ini adalah seperti yang dikatakan di dalam hukum
termodinamik kedua.
Carnot cycle

10.  Proses pemanasan air terjadi apabila proses pemanasan air masuk kedalam tabung pemanas.
 Tabung pemanas merupakan tabung yang diperbuat daripada logam yang disekitar tabung tersebut dikelilingi oleh elemen
pemanas, sehingga ketika air mengalir dari tampungan menuju tiub pemanas, sensor suhu yang ada pada tabung pemanas akan
mencetuskan elemen pemanas untuk bekerja, suhu tinggi yang dihasilkan elemen pemanas diserap oleh air yang suhunya lebih
rendah.
 Setelah suhu air dalam tiub pemanas tinggi, maksimum sensor suhu yang ada pada tabung pemanas akan memutuskan arus
elektrik pada elemen pemanas, pada saat elemen pemanas menyala lampu penunjuk pemanasan menyala dan pada saat elemen
pemanas mati lampu penunjuk pemanas mati.
 Pada tiub dispenser dipasang Heater / pemanas serta sensor suhu atau thermostat yang berfungsi untuk mengehadkan kerja
heater agar tidak bekerja terus-menerus yang akan menyebabkan suhu air dalam tiub dispenser berlebihan, kerana apabila heater
berkerja berlebih, heater akan panas dan bahkan heater tersebut akan berlaku kerosakan didalamnya. Untuk mengurangkan
berlakunya risiko tersebut, di heater dipasang thermostat yang berguna untuk mengatur suhu.
 Apabila suhu air yang dipanaskan oleh heater mencapai suhu tertentu sehingga melebihi suhu kerja sensor / termostat ,maka
sensor akan bekerja dan memutuskan arus yang mengalir ke heater, dengan demikian heater akan berhenti bekerja sehingga suhu
air tetap dijaga sesuai dengan keperluan, boleh dilihat di lampu penunjuk dari warna merah akan bertukar warna hijau.
 Heater akan bekerja kembali manakala suhu air pada tabung menurun sehingga suhu berada dibawah suhu kerja sensor, sensor
dipasang seri dengan heater, dengan demikian fungsi dari sensor ini mirip seperti suis, hanya saja berfungsi secara automatik
berdasarkan perubahan suhu.
Water Dispenser

11. Kitaran Rankie |
Steam Power
Cycle
 loji kuasa menjana kuasa elektrik dengan menggunakan bahan api seperti
arang batu, minyak atau gas asli.
 Sebuah loji kuasa mudah terdiri daripada boiler, turbin, kondenser
(pemeluwap) dan pam.
 Bahan api, dibakar dalam boiler dan superheater, memanaskan air untuk
menghasilkan stim.
 stim kemudian dipanaskan kepada keadaan panas lampau(superheated
state) di superheated itu.
 wap ini digunakan untuk memutarkan turbin yang menjana kuasa.
 Tenaga elektrik dijana apabila belitan penjana berputar dalam medan
magnet yang kuat.
 Selepas stim meninggalkan turbin ia disejukkan kepada keadaan cecair di
dalam kondenser (pemeluwap).
 cecair diberi tekanan oleh pam sebelum kembali ke boiler(dandang).
 Sebuah loji kuasa mudah digambarkan oleh Kitaran Rankine.

12. Steam Power Cycle
 Di dalam wap kitaran kuasa, haba yang diperolehi
daripada pembakaran bahan hadi di dalam relau
digunakan untuk memindahkan air kepada suhu yang
tinggi dan wap tekanan yang tinggi. Dimana apabila
melalui bilah turbin menghasilkan kerja aci (shaft work)
dengan wap (tekanan rendah , suhu rendah) keluar
meninggalkan turbin.
 Wap (Suhu rendah, tekanan rendah ) kemudian
digunakan untuk menyingkirkan haba didalam
condenser sebelum ia dipam semula ke dalam pendidih
untuk kitaran operasi yang lain.

13. Hukum Termodinamik Ketiga
 Hukum Termodinamik ketiga menyatakan bahawa entropi sistem mencapai nilai
constant apabila suhu mencecah suhu sifar mutlak (−273.15°C, 0 K.)
 Keupayaan untuk mewujudkan skala suhu mutlak, dimana suhu sifar mutlak adalah
titik dimana tenaga dalam sesuatu pepejal adalah sifar.
 Ciri-ciri:
 Mustahil untuk bagi mana-mana system mengurang kepada suhu sifar mutlak dalam siri
terhinga operasi.
 Entropi Kristal yang sempurna elemen dalam bentuk yang paling stabil cenderung kepada
sifar suhu menghampiri.
 Apabila suhu menghampiri sifar mutlak, entropi system menghampiri malar.