Dokumen tersebut merupakan laporan kelompok termodinamika yang membahas konsep-konsep dasar termodinamika seperti hukum Boyle, Gay-Lussac, hukum-hukum termodinamika, proses-proses termodinamika, dan efisiensi mesin.

1. TERMODINAMIKA
KELOMPOK 1
1. ELFINA SARI NASUTION
2. FITRIA SILVIANA
3. ANNISYAH
4. RESTI HRP
5. ADELINA
PROGRAM STUDI MAGISTER PENDIDIKAN FISIKA
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
2015

2. Resnick, dkk. (2010), menyatakan: termodinamika yaitu
ilmu yang mempelajari aplikasi dari energi panas
(termal) yang lebih dikenal sebagai energi dalam
(internal energy) sistem. Termodinamika juga dapat
diartikan sebagai ilmu yang menjelaskan kaitan antara
besaran fisis tertentu yang menggambarkan sikap zat
di bawah pengaruh kalor.
1. Pengertian Dasar Termodinamika

3. Dalam termodinamika ada dua istilah yang familiar yaitu
sistem dan lingkungan. Sistem adalah sejumlah gas dalam
benda dengan volume tertutup. Lingkungan adalah benda-
benda yang berada diluar sisitem.
A. Kesetaraan Kalor dan Energi
Energi kekal, tidak dapat dimusnahkan atau diciptakan,
tetapi dapat diubah dari satu bentu ke bentuk yang lain.
Kalor adalah salah satu bentuk energi. Kesetaraan kalor
dalam termodinamika dirumuskan

4. Kalor adalah salah satu
bentuk energi yang dapat
menimbulkan efek
perubahan suhu benda
(Sahyar, 2015)
Sedangkan menurut (Resnick, dkk,
2010). Kalor adalah energi yang
ditransfer antara sistem dan
lingkungannya dikarenakan
perbedaan suhu yang ada di antara
sistem dan lingkungan.
A.1 Pengertian Kalor

5. A.2 Hukum Boyle
Hukum Boyle menjelaskan hubungan
antara tekanan dan volume gas dalam
ruang tertutup pada suhu dan jumlah
partikel konstan
PV =NKT = konstan
atau P1 V1 = P2 V2 = konstan
Jika ada n mol gas, persamaan untuk gas
ideal menjadi p V = nRT dimana R adalah
konstanta umum gas, berlaku sama untuk
semua gas, nilainya R = 8,3144 joule/mol.K
= 8,3144.103 Joule/Mol.K atau R = 0,0821
atm liter/mol.K
Perubahan variable keadaan
disebut proses. Proses isotermis
adalah proses yang suhu (T)
selalu tetap, maka p V = konstan.
Proses isobarik adalah proses
yang tekanannya selalu konstan,
V/T = konstan. Proses
isokhorik/isovolume proses
yang volumenya selalu tetap p/T
= konstan.

6. A.3 Hukum Gay Lussac
hukum Gay Lussac menjelaskan hubungan tekanan
gas dan suhu dalam ruang tertutup pada volume
tetap, dan hubungan volume dengan suhu pada
tekanan tetap.
Pada tekanan konstan:
𝑉
𝑇
= konstan
Pada Volume konstan:
𝑃
𝑇
= konstan

7. B. Gas yang Dipengaruhi Usaha dari Lingkungannya
Gaya sebesar F yang diperlukan oleh piston yang
mempunyai luas penampang A untuk menekan gas di
dalam ruang tertutup sebesar p dirumuskan :
F = pA
Besarnya usaha yang dilakukan oleh gas adalah
W = pA (h2-h1)

8. oleh karena A (h2-h1) adalah volume maka dapat
disederhanakan
W = p (V2-V1) atau W = p ΔV
Dengan: V1 = volume mula-mula
V2 = volume akhir
ΔV = perubahan volume
W = usaha luar yang diterima
p = tekanan gas
Bila W > 0 → sistem melakukan usaha (V2 > V1)
Bila W < 0 → sistem menerima usaha dari lingkungan (V2 <
V1)

9. 2. Pengaruh Energi Dalam dan Usaha Luar Termodinamika
Energi Dalam
energi dalam dapat ditinjau sebagai jumlah
keseluruhan energi kinetik dan potensial yang
terkandung dan dimiliki oleh partikel-partikel di
dalam gas tersebut dalam skala mikroskopik. Dan,
energi dalam gas sebanding dengan suhu mutlak gas.
Oleh karena itu, perubahan suhu gas akan
menyebabkan perubahan energi dalam gas.

10. Secara matematis, perubahan energi dalam gas dinyatakan sebagai
berikut:
>> untuk gas monoatomik
>> untuk gas diatomik
Dimana ∆U adalah perubahan energi dalam gas, n adalah jumlah mol
gas, R adalah konstanta umum gas (R = 8,31 J mol−1 K−1, dan ∆T adalah
perubahan suhu gas (dalam kelvin).

11. Usaha Luar
Usaha luar dilakukan oleh sistem, jika kalor ditambahkan
(dipanaskan) atau kalor dikurangi (didinginkan) terhadap
sistem. Jika kalor diterapkan kepada gas yang menyebabkan
perubahan volume gas, usaha luar akan dilakukan oleh gas
tersebut. Usaha yang dilakukan oleh gas ketika volume berubah
dari volume awal V1 menjadi volume akhir V2 pada tekanan p
konstan dinyatakan sebagai hasil kali tekanan dengan
perubahan volumenya.
W = p∆V= p(V2 – V1)

12. 3. Hukum – Hukum Termodinamika
1. Hukum ke Nol Termodinamika
Jika dua sistem dalam keadaan setimbang
dengan sistem ketiga, maka ketiga sistem
saling setimbang satu dengan lainnya.
2. Hukum I Termodinamika
Untuk setiap proses, apabila kalor Q diberikan kepada
sistem dan sistem melakukan usaha W, maka akan
terjadi perubahan energi dalam ∆U = Q – W.

13. Pernyataan ini dapat dituliskan secara matematis:
Keterangan:
Jika energi kalor mengalir kedalam suatu sistem, maka energi kalor
akan diterima sistem untuk mengubah energi didalamnya dan atau
melakukan usaha terhadap lingkungannya yaitu Q = W + ∆𝑈

14. Energi internal dari suatu sistem cenderung meningkat jika energi
ditambahkan sebagai panas Q dan cenderung menurun jika energi
hilang sebagai usaha W yang dilakukan oleh sistem. Halliday,
(Resnick, dkk., 2010)
• W bertanda positif jika sistem melakukan usaha terhadap
lingkungan

15. • W bertanda negatif jika sistem menerima usaha dari lingkungan
• Q bertanda positif jika sistem menerima kalor dari lingkungan
• Q bertanda negatif jika sistem melepas kalor pada lingkungan
Beberapa kasus khusus pada hukum I termodinamika. (Halliday, dkk., 2010)
a. Proses Adiabatik: Proses adiabatik adalah salah satu proses yang
terjadi sangat cepat atau terjadi dalam suatu sistem yang
terisolasi dengan baik sehingga tidak ada transfer energi panas
yang terjadi antara sistem dan lingkungannya.
Dengan mengasumsikan Q=0 maka akan dihasilkan
∆u = -W

16. b. Proses Volume Konstan. Jika volume sistem (seperti gas)
dipertahankan konstan, sistem itu tidak dapat melakukan
usaha dan jika kita meberi nilai W=0, maka akan
menghasilkan
∆Uint = Q
c. Proses Siklus. Ada proses-proses di mana setelah terjadi
beberapa perubahan tertentu dari panas dan usaha,
maka sistem akan kembali ke kondisi awal. dalam hal
ini tidak ada variabel intrinsik dalam sistem-termasu
energi internal yang mungkin dapat berubah. Dengan
memberi nilai Q=W

17. d. Ekspansi Bebas. Ini adalah proses adiabatik dimana tidak ada
perpindahan panas terjadi antar sistem dan lingkungan dan
tidak ada usaha yang dilakukan pada atau oleh sistem. Jadi,
Q=W=0 dan pernyataan hukum pertama akan memberikan
∆U=0
Tabel 1. Tabel Hukum Pertama Termodinamika: Empat kasus Khusus

18. 3. Hukum II Termodinamika
Hukum II Termodinamika membatasi perubahan energi mana yang
dapat terjadi dan yang tidak dapat terjadi.
Pembatasan ini dinyatakan dengan berbagai cara, antara lain :
Hukum II Termodinamika dalam menyatakan aliran kalor.
Kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu
rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya.
Hukum II Termodinamika dalam pernyataan tentang mesin kalor.
Tidak mungkin membuat suatu mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus
yang semata-mata menyerap kalor dari sebuah reservoir dan megubah
seluruhnya menjadi usaha luar.

19. Hukum II Termodinamika dalam pernyataan entropi.
Total entropi semesta tidak berubah ketika proses reversibel terjadi dan
bertambah ketika proses irreversibel terjadi.
Proses Reversibel : suatu proses yang dapat dibalikkan ke
keadaan semula tanpa mengubah keadaan sekelilingnya.
Proses Irreversibel : suatu proses yang tak terbalikkan. Untuk
mengembalikkan ke keadaan semula harus mengubah keadaan
sekelilingnya.

20. • Hukum II Termodinamika dinyatakan dalam Entropi
Hukum ini menyatakan bahwa total entropi (S) dari suatu sistem
termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring
dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya.
Perubahan entropi (perubahan dalam jumlah keadaan yang tidak
teratur) disingkat dengan huruf ∆s
Entropi adalah besaran termodinamika yang menyertai
perubahan setiap keadaan dari awal sampai keadaan akhir
sistem

21. Hukum II termodinamika membahas tentang dapat atau tidak
dapat terjadinya proses perubahan energi suatu sistem. Yang
mana merupakan pengembangan dari postulat entropi,
menyatakan: Jika suatu proses terjadi di dalam sebuah sistem tertutup,
entropi dari sebuah sistem meningkat untuk proses ireversibel dan
terjaga konstan untuk proses reversibel. Entropi tidak akan pernah
menurun.
Dalam bentuk persamaan
∆𝑆 ≥ 0
Hukum II Termodinamika dinyatakan dalam entropi:
∆𝑆 =
𝑇1
𝑇2
𝑑𝑄
𝑇
= 𝑐 𝑙𝑛
𝑇2
𝑇1
S = entropi; c = kalor jenis

22. • Hukum II Termodinamika Rumusan Rudolf Clausisus (1822-1888)
kalor mengalir secara secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke
benda bersuhu rendah dan tidak secara spontan kalau kembali ke
keadaan semula. Atau singkatnya W  0, bagi mesin pendingin.

23. • Hukum II Termodinamika Kelvin-Planck
tidak mungkin suatu mesin itu mengisap
panas dari reservoir dan mengubah
seluruhnya menjadi usaha. Atau
singkatnya Q1  0, yaitu  < 1 bagi setiap
mesin kalor.
W = 𝑄ℎ - 𝑄𝑐
W = usaha (J)
𝑄ℎ= Panas yang diserap dari tandon (J)
𝑄𝑐 = Panas buangan (J)

24. Efisiensi Mesin
Mesin adalah sebuah alat yang beroperasi dalam siklus,
menyerap energi sebagian kalor QH dari reservoir
bertemperatur tinggi dan melakukan sejumlah usaha
tertentu W. (Resnick, 2010) Efisiensi dari suatu mesin
didefinisikan sebagai:
𝜀 =
𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑝𝑒𝑟𝑜𝑙𝑒ℎ
𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑦𝑎𝑛𝑔 ℎ𝑎𝑟𝑢𝑠 𝑘𝑖𝑡𝑎 𝑏𝑒𝑟𝑖𝑘𝑎𝑛
=
𝑊
𝑄𝐻
Mesin pemanas Carnot
η =
𝑊
𝑄1
= 1 −
𝑄2
𝑄1
= 1 −
𝑇2
𝑇1
Performasi mesin pendingin
k =
𝑄2
𝑊
=
𝑄2
𝑄1−𝑄2
=
𝑇2
𝑇1−𝑇2

25. η = efisiensi mesin pemanas carnot
W = usaha yang dilakukan oleh mesin
𝑄1= kalor yang diserap dari reservoir suhu tinggi
𝑄2 = kalor yang diserap dari reservoir suhu rendah
𝑇1 = suhu dari reservoir tinggi
𝑇2 = suhu dari reservoir rendah
k = koefisien performansi mesin pendingin

26. 4. Hukum III Termodinamika
Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai
temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi
sistem akan mendekati nilai minimum.
Pada mesin pemanas Carnot
η =
𝑊
𝑄1
= 1 −
𝑄2
𝑄1
= 1 −
𝑇2
𝑇1
Jika suhu T2 = 0, maka efisiensi mesin 100%. hal ini menjelaskan
bahwa seluruh energi kalor dapat berubah menjadi usaha. Jika hal
ini terjadi maka bertentangan dengan Hukum II Termodinamika.

27. 4. Proses – Proses Dalam Termodinamika
Termodinamika membahas perubahan energi kalor
menjadi kerja atau usaha.
W = 𝑃𝑑𝑉
W = usaha (joule)
P = tekanan (N/m2)
dV = perubahan volume
Sebelum lanjut membahas tentang kondisi pada masing-masing
proses terlebih dahulu perlu di ingat kembali beberapa persamaan –
persamaan yang berlaku seperti :
Persamaan gas ideal :

28. 1. Proses Isobarik (Tekanan: P = konstan)
c
V1 V2
P(atm)
P C D W = 𝑉1
𝑉2
𝑃𝑑𝑉 = 𝑃 𝑉1
𝑉2
𝑑𝑉
W = P (V2 - V1)
V2 V1 W = (+) gas melakukan usaha terhadap lingkungannya.
V2 <V1 W = (-) gas menerima usaha dari Lingkungannya

29. Perubahan energi dalam pada proses isobarik dapat dihitung
:
Perubahan kalor pada proses isobarik dapat dihitung :

30. 2. Proses Isokhorik (Volume : V = konstan
Pada proses isokhorik, volume awal akan sama dengan
volume akhir gas atau V1 = V2. Bila V1 = V2 maka dV = 0.

31. 3. Proses Isotermis (suhu mutlak: T = konstan)
Proses isotermik adalah proses di mana suhu tidak berubah.
Untuk gas ideal yang mengalami proses isotermik U = 0.
Tetapi hal ini tidaklah berlaku untuk sistem-sistem lain
∆U = 0
∆ Q = W
W = n RT 1n ( )
W = n RT 1n ( )
1
2
V
V
2
1
p
p

32. Usaha pada proses isotermal dapat dihitung
Perubahan energi dalam pada proses isotermal adalah 0 sehingga
besar perubahan kalor akan sama dengan usaha pada proses
isotermal.

33. Perubahan entalpi pada proses isotermal :

34. 4. Proses Adiabatik
Proses adiabatik adalah proses di mana tidak ada kalor yang
masuk atau keluar dari sistem. Maka Q = 0, hingga untuk
proses demikian, hukum pertama menjadi
0 = U + W
artinya  U =   W
Apabila sistem melakukan kerja, energi dalamnya harus turun.
Apabila kerja dilakukan pada sistem, energi dalamnya akan naik.
Apabila gas ideal mengalami proses, di mana keadaannya (p1, V1,
T1) berubah secara adiabatik menjadi (p2, V2, T2), berlakulah:
p1 = p2 dan
dengan  = cp/cv.
𝑽𝟏
𝜸
𝑽𝟐
𝜸
1
1
1


V
T
1
2
2


V
T
=

35. Karena tidak ada kalor yang dapat masuk dan keluar dari sistem, maka
tidak ada perubahan kalor atau dQ = 0

36. Usaha pada proses adiabatis reversibel dapat dihitung sebagai
berikut :
Karena proses berlangsung pada kondisi p.Vk
= C , maka:

37. 5. Proses Polytropis
Proses polytropis adalah proses termodinamika dengan index
isentropis k = n dimana n > 1 atau p.Vn = C. Proses ini sama
dengan proses adiabatis reversibel hanya dibedakan jika pada
proses adiabatis, kalor tidak dapat keluar atau masuk ke sistem,
tetapi pada proses ini kalor dapat berubah (dapat keluar – masuk
sistem). p – V diagram untuk proses politropis sama dengan p-V
diagram proses adiabatis.
Usaha pada proses politropis adalah sama dengan usaha pada
proses adiabatis reversibel, hanya k diganti dengan n dimana n > 1.
atau p.Vn = C

38. 5. Aplikasi atau Penerapan Termodinamika dalam Kehidupan
Sehari– hari
Berikut beberapa contoh aplikasi termodinamika yang
biasa digunakan dalam kehidupan sehari-hari: fisika
terapan.
1. Termos

39. Termos berfungsi untuk menyimpan zat cair yang berada di
dalamnya agar tetap panas dalam jangka waktu tertentu. Termos
dibuat untuk mencegah perpindahan kalor secara konduksi,
konveksi, maupun radiasi
2. Air Conditioner (AC)
Sistem kerja AC terdiri dari bagian yang berfungsi untuk
menaikkan dan menurunkan tekanan supaya penguapan
dan penyerapan panas dapat berlangsung. Kompresor yang
ada pada sistem pendingin dipergunakan sebagai alat untuk
memampatkan fluida kerja (refrigent), jadi refrigent yang
masuk ke dalam kompresor dialirkan ke kondenser yang
kemudian dimampatkan di kondenser.

40. Di bagian kondenser ini refrigent yang dimampatkan akan
berubah fase dari refrigent fase uap menjadi refrigent fase cair,
maka refrigent mengeluarkan kalor yaitu kalor penguapan yang
terkandung di dalam refrigent. Adapun besarnya kalor yang
dilepaskan oleh kondenser adalah jumlahan dari energi kompresor
yang diperlukan dan energi kalor yang diambil evaparator dari
substansi yang akan didinginkan.

41. 3. Dispenser
4. Rice Cooker
5. Termometer bimetal mekanik
6. EKG (Elektro Kardiograf)
7. Barograph
8. Solarimeter Dan Pyranometer
9. Kulkas