Konsep dasar termodinamika

1. Konsep Dasar
Termodinamika
By:
Dr. Abdurrahman, M.Si.
Novinta Nurulsari, S.Pd., M.Pd.

2. TERMODINAMIKA adalah satu sains yang
mempelajari tentang penyimpanan
(storage), pengubahan (transformation),
dan pemindahan (transfer) energi
Apa perbedaan Termofisika dan Termodinamika?

3. STORED ENERGY
Internal Energy (U)
Kinetic Energy (EK)
Potential Energy (EP)
Chemical Energy
ENERGY IN TRANSIT
Heat (Q)
Work (W)
FORMS OF ENERGY

4. Dalam termodinamika, kita akan menyusun persamaan
matematis yang menghubungkan transformasi dan
transfer energi dengan variabel-variabel makroskopis,
seperti temperatur, volume, dan tekanan, yang
menggambarkan sistem termodinamis.
Hukum-hukum Termodinamika

5. Hukum-hukum Termodiamika:
1. Hukum ke-0 : mendefinisikan temperatur (T)
2. Hukuj ke-1 : mendefinisikan energi (U)
3. Hukum ke-2 : mendefinisikan entropy (S)
4. Hukum ke-3 : mendefinisikan nilai S pada 0 K

6. SISTEM TERMODINAMIS
Sistem termodinamis
adalah bagian dari semesta
yang menjadi perhatian /
sekumpulan senyawa yang
terdiri dari partikel-partikel
atom dan molekul
SISTEM
SEKELILING
BOUNDARY

7. SISTEM
TERISOLASI TERTUTUP TERBUKA
TERISOLASI TERTUTUP TERBUKA
Transfer massa Tidak ada Tidak ada Ada
Transfer panas
dan/atau kerja
Tidak ada Ada Ada

8. Koordinat termodinamika dapat ditentukan berdasarkan:
Baca Buku Termodamika halaman 5
Pandangan Makroskopik Pandangan Mikroskopik

9. CONTROL VOLUME
Control volume adalah suatu volume di ruangan
dimana suatu material mengalir masuk
ataupun keluar.
Permukaan yang melingkupi
control volume disebut
control surface

10. Pandangan makroskopik suatu system meliputi deskripsi secara rinci mengenai
beberapa sifat pokok system yang dapat langsung diukur.
Koordinat makroskopik memiliki ciri khas yang sama seperti berikut ini.
(1) Koordinat ini tidak melibatkan asumsi khusus mengenai struktur materi.
(2) Jumlah koordinatnya sedikit.
(3) Koordinat ini dipilih melalui daya terima indera kita secara langsung (ex. dapat
dilihat).
(4) Pada umumnya koordinat ini dapat diukur secara langsung (ex. dapat ditimbang).
Pandangan Makroskopik

11. Dalam Termodinamika digunakan/didefinisikan sejumlah besaran Fisika
tertentu (8 jumlahnya) yang disebut koordinat system, yakni besaran-besaran
makroskopik yang dapat melukiskan keadaan (keseimbangan) system, dan
karena itu disebut variabel keadaan (state variable) system.
No Koordinat Lambang Satuan
1 Tekanan P Pa (N/m2)
2 Suhu T K
3 Volume V m3
4 Entropi S J/K
5 Energi Dalam U J
6 Entalpi H J
7 En. Bebas Helmholtz F J
8 En. Bebas Gibbs G J
Untuk system berupa gas, ke-8
koordinat itu adalah:
Beberapa satuan non-SI :
1 atm = 76 cmHg ≌ 101 kPa
1 tor = 1 mmHg ≌ 133 Pa
1 bar = 100 kPa
1 L = 10-3 m3

12. Pandangan mikroskopik suatu system meliputi kuantitas yang tidak bisa dirasakan
panca indera dan tidak dapat diukur secara langsung melainkan harus melalui
perhitungan.
Koordinat mikroskopik memiliki ciri khas yang sama seperti berikut ini.
(1) Terdapat asumsi mengenai struktur materi (molekul dianggap ada).
(2) Banyaknya kuantitas yang harus diperinci.
(3) Kuantitas yang diperinci tidak berdasarkan penerimaan indera kita.
(4) Koordinat ini tidak dapat diukur secara langsung.
Pandangan Mikroskopik

13. JUMLAH/UKURAN
Massa
(m)
Jumlah mol
(n)
Volume total
(Vt)
M
m
n 

14. VARIABEL
N, V, S, H, F, G
EKSTENSIF INTENSIF
Variabel yang dapat berubah secara
linear terhadap ukuran sistem
Variabel yang tidak dipengaruhi ukuran
system (bebas dari ukuran system). Variabel
intensif adalah variabel yang menjadi titik
vokus dalam termodinamika.
T, P

15. KESEIMBANGAN TERMODINAMIK: PROSES
Keseimbangan adalah suatu keadaan yang statis, tidak ada
perubahan, bahkan tidak ada kecenderung-an untuk berubah.
Suatu sistem berada dalam keseimbangan termo-dinamik apabila
variabel-nya (T dan P) konstan dari satu titik ke titik lainnya dan
tidak ada kecenderung-an untuk berubah dengan waktu.

16. Apabila temperatur sebagian boundary dari sistem tiba-tiba
naik, maka akan terjadi redistribusi spontan sampai semua
bagian sistem memiliki temperatur yang sama.
Ketika suatu sistem berubah dari satu keadaan keseimbangan
ke keadaan keseimbangan lainnya, maka lintasan yang dilalui
sistem tersebut dinamakan proses.

17. 17
Jika dalam perjalanannya dari satu keadaan ke keadaan lainnya,
sistem melewati keadaan yang hanya sedikit sekali (infinitisimal)
menyimpang dari keseimbangan, maka dikatakan bahwa sistem
mengalami proses quasiequilibrium, dan setiap keadaan dalam
tahapan proses tersebut dapat dianggap sebagai keadaan
keseimbangan.
Proses kompresi dan ekspansi gas dalam internal combustion
engine dapat didekati dengan proses quasiequilibrium.

18. 18
Apakah suatu proses dapat dianggap sebagai quasiequilibrium atau
nonequilibrium ditentukan oleh bagaimana proses tersebut dijalankan.
quasiequilibrium
nonequilibrium

19. Apabila temperatur sebagian boundary dari sistem tiba-tiba
naik, maka akan terjadi redistribusi spontan sampai semua
bagian sistem memiliki temperatur yang sama.
Ketika suatu sistem berubah dari satu keadaan keseimbangan
ke keadaan keseimbangan lainnya, maka lintasan yang dilalui
sistem tersebut dinamakan proses.

20. Coba definisikan, apa itu Kesetimbangan Termal???

21. SATUAN
Besaran Simbol Satuan
SI
Satuan Inggris
Panjang L m ft
Massa m kg lbm
Waktu t s s
Luas A m2 ft2
Volume spesifik V m3/kg ft3
Kecepatan u m/s ft/s
Percepatan a m/s2 ft/s2
Gaya, Berat F, W N lbf

22. Besaran Simbol Satuan SI Satuan Inggris
Gaya, Berat F, W N lbf
Density  kg/m3 lbm/ft3
Tekanan P kPa lbf/ft2
Kerja, Energi W, E, U J ft-lbf
Transfer panas Q J Btu
Panas spesifik C kJ/(kg K) Btu/(lbm R)
Enthalpy spesifik H kJ/(kg K) Btu/(lbm R)

23. TEKANAN
A
F
P 
F = W = mg F = W = mg
D d
P1
P2
P1 < P2

25.  From the kinetic theory of gases, a gas is composed of a large number of
molecules that are very small relative to the distance between molecules.
 The molecules of a gas are in constant, random motion and frequently collide
with each other and with the walls of any container.
 The molecules possess the physical properties of mass, momentum, and energy.
 The momentum of a single molecule is the product of its mass and velocity,
while the kinetic energy is one half the mass times the square of the velocity.
Molecular Definition of Pressure

26. 26
 As the gas molecules collide with the walls of a container, as shown
on the left of the figure, the molecules impart momentum to the
walls, producing a force perpendicular to the wall.
 The sum of the forces of all the molecules striking the wall divided
by the area of the wall is defined to be the pressure.
 The pressure of a gas is then a measure of the average linear
momentum of the moving molecules of a gas.
 The pressure acts perpendicular (normal) to the wall.

27. A
g
m
A
F
P 

TEKANAN GAS DALAM SILINDER

28. Dasar sebuah kolom mengalami
tekanan:
Volume fluida = V = Ah
Berat fluida = gV = gAh
Tekanan =
A
gAh
A
W
P



gh
P 

P adalah tekanan yang disebabkan oleh berat fluida
TEKANAN STATIS DALAM FLUIDA

29. Pudara
P
h
Jika di atas permukaan fluida ada
tekanan yang bekerja, yaitu
tekanan udara (Pudara), maka
tekanan total di dasar kolom yang
disebut juga tekanan statis fluida
adalah:
P = gh + Pudara

30. TEMPERATUR

31. 31
 Temperature (sometimes called thermodynamic temperature) is a
measure of the average kinetic energy of a systems particles.
 Temperature is the degree of "hotness" (or "coldness"), a measure of the
heat intensity.
 Galileo developed the first instrument to measure temperature; it was
refined and calibrated by later scientists.
 The Fahrenheit, Celsius, and Kelvin scales are three different systems for
measuring heat energy (temperature) based on different references.

32. 32
SKALA TEMPERATUR RELATIF
 
32
9
5

 F
C t
t 32
5
9

 C
F t
t
Titik beku air = 0C
Titik didih air = 100C
CELCIUS
1742
FAHRENHEIT
(1724)
Titik beku air = 32F
Titik didih air = 212F

33. 33
 Dasar : Teori Gas Ideal (Hukum Boyle)
   
t
f
konstan
lim
0



PV
P
TERMOMETER
 Zat kerja: gas
 Property :
 Titik acuan:
o Titik didih air (100C)
o Titik beku air (0C)
 Interpretasi : linier
 
PV
P
lim
0


34. f(t)
t (C)
0 100



f(t) = 0
PV = 0

PV < 0
(tidak mungkin)
Temperatur absolut
terendah = –
273,15C

35. 35
35
SKALA TEMPERATUR ABSOLUT
67
,
459

 F
R t
T
KELVIN RANKINE
15
,
273

 C
K t
T

36. KESAMAAN TEMPERATUR
(HUKUM KE-0 TERMODINAMIKA)
Keseimbangan termal
Hukum ke-0 Termodinamika:
Jika ada dua sistem beradan dalam keseimbangan termal dengan sistem ketiga, maka ketiganya
berada dalam keseimbangan termal.

37. ENERGI KINETIK (EK)
2
2
mu
EK 
ENERGI
ENERGI POTENSIAL (EP) mgh
EP 
HUKUM KEKEKALAN ENERGI
0



 P
K E
E

38. 38
KERJA/WORK (W)
dl
F
dl
F
W 

Gaya yang dikenakan oleh
piston terhadap fluida
dalam silinder:
F = P A
Pergeseran piston:










A
V
d
A
dV
dl
t
t
(1.a)
(1)

39. 39
F searah dengan pergeseran
piston (dl)  menurut pers.
(1) W positif.
Volume gas dalam silinder
mengecil  dVt negatif.
penggabungan pers. (1)
dan (1.a) menghasilkan:










A
V
d
A
P
W
t

dl
F

40. 40
Karena A konstan maka:
t
dV
P
W 





t
t
V
V
t
dV
P
W
2
1
(2)
(3)

41. 41
41
41
PANAS (HEAT)

42. 42
42
42
Transfer energi

43. 43
Energi ditransfer dalam bentuk kerja:
tumbukan antar partikel
Secara makroskopis tak teramati
Harus ada satu besaran makroskopis yang mewakili transfer
energi dalam skala mikroskopis
TEMPERATUR