BAB 2 ENERGI DAN HUKUM TERMODINAMIKA I

BAB 2

ENERGI DAN HUKUM TERM ODINAM IKA I

Energi

Energi:

konsep dasar Termodinamika.

Energi:

-

dapat disimpan, di dalam sist em

- dapat diubah bent uknya

- dapat dipindahkan, dalam bent uk

Kerja

at au

Panas

- t idak dapat dicipt akan at au dimusnahkan

REVIEW KONSEP M EKANIKA M ENGENAI ENERGI

• Sebuah benda dengan massa m

mempunyai kecepat an V akibat gaya luar F

yang mengikut i lint asannya.

• Gaya result an Fdapat dipisah menjadi: a) F_syang searah lint asan dan

menyebabkan perubahan besaran kecepat an, dan

b) F_n yang t egak lurus lint asan dan menyebabkan perubahan arah kecepat an.

•

Dengan mengat ur ulang persamaan dan mengint egrasi, maka:

•

Suku di sebelah kiri adalah PERUBAHAN ENERGI KINETIK,

•

Sedangkan suku sebelah kanan adalah KERJA:

•

Persamaan ini menyat akan bahwa kerja dari gaya result an adalah

perubahan energi kinet ik benda. Dalam kat a lain, PERPINDAHAN

energi sebagai KERJA PADA benda dapat DISIM PAN dalam bent uk

ENERGI KINETIK.

ENERGI POTENSIAL AKIBAT GRAVITASI

• Perhat ikan sebuah benda dengan massa m

bergerak vert ikal dari z₁ ke z₂

• Pada benda t ersebut t erdapat dua gaya:

a)F_g = m.g = gaya gravit asi ke bawah, dan

b)R= gaya luar lainnya ke at as.

• Dari persamaan sebelumnya, perubahan

energi kinet ik adalah kerja t ot alnya akibat dari gaya-gaya t ersebut :

• Suku kedua int egral di at as adalah

•

Energi Pot ensial akibat hal lain dapat berupa energi pot ensial

akibat perbedaan volt ase list rik, akibat perbedaan t ekanan, dll.

M ENGEVALUASI PERPINDAHAN ENERGI SEBAGAI KERJA

•

Kerja dapat dihit ung berdasarkan dua variabel yang dapat

diukur:

•

Definisi KERJA berdasarkan Termodinamika:

•

•

Kerja BUKAN SIFAT. Tidak dipunyai oleh benda. Kerja bergant ung

pada rincian proses dari sat u t ingkat keadaan ke t ingkat keadaan

lainnya

 Kerja adalah CARA perpindahan energi. Bukan APA yang dipindahkan.

DAYA:

Laju perpindahan energi sebagai kerja. Satuan daya: J/s atau watt atau W, ft.lbf/s, Btu/h, atau hp (daya kuda).

KERJA EKSPANSI ATAU KOMPRESI

Pada saat berekspansi, tekanan gas memberikan gaya normal pada torak sebesar:

F = p.A. Kerja sistem ketika torak bergerak sebesar dx adalah:

• dV positif bila volume bertambah, sehingga Kerja dari sistem positif bila volume bertambah atau berekspansi. Sebaliknya, bila terjadi kompresi, maka dV negatif dan arah kerja menjadi sebaliknya.

KONVENSI TANDA

(dipilih karena banyak digunakan pada analisis turbin, motor bakar, dll.)

W

> 0: kerja dilakukan OLEH sistem, PADA sekeliling (Ekspansi)

• Integral ini dapat dievaluasi bila hubungan antara p dan V dapat diperoleh dengan pasti.

• Pada kenyataannya, hal ini tidak dapat diperoleh. Oleh karena itu, diasumsikan sistem berada pada suatu tingkat keadaan semu yang disebut

KESETIMBANGAN KUASI (quasi-equilibrium).

GAMBARAN PROSES KESETIMBANGAN KUASI (quasi-equilibrium).

Penggambaran proses ini pada diagram p-V menghasilkan luas di bawah kurva yang merupakan kerja dari sistem saat berekspansi.  Kerja bergantung pada

PROSES POLITROPIK:

Proses dimana hubungan antara p dan V berupa: p.Vn _{= konstan.}

n=konstanta proses dari partikel

BEBERAPA CONTOH KERJA LAINNYA:

 Perpanjangan batang pejal,

 Perengangan lapisan cairan,

 Penyaluran daya poros transmisi,

 Kerja elektrik,

 Kerja akibat magnetisasi atau polarisasi,

HUKUM TERM ODINAM IKA PERTAM A

(1850an)

:

Fakta menyatakan bahwa pada proses adiabatika (Q = 0), maka kerja netto yang terjadi antara dua tingkat keadaan selalu sama. Oleh karena itu, kerja oleh atau dari suatu sistem tertutup yang mengalami proses adiabatik hanya bergantung pada tingkat keadaan awal dan akhirnya saja dan tidak bergantung pada proses adiabatiknya.

Perubahan Energinya adalah:

Dalam M ekanika ENERGI TOTAL (E):

PERPINDAHAN ENERGI SEBAGAI PANAS (Q):

Panas adalah modus perpindahan energi yang bukan sebagai Kerja, dan hanya akan terjadi akibat adanya perbedaan temperatur, dengan arah dari temperatur tinggi ke temperatur rendah.

KONVENSI TANDA

(dipilih karena banyak digunakan pada analisis PLTU, motor bakar, dll.)

Q > 0: panas berpindah dari sekeliling ke sistem.

Q < 0: panas berpindah dari sistem ke sekeliling.

MODUS PERPINDAHAN ENERGI SEBAGAI PANAS:

A. KONDUKSI: Terjadi ket ika ada perbedaan t emperat ure ant ara 2 permukaan yang t erpisah oleh mat erial solid at au fluida Konduksi t erjadi karena adanya kont ak molekul/ part ikel.

B. RADIASI: Energi radiasi dibawa melalui gelombang elekt romagnet ik berbeda dengan perpindahan panas konduksi at au konveksi yang membut uhkan suat u media, radiasi t idak

PRINSIP KONSERVASI ENERGI PADA SISTEM TERTUTUP:

ENERGI ANALISIS SIKLUS:

Kerja netto siklus

Efisiensi Termal:

SIKLUS PENDINGIN DAN POM PA PANAS:

Siklus unt uk mendinginkan at au memanaskan ruangan. .

Kerja netto siklus

Koefisien Prestasi

(Coefficient of Performance: COP_):

Untuk Siklus Pendingin (yang diinginkan adalah efek pendinginan):