Download to read offline
More Related Content
Similar to Bab 7 Termodinamika.pptx
Bab 7 Termodinamika.pptx
- 1. A. Usaha danBerbagai Proses dalam Termodinamika B. Hukum I Termodinamika C. Hukum II Termodinamika Bab 7 Hukum Termodinamika BUKU SISWA Aktif dan Kreatif Belajar Fisika 2 untuk SMA/MA Kelas XI Peminatan Matematika dan Ilmu-Ilmu Alam
- 2. Jenis sebuah mesinmenggambarkan daur atau siklus proses yang dialami gas bahan bakar pada mesin tersebut. Proses-prosesdalam siklus mesin motor terjadi pada beberapa keadaan berbeda. Pernahkah Anda mendapat informasi mengenai kendaraan bermotor yang memiliki mesin 2 tak atau 4 tak? Diskusikan bersama teman Anda. Tampilkan hasil diskusi Anda di depan kelas.
- 3. A B C Amati denganbaik gambar berikut Tinjau 3 benda (benda A, benda B, dan benda C). Benda A bisa dianggap sebagai termometer Pertanyaan Apakah benda B dan benda C berada dalam keseimbangan termal? Jelaskan menurut hukum ke nol termodinamika.
- 4. A. Usaha danBerbagai Proses dalam Termodinamika Jika suatu sistem yang akan diamati telah dipilih, umumnya langkah selanjutnya ialah memberikan atau menggambarkan sistem tersebut. Pemberian atau penggambaran sistem ini biasanya menggunakan besaran-besaran yang berkaitan dengan kelakuan sistem itu sendiri atau interaksi antara sistem dan lingkungannya. Dalam termodinamika, besaran-besaran yang digunakan untuk memberikan proses pada suatu sistem, di antaranya usaha, kalor, dan energi dalam. 1. Hubungan Usaha dan Kalor Percobaan yang dilakukan oleh James Prescott Joule untuk menentukan kesetaraan antara kalor dan energi. Dari percobaan tersebut, Joule menyimpulkan hubungan antara kalor dan usaha sebagai berikut. a. Kalor merupakan suatu bentuk energi yang dapat berpindah dari lingkungan ke suatu sistem atau sebaliknya karena ada perbedaan suhu antara sistem dan lingkungannya. Tanpa pengaruh luar, kalor akan selalu berpindah dari suhu yang lebih tinggi ke suhu yang lebih rendah. Misalnya, perpindahan kalor saat pendinginan sebuah mesin kendaraan. b. Usaha juga merupakan suatu bentuk perpindahan energi melalui gaya yang dilakukan sistem pada lingkungan atau sebaliknya di mana titik tangkap gaya mengalami perpindahan. Misalnya, usaha pada beban yang bergerak ke bawah.
- 5. (a) Suatu gasdi dalam tabung dapat bergerak bebas atau acak. (b) Usaha yang dilakukan oleh gas sejauh Δs. usaha W yang dilakukan oleh gas adalah Usaha yang dilakukan pada sistem Usaha yang dilakukan oleh sistem
- 6. 2. Proses-Proses yangTerjadi pada Gas a. Proses Isotermal Proses perubahan keadaan suatu gas dalam ruang tertutup dapat dilakukan pada suhu tetap (T = tetap). Proses semacam ini disebut proses isotermal. Dari persamaan gas ideal diperoleh
- 7. b. Proses Isokhorik Gasyang berada dalam ruang tertutup dapat pula mengalami suatu proses pada volume tetap (V = tetap). Proses semacam ini disebut proses isokhorik. Dari persamaan gas ideal diperoleh c. Proses Isobarik Proses isobarik merupakan proses pengubahan keadaan gas yang dilakukan pada tekanan tetap (P = tetap). Dari persamaan gas ideal, diperoleh PV = nRT. Oleh karena P, n, dan R tetap maka
- 8. d. Proses Adiabatik LakukanKegiatan 7,2 halaman 149 untuk lebih memahami tentang proses adiabatik. Gas yang berada dalam ruang tertutup juga dapat mengalami proses adiabatik. Pada proses ini, tidak terjadi pertukaran kalor antara gas dan sekelilingnya atau tidak ada kalor yang dilepaskan ataupun yang diterima oleh gas tersebut. Hal ini dapat dilakukan dengan menyelimuti ruang gas dengan bahan yang tidak mudah menghantarkan kalor. Dinding yang bersifat seperti ini (menghalangi kalor) disebut dinding adiabatik. Sebaliknya, dinding yang dapat dengan mudah dilalui kalor disebut dinding diatermik. Untuk gas ideal, proses adiabatik akan memenuhi persamaan
- 9. 2. Usaha Luarpada Beberapa Proses Gas a. Usaha Luar pada Proses Isobarik Pada tekanan konstan, usaha adalah besarnya tekanan dikalikan dengan perubahan volume. Secara matematis, persamaannya dituliskan sebagai berikut. Untuk perubahan yang kecil, dapat dituliskan persamaan Usaha total yang dilakukan oleh sistem pada lingkungan dapat dicari dengan mengintegrasikan persamaan tersebut b. Usaha Luar pada Proses Isokhorik Pada proses isokhorik, volume gas tetap atau tidak terjadi perubahan volume ( V = 0). Oleh karena usaha didefinisikan sebagai hasil kali tekanan dan perubahan volume maka pada proses isokhorik W = 0. c. Usaha Luar pada Proses Isotermal Kerjakan Uji Kompetensi 7.1 di Buku Siswa Aktif dan Kreatif Belajar Fisika 2 halaman 151.
- 10. B. Hukum ITermodinamika Hukum I Termodinamika menyatakan bahwa: “Jumlah kalor yang ditambahkan pada suatu sistem sama dengan perubahan energi dalam sistem ditambah usaha yang dilakukan oleh sistem”. Artinya, meskipun suatu bentuk energi telah berubah ke dalam bentuk energi lain, jumlah seluruh energi itu selalu tetap. Dalam bentuk persamaan, Hukum I Termodinamika dituliskan sebagai berikut. Lakukan Aktivitas Ilmiah 7.1 halaman 151 untuk lebih memahami tentang Hukum I Termodinamika. Hukum I Termodinamika menjelaskan hubungan antara kalor yang diterima atau yang dilepaskan oleh suatu sistem dan usaha luar yang dilakukan oleh sistem, serta perubahan energi dalam yang ditimbulkannya.
- 11. 1. Hukum ITermodinamika pada Beberapa Proses Ada empat jenis proses dalam termodinamika, yaitu proses isotermal, isokhorik, isobarik, dan adiabatik. a. Proses Isotermal Proses isotermal merupakan proses dalam suatu sistem pada suhu tetap. Untuk gas ideal, besarnya usaha luar oleh sistem pada proses isotermal adalah b. Proses Isokhorik Proses isokhorik dialami oleh sistem tanpa disertai perubahan volume.
- 12. Proses Isobarik Jika padasaat proses terjadi, sistem tidak mengalami perubahan tekanan, proses ini disebut isobarik. Untuk gas ideal, persamaan tersebut dituliskan Proses Adiabatik Lakukan Kegiatan 7.3 halaman 154 untuk lebih memahami tentang proses adiabatik. Jika pada sistem tidak terjadi pertukaran kalor dengan lingkungannya, berarti sistem tersebut mengalami proses adiabatik.
- 13. 2. Kapasitas Kalor Kalorjenis zat (c) didefnisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg zat tersebut sebesar 1°C. Kapasitas kalor zat didefnisikan sebagai banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu zat sebesar 1°C. Kapasitas kalor gas dapat dibedakan menjadi dua, antara lain kapasitas kalor gas pada tekanan tetap CP dan kapasitas kalor gas pada volume tetap CV.
- 14. Dari persamaan HukumI Termodinamika, untuk volume tetap diperoleh, Oleh karena proses isokhorik V = 0 maka W = PV = 0 sehingga untuk proses isokhorik didapatkan persamaan, Adapun untuk tekanan tetap, persamaan Hukum I Termodinamika dituliskan, Nilai CP dan CV dapat diperoleh, Dengan menggunakan persamaan untuk keadaan gas ideal PV = nRT, diperoleh: Gas monoatomik energi dalam gas dapat dituliskan,
- 15. Gas monoatomik energidalam gas dapat dituliskan, Oleh karena untuk volume tetap QV = U maka didapatkan, dengan Untuk gas diatomik diketahui bahwa perubahan energi dalamnya dapat dinyatakan sebagai, Dengan cara yang sama dapat diperoleh, Video Hukum I Termodinamika Kerjakan Uji Kompetensi 7.2 di Buku Siswa Aktif dan Kreatif Belajar Fisika 2 halaman 156.
- 16. Latihan Soal 1. Suatugas pada tekanan konstan 8,1 x 104 Pa dimampatkan dari 9 liter menjadi 2 liter. Dalam proses tersebut gas melepas kalor sebesar 400 joule. Tentukan: a. usaha yang dilakukan oleh gas, b. perubahan energi dalam. 2. Sejumlah 2 mol gas ideal monoatomik suhunya dinaikkan dari 27˚C menjadi 127˚C pada tekanan tetap. Jika konstanta gas umum R = 8,31 J/mol K, tentukanlah: a. perubahan energi dalam, b. usaha yang dilakukan gas, c. kalor yang diperlukan.
- 17. D. Hukum IITermodinamika Hukum II Termodinamika merupakan kesimpulan dari pengamatan yang dilakukan oleh Kelvin–Planck dan Clausius. a. Menurut Kelvin–Planck, tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam suatu siklus, menerima kalor dari satu reservoir, dan mengubah kalor tersebut seluruhnya menjadi usaha. b. Menurut Clausius, tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam suatu siklus, mengambil kalor dari reservoir yang memiliki suhu rendah dan memberikannya pada reservoir yang memiliki suhu tinggi, tanpa memerlukan usaha dari luar. Jadi, menurut Kelvin–Planck, tidak mungkin suatu mesin hanya memiliki sebuah reservoir. Selain itu, tidak mungkin sebuah mesin memiliki efisiensi 100%. Meskipun ada, maka kalor dari lingkungannya akan diubah seluruhnya menjadi usaha.
- 18. Mesin kalor, menurut Kelvin–Planck menurutKelvin–Planck, tidak mungkin suatu mesin hanya memiliki sebuah reservoir. Selain itu, tidak mungkin sebuah mesin memiliki efisiensi 100%. Meskipun ada, maka kalor dari lingkungannya akan diubah seluruhnya menjadi usaha. Mesin pendingin, menurut Clausius menurut Clausius, mesin selalu memerlukan usaha luar supaya dapat memindahkan kalor dari tempat yang bersuhu rendah ke tempat yang bersuhu tinggi. Mesin semacam ini disebut mesin pendingin. Dalam praktiknya, mesin pendingin menggunakan energi listrik sebagai usaha luar untuk memindahkan energi dari sistem yang dingin ke lingkungan yang lebih panas.
- 19. 1. Siklus Termodinamika a.Proses Reversibel dan Tidak Reversibel Proses-proses pada mesin kalor ada yang bersifat reversibel dan ada yang bersifat irreversibel.Proses reversibel merupakan proses yang berlangsung sangat lambat sehingga prosesnya dapat dianggap sebagai rangkaian keadaan setimbang. Seluruh proses ini dapat dikerjakan secara kebalikan tanpa mengubah besar usaha yang dilakukan atau kalor yang dipindahkan. Proses reversibel sempurna tidak dapat ditentukan dalam kenyataan karena proses ini membutuhkan waktu yang sangat lama hampir tak terbatas. Proses ini juga menghendaki tidak adanya gesekan, gangguan aliran udara, serta faktor pengubah kalor dan usaha lainnya. Meskipun pada kenyataannya proses yang dapat ditemukan adalah proses irreversibel, tetapi konsep proses reversibel tetap penting karena proses ini dapat dijadikan pendekatan dalam pembahasan proses secara teori.
- 20. b. Berbagai SiklusTermodinamika Mengubah usaha menjadi kalor dapat dilakukan secara terus-menerus, tetapi mengubah kalor menjadi usaha tidaklah demikian halnya. Haruslah diusahakan agar gas dapat kembali ke keadaannya semula sehingga gas itu dapat melakukan usaha kembali. Proses seperti ini disebut siklus. 1) Siklus Carnot Siklus Carnot menggunakan dua proses, yaitu isotermal dan adiabatik. Dari A ke B, terjadi pemuaian volume atau ekspansi. Pada proses ekspansi isotermal ini, sistem menyerap kalor sebesar Q1. Sebaliknya, dari C ke D terjadi pemampatan. Pada proses kompresi isotermal, sistem melepaskan kalor sebesar Q2. Proses dari B ke C merupakan ekspansi adiabatik dan proses dari D ke A adalah proses kompresi adiabatik.
- 21. Oleh karena dalamrangkaian proses (siklus) ini sistem kembali ke keadaan semula maka Usiklus = 0 sehingga Wsiklus = Qsiklus Perbandingan antara besarnya usaha (W) yang dapat dilakukan oleh sistem terhadap kalor (Q1) yang diserap dapat menentukan efisiensi suatu mesin. Efisiensi ini didefinisikan sebagai berikut. Adapun khusus untuk mesin Carnot, persamaannya dapat dituliskan menjadi
- 22. 2) Siklus Otto SiklusOtto menggunakan dua proses adiabatik dan dua proses isokhorik. Proses dari A ke B dan C ke D merupakan proses adiabatik. Adapun proses dari B ke C dan D ke A merupakan proses isokhorik. Pada gambar tersebut, Q1 adalah kalor yang diterima sistem dan Q2 adalah kalor yang dilepaskan sistem. Efisiensi siklus Otto dapat dituliskan sebagai berikut. 3) Siklus Diesel Siklus diesel menggunakan dua proses adiabatik, sebuah proses isobarik, dan sebuah proses isokhorik. Proses dari A ke B dan C ke D merupakan proses adiabatik. Proses dari B ke C adalah proses isokhorik. Adapun proses dari D ke A adalah proses isobarik. Q1 adalah kalor yang diterima sistem dan Q2 adalah kalor yang dilepaskan sistem.
- 23. 2. Mesin Kalor a.Apakah Mesin Kalor itu? Sistem peralatan yang dapat mengubah energi termal menjadi usaha dinamakan mesin kalor. Kalor dialirkan dari suhu tinggi ke suhu rendah sehingga dihasilkan usaha W. Cara kerja mesin kalor merupakan penerapan Hukum II Termodinamika, yaitu bahwa energi mekanik hanya dapat diperoleh dari energi termal jika kalor dialirkan dari suhu tinggi ke suhu rendah. Kalor masukan Q1 yang berada pada suhu tinggi T1 diubah menjadi usaha W dan sebagian dibuang sebagai kalor keluaran Q2 yang berada pada suhu lebih rendah T2. Berdasarkan Hukum Kekekalan Energi, Q1= W + Q2.
- 24. b. Berbagai JenisMesin Kalor 1) Mesin Carnot Mesin Carnot merupakan mesin ideal yang tidak dapat ditemukan pada penerapan sehari-hari. Mesin Carnot melibatkan siklus reversibel yang terdiri atas proses-proses reversibel. Coba jelaskan proses mesin carnot pada grafik tersebut. Proses pada mesin Carnot.
- 25. 2) Mesin Otto Siklusotto melibatkan dua proses, yaitu adiabatik dan isotermal. Gas (campuran udara dan bahan bakar) masuk ke dalam silinder melalui katup masuk sehingga piston bergerak turun. Langkah-langkah pada mesin otto: Pada mesin yang sesuai dengan siklus Otto, terdapat langkah-langkah berikut. a) langkah isap b) langkah pemampatan c) langkah pengapian d) langkah daya e) langkah pembuangan melalui katup
- 26. 3) Mesin Diesel Siklusdiesel terdiri atas tiga proses, yaitu proses adiabatik, isobarik, dan isokhorik. Pada mesin diesel, gas yang masuk hanya merupakan udara biasa, bukan campuran udara bahan bakar sehingga langkah isap dan langkah buang tidak ditemukan pada mesin ini. Udara yang masuk akan dimampatkan secara adiabatik hingga suhunya cukup tinggi. Udara tersebut disatukan dengan minyak yang disemprotkan secara perlahan pada keadaan hampir isobar sehingga terjadi pembakaran dan piston bergerak. 3. Mesin Pendingin Pendingin ruangan atau AC merupakan contoh mesin pendingin. Setiap mesin pendingin bekerja memindahkan kalor dari lingkungan yang bersuhu rendah ke lingkungan bersuhu tinggi.
- 27. Diagram kerja mesinpendingin. Dengan melakukan kerja W, kalor diambil dari daerah bersuhu rendah T2. Kemudian, sebagian besar kalor dibuang ke daerah bersuhu tinggi T1. Saat proses berlangsung, diperlukan kerja W. Hal ini sesuai dengan hukum II Termodinamika menurut Clausius. Kerja W biasanya dilakukan oleh motor kompresor. Untuk mengetahui kemampuan suatu mesin pendingin, yang perlu diketahui adalah koefsien daya guna mesin (K). Oleh karena, W + Q2= Q1 atau W = Q1– Q2 maka,
- 28. Jika fluida kerjamesin tersebut dianggap sebagai gas ideal, daya guna mesin akan menjadi Jika persamaan berikut disubtitusikan, maka diperoleh: 4. Entropi Menurut termodinamika bahwa proses alami cenderung bergerak menuju ke keadaan ketidakteraturan yang lebih besar. Ukuran ketidakteraturan ini dikenal dengan sistem entropi. Entropi merupakan besaran termodinamika yang menyerupai perubahan setiap keadaan, dari keadaan awal hingga keadaan akhir sistem. Semakin tinggi entropi suatu sistem menunjukkan sistem semakin tidak teratur. Kerjakan Uji Kompetensi 7.3 di Buku Siswa Aktif dan Kreatif Belajar Fisika 2 halaman 164.
- 29. Kerjakan Tugas Projekdi Buku Siswa Aktif dan Kreatif Belajar Fisika 2 halaman 165. Latihan Soal 1. Sebuah mesin Carnot yang menggunakan reservoir suhu tinggi 727˚C mempunyai efisiensi 30 %. Tentukan suhu dari reservoir suhu rendahnya. 2. Suhu di dalam lemari es adalah -3˚C. Fluida kerja yang dimampatkan di dalamnya mengembun pada suhu 27˚C. Tentukanlah koefisien daya guna lemari es tersebut.
- 30.
- 31. KUIS 1. Diketahui gasmonoatomik 1025 molekul dengan suhu 450 K, tentukan besarnya energi dalam gas tersebut .(k = 1,38 × 10–23 JK–1) 2. Sebuah mesin Carnot dioperasikan di antara dua reservoir kalor yang masing- masing suhunya adalah T1 dan T2, dengan T2>T1. Efsiensi mesin tersebut 50% dan besarnya T2 = 30°C. Supaya efsiensinya naik menjadi 40% tentukan besarnya perubahan T1. Kerjakan Uji Kompetensi Bab 7 di Buku Siswa Aktif dan Kreatif Belajar Fisika 2 halaman 167 - 168.
- 32. “Yang payah padaorang-orang yang ingin memperbaiki dunia adalah mereka tidak memulainya dari diri sendiri” Thornton Wilder - Terima Kasih -
- 33.