Materi Termodinamika. Dibuat untuk memenuhi tugas kelompok mata kuliah Fisika Industri. Maaf bila ada materi yang salah atau keliru.... mohon dikoreksi....

1. TERMODINAMIKA
Riyan Yoga Sakti
Akhmad Suhemi
Didik Nurdiyansyah
TEKNIK INDUSTRI

2. 1.1. HUKUM PERTAMA
TERMODINAMIKA
• Hukum Pertama Termodinamika adalah pernyataan tentang hukum kekekalah energi. Hukum
ini menyatakan bahwa jika jumlah panas ΔQ mengalir kedalam suatu sistem, maka energi ini harus
tampak sebagai peningkatan energi dalam ΔU dari sistem dan/atau usaha ΔW yang dilakukan oleh
sistem pada lingkungan. Sebagai persamaan :
∆𝑈 = 𝑄 − 𝑊
ΔU = Perubahan energi dalam (Joule)
Q = Jumlah kalor (Joule)
W = Usaha yang bekerja (Joule)

3. 1.1. HUKUM PERTAMA
TERMODINAMIKA
Kalor sebanyak 3000 Joule ditambahkan pada sistem dan sistem melakukan usaha 2500 Joule pada
lingkungan. Perubahan energi dalam sistem adalah…
Pembahasan
Diketahui :
Kalor (Q) = +3000 Joule
Usaha (W) = +2500 Joule
Ditanya : perubahan energi dalam
Jawab :
ΔU = Q – W
ΔU = 3000 – 2500
ΔU = 500 Joule
Energi dalam sistem bertambah 500 Joule.
Aturan tanda :
Q positif jika kalor ditambahkan pada sistem
W positif jika sistem melakukan usaha pada
lingkungan
Q negatif jika kalor dilepaskan sistem
W negatif jika lingkungan melakukan usaha pada
sistem

4. 1.2. PERUBAHAN FASA & PANAS
LATEN
Perubahan Fasa merupakan efek dari adanya salah satu
sifat zat, yaitu wujud. Secara umum telah dikenal tiga
kelompok fasa yaitu; fasa gas, fasa cair dan fasa padat.
Kalor laten atau yang disebut dengan panas laten
adalah kalor yang diperlukan untuk mengubah wujud zat
padat menjadi cair, dan cair menjadi gas atau sebaliknya.
“Secara harafiah, perubahan fasa
terjadi saat sebuah zat berubah dari
satu wujud ke wujud yang lain.”

5. 1.2. PERUBAHAN FASA & PANAS
LATEN
• Melebur dan Membeku
Melebur adalah perubahan dari wujud padat menjadi wujud cair, sebaliknya perubahan dari wujud cair ke
wujud padat dinamakan membeku.
Q = m . L
Keterangan :
Q = Jumlah kalor yang diperlukan atau dilepaskan
selama proses pencairan atau pembekuan
m = massa benda
L = Kalor lebur

6. 1.2. PERUBAHAN FASA & PANAS
LATEN
• Menguap dan Mengembun
Menguap adalah perubahan dari wujud cair menjadi uap. Jika penguapan terjadi di semua bagian zat
dinamakan mendidih. Sedangkan mengembun adalah perubahan dari wujud uap menjadi wujud cair.
Q = m . Lu
Keterangan :
Q = Jumlah kalor yang diperlukan atau dilepaskan
selama proses pencairan atau pembekuan
m = massa benda
Lu= Kalor uap

7. 1.2. PERUBAHAN FASA & PANAS
LATEN
• Menyublim dan Mengkristal
• Menyublim adalah Peristiwa perubahan wujud dari padat menjadi gas. Dalam peristiwa
ini zat memerlukan energi panas. Contoh menyublim yaitu pada kapur barus (kamper)
yang disimpan pada lemari pakaian lama-lama akan habis.
• Mengkristal adalah Peristiwa perubahan wujud dari gas menjadi padat. Dalam peristiwa
ini zat melepaskan energi panas. Contoh mengkristal adalah pada peristiwa berubahnya
uap menjadi salju.

8. 1.3. PANAS JENIS
• Panas Jenis (Specific Heat) : banyaknya kalor (Q) yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu
(T) satu satuan massa (m) benda sebesar satu derajat. Kalor jenis suatu benda menyatakan
kemampuan suatu benda untuk menyerap kalor atau melepaskan kalor. Semakin besar kalor
jenis suatu benda, semakin kecil kemampuan benda tersebut menyerap atau melepaskan
kalor dan sebaliknya.
c = Panas Jenis (J/Kg.oK) Q = Jumlah Kalor (Joule)
m = Massa (Kg) ΔT = Perubahan suhu (oK atau oC)

9. 1.3. PANAS JENIS
• Tabel kalor jenis setiap benda :
• 1 Joule = 0,24 Kalori

10. 1.3. PANAS JENIS
Berapa panas yang dilepaskan jika 50 gr alumunium (c = 900 J/kg K) turun suhunya dari 100°C
menjadi 20°C?
Diketahui: m = 50gr = 0,05 kg
c = 900 J/kg K
Δt = 100°C - 20°C = 80°C
Ditanya: Q = ?
Jawab: Q = m . c. Δt
Q = 0,05 kg . 900 J/kg K. 80°C = 4230 joule

11. 1.4. KAPASITAS PANAS
Kapasitas kalor didefinisikan sebagai ukuran seberapa besar kalor yang dibutuhkan untuk
menaikkan temperatur suatu zat sebesar 10C atau 1oK, tidak peduli berapa massa atau
komposisi zat tersebut. Dengan demikian, benda yang mempunyai massa m dan kalor jenis c
mempunyai kapasitas kalor sebesar:
C = kapasitas kalor
m = massa benda (Kg)
c = kalor jenis (J/Kg.oC) atau (J/Kg.oK)
Q = Jumlah Kalor (Joule atau J)
ΔT = perubahan Suhu (oK atau oC)

12. 1.6. ENERGI INTERNAL GAS IDEAL
Energi dalam adalah energi yang dimiliki oleh setiap molekul. Energi dalam untuk
molekul monoatomik : 𝑈 =
3
2
𝑁𝑘𝑇 =
3
2
𝑛𝑅𝑇
Energi dalam untuk molekul diatomik : 𝑈 =
5
2
𝑁𝑘𝑇 =
5
2
𝑛𝑅𝑇
• pada suhu rendah (+/- 300 K) U = 3/2 N kT
• pada suhu sedang (+/- 500 K) U = 5/2 N kT
• pada suhu tinggi (+/- 1000 K) U = 7/2 N kT

13. 1.5. EKSPANSI ADIABATIK
Proses adiabatik adalah suatu proses perubahan keadaan gas di mana tidak ada kalor (Q) yang
masuk atau keluar dari sistem (gas). Proses ini dapat dilakukan dengan cara mengisolasi sistem
menggunakan bahan yang tidak mudah menghantarkan kalor atau disebut juga bahan adiabatik. Adapun,
bahan-bahan yang bersifat mudah menghantarkan kalor disebut bahan diatermik.
Proses adiabatik ini mengikuti persamaan Poisson sebagai berikut
p Vγ = konstan atau p1 V1
γ = p2 V2
γ
Oleh karena persamaan gas ideal dinyatakan sebagai pV = nRT maka
Persamaan dapat ditulis :
T1V1
(γ –1) = T2 V2
(γ –1)

14. 1.5. EKSPANSI ADIABATIK
1. Sebuah mesin memiliki rasio pemampatan 12 : 1 yang berarti bahwa setelah pemampatan, volume
gas menjadi 1/12 volume awalnya. Anggap bahan bakar bercampur udara pada suhu 35 °C, tekanan 1
atm, dan γ = 1,4. Jika proses pemampatan terjadi secara adiabatik, hitunglah tekanan pada keadaan
akhir (p2) dan suhu campuran (T2) !
Diketahui : V2 = 1/12 V1, T1 = 35 + 273 = 308 K, dan p1 = 1 atm
p2 = 32,4 atm.
Suhu campuran atau suhu akhir T2 diperoleh sebagai berikut :
T2 = 308 K (12)1,4 – 1 = 308 K (12)0,4 = 832 K = 559 °C

15. 1.5. EKSPANSI ADIABATIK
2. Usaha sebesar 2 × 103 J diberikan secara adiabatik untuk memampatkan 0,5 mol gas ideal monoatomik
sehingga suhu mutlaknya menjadi 2 kali semula. Jika konstanta umum gas R = 8,31 J/mol K,
tentukanlah suhu awal gas!
Diketahui: W = 2 × 103 J, T2 = 2T1, dan n = 0,5 mol.
W = 3/2 n R (T2 – T1) = 3/2 n R (2T1 – T1)
W = 3/2 n R T1
T1 = 2W / 3nR = 2(2 x 103 joule) / 3 x 0,5 mol x 8,31 J/molK = 321 K
Jadi, suhu awal gas adalah 321 K.

16. 1.7. USAHA DAN DIGRAM P-V GAS
Pada pembahasan Bab sebelumnya, Anda telah mempelajari definisi usaha (W) yang dilakukan pada
benda tegar, yaitu W = F x s
Ketika gas tersebut dipanaskan, piston akan berpindah sejauh Δs karena gas di dalam tabung memuai dari
volume awal V1 menjadi volume akhir V2. Gaya yang bekerja pada piston adalah F = pA. Jika luas
penampang piston (A) dan tekanan gas dalam tabung (P) berada dalam keadaan konstan, usaha yang
dilakukan oleh gas dinyatakan dengan persamaan : W = pA Δs
Oleh karena A Δs = ΔV, persamaan usaha yang dilakukan gas dapat ditulis menjadi :
W = p ΔV
W = p(V2 – V1)
p = tekanan gas (N/m2),
ΔV = perubahan volume (m3), dan
W = usaha yang dilakukan gas (joule).

17. 1.7. USAHA DAN DIAGRAM P-V GAS
1. Suatu gas dipanaskan pada tekanan tetap sehingga memuai, seperti terlihat pada gambar :
Tentukanlah usaha yang dilakukan gas? (1 atm = 105 N/m2)
Diketahui: p = 2 atm, V1 = 0,3 L, dan V2 = 0,5 L.
1 liter = 1 dm3 = 10–3 m3
Jawab :
W = p ( ΔV) = p (V2 – V1)
W = 2 × 105 N/m2 (0,5 L – 0,2 L) × 10–3 m3 = 60 Joule.

18. 1.7. USAHA DAN DIAGRAM P-V GAS
2. Gambar berikut menunjukkan suatu siklus termodinamika dari suatu gas ideal.
Tentukanlah usaha yang dilakukan gas:
a. dari keadaan A ke B, b. dari B ke C,
c. dari C ke D, d. dari D ke A, dan
e. dari A kembali ke A melalui B, C, dan D
JAWABAN

19. 1.7. USAHA DAN DIAGRAM P-V GAS
Diketahui: p = pB = 2 N/m2, pD = pC = 1 N/m2,
VA = VD = 2 m3, VB = VC = 3 m3.
a. WAB = p (VB – VA) = (2 × 105 N/m2) (3 – 2) × 10–3 m3 = 200 joule
b. WBC = p (VC – VB) = 0
c. WCD= p (VD – VC) = (1 × 105 N/m2) (2 – 3) × 10–3 m3 = -100 joule
d. WDA= p (VA – VD) = 0
e. WABCDA = Wsiklus = 200 Joule + 0 – 100 Joule + 0 = 100 joule

20. 2. TRANSFER ENERGI TERMIS
Energi panas dapat dipindahkan ke atau dari
suatu sistem melalui mekanisme konduksi,
konveksi, dan radiasi. Panas adalah energi
yang dipindahkan dari suatu sistem dengan
temperatur yang lebih tinggi ke suatu sistem
dengan temperatur yang lebih rendah (dimana
keduanya mengalami kontak) melalui tumbukan
partikel penyusunnya.

21. 2.1. KONDUKSI
Konduksi adalah perpindahan kalor melalui zat penghantar tanpa disertai perpindahan bagian-
bagian zat itu. Perpindahan kalor dengan cara konduksi pada umumnya terjadi pada zat padat.
Contoh konduksi adalah memanaskan batang besi di atas nyala api. Apabila salah satu ujung
besi dipanaskan, kemudian ujung yang lain dipegang, maka semakin lama ujung yang dipegang
semakin panas. Hal ini menunjukkan bahwa kalor atau panas berpindah dari ujung besi yang
dipanaskan ke ujung besi yang dipegang.

22. 2.1. KONDUKSI

23. 2.2. KONVEKSI
• Konveksi adalah perpindahan kalor melalui zat penghantar yang disertai dengan
perpindahan bagian-bagian zat itu. Pada umumnya zat penghantar yang dipakai berupa zat
cair dan gas. Kalor berpindah karena adanya aliran zat yang dipanaskan akibat adanya
perbedaan massa jenis (berat jenis). Massa jenis bagian yang dipanaskan lebih kecil daripada
massa jenis bagian zat yang tidak dipanaskan.
Contoh konveksi adalah
memanaskan air dalam panci
hingga mendidih. Peristiwa sehari-
hari yang berhubungan dengan
konveksi kalor adalah terjadinya
angin darat dan angin kalor.

24. 2.3. RADIASI
Radiasi adalah perpindahan panas tanpa melalui perantara. Untuk memahami ini, dapat kita
lihat kehidupan kita sehari-hari. Ketika matahari bersinar terik pada siang hari, maka kita akan
merasakan gerah atau kepanasan. Atau ketika kita duduk dan mengelilingi api unggun,
kita merasakan hangat walaupun kita tidak bersentukan dengan apinya secara langsung. Dalam
kedua peristiwa di atas, terjadi perpindahan panas yang dipancarkan oleh asal panas tersebut
sehingga disebut dengan Radiasi.

25. DAFTAR PUSTAKA
http://www.slideshare.net/ptik/perubahan-fasa
http://elfia-physics.blogspot.com/2012/02/perubahan-fase-zat.html
http://id.wikipedia.org/wiki/Perubahan_wujud_zat
https://anaspendidikanfisika.wordpress.com/2013/03/03/zat-dan-wujudnya/
https://yefrichan.wordpress.com/2011/04/29/pengertian-panaspanas-sensibel-dan-panas-
laten/
http://id.wikipedia.org/wiki/Proses_adiabatik
http://scientificsentence.net/Thermodynamics/index.php?key=yes&Integer=Kinetic-Gas

26. DAFTAR PUSTAKA
http://id.wikipedia.org/wiki/Kapasitas_kalor
http://fisikaveritas.blogspot.com/2013/08/kalor-jenis-specific-heat.html
http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-smk/kelas_x/kapasitas-panas-panas-spesifik-
dan-kalorimetri/
http://www.pengertianahli.com/2013/11/pengertian-konduksi-konveksi-radiasi.html#_
http://www.miung.com/2013/05/pengertian-perpindahan-panas-konveksi.html
http://gurumuda.net/tag/pengertian-kalor-jenis
http://gurumuda.net/kalor-jenis.htm

27. DAFTAR PUSTAKA
http://11febyana.blogspot.com/2014/01/termodinamika-gas-ideal.html
http://himatemunila.blogspot.com/2013/09/perpindahan-panas-konveksi-radiasi.html
Bueche, Frederick J & Hecht, Eugene. Fisika Universitas. Jakarta. PENERBIT ERLANGGA
Umar, Efrizon, Fisika dan Kecakapan Hidup. Jakarta. GANECA EXACT.