BAHAN AJAR KIMIA FISIKA

(1)

KIMIA FISIKA

Disusun oleh :

Salfauqi Nurman, M.Si

Bahan Ajar

(2)

v

sts

ut t

Kata Pengantar

Alhamdulillahirabbil'aalamin, segala puji atas kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan Rahmat, Taufik dan Hidayah-Nya kepada kita semua serta berkat Rahmat, Taufik dan Hidayah-Nya kami dapat menyelesaikan penyusunan bahan ajar Kimia Fisika ini. Salawat beserta salam tidak lupa pula kami haturkan kehadirat Nabi Muhammad SAW yang telah memberikan pencerahan kepada kita semua.

Dalam kesempatan ini kami juga menyampaikan ucapan terima kasih kepada Dekan Fakultas Teknologi Pertanian serta Ketua prodi Teknologi Industri pertanian dan Ketua Prodi Teknologi Pangan yang selalu mendukung kami dalam penyusunan bahan ajar Kimia Fisika ini. Kami merasa bahwa penyusunan bahan ajar Kimia Fisika ini merupakan suatu tugas yang mulia sebagai media menyalurkan ilmu pengetahuan dan penyebaran informasi di bidang kimia fisika khususnya bagi mahasiwa Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Serambi Mekkah.

Bahan ajar ini disusun berdasarkan kondisi mahasiswa Fakultas Teknologi Pertanian yang membutuhkan bahan ajar yang mudah dipahami dan sistematik. Kami berharap bahan ajar Kimia Fisika ini dapat memberikan pengetahuan dan informasi tentang kimia fisika dengan lebih mudah dipahami dan lebih sederhana. Kami menyadari bahwa bahan ajar ini masih memiliki kekurangan. Karena itu, kami berharap agar pembaca berkenan menyampaikan kritikan dan masukan. Akhir kata, kami berharap agar bahan ajar ini dapat bermanfaat bagi pembaca.

(3)

v

sts

ut!" # #$%t

Daftar Isi



&' (' )*+,'+

t

'

-

Daftar Isi



Pengantar kimia fisika



Materi



Sifat fisik zat cair



Zat padat



Hukum-hukum gas



Sistem dan lingkungan



Termodinamika ke-0



Termodinamika ke-1



Termodinamika ke-2



Termodinamika ke-3

(4)

04/04/2018

1

Universitas Serambi Mekkah Fakultas Teknologi Pertanian

Pengantar Kimia Fisika

Salfauqi Nurman, M.Si

KIMIA FISIKA

Tujuan Instruksional khusus

(5)

04/04/2018

2

Kimia fisik adalah ilmu yang mempelajari fenomena makroskopik, mikroskopik, atom, subatom dan partikel dalam sistem dan proses kimia berdasarkan prinsip-prinsip dan konsep-konsep fisika.

Bidang khusus antara lain : - Termodinamika kimia, - Kimia kuantum, - Kinetika,

- dll

Kimia Fisik banyak menggunakan konsep-konsep dan prinsip - Fisika Klasik (seperti energi, entropi, suhu, tekanan,

tegangan permukaan, viskositas, hukum Coulomb, interaksi dipol),

- Fisika Kuantum (seperti foton, bilangan kuantum, spin, kebolehjadian, prinsip ketakpastian),

- Mekanika Statistik (seperti fungsi partisi, distribusi Boltzmann).

(6)

04/04/2018

3

Istilah "kimia fisik" mungkin pertama kali digunakan oleh Mikhail Lomonosov pada tahun 1752,

Landasan Kimia Fisik modern diletakkan pertama kali pada tahun 1876 oleh Josiah Willard Gibbs dalam makalahnya, On the Equilibrium of Heterogeneous Substances, yang memuat beberapa konsep dan prinsip penting kimia fisik, seperti energi Gibbs, potensial kimia, aturan fase Gibbs.

(7)

04/04/2018

1

Materi

Salfauqi Nurman, M.Si

KIMIA FISIKA

(8)

04/04/2018

2

(9)

04/04/2018

3

(10)

04/04/2018

4

(11)

04/04/2018

5

2. Mengelompokkan perubahan materi

Perubahan fisika Perubahan kimia Es Air Uap air kayu/kertas dibakar berubah

menjadi abu Lilin meleleh Besi berkarat Pelarutan garam Nasi menjadi basi

Perubahan Fisika, yaitu perubahan yang tidak menghasilkan materi baru, yang berubah hanya bentuk

dan wujud materi

Perubahan Kimia atau reaksi kimia yaitu

perubahan yang menghasilkan

materi baru

3. Mengklasifikasi materi

(12)

04/04/2018

6

b. Senyawa adalah gabungan dari beberapa unsur yang terbentuk melalui reaksi kimia. Misal, dua atom hidrogen dengan satu atom oksigen dapat bergabung membentuk molekul air (H2O).

(13)

04/04/2018

7

Bagan klasifikasi materi

Logam Non

(14)

04/04/2018

1

Sifat fisik zat cair

Salfauqi nurman, M.si

fluida

•Definisi Fluida

Suatu zat yang mempunyai kemampuan ber-ubah secara kontinu apabila mengalami geseran atau mempunyai reaksi terhadap tegangan geser sekecil apapun.

•Fluida : zat yang dapat mengalir ( zat alir)

(15)

04/04/2018

2

Zat cair

Cairan : mempunyai permukaan bebas dan massa nya akan mengisi ruangan sesuai dengan volumenya serta tidak termampatkan.

Fluida : Suatu zat yang mempunyai kemampuan berubah secara kontinu apabila mengalami geseran atau mempunyai reaksi terhadap tegangan geser sekecil apapun.

•Fluida : zat yang dapat mengalir ( zat alir)

parameter fisik

1. Density

2. Tekanan

3. Aliran Fluida

4. Viskositas

5. Tegangan Permukaan

6. Kapilaritas

(16)

04/04/2018

3

1. Density

density (berat jenis) adalah berat suatu

cairan tiap satuan volume.

satuan : gr/ml, kg/lt, kg/m

3

dengan, = berat jenis (kg/m3₎ m = massa (kg)

V = volume (m3₎

Alat yang dapat digunakan untuk mengukur density : picnometer, hidrometer.

1. Density

(17)

04/04/2018

4

1. Density

adalah perbandingan density suatu zat

dengan density air pada temperatur yang

sama.

specific gravity tak bersatuan.

misal sg

_20/20

: density suatu zat dibagi

dengan density air pada temperatur 20

⁰C

.

Specific gravity (sg)

2. tekanan

Tekanan cairan didefinisikan sebagai gaya yang bekerja tegak lurus pada suatu permukaan bidang dan dibagi luas permukaan bidang tersebut

dimana ; p = tekanan (N/m2₎

(18)

04/04/2018

5

2. tekanan

Volume fluida yang berada di atas titik B adalah: V=A h;

dengan

A = luas penampang wadah = massa jenis fluida

Massa fluida di atas B adalah: m = V = A h

Sedangkan gaya (berat) yang diberikan fluida itu: F = m.g = A h g

apabila, besarnya tekanan fluida di titik B, adalah:

P =F /A, maka

= massa jenis fluida (kg/m2₎

g = percepatan gravitasi (m /s-2₎

h = kedalaman (m)

2. tekanan

I II III

Tekanan Hidrostatis

MANAKAH YANG PALING BERAT?

Gelas yang tidak terisi air terasa ringan, sedangkan gelas yang terisi air terasa berat. Peristiwa tersebut menunjukan bahwa air (zat cair) memberikan gaya tekan yang arahnya kebawah kepada telapak tangan. Pada fluida diam, tekanan pada suatu titik disebabkan oleh gaya berat fluida yang di atas titik tersebut. Tekanan yang disebabkan oleh fluida tak bergerak disebut tekanan hidrostatis.

(19)

04/04/2018

6

2. tekanan

Mengapa bagian bawah yang jarak pancurannya paling jauh?

2. tekanan

TEKANAN TOTAL

Jika tekanan udara luar ikut diperhitungkan seperti pada gambar, besarnya tekanan total atau tekanan mutlak pada satu titik di dalam fluida adalah

p₀ = tekanan udara luar = 1,013 × 105 N/m2_{, dan} p_A = tekanan total di titik A (tekanan mutlak).

(20)

04/04/2018

7

2. TEKANAN

Hukum Pokok Hidrostatika

Tekanan hidrostatik di semua titik yang terletak pada satu bidang mendatar di dalam satu jenis zat cair besarnya sama

p

_A

= p

_B

= p

_C

2. TEKANAN

p

_A

= p

_B

p

₀

+

ρ

₁

gh

₁

= p

₀

+

ρ

₂

gh

₂

ρ1

h

₁

=

ρ

₂

h

₂

Hukum Utama Hidrostatis menyatakan bahwa semua titik yang berada pada bidang datar yang sama dalam fluida homogen, memiliki tekanan total yang sama. Jadi, walaupun bentuk penampang tabung berbeda, besarnya tekanan total di titik A, B, C, dan D adalah sama.

(21)

04/04/2018

8

2. TEKANAN

HUKUM PASCAL

MENGAPA KETIKA KITA memompa sebuah ban sepeda, ternyata ban menggelembung secara merata?

2. TEKANAN

HUKUM PASCAL

Jadi, dalam Hukum Pascal dinyatakan berikut ini.

“Tekanan yang diberikan pada zat cair dalam ruang tertutup akan diteruskan ke segala arah dengan sama besar .

(22)

04/04/2018

9

2. TEKANAN

Hukum Archimedes

Kenapa kayu-kayu yang besar dan banyak lebih mudah diangkat dalam air daripada di darat?

Mengapa balon gas bisa naik ke atas ? Mengapa kapal yang terbuat dari besi bisa

terapung?

2. TEKANAN

Benda-benda yang dimasukkan pada fluida seakan

akan mempunyai berat yang lebih kecil daripada

saat berada di luar fluida. Misalnya, batu terasa

lebih ringan ketika berada di dalam air dibandingkan

ketika berada di udara. Berat di dalam air

sesungguhnya tetap, tetapi air melakukan gaya

yang arahnya ke atas. Hal ini menyebabkan berat

batu akan berkurang, sehingga batu terasa lebih

ringan.

Hukum Archimedes

(23)

04/04/2018

10

2. TEKANAN

PENERAPAN HUKUM ARCHIMEDES

Terapung

2. TEKANAN

Melayang

Jadi pada kasus ini massa jenis benda sama dengan massa jenis zat cair

(24)

04/04/2018

11

2. TEKANAN

Tenggelam

Tenggelam (W_b > F_a) Wbenda > FA

W_benda > F_A

ρb .g.Vb > ρf g.Vbf ρb > ρf

Jadi pada kasus ini massa jenis benda lebih besar daripada massa jenis zat cair

2. TEKANAN

Konversi satuan tekanan

(25)

04/04/2018

12

3. ALIRAN FLUIDA

Aliran Fluida dinyatakan sebagai aliran massa tiap satuan waktu :

3. ALIRAN FLUIDA

Persamaan kontinuitas :

Pada berbagai diameter aliran massa adalah tetap.

(26)

04/04/2018

13

3. ALIRAN FLUIDA

Jika density cairan tetap maka persamaan

menjadi ;

Q

₁

= Q

₂

A

₁

v

₁

= A

₂

v

₂

Q = Av = V/t = laju alir volumetris

3. ALIRAN FLUIDA

Jika kecepatan fluida tinggi, maka tekanannya rendah dan sebaliknya jika kecepatan fuida rendah maka tekanannya tinggi

Persamaan Bernoulli

(27)

04/04/2018

14

3. ALIRAN FLUIDA

Azas Bernoulli

Fluida diam memiliki tekanan yang dinamakan tekanan hidrostatis, P = ρgh. Bagaimana dengan tekanan oleh fluida dinamis? Besarnya sesuai dengan energi kinetik, P = ρv₂_{. Pada suatu fluida}

ternyata berlaku kekekalan tekanan. Kekekalan tekanan ini pertama kali dijelaskan oleh Bernoulli sehingga dikenal sebagai azas Bernoulli. _{Azas ini}

dapat dirumuskan sebagai berikut

P +

ρgh

+ ½ ρ

v

2

_{= kekal}

3. ALIRAN FLUIDA

Aplikasi pada persamaan bernoulli di terapkan untuk mengalirkan air ke lantai atas, iluastrasinya seperti berikut

(28)

04/04/2018

15

3. ALIRAN FLUIDA

Teorema Terricolli

Teori Torricelli menyatakan bahwa kecepatan aliran zat cair pada lubang sama dengan kecepatan benda yang jatuh bebas dari ketinggian yang sama.

V= kecepatan aliran fluida pada lubang (m/s) g = percepatan gravitasi (m/s2₎

h = tinggi fluida dari permukaan ( m )

4. VISKOSITAS

Hukum Stokes

Viskositas (kekentalan) berasal dari perkataan Viscous. Suatu bahan apabila dipanaskan sebelum menjadi cair terlebih dulu menjadi viscous yaitu menjadi lunak dan dapat mengalir pelan-pelan. Viskositas dapat dianggap sebagai gerakan di bagian dalam (internal) suatu fluida.

(29)

04/04/2018

16

4. VISKOSITAS

Satuan viskositas fluida dalam sistem cgs adalah dyne det cm-2_{, yang biasa disebut dengan istilah poise} di mana

1 poise = 1 dyne det cm-2_.

Viskositas dipengaruhi oleh perubahan suhu. Apabila suhu naik maka viskositas menjadi turun atau sebaliknya.

4. VISKOSITAS

F_s : gaya gesekan stokes (N) η : koefisien viskositas fluida (Pa s)

r : jari-jari bola (m)

v : kelajuan bola (m/s)

Persamaan :

FA + Fs = w

W = b.Vb.g

FA = f .Vb.g

FS = Vb.g ( b - f)

Fs = 6 ηrv

(30)

04/04/2018

17

4. VISKOSITAS

Kecepatan Terminal

Jika sebuah benda yang dijatuhkan ke dalam sebuah fluida kental, kecepatannya makin membesar sampai mencapai kecepatan maksimum yang tetap. Kecepatan ini di namakan kecepatan terminal

4. VISKOSITAS

Untuk viskositas beberapa fluida dapat kita lihat pada tabel berikut!

(31)

04/04/2018

18

4. VISKOSITAS

t = waktu tempuh batas atas – bawah

d = jarak batas atas - bawah

5. TEGANGAN PERMUKAAN

Dalam peristiwa sehari-hari dapat diamati seperti

•serangga dapat berjalan diatas permukaan air

•jarum atau silet dapat diletakkan di atas permukaan air dengan hati-hati

•kecenderungan tetes air berbentuk bola, dsb

Fenomena ini menunjukkan permukaan air

mempunyai semacam stress tekan atau tegang muka zat cair.

(32)

04/04/2018

19



F

Tegangan permukaan timbul karena gaya tarik-menarik molekul-molekul zat cair yang sejajar permukaan

5. TEGANGAN PERMUKAAN

Gaya ini berkurang dengan meningkatnya temperatur dan berubah jika ada larutan-larutan lain. Umumnya gaya per satuan panjang diukur pada suhu 20◦C.

5. TEGANGAN PERMUKAAN

(33)

04/04/2018

20

6. KAPILARITAS

Gejala kapiler atau kapilaritas adalah peristiwa naik atau turunnya zat cair di dalam pipa kapiler disebabkan oleh interaksi molekul-molekul di dalam zat cair (adhesi dan kohesi)

Gaya kohesi adalah tarik-menarik antara molekul-molekul di dalam suatu zat cair.

Gaya adhesi adalah tarik menarik antara molekul dengan molekul lain yang tidak sejenis, yaitu bahan wadah di mana zat cair berada.

6. KAPILARITAS

Gejala kapiler pada meniscus cekung (air) akan naik di dalam pipa kapiler, makin kecil lubang pipa kapiler makin tinggi naiknya zat cair.

Pada meniskus cembung (raksa) akan turun di dalam pipa kapiler, Makin kecil lubang pipa kapiler, maka makin rendah penurunan zat cair.Gejala kapiler tergantung pada kohesi dan adhesi.

Dalam kehidupan sehari-hari gejala kapilaritas sering kita temui misalnya:

• Naiknya minyak melalui sumbu kompor.

• Penghisapan air dari tanah oleh akar tanaman menuju dau melalui pembuluh kayu pada batang.

• Air membasahi dinding kamar mandi sehingga dinding menjadi lembab.

• Penghisapan air pada lantai dengan kain pel.

• Penghisapan air pada badan setelah mandi dengan handuk.

(34)

04/04/2018

21

6. KAPILARITAS

gr

cos

2 h









(35)

04/04/2018

22

SOAL

1. Dua balok sejenis yang beratnya 24 N terletak pada lantai seperti ditunjukkan pada gambar. hitung tekanan masing masing balok pada lantai ?

2. Suatu wadah berisi raksa (massa jenis 13 600 kg/m³) setinggi 76 cm. Berapa tekanan hidrostatis yang bekerja pada dasar wadah itu ?

3 m

4 m 4 m

2 m

A

B

SOAL

3. Air mengalir melalui pipa mendatar dengan luas penampang pada masing-masing ujungnya 200mm2_{dan 100mm}2_{. Bila air mengalir dari panampang}

besar dengan kecepatan adalah 2 m/s, maka kecepatan air pada penampang kecil adalah?

4. Sebuah selang karet menyemprotkan air vertikal ke atas sejauh 4,05 meter. Bila luas ujung selang adalah 0,8 cm2_{, maka volume air yang keluar}

dari selang selama 1 menit adalah?

5. Ahmad mengisi ember yang memiliki kapasitas 20 liter dengan air dari sebuah kran seperti gambar berikut! Jika luas penampang kran dengan diameter D₂ adalah 2 cm2_{dan kecepatan aliran air di kran adalah 10 m/s}

tentukan. Debit air dan waktu yang diperlukan untuk mengisi ember

(36)

04/04/2018

23

SOAL

6. Seorang anak hendak menaikkan batu bermassa 1 ton dengan alat seperti gambar berikut! Jika luas penampang pipa besar adalah 250 kali luas penampang pipa kecil dan tekanan cairan pengisi pipa diabaikan, tentukan gaya minimal yang harus diberikan anak agar batu bisa terangkat?

7. Seekor ikan berada pada kedalaman 15 meter di bawah permukaan air. Jika massa jenis air 1000 kg/m3_{, percepatan gravitasi bumi 10 m/s}2

dan tekanan udara luar 105_{N/m, tentukan}

tekanan hidrostatis yang dialami ikan dan tekanan total yang dialami ikan

SOAL

9. Sebuah kelereng dengan jari-jari 0,5 cm jatuh ke dalam bak berisi oli yang memiliki koefisien viskositas 110 × 10−3

N.s/m2_{. Tentukan besar gesekan yang dialami kelereng jika}

bergerak dengan kelajuan 5 m/s?

10. Sebuah gotri yang berjari-jari 5,5 × 10−3_{m terjatuh ke}

dalam oli yang memiliki massa jenis 800 kg/m3_dan

koefisien viskositasnya 110 × 10−3_N.s/m2_{. Jika massa jenis}

gotri 2700 kg/m3_{, tentukan kecepatan terbesar yang}

dapat dicapai gotri dalam fluida?

(37)

04/04/2018

24

RUMUS

1. P = F/A

2. P = .g.h

3. A1v1 = A2V2

4. Ep = m.g.h = ½ mv2 _{-> v}= √_{2.g.h -> Q = A.v -> V = Q.t}

5. Q = A.v dan t = V/Q

6. F1 /A1 = F2 /A2

7. P = .g.h dan P = P (hidrostatis) + P (udara)

8. H

9. F

10. .

gr cos 2 h

(38)

04/04/2018

1

Zat Padat

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS SERAMBI MEKKAH

2 jenis padatan:

• Amorf, mempunyai titik lebur yang tidak tegas dan susunan atomnya tidak teratur.

contoh: kaca,plastik,gelas

• Kristal,mempunyai titik lebur yang tegas dan susunan atomnya teratur.

contoh: intan, berlian

(39)

04/04/2018

2

Perbedaan susunan atom antara kristal dan

amorf

Kristal Amorf

Ada 4 struktur padatan:

• Struktur logam raksasa

• struktur ion raksasa

• struktur molekul raksasa

• struktur molekul sederhana

(40)

04/04/2018

3

1. kisi ruang dan satuan sel

• Kisi ruang adalah barisan 3 dimensi teratur dari titik serupa dalam suatu zat padat Kristal.

• Satuan sel adalah bagian terkecil dari suatu kisi Kristal yang dapat dipergunakan untuk mencirikan Kristal tersebut.

• Geometri Kristal dapat dinyatakan dengan seperangkat tiga sumbu yang disebut sumbu kristalografi.

Sistem

Sumbu

Sudut

Berdasarkan panjang sumbu kristalografi dan sudut-sudut sumbu,ada 7 sistem:

(41)

04/04/2018

4

Sistem kubus mempunyai 3 kisi titik atau satuan sel, yaitu:

• kubus sederhana

• kubus berpusat muka

• kubus bermuka badan

Sistem kristal Kisi bravais

Kubus

Jumlah kisi ruang untuk seluruh sistem Kristal atau kisis bravais adalah 14, yaitu:

(42)

04/04/2018

5

• Bidang kisi ialah titik-titik kisi ruang yang tersusun dalam sederet bidang sejajar dan punya jarak sama. Untuk menyatakannya digunakan Indeks Weiss atau Indeks Miller.

2. struktur kristal dan difraksi sinar X

• Persamaan yang menghubungkan variabel ini adalah persamaan Bragg

atau

dengan,

n =bilangan bulat , , ,…=orde pantulan λ =panjang gelombang sinar X

d =jarak antar bidang

(43)

04/04/2018

6

3. Bidang kisi kristal kubus

• Jarak antar bidang dapat diperoleh dari pengukuran difraksi sinar X. Jarak ini sangat penting karena menentukan sistem kristal.

• Dengan a = panjang rusuk

(44)

04/04/2018

7

4. Gaya ikatan dalam kristal

• Sejumlah gaya ikatan dari berbagai jenis gaya ikatan yang ada tercakup didalam pengikatan kristal. Sifat fisik kristal sangat bergantung pada jenis ikatan.

a. Ikatan ionik

• Antara ion-ion sering terikat oleh gaya-gaya elektrostatik. Kristal ion sangat kuat, tetapi getas dan titik leburnya tinggi.

Contoh : NaCl, KCl b. Kristal kovalen

• Atom- atom saling berikatan secara kovalen dalam tiga dimensi. Kristal kovalen kuat, keras dan mem,punyai titik leleh yang tinggi.

Contoh : struktur intan, SiC

c. Kristal Van der Waals

• Atom atau molekul netral saling berikatan dengan gaya Van der Waals, maka kristal Van der Waals mempunyai titik leleh yang rendah dan kekuatan kohesi juga rendah.

Contoh : kristal dari senyawa organik netral, gas

(45)

04/04/2018

8

5. Jumlah partikel per sel satuan dan volume sel

satuan ( kubus )

a. Kubus sederhana

Jumlah atom dalam setiap sel satuan = 8 x 1/8 = 1 atom (ada 8 sudut dan setiap sudut ada 1/8 atom)

b. Kubus berpusat muka

Jumlah atom dalam setiap sel satuan 8 (sudut) x 1/8 = 1 atom

6 (muka) x ½ = 3 atom, jadi ada 4 atom c. Kubus berpusat badan

Jumlah atom setiap sel satuan 8 (sudut) x 1/8 = 1 atom

1 (badan) x 1 = 1 atom, jadi ada 2 atom d. Volume sel satuan yang terisi (dalam persen)

6. Struktur Terjejal dari Raksasa logam dan sruktur ion

raksasa

• Ada beberapa struktur raksasa

logam,diantaranya adalah:

a. Struktur terjejal dengan bilangan

koordinasi 12



Heksagonal terjejal



Kubus terjejal

b. Struktur kubus berpusat badan

Struktur kristal ion ada hubungannya

dengan perbandingan jari-jari ion,dengan

anggapan bahwa ion adalah suatu bentuk

bola.

(46)

04/04/2018

9

Angka banding jari-jari=

Bilangan

koordinasi Susunan stereo kimia

O,155 - < 0,255 3 Segitiga

0,225 – 0.414 4 Tetrahedral

0,415 - < 0,732 6 Oktahedral

>0,732 – 1,00 8 Kubus

7. struktur molekul raksasa dan kristal molekuler

• Unsur-unsur seperti intan, grafit dan silikon dapat membentuk ikatan kovalen dan membentuk struktur molekuler raksasa. Di dalam intan, setiap atom C merupakan pusat tetrahedral teratur yang dikelilingi oleh 4 atom C yang terletak di sudut tetrahedron. Silikon dan silikon karbida SiC juga mempunyai struktur intan.

(47)

04/04/2018

10

Dalam grafit, atom-atom karbon tersusun secara heksagonal pada lapisan datar yang sejajar. Setiap atom karbon terikat oleh ketiga karbon lainnya secara kovalen oleh tiga dari empat elektron valensinya. Elektron yang keempat terdelokasi disekeliling lapisan, dan hal inilah yang menyebabkan gravit mengkilap dan dapat menghantarkan listrik. Gravit memiliki titik leleh yang tinggi (3730 0_{C) karena ikatan kovalennya sangat} kuat.

Partikel-patikel dalam kristal molekuler terikat gaya Van Der Waals. Padatan (kristal molekuler) mudah menguap serta mempunyai energi kisi yang rendah. Kristal molekular umumnya lunak, kristal mudahny terdistorsi dan titik lelehnya rendah.

8. Energi kisi

• Energi kisi adalah energi yang terjadi pada pembentukan 1 mol kristal ionik dari ion – ion lainnyadalam keadaan gas. Born dan Meyer merumuskan besarnya energi kisi sebagai berikut :

(48)

04/04/2018

11

• Dimana :

Z_-1 dan Z_-2= muatan kation dan anion

r₀ = jarak kesetimbangan antara dua ion terdekat yang berlawanan muatan

n_i =tetapan eksponen born A = tetapan madelung e = muatan elektron

9. Penentuan tetapan avogadro

• Tetapan avogadro dapat ditentukan dengan dtfraksi sinar X. Hasil studi terhadap kristal NaCl dengan difraksi sinar X menunjukan bahwa panjang rusuk sel adalah 0,564 nm, kristal NaCl berbentuk kubus berpusat muka, yang setiap sel satuannya 4 ion+_{dan 4 ion Cl}-_.

(49)

04/04/2018

12

Jika massa jenis atom Na = 2,1653 g cm-3_{, maka dengan}

menggunakan rumus dibawah ini, harga tetapan Avogadro dapat dientukan

Tetapan Av =

= 6.0155. 1023_.

• Tetapan avogadro merupakan banyaknya obyek yang terdapat dalam 1 mol zat.

(50)

04/04/2018

1

Hukum-hukum Gas

Salfauqi Nurman, M.Si

KIMIA FISIKA

Gas

• Gas adalah salah satu dari 3 keadaan materi • Gas mempunyai sifat khusus yang tidak dimiliki

oleh zat cair, zat padat.

• Sifat gas yang menarik : tidak tergantung darr komposisi kimianya, semua gas memperlihatkan sifat yang hampir sama . • Sifat gas dinyatakan dalam hukum-hukum gas • Hukum ini berlaku untuk gas ideal dan untuk

(51)

04/04/2018

2

Sifat-sifat Gas

 Molekul-molekul gas jaraknya berjauhan sehingga gaya tariknya lemah.

 Gaya tarik yang lemah gas bergerak bebas bergerak cepat ke segala arah,saling bertumbukan satu sama lain, termasuk dengan dinding wadahnya TEKANAN

 Molekul gas cepat sekali berdifusi/bercampur satu dg lainnya cepat homogen.

 Gas tidak mempunyai bentuk dan volume tertentu

 Ukuran molekul sangat kecil, jaraknya renggang sensitif terhadap perubahan tekanan dan suhu.

 Gas mudah dimampatkan (compressed), dikembangkan (expanded), dapat mengisi semua bagian ruang yang ditempatinya = volume gas adalah volume wadahnya

Universitas Serambi Mekkah Fakultas Teknologi Pertanian Banyaknya gas ditetapkan dengan VOLUME nya, Karen Volume berubah-ubah tergantung tekanan dan suhu, sehingga kedua FAKTOR tersebut harus diukur .

1. TEKANAN

= Gaya yg bekerja pada suatu bidang per satuan luas P = F

A

Satuan SI gaya = Newton/N Luas bidang = m2

Satuan Tekanan = N/m2_=Nm-2 Satuan gaya dalam SI = Pascal (Pa)

1 Pa = gaya sebsar 1 N yang bekerja pada bidang seluas 1 m2

(52)

04/04/2018

3

Untuk membandingkan Volume gas, maka tekanan dan suhu harus diambil pada keadaan yang sama. Biasanya yang digunakan adalah KEADAAN STANDAR (STP = Standard Temperature and Pressure) yang dinyatakan sebagai keadaan pada suhu 0 o_{C dan Tekanan 1 atm (760} mmHg)

Berdasarkan SIFATnya GAS ada 2 :

1. Gas IDEAL = yaitu gas hipotetis yagn mengikuti semua hukum-hukum Gas

2. Gas NYATA = yaitu gas yang ada dalam kehidupan sehari-hari (N2, CO2,O2 dll) yamg mengikuti hukum gas pada tekanan rendah

Gas ideal sebenarnya tidak ada, tetapi sifat-sifatnya bisa didekati oleh gas nyata yang bersifat inert (mis : He, Ne, Ar) pada tekanan rendah dan suhu tinggi.

Gas disebut IDEAL : jika pada molekul-molekulnya tidak terjadi interaksi/gaya tarik menarik dan tidak memerlukan ruang

Universitas Serambi Mekkah Fakultas Teknologi Pertanian  Teori ini mula2 diberikan oleh Bernoulli (1738), disempurnakan oleh

Clausius, Boltzmann, Van der Waals dan Jeans

 1. Gas td atas partikel2 yg kecil (dicrete) yg disebut molekul, masa dan besarnya sama utk tiap2 jenis gas

 2. Molk2 ini sll bergerak ke segala arah dan sll bertumbukan dg molk2 lain serta dg dinding2 bejana

 3. Tumbukan molk dg dinding bejana menyebabkan tekn pd dinding, yaitu gaya/satuan luas

(53)

04/04/2018

4

Teroi Kinetik Gas

 Teori ini mula-mula diberikan oleh Bernoulli (1738), disempurnakan oleh Clausius, Boltzmann, Van der Waals dan Jeans

 Gas terdiri atas partikel-partikel yang kecil (dicrete) yang disebut molekul, massa dan besarnya sama untuk tiap-tiap jenis gas

 Moleluk-molekul ini selalu bergerak ke segala arah dan selalu bertumbukan dengan molekul-molekul lain serta dengan dinding wadah

 Tumbukan molekul dengan dinding wadah menyebabkan tekanan pada dinding, yaitu gaya/satuan luas

 Karena tekanan gas tidak tergantung waktu maka pada tumbukan tidak ada tenaga yang hilang/tumbukan bersifat elastis sempurna

Universitas Serambi Mekkah Fakultas Teknologi Pertanian • Pada tekanan yang relatif rendah, jarak antara

molekul-molekul jauh lebih besar dari pada diameter molekul itu sendiri, sehingga gaya tarik antara molekul dapat diabaikan

• Karen molekul sangat kecil dibanding dengan jarak antara molekul, maka volume molekul dapat diabaikan dan molekul dianggap sebagai TITIK-TITIK BERMASSA

• Temperatur absolut berbanding lurus dengan tenaga kinetik rata-rata dari semua molekul dalam sistem

(54)

04/04/2018

5

Universitas Serambi Mekkah Fakultas Teknologi Pertanian Pada suhu tetap, volume dari sejumlah tertentu gas berbanding terbalik dengan tekanannya

V = 1/P pada suhu tetap

V = k/P (k = konstanta = tetapan) atau PV = konstan, dapat dinyatakan

P₁V₁ = P₂V₂ atau V₁ = P₁ V₂ P₂

P1, V1 = tekanan dan volume awal

P2, V2 = tekanan dan volume akhir

Hukum Boyle

Universitas Serambi Mekkah Fakultas Teknologi Pertanian Contoh :

Sejumlah tertentu gas diekspansikan dari tekanan 720 mmHg menjadi 618 mmHg pada suhu tetap. Jika volume mula-mula 3,73 L, hitung volume akhir gas tersebut :

Jawab :

P

₁

V

₁

= P

₂

V

₂

V2 = P1V1 = (720)(3,73) = 4,3 L

(55)

04/04/2018

6

Universitas Serambi Mekkah Fakultas Teknologi Pertanian Pada tekanan tetap, volume suatu gas berbanding lurus dengan suhu mutlaknya

V = T pada tekanan tetap

V = k (k konstant) T

Hasil penemuan Charles ini kemudian dijadikan dasar untuk mendefinisikan suatu skala suhu yang baru yang dikenal sebagai skala suhu nol absolut atau SKALA KELVIN

(56)

04/04/2018

7

Universitas Serambi Mekkah Fakultas Teknologi Pertanian Hubungan skala Celcius dengan skala Kelvin dinyatakan sebagai :

K = o_{C + 273,15}_{K =}o_{C + 273}

K = suhu absolut/kelvin

o_{C = suhu Celcius}

Secara terpisah

Gay Lussac

(1802) :

(57)

04/04/2018

8

Hukum Charles

Pada tekanan

konstan,

volume

sejumlah tertentu gas sebanding

dengan suhu absolutnya.

Hubungan yang ditemukan oleh Charles pada tahun 1787 dan dikenal sebagai Hukum Charles.

Secara grafik, hukum Charles dapat dilihat pada gambar.

Hubungan antara Celcius dengan skala Kelvin adalah: K = °C + 273,15

K = suhu absolut

(58)

04/04/2018

9

Sama hal-nya dengan hukum Boyle, hukum Charles juga berlaku untuk gas ideal

Terlihat bahwa apabila garis-garis grafik diekstrapolasikan hingga memotong sumbu X (suhu), maka garis-garis grafik tersebut akan memotong di satu titik yang sama yaitu – 273,15 °C.

Titik ini dikenal sebagai suhu nol absolute yang nantinya dijadikan sebagai skala Kelvin.

Universitas Serambi Mekkah Fakultas Teknologi Pertanian Contoh :

Seorang ilmuan yang mempelajari sifat hidrogen pada suhu rendah mengambil volume 2,50 liter hidrogen pada tekanan atmosfer dan suhu 25 °C dan mendinginkan gas itu pada tekanan tetap sampai – 200 °C. Perkirakan besar volume hidrogen!

Penyelesaian :

(59)

04/04/2018

10



(60)

04/04/2018

11

Universitas Serambi Mekkah Fakultas Teknologi Pertanian Bila T1 = (273,15 + t) dan T = (273,15+0), masing-masing suhu dalam derajat Kelvin (o_{K), maka :}

V₁ = V T₁ atau V₁ = T₁ T V T Contoh :

Suatu gas neon dalam suatu wadah 200 mL pada 100 o_C,

jika suhu diturunkan sampai 0o_{C pada tekanan tetap,}

hitung volume akhir gas. Jawab :

V₁ = V T₁ T

= (200) (0+273) = 146,4 mL (100+273)

Universitas Serambi Mekkah Fakultas Teknologi Pertanian Contoh soal :

Sebuah tanki baja berisi gas CO₂ pd suhu 27 o_{C dan}

(61)

04/04/2018

12

Pada suhu dan tekanan sama, semua gas yangg volumenya sama mengandung jumlah molekul yang sama

Semua gas yang jumlah molekulnya sama akan mempunyai volume yang sama, asal diukur pada suhu dan tekanan yang sama

V = n

_atau V = konstan

n

n = juml mol gas

(62)

04/04/2018

13

Avogadro

(63)

04/04/2018

14

Universitas Serambi Mekkah Fakultas Teknologi Pertanian 1 mol setiap gas memiliki jumlah molekul yang sama (6,02X1023_{molekul = bilangan. AVOGADRO)}

Jika diukur pada keadaan STP, 1 mol tiap gas mempunyai volume yang sama = 22,414 L = Volume. AVOGADRO = Volume. MOLAR

Jika Vm adalah Volume molar gas, maka volume n mol gas pada P dan T yang sama adalah :

1 mol gas (STP) = 22,4 L

(64)

04/04/2018

15

Contoh :

Pada suhu dan tekanan tertentu, 11 g gas CO₂ memiliki 2,5 L. Pada suhu dan tekanan yang sama, tentukan :

a. volume. 1 mol CO₂ (C = 12, O =16) volume yang sama pada P dan T yang sama

1 mol CO₂ = 10 L, maka 1 mol N₂ = 10 L

Universitas Serambi Mekkah Fakultas Teknologi Pertanian Kombinasi dalam satu pernyataan hukum Boyle, Charles, Gay Lussac dan Avogadro diperoleh persamaan baru :

Atau

Disebut persamaan GAS IDEAL

V = nT atau PV = R P nT

PV = n RT

(65)

04/04/2018

16

Boyle

Robert Boyle pada tahun 1622

melakukan

percobaan

dengan

menggunakan

udara.

Ia

menyatakan

bahwa

volume

sejumlah tertentu gas pada suhu

yang konstan berbanding terbalik

dengan tekanan yang dialami gas

tersebut.

Hubungan

tersebut

dikenal sebagai Hukum Boyle,

secara matematis dapat dinyatakan

sebagai berikut :

Persamaan berlaku untuk gas-gas yang bersifat ideal.

Universitas Serambi Mekkah Fakultas Teknologi Pertanian Contoh :

Silinder panjang pada pompa sepeda mempunyai volume 1131 cm3 _{dan diisi dengan udara pada tekanan 1,02 atm.}

Katup keluar ditutup dan tangkai pompa didorong sampai volume udara 517 cm3_{. Hitunglah tekanan di dalam}

pompa.

(66)

04/04/2018

17

Penyelesaian :

Perhatikan bahwa suhu dan jumlah gas tidak dinyatakan pada soal ini, jadi nilainya 22,414 L atm tidak dapat digunakan untuk tetapan C. bagaimanapun, yang diperlukan adalah pengandaian bahwa suhu tidak berubah sewaktu tangkai pompa didorong. Jika P₁ dan P₂merupakan tekanan awal dan akhir, dan V₁ dan V₂ adalah volume awal dan akhir, maka:

P₁.V₁ = P₂.V₂

Sebab suhu dan jumlah udara dalam pompa tidak berubah. Substitusi menghasilkan :

(1,02atm)(1131cm3_)=P

2(517cm3) Sehingga P2 dapat

diselesaikan: P₂ = 2,23 atm

Untuk satu jenis gas pada 2 keadaan yang dibandingkan (P,V dan T), maka n adalah tetap, persamaannya menjadi :

(67)

04/04/2018

18

Universitas Serambi Mekkah Fakultas Teknologi Pertanian Berdasarkan persamaan gas ideal, R adalah tetapan universal bagi semua jenis gas yang besarnya dapat ditentukan. Dengan mengambil hipotesis Avogadro,bahwa volume tertentu gas pada suhu dan tekanan yang sama akan mengandung jumlah molekul yang sama, berarti untuk V,P dan T yang tetap maka memiliki nilai n yang tetap.

Untuk memudahkan perhitungan, nilai numerik R dihitung untuk 1 mol gas pada STP ( 0oC, 1 atm), volume = 22,414 L sehingga:

Harga R dapat dinyatakan dengan satuan lain

R = PV = (1 atm) (22,414L) = 0,08206 L atm mol-1_K-1 nT (1 mol) (273,15K)

Tetapan Gas R

Tipe satuan

Harga R

Satuan

Mekanik

0,08206

L atm mol

-1

_K

-1

SI

8,314

Joule mol

-1

_K

-1

Cgs

8,314 X 10

7

_{Erg mol}

-1

_K

-1

Panas

1,987

Kal mol

-1

_K

-1

(68)

04/04/2018

19

• Pressure

What is it?

Force per unit area F/A --> N/m

2

_{--> Pascal}

(Pa)

1 atm = 760 mm Hg = 760 torr

1 atm = 101.325 KPa

1 atm = 14.7 psi.

• What is atmospheric pressure?

(69)

04/04/2018

1

Sistem dan Lingkungan

Salfauqi Nurman, M.Si

KIMIA FISIKA

Suatu sistem thermodinamika adalah suatu masa atau daerah yang dipilih, untuk dijadikan obyek analisis. Daerah sekitar sistem tersebut disebut sebagai lingkungan. Batas antara sistem dengan lingkungannya disebut batas sistem (boundary). Dalam aplikasinya batas sistem nerupakan bagian dari sistem maupun lingkungannya, dan dapat tetap atau dapat berubah posisi atau bergerak.

(70)

04/04/2018

2

Sistem dan Lingkungan

Karakteristik yang menentukan sifat dari sistem disebut property dari sistem, seperti tekanan P, temperatur T, volume V, masa m, viskositas, konduksi panas, dan lain-lain. Selain itu ada juga property yang disefinisikan dari property yang lainnya seperti, berat jenis, volume spesifik, panas jenis, dan lain-lain.

Sistem dan Lingkungan

(71)

04/04/2018

3

Sistem dan Lingkungan

Perubahan sistem thermodinamika dari keadaan seimbang satu menjadi keadaan seimbang lain disebut proses, dan rangkaian keadaan diantara keadaan awal dan akhir disebut linasan proses

Sistem dan Lingkungan

(72)

04/04/2018

4

Sistem

adalah : sesuatu yang menjadi subyek pembahasan atau fokus perhatian.

Lingkungan

adalah : segala sesuatu yang tidak termasuk dalam sistem atau segala keadaan di luar sistem.

Dua istilah yang berkaitan erat dalam termodinamika, yaitu:

lingkungan

gas Batas sistem

(73)

04/04/2018

5

3. SISTEM TERISOLASI :

TIDAK ada pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungan.

Misalnya: Tabung gas yang terisolasi.

TIGA MACAM SISTEM

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.

1. SISTEM TERBUKA:

Ada pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungannya.

Misal : lautan, tumbuh-tumbuhan

(74)

04/04/2018

6

(75)

04/04/2018

1

TERMODINAMIKA ke-0

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

UNIVERSITAS SERAMBI MEKKAH

(76)

04/04/2018

2

Usaha, Kalor, dan Energi Dalam

Usaha adalah: ukuran energi yang dipindahkan dari sistem ke lingkungan atau sebaliknya.

Panas, atau kalor adalah energi yang berpindah akibat perbedaan suhu. Satuan SI untuk panas adalah joule

Energi mekanik sistem adalah : energi yang dimiliki sistem akibat gerak dan koordinat kedudukannya.

Energi dalam adalah : suatu sifat mikroskopik zat, sehingga tidak dapat di ukur secara langsung.

Secara umum perubahan energi dalam (U), di rumuskan :

U = U₂ – U₁

(77)

04/04/2018

3

Kesetimbangan Termal

Misalkan dua benda yang berasal dari material yang sama atau berbeda, yang satu panas, dan lainnya dingin. Ketika benda ini ditemukan, benda yang panas menjadi lebih dingin dan benda yang dingin menjadi lebih panas. Jika kedua benda ini dibiarkan bersinggungan untuk beberapa lama, akan tercapai keadaan dimana tidak ada perubahan yang bisa diamati terhadap sifat-sifat kedua benda tersebut. Keadaan ini disebut keadaan kesetimbangan termal, dan kedua benda akan mempunyai temperatur yang sama.

Kesetimbangan Mekanik

Misal beberapa gaya yang bekerja

pada sebuah benda, maka jika benda

tersebut dalam keadaan diam maka

dikatakan

dalam

kesetimbangan

(78)

04/04/2018

4

Kesetimbangan Kimia

Misal sebuah reaksi kimia akan

berlansung

sehingga

reaksinya

tersebut berhenti, maka akan berada

dalam keseimbangan kimia

Hukum Awal (Zeroth Law/Hukum ke-0)

Bunyi Hukum Termodinamika ke-0 : "Jika dua sistem berada dalam kesetimbangan termal dengan sistem ketiga, maka mereka berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain“

(79)

04/04/2018

5

Hukum Awal (Zeroth Law/Hukum ke-0)

Jika benda A mempunyai temperatur yang sama dengan benda B dan benda B mempunyai temperatur yang sama dengan benda C maka temperatur benda A akan sama dengan temperatur benda C atau disebut ketiga benda (benda A, B dan C) berada dalam kondisi kesetimbangan termal

(80)

04/04/2018

6

bagaimanakah temperatur

benda terbentuk ?

- Temperatur adalah ukuran energi kinetik yang

dimiliki oleh molekul-molekul penyusun suatu

benda. Benda-benda di alam tersusun oleh

molekul-molekul dan atom-atom.

- Molekul yang menyusun benda tidak berada

dalam keadaan diam, tetapi molekul-molekul

ini bergetar atau bergerak secara acak sesuai

dengan besarnya energi kinetik yang dimiliki

oleh molekul-molekul.

(81)

04/04/2018

7

- Benda dalam bentuk padat, molekul-molekul

penyusunnya tidak dapat bergerak bebas,

tetapi terikat erat dan kaku antara satu

dengan lainnya. Molekul

–

molekul dalam

benda padat hanya dapat bergetar. Ini terjadi

karena energi yang dimiliki oleh molekul

dalam benda padat relatif kecil sehingga tidak

dapat melepaskan diri dari ikatan antar

molekul.

bagaimanakah temperatur benda terbentuk ?

- Bila benda padat ini dipanaskan, maka

sejumlah energi panas (kalor) akan diserap

oleh molekul sehingga molekul dapat

bergetar lebih cepat, ini ditunjukan dengan

naiknya derajat panas benda.

(82)

04/04/2018

8

- Semakin banyak kalor dari luar yang diserap oleh molekul maka molekul akan semakin memiliki energi untuk bergetar dan bergesekan lebih cepat hingga suatu saat molekul ini tidak lagi saling terikat tetapi bebas bergerak.

- Molekul yang bebas bergerak ini masih saling terikat satu dengan lainnya, inilah yang disebut fase cair benda. Kalor yang diberikan kepada benda diserap oleh melekul untuk dapat bergetar lebih cepat sehingga bebas dan dapat bergerak sehingga mengubah fase benda dari benda padat menjadi benda cair.

- Bila kalor terus diberikan, maka gerak molekul dalam zat cair akan semakin acak, dan tumbukan antar molekul semakin sering terjadi.

- Kondisi ini bila berlangsung terus, maka suatu saat molekul akan benar-benar bebas dan tidak terikat satu dengan lainnya, Kondisi ini disebut zat cair berubah menjadi gas.

(83)

04/04/2018

9

- Kalor dapat berpindah dari satu benda

ke benda yang lainnya.

- Kalor berpindah dari benda yang

memiliki kalor lebih besar ke benda

yang memiliki kalor lebih kecil.

(84)

04/04/2018

10

Universitas Serambi Mekkah Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Serambi Mekkah Fakultas Teknologi Pertanian

(85)

04/04/2018

11

Misalkan terdapat 3 buah benda yang

memiliki temperatur yang tidak sama,

yaitu benda A, benda B dan benda C.

Temperatur benda A lebih besar dari

pada temperatur benda B dan benda C,

temperatur benda B lebih besar dari pada

temperatur benda C.

(86)

04/04/2018

12

Maka kalor akan berpindah dari benda A ke

benda C dan kalor benda B akan berpindah ke

benda C hingga terbentuk kesetimbangan

termal antara ketiga benda

(87)

04/04/2018

13

Pada kondisi ini kalor akan berpindah dari

benda A ke benda B dan ke benda C. Kalor

benda B akan berpindah ke benda C hingga

ketiga benda mencapai kesetimbangan termal.

(88)

04/04/2018

1

TERMODINAMIKA ke-1

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

UNIVERSITAS SERAMBI MEKKAH

(89)

04/04/2018

2

Hukum pertama yaitu: prinsip kekekalan energi yang memasukkan kalor sebagai mode perpindahan energi.

Hukum Pertama

Bunyi Hukum Termodinamika ke-1 :

"Energi tidak dapat diciptakan ataupun

dimusnahkan, melainkan hanya bisa

diubah bentuknya saja.

“

Bunyi Hukum Termodinamika ke-1 “untuk setiap proses apabila kalor Q diberikan kepada sistem dan sistem melakukan usaha W, maka akan terjadi perubahan energi dalam

Δ

U = Q

–

W

.

Q

=

W

+

∆

U

Q = kalor/panas yang diterima/dilepas (J) W = energi/usaha (J)

(90)

04/04/2018

3

Dimana U menunjukkan sifat dari sebuah sistem, sedangkan W dan Q tidak. W dan Q bukan fungsi Variabel keadaan, tetapi termasuk dalam proses termodinamika yang dapat merubah keadaan. U merupakan fungsi variabel keadaan (P,V,T,n).

W bertanda positif jika sistem melakukan usaha terhadap lingkungan dan negatif jika menerima usaha lingkungan.

Q bertanda positif jika sistem menerima kalor dari lingkungan dan negatif jika melepas kalor pada lingkungan

(91)

04/04/2018

4

Proses Terhadap Sistem

a. Proses Isobarik (tekanan tetap)

Proses isobarik adalah proses perubahan gas dengan tekanan tetap.

Usaha proses isobarik dapat ditentukan dari luas kurva di bawah grafik P – V.

Perubahan Terhadap Sistem

b. Proses Isotermis (suhu tetap)

Proses isotermis adalah proses perubahan gas dengan suhu tetap. Pada proses ini berlaku hukum Boyle.

(92)

04/04/2018

5

Perubahan Terhadap Sistem

c. Proses Isokhoris (volume tetap)

Proses isokhoris adalah proses perubahan gas dengan volume tetap. Karena volumenya tetap berarti usaha pada gas ini nol

Perubahan Terhadap Sistem

d. Proses Adiabatis (kalor tetap)

Pada proses isotermis sudah kita ketahui, U = 0 dan pada proses isokoris, W = 0. Bagaiaman jika terjadi proses termodinamika tetapi Q = 0 ?

(93)

04/04/2018

6

Perubahan Terhadap Sistem

e. Proses Gabungan

Proses-proses selain 4 proses ideal diatas dapat terjadi. Untuk memudahkan penyelesaian dapat digambarkan grafik P – V prosesnya. Dari grafik tersebut dapat ditentukan usaha proses sama dengan luas kurva dan perubahan energi dalamnya

(94)

04/04/2018

1

TERMODINAMIKA ke-2

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

UNIVERSITAS SERAMBI MEKKAH

(95)

04/04/2018

2

Hukum kedua, yaitu: bahwa aliran kalor memiliki arah, dengan kata lain, tidak semua proses di alam adalah reversibel (dapat dibalikkan arahnya)

Banyak proses yang irreversible:

1) Campurkan kopi dan gula lalu kocok,

keduanya menyatu akan tetapi

seberapapun anda kocok kembali

keduanya tidak memisah lagi.

(96)

04/04/2018

3

Arah Proses Termodinamik

Proses termodinamik yang berlanggsung

secara alami seluruhnya disebut proses

ireversibel

(irreversibel process).

Proses

tersebut berlanggsung secara spontan pada

satu arah tetapi tidak pada arah sebaliknya.

Contohnya kalor berpindah dari benda yang

bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu

rendah.

Arah Proses Termodinamik

Proses

reversibel

adalah

proses

termodinamik yang dapat berlanggsung

secara bolak-balik. Sebuah sistem yang

mengalami idealisasi proses reversibel selalu

mendekati

keadaan

kesetimbangan

termodinamika antara sistem itu sendiri dan

lingkungannya. Proses reversibel merupakan

proses

seperti-kesetimbangan

(quasi

(97)

04/04/2018

4

Tiga pernyataan bagi

Hukum Kedua Termodinamika

- Kalor tidak mengalir secara spontan dari dingin ke panas

(sebaliknya: dapat spontan?)

- Tidak ada mesin yang dapat mengubah kalor menjadi usaha secara utuh

(sebaliknya: dapat spontan?)

- Setiap sistem terisolasi condong menjadi acak

(sistem terbuka: dapat menumbuhkan keteraturan?)

Kalor tidak akan mengalir spontan dari benda dingin ke benda panas

[Rudolf Clausius (1822 – 1888)]

Pada taraf molekular:

Molekul yang bergerak lebih cepat, akan menyebarkan energinya kepada lingkungannya

Pada taraf makroskopik:

(98)

04/04/2018

5

Anda tidak dapat membuat mesin yang sekedar mengubah kalor menjadi usaha sepenuhnya

[Kelvin (1824 – 1907) & Planck (1858 – 1947)]

Efisiensi mesin tidak dapat 100%

Diperlukan tandon panas dan tandon dingin Tandon panas menjadi sumber energi

Perlu membuang kalor pada suhu yang lebih rendah, ke tandon dingin

Biasanya tandon suhu terendah = atmosfer

Hukum II Termodinamika

- Jika tidak ada kerja dari luar, panas tidak dapat merambat secara spontan dari suhu rendah ke suhu tinggi (Clausius)

- Proses perubahan kerja menjadi panas merupakan proses irreversible jika tidak terjadi proses lainnya (Thomson-Kelvin-Planck)

- Suatu mesin tidak mungkin bekerja dengan hanya mengambil energi dari suatu sumber suhu tinggi kemudian membuangnya ke sumber panas tersebut untuk menghasilkan kerja abadi (Ketidakmungkinan mesin abadi)