good luck

1. KALORKALOR
(BAHANG)

2. 2
Pendahuluan
Suhu dan kalor merupakan suatu fenomena yang
lain dalam bidang fisika. Kalau dalam mekanika
keadaan setimbang suatu sistem mekanik dapat
dinyatakan dalam besaran-besaran dasar seperti
panjang, massa dan waktu maka dalam
fenomena panas diperlukan besaran lain; yaitu
panas atau kalor.
• Suhu : menyatakan ukuran kuantitatif keadaan
panas dinginnya suatu benda
• Panas (kalor) : menyatakan ukuran energi
(tenaga) panas yang terdapat pada suatu benda
karena pengaruh perbedaan suhu

3.  Kerja, Kalor dan Energi adalah konsep yang
mendasar dalam termodinamika .
 Semua pengukuran kalor dan perubahan energi
menghasilkan pengukuran kerja.
 Kerja = gaya x jarak; kerja dilakukan selama proses
untuk menghasilkan suatu perubahan
 Energi = kapasitas sistem untuk melakukan kerja
 Kalor = energi sistem yang berubah sebagai hasil
perbedaan temperatur antara sistem dan temperatur
lingkungan.
 Proses pelepasan energi sebagai kalor disebut
eksoterm, dan proses penyerapan energi sebagai
kalor disebut endoterm
Pengertian Kerja, Kalor dan Energi

4. Hukum Termodinamika ke Nol
- Hukum ini meletakkkan konsep suhu pada dasar yang kokoh,
yaitu bila dua sistem ada dalam kesetimbangan termal, maka
keduanya mempunyai suhu yang sama, bila tak ada dalam
kesetimbangan termal maka keduanya mempunyai suhu yang
berbeda.
- Tinjau 3 sistem A, B dan C, Fakta eksperimental : bila sistem A
ada dalam kesetimbangan termal dengan sistem B, dan sistem
B juga ada dalam kesetimbangan termal dengan C maka A ada
dalam kesetimbangan dengan C:
- TA = TB
TA = TC
- TB = TC
A B C

5. Aplikasi Hukum ke NolAplikasi Hukum ke Nol
Bagaimana termometer air raksa bekerja untukBagaimana termometer air raksa bekerja untuk
mengukur suhu badan?mengukur suhu badan?

6. HUKUM TERMODINAMIKA
PERTAMA
• Secara matematis. hukum termodinamika I pada sistemSecara matematis. hukum termodinamika I pada sistem
tertutup, dinyatakan sebagai:tertutup, dinyatakan sebagai:
dU =dU = dQdQ ++ dWdW
∆∆U = Q + WU = Q + W
• Dengan kata lain, perubahan energi dalam sistem (U)Dengan kata lain, perubahan energi dalam sistem (U)
setara dengan panas yang diberikan pada sistem (Q)setara dengan panas yang diberikan pada sistem (Q)
dan kerja yang dilakukan terhadap sistem (W)dan kerja yang dilakukan terhadap sistem (W)
• Jika hanya diberikan panas, berlaku:Jika hanya diberikan panas, berlaku:
∆∆U = QU = Q
• Jika hanya dilakukan kerja berlaku:Jika hanya dilakukan kerja berlaku:
∆∆U = WU = W

7. 7
Alat ukur suhu ( termometer)
Prinsip kerja termometer adalah berdasarkan
pada pemuaian atau panas yang dipancarkan
Standar skala suhu :
Titik tripel air (273.16 0
C)
Titik didih air (373.16 0
C)
Skala termometer :
Perbandingan skala termometer Kelvin, Celcius,
Reamur dan Fahrenheit.
0
K 0
C 0
R 0
F
Titik uap 373 100 672 212
Titik beku 273 0 492 32
Titik mutlak 0 -273 0 -460

8. 8
• Hubungan antara suhu Celsius (tC ) dengan
suhu Kelvin (TK)
tC = TK – 273.16
• Hubungan antara Reamur dengan Kelvin
TR = 4 / 5 TK
• Hubungan antara Celsius dengan Fahrenheit
tC = 5 / 9 ( tF - 320
)
Kesetimbangan termal : beberapa buah sistem
yang berada dalam keadaan tingkat suhu yang
sama

9. 9
2. Pemuaian:
Pemuaian adalah perubahan ukuran suatu benda
sebagai akibat adanya perubahan suhu.
Dikenal tiga macam pemuaian , yaitu : pemuaian
panjang , pemuaian bidang dan pemuaian volum.
• Pemuaian panjang , α = koefisien muai panjang
∆L = α L ∆T ...........(1a)
• Pemuaian bidang , β = koefisien muai luas
∆A = β A ∆T , β = 2 α ……...(1b)
• Pemuaian vol , γ = koefisien muai volum :
∆V = γ V ∆T , γ = 3 α ………(1c)

10. Contoh :
Pada suatu hari yang panas di Las Vegas, sebuah truk minyak
diisi 37000 liter bahan bakar diesel. Truk tersebut mengalami
cuaca dingin dalam perjalanan ke Utah, yang suhunya 23 K
lebih rendah daripada di Las Vegas, dan tempat tersebut
adalah tempat ia membongkar seluruh muatannya. Berapa
liter minyak yang didistribusikan? (Koefisien ekspansi volume
untuk bahan bakar diesel adalah 0,00095 /°C dan koefisien
ekspansi linear untuk truk tangki baja adalah 0,000011 /°C)
Kata kunci :
- hitunglah perubahan volume minyak karena perubahan suhu
-ekspansi termal tangki baja tidak mempengaruhi penurunan
volume minyak
Jawab : Jumlah volume yang didistribusikan adalah 36190
liter

11. 11
- Tegangan termal :
... Pada berbagai bangunan ,
terdapat bagian-bagian .... tertentu yang dirancang
secara khusus agar tidak ... dapat memuai atupun
menyusut dikala suhu beru- .... bah.Karena ukuran
bendanya tidak dapat berubah ........ maka dalam bahan
akan terjadi tegangan yang .... disebut
tegangan termal . ....
Besarnya tegangan (σ) termal ini adalah :
σ (=F/A) = Y (∆L/L0 ) dengan ∆L = α L0 ∆T
atau σ = Y α ∆T …………..(2)
Y = modulus Young, ∆T = kenaikan suhu
α = koefisien muai panjang

12. 12
• Perubahan wujud benda
Wujud benda dapat dalam bentuk : padat , cair , gas
Perubahan wujud benda dapat disebabkan oleh :
perubahan tekanan dan atau temperatur benda.
P C
Padat cair
gas
A
T
A : adalah titik triple , dimana wujud padat , cair dan
uap dalam kesetimbangan thermal ( temperatur sama)
C : adalah titik kritis (TC
) , dimana pada temperatur >Tc
tidak terdapat wujud cair
Pada umumnya setiap benda mempunyai titik kritis
dan titik triple sendiri

13. 13
3. Peralihan wujud :
Titik tripel : titik (suhu) dimana terdapat tiga
macam wujud benda , yaitu : padat , cair dan gas
• Kalor : merupakan energi panas
• Satuan kalor : kalori
1 kalori = banyaknya energi panas yang diperlu
kan untuk menaikkan suhu 1 gram benda
sebesar 1 0
C
1 kal = 4.186 Joule atau 1 J = 0.24 kal
• Kapasitas kalor ,C dan kapasitas kalor
jenis , c :
C = ∆ Q / ∆ T ...........(03)

14. 14
c = C / m = (1/m) (∆Q/∆T) ..........
(04)
• Kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu
benda yang bermassa m dari suhu T1 ke T2
adalah :
Q = mc (T2 – T1) .........(05)
• Kalor laten,L (kal) :
Penyerapan energi dapat terjadi pada suhu
konstan yaitu saat terjadi perubahan wujud
benda (meleleh, menguap, membeku dan lain-
lain).
Banyaknya kalor yang diserap persatuan massa
saat terjadi perubahan wujud adalah :

15. 15
• Asas Black :
Q yang dilepas benda bersuhu tinggi =
Q yang diterima benda bersuhu rendah
Contoh 1 :
Kalorimeter ( cCU = 0.093 kal / (gr. 0
C)) massa
nya 100 gram , berisi 150 gram air dan 8 gram es.
Ke dalam kalorimeter dimasukkan 100 gram
timah ( cPb = 0.031 kal / (gr. 0
C)) bersuhu 2000
C .
Berapa suhu akhir sistem ? (cair = 1kal / (gr.0
C))
Jawaban :

16. 16
Qditerima = 8 gr x 80 kal/gr + (8 + 150)gr x
kal/(gr. 0
C) x t + 100 gr x 0.093
kal/(gr. 0
C) x t
170.4 t = -20 0
C → t = - 0.12 0
C
t negatif berarti tidak semua es melebur
Jumlah es yang melebur adalah :
80 gr x M = 100 gr x 0.31 kal/(gr. 0
C) x 200 0
C
M = 7.78 gram

17. 17
4. Kalor dan Usaha
Sering terjadi transformasi dari kalor menjadi usaha
ataupun sebaliknya Proses ini harus memenuhi
hukum kekekalan energi yaitu :
• Kalor yang diterima = Usaha + perubahan
energi dakhil
dQ = dW + dU .......(07)
Hukum Pertama Termodinamika
• Usaha : W = ∫ p dV .......(08)
Berbagai proses perubahan dari kalor ke usaha
atau sebaliknya
• Proses adiabatik:
Tidak ada kalor yang masuk ataupun keluar dari
system, dQ = 0

18. 18
pVγ
= konstan
W = ∫ p dV
W = (p1 V1 - p2 V2 ) / (1 - γ) ......(09)
• Proses isotermis :
Proses yang berlangsung pada suhu etap
dU = 0
dQ = dW .....(10)
• Proses isobarik :
Proses berlangsung pada tekanan system
tetap
W = p (V2 - V1) ......(11)
• Proses isovolume :
Proses berlangsung pda volum tetap
dW = 0
dU = dQ ......(12)

19. 19
Contoh :
Luas penampang silinder baja adalah 0.1ft3
.
Silinder berisi 0.4 ft glyserin dan berpiston yang
dapat menutup rapat silinder. Di atas piston
diletakkan beban 6000 lb. Kemudian silinder
dipanaskan dari 60 0
F manjadi 160 0
F. Pemuaian
silinder diabaikan. Ditanayakan :
a). Tambahan volum gliserin
b). Usaha mekanik terhadap gaya beban 6000 lb
yang dilakukan gliserin
c). Panas yang ditimbulkan pada gliserin
( c = 0.58 kal/(gr. 0
C )
d). Perubahan energi dakhil gliserin.
Jawaban :

20. 20
a). ∆V = β x V60 x ∆T
= 0.4 ft3
x 0.485 x 10-3
/ 00
x 5/9 x
(160 -60) 0
F
= 0.0108 ft3
atau
= 0.0108 ft3
x m3
/(0.3048ft )3
= 0.38 m3
b). W = p ∆V = F/A x ∆V
= 6000 lb/(0.1 ft2
) x 0.0108 ft3
= 648 lb-ft atau
= 648 lb-ft x (1.356 J/ lb-ft) = 879 J
c). Q = m c ∆T
= 0.4 ft3
x 1.26 x 62.4 lb/ ft3
x 0.58 Btu/ 0
F
x (160 - 60) 0
F
= 1827 Btu atau
= 1827 Btu x 252 kal/Btu = 460.4 kkal.

21. 21
d). Perubahan tenaga dakhil :
U = Q - W
= (1827 x 778 - 648 ) lb – ft
= 1420758 lb - ft

22. - Energi dalam terdiri dari : energi transisi, energi vibrasi dan
energi rotasi pada tingkat molekuler dari suatu materi
- Kerja (W) adalah akibat aksi melawan gaya luar, yang
dinyatakan :
d W = F dh
F adalah gaya luar dan dh adalah jarak perpindahan
- Kerja tergantung pada 2 faktor yaitu faktor intensitas dan faktor
kapasitas
Jenis-jenis Kerja

23. KERJA EKSPANSI DAN KOMPRESI
Kerja yang dilakukan oleh sistem
dw = F dh (F=gaya dh = jarak)
Kerja terhadap sistem
dw = -F dh
F = P (tekanan) x A (luas) maka :
dw = -Pluar A dh
Atau :
dw = -Pluar dV
Sehingga : dw = -Pluar dV
Karena: dU = dq +dw
maka : dU = dq - pdV
Integrasinya adalah:
atau
∆ U = q – P(V2 – V1)
Atau ∆ U = q + w
∫ ∫ ∫−=
2
1
V
V
PdVdqdU
Pluar
A
dhEkspansi: V2>V1
Kompresi: V2<V1
W-: sistem melakukan kerja
W+: dilakukan kerja thd sistem

24. Beberapa terapan kerja (W)Beberapa terapan kerja (W)
Pada proses reversibel (Pluar=Pdalam= P) dan isotermis (dT = 0)
untuk gas ideal PV = n R T sehingga :
wrev = - n R T ln (V2/V1)
wrev = - n R T ln (P1/P2)
Pada proses irreversibel (Pluar ≠ Pdalam) dan isotermis (dT=0)
Wirrev = - Pluar dV
untuk gas ideal ,
Wirrev = - Pluar (V2-V1)
= - n R T (1-P2/P1)
Pada proses ekspansi isotermal terhadap vakum (Pluar = 0)
Wvak = 0
dVPW dalamrev −=∂
 Kerja maksimum bisa dilakukan pada pemuaian gas ideal isotermis
jika sistem beroperasi secara reversibel isotermal. (jelaskan!)

25. Entalpi (H) / Heat content
• Pengertian entalpi dipakai untuk perubahan-perubahan pada
tekanan tetap
H = U + PV
dan PV hanya targantung kedaan awal dan akhir sistem
• Besarnya perubahan entalpi dari sistem :
∆H = H2 –H1
= (U2+P2V2) – (U1+P1V1)
= (U2-U1) + (P2V2-P1V1)
pada P tetap
∆ H = ∆ U + P(V2-V1)
∆ H = ∆ U + P ∆ V
• Jika dihubungkan dengan hukum termodinamika pertama pada
tekanan tetap berlaku: ∆ H = q

26. Pengukuran perubahan entalpi
• Perubahan entalpi mengikuti perubahan kimia dan fisika.
• Diukur dengan kalorimeter
– Kalorimeter api bertekanan tetap ∆H = q
– Kalorimeter Bom, pada volume tetap, melelui ∆U dimana ∆U =
q
– untuk reaksi yang tidak menghasilkan gas ∆H ≅ ∆U
– Untuk reaksi yang menghasilkan gas:
H = U + PV = U + nRT
∆H = ∆U + ∆ (PV) = ∆U + ∆n gasRT
Dengan ∆n = n gas produk = n gas reaktan
• Besarnya perubahan entalpi pada tekanan konstan setara dengan panas
yang diserap sistem

27. Perubahan energi pada berbagai keadaan
-Perubahan energi pada volum konstan dV = 0
atau ∆U = qV
Terjadi pada kalorimeter bom
-Perubahan energi pada tekanan konstan dP = 0
U2 – U1= qp – p(V2 – V1)
(U2+PV2) - (U1+PV1) = qp
H2 - H1 = qp
dqVdU
PdVdW
v =
=−= 0
∫−=∆
−=
2
1
dVPqU
PdVdqdU
p

28. BAGAIMANA BOMB KALORIMETER BEKERJA?

29. Kapasitas panas (C)
• Kapasitas panas ( C ) : nisbah antara kalor yang dipasok
dengan kenaikan suhu.. Satuan Joule/K
• Kapasitas panas spesifik ( c ) : nisbah antara kalor yang
dipasok pada sejumlah zat (Kg) dengan perubahan suhu.
Satuan Joule/K.Kg
• Kapasitas kalor molar: J K-1
mol-1
.
• Secara matematis dinyatakan sebagai:
C = dq (proses)/dT
• Pada volume konstan,
CV = dqV/dT = (∂U/∂T)V
• Pada tekanan tetap
CP = dqP/dT = (∂H/∂T)P

30. Hubungan Cv dan Cp dapat dituliskan beberapa
persamaan :
( )
( ) ( )VT
VP
P
TVP
T
P
P
HVCC
T
VP
V
UCC
∂
∂
∂
∂−=−
∂
∂+
∂
∂=−
}{
}){(
RCC VP =−
Untuk gas Ideal

31. Percobaan Joule
• Bertujuan menentukan (∂U/∂V )T
Jika kran dibuka maka gas
mengalir dari A ke B
Joule menemukan bahwa tak ada
perubahan suhu
dq = 0
dT = 0 tak ada perubahan suhu
dw = 0 kerja melawan vakum
dU = 0
dU= (∂U/∂V )T dV=0
Karena dV≠0 maka (∂U/∂V )T=0
Pd isotermal dU tdk tgt dV

32. Perubahan entalpi pada perubahan P, T
• Entalpi sebagai fungsi T dan p; H= f(T,P)
• Cp diperoleh dengan kalorimeter
• Untuk padatan dan cairan
• Untuk gas ideal
dP
P
H
dTCdU
dP
P
H
dT
T
H
dH
T
P
TP






∂
∂
+=






∂
∂
+





∂
∂
=
V
P
H
T
=





∂
∂
0=





∂
∂
TP
H

33. 





−=





1
2
1
2
lnln
V
V
R
T
T
CV
γγ
γγ
γ
2211
1
22
1
11
1
1
2
1
2
VPVP
VTVT
T
T
T
T
=
=






=





−−
−
VC
R
V
V
T
T






=





2
1
1
2 γ=
V
P
C
C
1−= γ
VC
R
Jika CV konstan
Maka

34. Mesin Kalor
Tidak ada mesin kalor yang mempunyai efisiensi 100%
Hukum I : Q1-Q2=W
H
L
H
L
L
LH
H T
T
Q
Q
Q
QQ
Q
W
−=−=
−
== 11η
Efisiensi mesin kalor

35. Siklus Kompresi Uap

36. Reverse Carnot CycleReverse Carnot Cycle
H
LLH
H
L
H
L
HLH
L
T
TQQ
Q
T
T
Q
QQQ
Q
−
=
−
=
−
=
−
=
−
=
1
1
COP
1
1
1
1
COP
CarnotHP,
CarnotR,