1. MODUL 8
PANAS dan HUKUM
TERMODINAMIKA 1
KELOMPOK : 8
Sipa Julia
Aulia Ningsih
Sinta Devi Kusuma
2. KEGIATAN BELAJAR 1
TEMPERATUR, SIFAT TERMAL ZAT, dan KERJA SISTEM GAS IDEAL
Pengertian Temperatur
Temperature adalah besaran yang mempresentasikan derajat
panas suatu zat, yang diukur dengan menggunakan alat yang
disebut thermometer.
Ada beberapa macam thermometer yang sering digunakan dalam
kehidupan diantaranya adalah : Termometer Celcius, Reamur, dan
Fahrenheit.
3. PERBANDINGAN SKALA
TEMPERATUR
Skala Celcius mengambil titik beku air murni yaitu temperatut pada saat air murni
membeku menjadi es pada tekanan udara 1 atmosfer (atm), sebagai skala ketitik
nol, dan mengambil titik didih air murni yaitu temperatur pada saat air mendidih
sebagai skala ke-100.
Skala Reamur mengambil acuan yang sama dengan skala celcius hanya pada titik
didih air murni dijadikan skala ke-80.
Skala Fahrenheit mengambil acuan titik beku air laut sebagai skala ke- nol, dan titik
didih air murni sebagai skala ke -212.
4. HUBUNGAN ANTARA TEMPERATUR
KELVIN dan TEMPERATUR CELCIUS
Hubungan antara temperature kelvin(T) dan temperature celcius(Tc) dinyatakan
dengan
T= Tc + 273
Tempertur kelvin disebut juga temperature mutlak karena menggunakan titik nol
mutlak sebagai titik acuan terendahnya.
Contoh :
Gas nitrogen mengembun atau mendidih pada temperature 77 K. berapa derajat celcius kah itu ?
Penyelesaian :
T= 77K
T= (Tc +273)K => Tc = (T-273)°C
= (77-273) °C
= -196 °C
Jadi, titik didih nitrogen itu adalah -196 °C
5. PEMUAIAN ZAT
Pemuaian zat teradi dalam tiga dimensi yang dikenal
sebagai pemuaian ruang atau pemuaian volum, tetapi
untuk benda yang berbentuk batang pemuaiannya dapat
dianggap sebagai pemuaian Panjang atau pemuaian satu
dimensi. Untuk pemuaian Panjang, hubungan itu
dinyatakan dengan persamaan :
l1 = l0 (1+α ΔT)
Dengan
l1 =Panjang pada temperatur T
l0 =Panjang semula pada temperature awal T0
α =koefisien muai linier/Panjang
ΔT =Perubanan temperatur
6. Sedangkan untuk pemuaian ruang
berlaku hubungan
V1=V0(1+β ΔT)
Dengan
V1 = volume pada temperature T
V0 =volume semula pada temperature
T0
β =koefisien muai ruang
ΔT =perubahan temperatur
7. Secara pendekatan harga β=3α. Satuan dari α dan β menurut SI adalah K¯¹ atau
derajat¯¹. Berikut table yang menunjukkan harga-harga α dan β dari berbagai jenis
zat.
8. Contoh:
pada temperature 15°C sebatang besi dan sebatang alumunium mempunyai Panjang yang sama yaitu
2m. Jika kedua batang logam dipanaskan sampai 150°C berapa perbedaan panjangnya?
Penyelesaian :
Misalkan ℓᵦ dan ℓα menyatakan
Panjang batang besi dan
alumunium. Perubahan Panjang
besi setelah diapanaskan
9. KERJA PADA SYSTEM
TERMODINAMIK
Ada dua macam proses perubahan keadaan yaitu sebagai berikut
1. Proses kuasistatik yaitu peroses perubahan keadaan yang berlangsung secara
perlahan lahan sehingga pada setiap saat selama berlangsungnya proses gas selalu
dalam keadaan setimbang.
2. Proses spontan yaitu perubahan keadaaan yang berlangsung cepat sehingga pada
setiap saat selama berlangsungnya proses, gas dalam keadaan tidak setimbang.
10. Ditinjau dari sifat proses perubahan keadaan, ada dua macam
proses yaitu sebagai berikut :
1. Proses terbalikkan (reversible) : proses ini dapat mengubah keadaan gas dari
keadaan pertama ke keadaan kedua dan dapat mengembalikan keadaan gas dari
keadaan kedua ke keadaan pertama.
2. Proses tak terbalikan (irreversible) : proses perubahan ini tidak dapat berlangsung
bolsak-balik, jadi proses proses perubahan keadaan gas dari keadaan pertama ke
keadaan kedua, kemudian Kembali ke keadaan pertama, tidak dapat dilakukan
dengan proses serupa.
11. Proses Isotermik, Isobarik, dan Isokhorik
Proses Isotermik : Jika suatu gas menjalani proses isotermik (T konstan) dari keadaan pertama ke
keadaan kedua maka persama keadaan gas untuk masing-masing keadaan adalah
P₁V₂=nRT dan P₁V₂=nRT
Proses Isobarik : Untuk gas yang mengalami proses isobarik (P konstan) dari keadaan pertama ke
keadaan kedua maka persamaan keadaan gas untuk masing-masing keadaan adalah
PV₁=nRT₁ =>
𝑽₁
𝑻₁
=
𝒏𝑹
𝑷
dan PV₂=nRT₂ =>
𝑽₂
𝑻₂
=
𝒏𝑹
𝑷
Proses Isokhorik (Isovolume) : Untk gas yang mengalami proses isokhorik (V konstan) dari
keadaan pertama ke keadaan kedua maka persamaan keadan gas untuk masing-masing keadaan
adalah
PV₁=nRT₁ =>
𝑷₁
𝑻₁
=
𝒏𝑹
𝑽
dan P₂V = nRT₂ =>
𝒑₂
𝑻₂
=
𝒏𝑹
𝑽
12. HUKUM BOYLE-GAY LUSSAC
Gabungan antara hukum Boyle dan hukum Gay Lussac
menghasilkan hukum Boyle – Gay Lussac yang dinyatakan dengan
𝑷₁ 𝑽₁
𝑻₁
=
𝑷₂ 𝑽₂
𝑻₂
Yang berlaku bagi perubahan keadaan gas yang menyebabkan
perubahan semua besaran mikroskopiknya. Hukum Boyle-Gay
Luassac adalah bentuk umum dari hukum gas ideal.
13. Contoh :
100 mol gas ideal dalam suatu ruang mula-mula volumenya 1 m³ dan tekanannya 1 atm (atm=atmosfer,
1 atm=10⁵ Pa). Kemudian gas mengalami proses isotermik sehingga tekannya menjadi 0,5 atm.
Tentukanlah
a. Volume gas setelah proses isotermik
b. Kerja pada system gas, jika proses terjadi pada temperature 27°C
Penyelesaian:
a. Untuk proses isotermik kita menggunakan hukum Boy le
P₁ V₁ = P₂ V₂ atau V₁=
𝑷₁ 𝑽₁
𝑷₂
=
𝟏 𝒂𝒕𝒎 𝐱 𝟏𝒎³
𝟎,𝟓𝒂𝒕𝒎
= 2m
b. Kita ubah dahulu satuan temperature menjadi satuan kelvin (K)
T=27°C=(27+273)K=300 K
dan diketahui pula n =100 mol dan R=8,31 J/mol.K
Kemudian kita pergunakan persamaan (8.10),
W₁₂= nRT1n (
𝒗₂
𝒗₁
)
=(100)(8,31)In (
𝟐
𝟏
) J = 1,73 x 10⁵ J
14. KEGIATAN BELAJAR 2
Hukum Termodinamika 1
Dalam sistem Termodinamika ini, energi yang diserap oleh sistem adalah energi panas atau
dikenal sebagai kalor, yang kemudian diubah menjadi kerja sistem. Jadi ada hubungan antara
kerja dan kalor.
Secara matematis Hukum Termodinamika 1 dinyatakan dengan persamaan,
Q = W + ΔU
Dimana Q menyatakan kalor yang diserap, W adalah kerja oleh system dan ΔU adalah perubahan
energi internal. Energi internal adalah energi kinetic dan partikel-partikel didalam system. Pada
system gas, perubahan energi internal dapat dinyatakan dengan
ΔU = mCᵥ ΔT
Dimana m adalah massa gas, Cᵥ adalah panas jenis gas yang diukur pada volume konstan, dan ΔT
adalah perubahan temperature gas.
15. Satuan panas jenis dapat dinyatakan dalam
J/kg °C atau kkal/kg°C.
Panas jenis air murni dipergunakan sebagai
acuan dan besarnya Cᵥ(air) = 1 kkal/kg °C
=4186 J/kg °C.
Harga panas jenis dari beberapa macam zat
diberikan pada tabel disamping, dimana
panas jenis zat padat dan zat cair pada
umumnya diukur pada tekanan konstan (Cᵨ),
sedangkan untuk gas diukur pada volume
konstan (Cᵥ).
16. CONTOH :
Gas helium yang massanya 0,5 gram mula-mula temperaturenya 27°C, kemudian
dipanaskan pada volume konstan sampai temperature 127°C. Berapa besar kalor yang diserap
pada proses pemanasan ini?
Penyelesaian :
Pemanasan pada volum konstan dV=0 sehingga
W = ʃ P dV = 0
Dari table sebelumnya, diketahui panas jenis gas helium adalah Cᵥ = 5302 J/kg°C sehingga besarnya
perubahan energi internal
ΔU = m Cᵥ ΔT
= (0,5 x 10־ ³)(5302)(127-27)J= 265,1 J
Kalor yang diserap oleh gas
Q = W = ΔU = (0+265,1)J = 265,1J
17. Perpindahan Kalor
Kalor dapat berpindah dari suatu tempat
yang temperaturenya lebih tinggi ke
tempat lain yeng temperaturenya lebih
rendah.
Kalor dapat berpindah dengan tiga cara
yaitu dengan cara konduksi, konveksi dan
radiasi.
18. Konduksi kalor adalah perpindahan kalor pada suatu zat dimana molekul-
molekul zat tidak ikut berpindah. Pada konduksi kalor, besarnya (jumlah)
kalor yang dikonduksikan per satuan waktu dapat dinyatakan dengan
𝑸
𝒕
=
𝑲 𝑨 𝜟𝑻
𝑳
Dimana K disebut konduktivitas termal, A adalah lus penampang konduktor,
ΔT adalah perbedaan temperature, t adalah waktu perpindahan kalor dan L
adalah Panjang konduktor.
19. Konveksi kalor adalah perpindahan kalor
yang dibawa oleh molekul-molekul zat.
Konveksi kalor terjadi pada zat cair dan
gas dimana molekul-molekulnya mudah
bergerak, contohnya seperti pada saat
kita memanaskan air didalam bejana.
Pada peristiwa pemanasan itu,air yang
berada dekat dasar bejana bersifat lebih
panas dibandingkan dengan air yang
berada di atasnya.
20. Radiasi kalor adalah
perpindahan kalor yang
tidak membutuhkan
medium penhatar.
Contohnya adalah radiasi
kalor dari sinar matahari.
21. CONTOH :
Luas permukaan efektif dari suatu ruang pendingin adalah 4m². Dinding
ruang pendingin terbuat dari bahan asbes setebal 10 cm. Berapa besar dari
kalor yang harus dipindahkan dari dalam ruangan agar temperature ruang
pendingin tetap -2°C ?
Penyelesaian :
Dari soal diketahui, A= 4m², d= 10cm = 0,1 m, ΔT= (20°- (-2)) = 22°, untuk
asbes K= 0,21 J/ms°C. Laju perpindahan kalor
𝑸
𝒕
=
𝑲𝑨𝜟𝑻
𝒅
=
(𝟎,𝟐)(𝟒)(𝟐𝟐)
𝟎,𝟏
J/s = 176 J/s = 176 watt
