termodinamika

TERMODINAMIKA

Padababinikitaakanmempelajari :

1.    Usaha, Kalor, danEnergiDalam

2.    Beberapa Proses Termodinamika Gas

3.    HukumPertamaTermodinamika

4.    Kapasitaskalor Gas

5.    MesinKalordanHukumKeduaTermodinamika

6.    Siklus Carnot

Termodinamikaadalahcabangfisika yang mempelajarihukum-hukumdasar yang dipatuhiolehkalordanusaha.

Dalamtermodinamika, kumpulanbenda-benda yang kitaperhatikandisebut system, sedangkansemua yang adadiekitarbendadisebutlingkungan.

Ada duaHukumTermodinamikayaituhukumpertamadanhukumkedua.

Hukumpertamasecaraesensialadalahprinsipkekekalan energy yang memasukkankalorsebagai mode perpindahan energy.Menuruthukumpertama, energy dalamsuatubendadapatditingkatkandenganmenambahkankalorkebendaataudenganmelakukanusahapadabenda.hukumpertamatidakmembatasipadaarahperpindahankalor yang dapatterjadi.

Hukumkeduatermodinamikamengatakanbahwaalirankalormemilikiarah, dengan kata lain tidaksemua proses di alamadalah reversible (dapatdibalikkanarahnya).

1.    Usaha, Kalor, danEnergiDalam

Pengertian Usaha danKalor

Usaha yang dilakukanpada (atauoleh) system adalahukuran energy yang dipindahkandari system kelingkungannyaatausebaliknya.Sedangkan energy mekanik (kinetic ataupotensial) system adalah energy yang dimiliki system akibatgerakdankoordinatkedudukannya.

§  PengertianEnergiDalam

Energidalamadalahsuatusifatmikroskopikzat, sehinggatidakdapatdiukursecaralangsung.Yang dapatdiukursecaralangsungadalahperubahan energy dalam (notasi ΔU), yaituketika system berubahdarikeadaanawal (diberiindeks 1) kekeadaanakhir (diberiindeks 2).

Perubahan energy dalam:

ΔU = U₂ – U₁

§  Formulasi Usaha, KalordanEnergiDalam

Usaha oleh system terhadaplingkungannya

Proses isobaric adalah proses yang terjadipadatekanantetap.

Usaha pada proses isobarik

W = p ∆V = p(V_B – V_A)

Catatan :persamaan (2) konsistendenganperjanjiantandabahwajika system melakukanusahapadalingkungansehingga system memuai (V₂> V₁), yang berarti  ∆V = V₂ – V₁betandapositif, makausahabertandapositif. Sebaliknya, ketikalingkunganmelakukanusahapada system sehingga system memampat (V₂<V₁ ), yang berarti ∆V = V₂ – V₁ bertanda negative, makausahabertanda negative.

Catatan :V_akhir - V_awal, makausahadilakukanoleh system (gas) danusaha  W bertandapositif,  sebaliknya, jikaV_akhir<V_awal, makausahadilakukanpada system (gas) dan W bertanda negative.

§  FormulasiKalor

Kalor yang diserap (ataudiberikan) oleh system gas dapatdihitungdaripersamaan:

Q = mc∆Tatau Q = C∆T

c = kalorjenis gas,

C = kapasitaskalor gas

§  formulasiEnergiDalam

Energy dalamsuatu gas didefinisikansebagaijumlah energy kinetic seluruhmolekul gas yang terdapat di dalamsuatuwadahtertutup:

            untuk gas monoatomik   

            U =                                    

            untuk gas diatomik                       

U =                                   

dimana : N = jumlahseluruhmolekul gas, sedang n = jumlahmol gas

perubahan energy dalam ∆U untuk system yang berubahdarisuhuawal T₁kesuhuakhir T₂dapatdinyatakansebagai :

            gasmonoatomik                                                              

            gas diatomic                                    =                         

dengan

2.    Beberapa Proses Termodinamika Gas

a.    Proses isobaric

Proses isobaric adalah proses perubahankeadaan gas padatekanantetap.

Usaha yang dilakukan gas dinyatakanolehpersamaan:

W = p ∆V = p(V₂ – V₁)

Persamaankeadaan gas ideal untuk proses isobaric (P tetap):

ini adalah Hukum Gay-Lussac

b.    Proses isokhoric

Proses isobaric adalah proses perubahankeadaan gas padavolumtetap.

Persamaan gas ideal untuk proses isothermal (V tetap) adalah:

iniadalahhukum Charles

c.    Proses isothermal

Proses isothermal adalah proses perubahankeadaan gas padasuhutetap.

Usaha yang dilakukan gas dinyatakanolehpersamaan integral berikut :

                                                                            

Dari persamaan gas ideal  , sehingga

KarenanRTtetap, maka factor-faktortersebutdapatdikeluarksndaritanda integral.Kemudian, denganmenggunakansifatintegral , diperoleh

                                                                                                       

Persamaankeadaan gas ideal untuk proses isothermal (T tetap) adalah

Iniadalah hokum Boyle

d.    Proses Adiabatik

Proses adiabatic adalahsuatu proses perubahankeadaan gas di manatidakadakalor yang masukkedalamataukeluardari system (gas), yaitu Q = 0.

Persamaan yang dinyatakanpada adiabatic dapatditurunkandenganmenggunakan integral:

Dengan > 1merupakan hasilperbandingan kalor jenis gas pada tekanan tetap C_pdankalorjenis gas pada volume tetap C_V.

          Untuk gas ideal, sehinggapersamaandapatditulis:

           

           

           

Contoh!

1.   0,3 L gas dipanaskanpadatekanantetap 2,0 atmsehinggavolumenyamenjadi 0,8 L. Tentukanusaha yang dilakukanoleh gas!

Jawab!

Diket : V₁ = 0,3 L

            V₂ = 0,8 L

              p = 2,0atm

Dit    : W = ……?

Hit    : W = p ∆V = p(V_B – V_A)