tugas fisika dasar - termodinamika

1. Termodinamika
Present by :
Efert Kajo
Emenus Weya
Fajar Lumenta
Lois Tulangow
Ni made Widiasih

2. Pengerti
an
&
Istilah-istilah
Terkait
Hukum I
Termodin
amika
& Usaha
dalam
proses
Termodin
amika
Asas
Black
Hukum II
Termodin
amika

3. ••••••••••••••••••••••••••••••••••
Thermos
• Panas
Dynamic
• Perubahan
Termodinamika adalah kajian mengenai
kalor (panas) yang berpindah.

4. Energi Dalam
Sistem
Lingkungan
Usaha
Kalor
Siklus
Main Menu

5. ••••••••••••••••••••••••••••••••••
yang menjadi subyek pembahasan / fokus perhatian
Sistem Terbuka
Ada pertukaran massa dan energi sistem dengan
lingkungannya.
Sistem Tertutup
Ada pertukaran energi tetapi tidak terjadi
pertukaran massa sistem dengan lingkungan
Sistem Terbuka
Ada pertukaran massa dan energi sistem dengan
lingkungannya.
Istilah Main Menu

6. ••••••••••••••••••••••••••••••••••
segala sesuatu yang tidak termasuk dalam
sistem atau segala keadaan di luar sistem.
Batas sistem
Istilah Main Menu

7. ••••••••••••••••••••••••••••••••••
kalor adalah energi yang berpindah akibat
adanya perbedaan suhu
Q  mcT atau Q  CT
Dengan :
c : kalor jenis gas
C : kapasitas kalor gas Istilah Main Menu

8. ••••••••••••••••••••••••••••••••••
Jumlah seluruh energi kinetik molekul
sistem, ditambah jumlah energi
potensial, timbul akibat adanya interaksi
antara molekul sistem.
U U U QW 2 1

9. ••••••••••••••••••••••••••••••••••
U = U2-U1= Q –W
+Q = sistem menerima kalor
-Q = sistem mengeluarkan kalor
+W = sistem melakukan usaha
-W = sistem dikenai usaha
lingkungan
-W +W
sistem
+Q -Q

10. ••••••••••••••••••••••••••••••••••
perubahan energi dalam gas untuk gas monoatomik
3
3
Untuk gas diatomik
ΔU: perubahan energi
dalam gas
n : jumlah mol gas
R : konstanta umum
gas (R = 8,31 J
mol−1 K−1)
ΔT : perubahan suhu
gas (K)
U  NkT  nRT
2
2
5
5
U  NkT  nRT
2
2

11. ••••••••••••••••••••••••••••••••••
“Perubahan energi dalam U hanya
bergantung pada keadaan awal dan keadaan
akhir dan tidak bergantung pada lintasan
yang ditempuh oleh sistem”
Istilah Main Menu

12. ••••••••••••••••••••••••••••••••••
W = ∫ P.dV
dv
P = F.A
Usaha merupakan proses
perpindahan energi melalui
cara-cara mekanis.

13. ••••••••••••••••••••••••••••••••••
Jika volume gas berubah dari V1 menjadi V2,
maka:
V
W PdV
 
2
V
1
(N/m2) (N/m2)
(m3) (m3)

14. ••••••••••••••••••••••••••••••••••
W negatif ( - )
p
V
2 1
V2 V1
sistem menerima usaha
dari lingkungan
bila gas menyusut atau
berkompresi atau
volume menyusut
(V2<V1) atau arah
lintasan proses ke kiri .

15. ••••••••••••••••••••••••••••••••••
W positif ( + )
1 2
p
V1 V2
V
sistem melakukan usaha
terhadap lingkungan
bila gas memuai atau
berekspansi atau volume
bertambah (V2>V1) atau
arah lintasan proses ke
kanan .
Istilah Main Menu

16. ••••••••••••••••••••••••••••••••••
Siklus adalah :
Serangkaian proses
pada suatu sistem
sedemikian sehingga
sistem tersebut
kembali ke keadaan
semula
W
P
V
a
b
c
d
0
Istilah Main Menu

17. “Total panas yang
ditambahkan pada
suatu sistem sama
dengan perubahan
energi internal
sistem ditambah
usaha yang
dilakukan oleh
sistem tersebut".
Q
ΔU
sistem
W
Q=ΔU + W
Q = kalor
W = usaha
ΔU = perubahan energi dalam

18. • Selama proses Tekanan sistem tetap konstan
P
V
W
P
ΔV
W = P.ΔV
= P (V2-V1)
0
BesaranWadalah luasan kurva pada grafik P-V

19. Contoh soal
Sejenis gas berada dalam wadah yang memiliki volum
2 m3 dan tekanan 4 atm. Hitung usaha luar yang
dilakukan gas jika :
a) Gas memuai pada tekanan tetap sehingga
volumnya mejadi dua kali semula.
b) Gas dimampatkan pada tekanan tetap sehingga
volumnya mejadi sepertiga semula. (1 atm = 1,0
x 105N/m2)

20. Pembahasan Contoh soal
Dik : V1 = 2 m3
p = 4 atm
= 4 x 105 N/m2
Ditanya : W....? jika:
a. V2 = 2V1
b. V2 =
1
V
1 3
a. W = pV
= p ( V2 – V1 )
= p ( 2V1 – V1)
= pV1
= ( 4 x 105 ) 2
W = 8 x 105 J

21. ...Pembahasan Contoh soal
b. W = pV
= p ( V2 – V1)
= p ( 1/3 V1 – V1)
= p (-2/3 )V1
= (-2/3)pV1
= (-2/3) 4 x 105 x 2
W = - 5,33 x 105 J

22. • Selama proses temperatur sistem tetap konstan
atau
P
V
P1
P2
V1 V2
0
V
2 ln
V
1
W nRT isotermis 
P
2 ln
P
1
W nRT isotermis  

23. 2
pV  nRT W pdV
nRT
V
p 
V
 
V
1
dV
nRT
V
W
V
2
 
V
1
  2
1
2
W  nRT  
1
ln V
V
V
V
nRT V
dV
V
  2 1 W  nRT lnV  lnV

 


V
2 ln
 


V
1
W nRT

24.   3  
U n R T 0 2
Hk. Termodinamika ke-1:
U = Q – W = 0
W = Q

25. Contoh soal
Suhu tiga mol suatu gas ideal 373 K. Berapa
besar usaha yang dilakukan gas dalam
pemuaian secara isotermal untuk mencapai
empat kali volum awalnya ?
Diket : n = 3 mol
T = 373 K
V2 = 4V1
R = 8,31 J/mol
Ditanya :
W....?

26. Pembahasan Contoh soal

 


V
2 ln
 

W 
nRT
V
1

 


 

W 
x x
V
1 4
V
1
3 8,31 373ln
W  3x8,31x373x ln 4
W 12890,999J

27. • Grafik proses isokhorik Pada proses isokhorik
tidak terjadi
perubahan volume
(ΔV = 0), sehingga
besarnya usaha luar
yang dilakukan oleh
gas adalah
W = P (ΔV) = P (0) = 0
P
0 V

28. V = 0 , jadi W = 0
Hk. ke-1: U = Q – W = Q
U = Q

29. • Grafik proses Adiabatik Pada proses ini tidak
ada kalor yang
diserap atau
dilepas(Q = 0),
sehingga usaha luar
yang dilakukan oleh
gas berasal dari
perubahan energi
dalam gas
P
V
P1
V1
P2
V2
0

30. Hk. ke-1: U = Q – W = 0
Q = 0
U = - W

31.      TV T V
1
2 2
1
1 1
p
C
v
C
dengan 
 
1 1 2 2 pV  p V atau
pV  k 
1 1
k
   kV
V


p
V
2
W PdV
 
V
1
V
2
y   
W kV dV
V
1
V
2
y   
W k V dV
V
1
 y y V V
( )
1
1
1
1
2
  

y
k
W

32.  y y V V
( )
1
1
1
1
2
  

y
k
W
P V P P k y y   1 1 2 2
kV 1

y  P V kV 1

y  P V 2 2 2
1 1 1
W 
 ( )
W 
( )
1
1
2 2 1 1 PV PV
y

1
1
1 1 2 2 PV PV
y



33. Contoh soal
• Suatu gas ideal monoatomik  = 5/3
dimampatkan secara adiabatik dan volumnya
berkurang dengan faktor pengali dua. Tentukan
faktor pengali bertambahnya tekanan.
Diket :  = 5/3
V1 = 2V2 atau
V2 = (1/2)V1
Ditanya :
p2....?

34. Pembahasan Contoh soal
 
1 1 2 2 p V  p V
5
3
V
2
2
1
V
1
2
2 1
2







 





V
p
V
p p

1,67
  1
2 1 p  p 2  3,18 p
Main Menu

35. “ jika dua benda atau dua macam zat yang
berbeda suhunya disentuhkan atau
icampurkan maka zat yang suhunya lebih
tinggi akan melepaskan kalor yang sama
banyaknya dengan kalor yang diserap oleh zat
yang suhunya lebih rendah ”
Jika benda A melepas kalor pada benda B maka:
Qdilepas A = Qdiserap B

36. Qdilepas A = Qdiserap B
Q  mcT
(m.c.ΔT) zat yang melepas kalor = (m.c.ΔT) zat yang menerima kalor
m = massa benda atau zat (gr atau kg)
c = kalor jenis zat (J/kg K atau kal/gr C)
ΔT = perubahan suhu benda atau zat (
o
C)
ΔT zat yang melepas kalor = T1 – To
Δt zat yang menerima kalor = Tx – To

37. 30 oC
Air
1 gr
120 oC
Tembaga
2 gr
To = suhu awal zat yang bersuhu rendah yaitu 30oC
T1 = suhu awal zat yang bersuhu tinggi yaitu 120oC

38. TEMBAGA 120 oC
30 oC
Adalah suhu kesetimbangan sistem
diberi lambang TX
Air
80 oC 80 oC
80 oC
air
Tembaga
Main Menu

39. Tandon panas
Mesin sempurna
hal yang tidak
mungkin
Tandon panas sistem
sistem
Tandon dingin
Q
Q1
Q2
W
W
Mesin
sesungguhnya
Rumusan Kelvin - Plank
“Tidak mungkin
membuat mesin yang
bekerja dalam suatu
siklus,menerima kalor
dari suatu sumber kalor
dan mengubah kalor itu
seluruhnya menjadi
usaha”

40. • Diagram teori Clausius
Tandon panas
sistem
Q2
Tandon dingin
Tandon panas
sistem
Q2
Tandon dingin
Refrigator
Sempurna
hal yang
tidak
mungkin
Refrigator
sesungguhnya
Q1
Q1
W
Rumusan Clausius
“kalor mengalir secara
alami dari benda yang
panas ke benda yang
dingin,kalor tidak akan
mengalir secara
spontan dari benda
dingin ke benda
panas”
[Rudolf Clausius (1822 – 1888)]

41. 1
Q
W Q Q COP C C C
H C  
W
Q W
W
Q
W

    
COP = Coefficient Of Performance mesin pendingin

42. A
C
B
D
E
Freon cair dialirkan
ke ruang beku (D)
Kemudian gas
Pompa listrik A
memompakan
Di dalam pipa C
dialirkan kembali
dan menyerap
menuju pompa
kalor di sekitar
untuk melakukan
terjadi
pengembunan
gas (misal :
sehingga ruang beku
gas
berubah wujud
freon,amoniak)
proses siklus
sehingga suhu
yang
kembali
ruang beku turun
menjadi cair
dimampatkan
melalui B dengan
melepaskan kalor

43. • Skema Mesin Pendingin Koefisien performasi
mesin pendingin
adalah perbandingan
antara panas yang
diambil dari tandon
dingin (Q1)dengan
pemakaian usaha (W)
Tandon panas
sistem
Q2
Tandon dingin
W
Q1
Q
W
COP
1


44. Contoh soal
Sebuah lemari pendingin memerlukan usaha
150 joule untuk memindahkan kalor sebesar
100 joule dari tandon bersuhu rendah ke
tandon bersuhu tinggi. Tentukan koefisien
kerja lemari pendingin tersebut !
Diket :W = 150 joule
Q= 100 joule
Ditanya :
COP....?

45. Pembahasan Contoh soal
COP = Q/W
= 100/150
= 0,67

46. C
H
Q Q
H C
W
W Q Q  
H C Q
H
H
Q
1
Q
Q

     
 = Efisiensi mesin kalor

47. Contoh soal
Sebuah mesin panas yang efisiensinya 20%
memiliki daya keluaran 5kW. Mesin ini
membuang kalor sebesar 8.000 J/siklus. Energi
yang diserap per siklus oleh mesin dan interval
waktu per siklusnya adalah
Diket : 20% = η = 0,2
P = 5000 w
Q2 = 8000 J
Q1 = Q2+w
Ditanya :
Q1= ....?
T=...?

48. Pembahasan Contoh soal
η = w/Q1
η = P · t/Q1
Q1 · η = P · t
Q1 · 0,2 = 5000 · t
0,2 · 10.000 = 5000 · t
0,4 = t
Q1 = Q2+w
Q1 = Q2+ η·Q1
Q1(1- η) = Q2
Q1(1-0,2) = Q2
Q1(0,8) = 8000J
Q1 = 10000J
= 10 kJ

49. • Diagram proses siklus
carnot
P
V
Q
1
Q2
W
a
b
c
d
Ekspansi
adiabatik
Kompresi
adiabatik
Ekspansi
isotermis
Kompresi
isotermis
P3,V3,T3
P1,V1,T1 Awal
Awal
P2,V2,T2
P4,V4,T4
0

50. W = Q1 – Q2

51. Contoh soal 1
Suatu mesin Carnot, jika reservoir panasnya
bersuhu 400 K akan mempunyai efisiensi 40%.
Jika reservoir panasnya bersuhu 640 K,
efisiensinya…..%
Diket : η = 40% = 4 / 10
T1 = 400 K
Ditanya :
jikaT1 = 640 K,
η = ....?

52. Pembahasan Contoh soal 1
η = 40% = 4 / 10
T1 = 400 K
hilangkan 100%
η = 1 − (T2/T1)
4 / 10 = 1 − (T2/400)
(T2/400) = 6 / 10
T2 = 240 K
T1 = 640 K
T2 = 240 K
η = ( 1 − T2/T1) x 100%
η = ( 1 − 240/640) x 100%
η = ( 5 / 8 ) x 100%
= 62,5%

53. Contoh soal 2
Mesin Carnot 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….
Diket : T1 = 600 K
T2 = 400 K
Q1=600J
Ditanya :
W = ....?

54. Pembahasan Contoh soal 2
η = ( 1 − T2 / T1 ) x 100 %
η = ( 1 − 400/600)
η = 1/3
η = ( W / Q1 )
1/3 = W/600
W = 200 J

55. P
V
Udara +
Bahan
Bakar
Gas
dibuang
a
b
c
d
Q2
Q1
0

56. Contoh soal
• Suatu mesin kalor bekerja pada tandon bersuhu
tinggi dengan suhu 1500 K, dan tandon bersuhu
rendah rendah 750 K. Jika dia menyerap kalor
sebanyak 2000 joule, berapakah usaha
maksimum yang dapat dilakukan ?
Diket : T1 = 1500 K
T2 = 750 K
Q1 = 2000 J
Ditanya :
Q2....?

57. Pembahasan Contoh soal
Q1/T1 = Q2/T2
2000/1500 = Q2/750
Q2 = 1000 joule
Main Menu