Materi Termodinamika Kelas XI K13 Mencakup 3 Sub Pokok Bahasan, yaitu : 1. Cakupan Termodinamika 2. Proses Termodinamika 3. Hukum Termodinamika

1. Sumber: pixabay.com/en/japan-train-railroad-railway-steam-82123/
BAB 7
TERMODINAMIKA
Mempelajari
A. Cakupan Termodinamika
B. Proses Termodinamika
C. Hukum Termodinamika

2. A. TERMODINAMIKA DAN CAKUPANNYA
Termodinamika merupakan Cabang Ilmu Fisika yang mempelajari pemanfaatan
Energi dalam bentuk Panas (Kalor) dan Mekanik (Usaha) terutama pada benda gas.
Contoh peristiwa dalam kehidupan sehari-hari :
- Berbagai mesin kendaraan bermotor dan mesin pendingin
- Adaptasi makhluk hidup terhadap musim
Cakupan Termodinamika terdiri dari Sistem dan Lingkungan
Sistem didefinisikan sebagai sejumlah zat dalam
suatu wadah, yang menjadi pusat perhatian kita
untuk dianalisis.
Lingkungan merupakan segala sesuatu diluar
sistem.
Sistem dipisahkan dari lingkungan oleh suatu
batas sistem.

3. B. PROSES TERMODINAMIKA
Proses Termodinamika merupakan peristiwa perubahan keadaan benda dari
keadaan awal ke ke adaan akhir, contoh : Ketika air direbus sampai mendidih, air
mampu mengangkat tutup panci.
Proses Termodinamika terdiri dari Proses, Isobarik, isokhorik, Isotermik, dan
Adiabatik.
- Proses Isobarik adalah proses perubahan kedaan benda (gas) pada tekanan tetap.
- Proses Isokhorik adalah proses perubahan kedaan benda (gas) pada volum tetap.
- Proses Isotermik adalah proses perubahan kedaan benda (gas) pada suhu tetap
- Proses Adiabatik adalah proses perubahan kedaan benda (gas) saat tidak ada
aliran kalor yang masuk ke dalam atau keluar system.

4. Hukum Kekekalan Energi menyatakan bahwa: "energi tidak dapat diciptakan dan
dimusnahkan tetapi dapat dikonversi/ diubah dari suatu bentuk ke bentuk yang lain.“
∆𝑈 = 𝑄 − 𝑊
∆𝑼 = 𝑷𝒆𝒓𝒖𝒃𝒂𝒉𝒂𝒏 𝑬𝒏𝒆𝒓𝒈𝒊 𝑫𝒂𝒍𝒂𝒎
𝑸 = Energi Panas (kalor)
W = Usaha
C. HUKUM SATU TERMODINAMIKA
Hukum I Termodinamika menyatakan bahwa “Untuk setiap proses termodinamika
apabila Kalor (Q) diberikan pada system dan system melakukan Usaha (W), maka
akan terjadi perubahan energi dalam (∆𝑈).
Pernyataan ini ditulis dalam bentuk persamaan :
∆𝑈 = (+) Jika sistem 𝑚𝑒𝑛𝑔𝑎𝑙𝑎𝑚𝑖 𝑘𝑒𝑛𝑎𝑖𝑘𝑎𝑛 𝑠𝑢ℎ𝑢
∆𝑈 = (−) Jika sistem 𝑚𝑒𝑛𝑔𝑎𝑙𝑎𝑚𝑖 𝑘𝑒𝑛𝑎𝑖𝑘𝑎𝑛 𝑠𝑢ℎ𝑢
𝑄 = (+) Jika sistem mendapat kalor dari lingkungan
𝑄 = (-) Jika sistem melepas kalor ke lingkungan
W = (+) Jika sistem melakukan usaha
W = (-) Jika usaha dilakukan pada sistem

5. Persamaan keadaan isobarik
Usaha isobarik
a. Proses Isobarik
Proses isobarik adalah proses perubahan keadaan gas pada tekanan tetap.
∆𝑈 = 𝑄 − 𝑊
Energi dalam
Proses-proses Hukum I Termodinamika Gas

6. CONTOH SOAL
1. Suatu 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)
Pembahasan
Diketahui :
V2 = 4,5 m3
V1 = 2,0 m3
P = 2 atm = 2,02 x 105 Pa
Ditanya : W = …?, Isobaris → Tekanan Tetap
Jawab :
W = P (ΔV)
W = P(V2 − V1)
W = 2,02 x 105 (4,5 − 2,0) = 5,05 x 105 joule

7. • Persamaan keadaan isokhorik
Proses isokhorik adalah proses perubahan keadaan gas pada volume tetap.
• Usaha isokhorik
∆𝑉 = 𝑉2 − 𝑉1 = 0
karena 𝑉2 = 𝑉1
Sehingga
W = 0
• Energi dalam
∆𝑈 = 𝑄
𝑃1
𝑇1
=
𝑃2
𝑇2
b. Proses Isokhorik

8. • Persamaan keadaan isotermal:
𝑃1𝑉1 = 𝑃2𝑉1
Proses isotermal adalah proses perubahan keadaan gas pada suhu tetap.
c. Proses Isotermik

9. • Usaha isotermal: • Energi dalam
∆𝑇 = 𝑇2 − 𝑇1 = 0
karena 𝑇2 = 𝑇1
Sehingga
∆𝑈 = 0

10. • Persamaan keadaan adiabatik
Proses adiabatik adalah proses perubahan gas di mana tidak ada
aliran kalor yang masuk ke dalam sistem atau keluar dari sistem.
(Pada proses adiabatik Q = 0).
d. Proses Adiabatik

11. 1. Formulasi Usaha
𝑊 = 𝐹𝑠
𝑊 = 𝑃𝐴∆𝑠
∆𝑉=𝐴∆𝑠
𝑊 = 𝑃∆𝑉
𝑊 = 𝑃(𝑉2 − 𝑉1)
Isobarik
𝑊 = 𝑃 𝑉2 − 𝑉1
𝑉2 = 𝑉1
𝑊 = 0
Isokhorik Isotermik Adiabatik
𝑄 = 0
𝑊 = −∆𝑈
𝑊 = −𝑛𝑅∆𝑇
Catatan : semua formula digunakan untuk gas monoatomik
Usaha dalam proses siklus
Usaha yang dilakukan oleh (atau pada) sistem gas yang menjalani suatu
proses siklus sama dengan luas daerah yang dimuat oleh siklus tersebut.
Formulasi Usaha, Kalor, dan Energi Dalam

12. 2. Formulasi Kalor
𝑄 = 𝐶𝑝∆𝑇
𝑄 = ∆𝑈 + 𝑊
𝑄 =
3
2
𝑛𝑅∆𝑇 + 𝑝∆𝑉
𝑃 =
𝑛𝑅∆𝑇
∆𝑉
𝑄 =
3
2
𝑛𝑅∆𝑇 + 𝑛𝑅∆𝑇
𝑄 =
5
2
𝑛𝑅∆𝑇
Isobarik
𝑄 = 𝐶𝑣∆𝑇
𝑄 = ∆𝑈
𝑄 =
3
2
𝑛𝑅∆𝑇
𝑄 =
3
2
𝑁𝑘∆𝑇
Isokhorik
𝑄 = 𝑊
𝑄 = 𝑝∆𝑉
𝑄 = 𝑛𝑅𝑇𝑙𝑛(𝑉2 − 𝑉1)
Isotermik
𝑄 = 0
Adiabatik

13. 𝑈 =
3
2
𝑛𝑅𝑇 =
3
2
𝑁𝑘𝑇 ∆𝑈 = 𝑈2 − 𝑈1
Catatan : semua formula digunakan untuk gas monoatomik
3. Formulasi Perubahan Energi dalam
∆𝑈 =
3
2
𝑛𝑅∆𝑇
Isobarik
∆𝑈 = 𝑄
∆𝑈 =
3
2
𝑛𝑅∆𝑇
Isokhorik
∆𝑈 = 0
Isotermik
∆𝑈 = −𝑊
∆𝑈 =
3
2
𝑛𝑅∆𝑇
Adiabatik

14. Catatan : semua formula digunakan untuk gas monoatomik
Tabel Formula Termodinamika

15. Tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam
suatu siklus yang semata-mata mengubah energi panas yang diperoleh
dari suatu sumber pada suhu tertentu seluruhnya menjadi usaha mekanik.
Tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam
suatu siklus yang semata-mata memindahkan energi panas dari suatu
benda dingin ke benda panas.
Formulasi Kelvin-Planck
Formulasi Clausius
D. HUKUM KEDUA TERMODINAMIKA
Hukum II Termodinamika menyatakan bahwa “Kalor mengalir secara spontan dari
benda panas ke benda dingin tetapi tidak sebaliknya, kecuali pada kedua benda
dilakukan pemaksaan usaha luar” Penerapan HK.II Termodinamika : mesin kendaraan
(Mesin Kalor), mesin pendingin (AC)

16. Mesin Kalor
Kalor yang digunakan mesin adalah:
Efisiensi termal sebuah mesin
kalor adalah nilai perbandingan
antara usaha yang dilakukan
dan kalor yang diserap dari
sumber suhu tinggi selama satu
siklus.
Definisi efisiensi mesin kalor

17. Proses Kerja Mesin Carnot
Efisiensi mesin carnot

18. Sebuah siklus termodinamika terjadi ketika suatu sistem mengalami
rangkaian keadaan-keadaan yang berbeda, dan akhirnya kembali ke
keadaan semula. Dalam proses melalui siklus ini, sistem tersebut
dapat melakukan usaha terhadap lingkungannya, sehingga terkadang
disebut mesin kalor. Sebuah mesin nyata (real) yang beroperasi
dalam suatu siklus pada temperatur tertentu tidak mungkin melebihi
efisiensi mesin Carnot.
Siklus Carnot

19. Siklus Carnot

20. • Efisiensi mesin carnot

21. CONTOH SOAL
2. Mesin Carnot dengan efisiensi 100 % 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...
Pembahasan
η = ( 1 −
𝑇2
𝑇1
) x 100 %
100 % = ( 1 −
400
600
) 100 % =
1
3
η = (
𝑊
𝑄1
)
1
3
=
𝑊
𝑄1
W = 200 J

22. Mesin Pendingin
Q1 = Q2 + W Definisi koefisien
performansi
Koefisien performansi
mesin pendingin Carnot

23. Entropi adalah salah satu besaran termodinamika yang mengukur
energi dalam sistem per satuan temperatur yang tak dapat
digunakan untuk melakukan usaha.
∆S = S2 – S1 =
𝑸
𝑻
∆S= perubahan entropi (J/K)
S1 = entropi mula-mula (J/K)
S2 = entropi akhir (J/K)
Entropi