SUHU KALOR (TEORI KINETIK GAS –TKG TERMODINAMIKA)

SUHU & KALOR

(TEORI KINETIK GAS –TKG &

TERMODINAMIKA)

Nurun Nayiroh, M.Si

Teori Kinetik Gas (TKG)

Suatu teori yang menggunakan tinjauan

energi dan gaya antara partikel-partikel zat

untuk menyelidiki sifat-sifatnya.

Pengertian Gas Ideal

Gas ideal adalah gas yang memenuhi persamaan: PV = nRT

Keterangan: P = tekanan gas

V = volume yang ditempati n = jumlah mol gas

R = tetapan gas = 8,31. 103_joule/mol.K

T = temperatur mutlak gas

Sifat-sifat gas ideal:

Gas terdiri dari partikel yang sangat banyak dan antara partikel-partikel tidak ada gaya tarik-menarik.

Untuk 1 liter gas pada tekanan 1 atm terdapat ~2×1022_partikel

Partikel-partikel gas tersebar merata pada seluruh ruang Setiap partikel senantiasa bergerak dengan arah sembarang atau acak

Jarak antar partikel >> ukuran partikel sehingga dapat dianggap benda titik

Jarak antar partikel untuk 1 liter gas tekanan 1 atm sekitar 3×10-9_{m sedangkan ukuran partikel ~ 10}-10_m

Interaksi antar partikel hanya terjadi saat tumbukan

Temperatur dan Tekanan gas ideal

Temperatur gas ideal

Semakin tinggi temperatur, semakin besar kecepata partikel gas. Semakin besar kecepatan partikel gas berarti semakin besar energi kinetiknya.

Konstanta Boltzman= 1,38.10-23_joule/k

Tekanan gas ideal

Dar i persamaan gas ideal PV=nRT, dapat dituliskan persamaan keadaan gas ideal berikut:

PV = NkT

Karena n = N/N₀ dan N₀.k = R

Hubungan antara tekanan gasi deal, energi kinetik dan volume dirumuskan oleh:

P = 2/3 (N.Ek/V)

! "#! $ # %& ' %

( ) * ! +

Energi dalam gas (U)

Di dalam gas tidak ada energi lain kecuali energi kinetik, sehingga energi kinetik disebut juga energi dalam (U). Untuk gas monoatomik (artinya tiap molekul mengandung satu atom) besarnya energi dalam ditentukan oleh:

U = 3/2 NkT

Contoh gas monoatomik: He, Ne, Ar

Untuk gas diatomik (tiap molekul mengandung dua atom) besarnya energi dalam:

,

Proses yang dialami gas:

Proses Isotermik

adalah proses gas dalam ruangan tertutup dengan temperatur tetap (T=tetap)

P₁V₁= P₂V₂

Proses isotermik sesuai dengan hukum Boyle: ”Pada suhu konstan, tekanan gas berbanding terbalik dengan

volumenya”.

Proses Isokorik

Adalah proses gas dalam ruangan tertutup dengan volume tetap (V=tetap).

P₁/T₁ = P₂/T₂

Proses isokorik sesuai dengan hukum Gay-Lussac:

- Perbandingan tekanan dengan temperatur konstan

- Perbandingan volume dengan temperatur konstan

Proses Isobarik

Adalah proses gas dalam ruangan tertutup dengan tekanan tetap (P=tetap).

V₁/T₁ = V₂/T₂

Proses isokorik sesuai dengan hukum Gay-Lussac. PV/T = tetap atau P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂

Proses Adiabatik

V2

P

Proses Isotermal

Proses Adiabatik

V1 V

V P

Proses Isokhorik

Proses Isobarik

V2

V1

Contoh soal

Di dalam sebuah ruangan tertutup terdapat

gas dengan suhu 27˚C. Gas itu dipanaskan

sampai 127˚C sambil diperbesar volumenya

menjadi tiga kali volume semula. Berapa

tekanan akhirnya?

6,9 liter gas ideal suhunya 27˚C dan

bertekanan 60 N/m

2

_{. jika tetapan}

Boltzman=1,38.10

-23

_{joule/K, berapa jumlah}

%

Thermos = Panas Dynamic = Perubahan

Termodinamika

Cabang ilmu fisika yang mempelajari:

1. Pertukaran energi dalam bentuk: Kalor

Kerja 2. Sistem

/

3. SISTEM TERISOLASI :

TIDAK ada pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungan.

Misalnya: Tabung gas yang terisolasi.

1. SISTEM TERBUKA:

Ada pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungannya. Misal : lautan, tumbuh tumbuhan

2. SISTEM TERTUTUP

Ada pertukaran energi tetapi TIDAK terjadi pertukaran massa sistem dengan lingkungannya.

Misalnya: Green House ada pertukaran kalor tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan.

Hukum Ke I

Pernyataan tentang kekekalan energi dalam

sistem:

∆U = ∆Q – ∆W

Perubahan energi dalam (∆U) sistem = kalor (Q) yang ditambahkan ke sistem dikurangi dengan kerja yang dilak ukan oleh sistem

0 Seacara matematis dituliskan:

∆U = ∆Q – ∆W atau ∆Q = ∆U + ∆W

Dimana

∆Q = kalor yang diberikan pada sistem/ kalor yang dilepaskan sistem

∆Q = m.c_p.∆T

∆U = perubahan energi dalam sistem ∆U = m.c_v.∆T

∆W = usaha luar yang dilakukan oleh sistem/usaha yang dilakukan pada sistem

∆W = F. ∆S = P.A.∆S = P.∆V

V2

P

Proses Isotermal ∆T = 0 berarti ∆U = 0

jadi ∆Q = ∆W = nRT ln (V2/V1)

Proses Adiabatik ∆Q = 0 sehingga ∆W = # ∆ U

V1 V

V P

Proses Isokhorik ∆U = ∆Q, W = 0 karena ∆V = 0

Proses Isobarik W = P(V2−V1)

V2

1

Contoh soal:

Kalor sebanyak 1000 J ditambahkan ke sistem sementara kerja dilakukan pada (terhadap) sistem sebesar 500 J.

Berapa perubahan energi dalam sistem?

Jawab = ∆U = Q – W = ( + 1000 K ) – (#500 J) = 1500 J.

Perhatikan bahwa HK 1 dalam bentuk ∆U = Q – W

Q positip : KALOR DITAMBAHKAN KE SISTEM

Q negatip: KALOR DILEPASKAN OLEH SISTEM

W positip KERJA DILAKUKAN OLEH SISTEM

W negatip KERJA DILAKUKAN PADA SISTEM

Hukum Ke II

HK II menyatakan arah reaksi sistem.

Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja secara kontinyu dapat mengubah seluruh kalor menjadi energi mekanik

Banyak proses yang irreversible: 1) Campurkan kopi dan gula lalu kocok,

keduanya menyatu akan tetapi seberapapun anda kocok kembali keduanya tidak memisah lagi.

2) Pecahan gelas tidak kembali ke bentuk utuhnya.

ENTROPI : DERAJAT

η

= = 1 −

HK II : Pada suatu mesin siklik tidak mungkin kalor yang diterima mesin diubah semuanya menjadi kerja. Selalu ada kalor yang dibuang oleh mesin.

Reservoar panas

Qi

W

Qo

Reservoar dingin

Efisiensi:

!"

Menurut Carnot siklus mesin pemanas harus (dapat balik) dan tidak terjadi perubahan entropi. Ini adalah idealisasi karena kenyataannya kalor tidak seluruhnya diubah menjadi kerja (ada yang hilang dalam bentuk gesekan/turbulensi)

Efisiensi (n) mesin bergantung pada selisih suhu kedua reservoir :

. # 2 3 + + 4 !

( $ ! 4 * # $

+ "# $ * + #

dari mesin pemanas.

Q1=kalor masuk tandon (resevoir)

Q2=kalor keluar tandon

W= kerja yang ditambahkan ke sistem Q2=Q1+W

Coefficient of Performance ukuran kerja sistem didefinisikan sebagai (COP)= Q1/W X 100%

Efesiensi untuk pesawat pendingin ղ = T₂/(T₁T₂)

Contoh soal

Sejumlah gas ideal dipanaskan pada tekanan

konstan yaitu 2.10

4

_N/m

2

_{, sehingga}

volumenya berubah dari 20 m

3

_{menjadi 30}

m

3

_{. tentukan usaha luar yang dilakukan gas}

selama ekspansi! (W=P.∆V)

Suatu pesawat pendingin mempunyai

Santai dulu ahhhh…

Asik euyyy….

Abis kul fisdas

istirahat dulu ahhh….

aku juga sistem lho..

Banyak sekali terapan hukum hukum

termodinamika dalam berbagai bidang

seperti ilmu lingkungan, otomotif, ilmu

pangan, ilmu kimia dll.

8

$

8

4