Termodinamika 1
Termodinamika 1
panas, kerja dan energi
panas, kerja dan energi
Sasaran :
• selesai mengikuti kuliah ini mahasiswa
Hubungan antara KERJA, PANAS, dan ENERGI
• Jika gaya F beraksi pada sebuah balok
yang bergeser diatas permukaan tanpa
gesekan, maka
F
dt
v
d
M
makaF
dt
dv
sebagaimana obyek jatuh dalam medan gravitasinya,
2 1 2 1 2 1 21
F
d
y
mg
dy
mg
h
h
W
Gravitasi memiliki potensial untuk melakukan kerja dan kuantitasnya mgh adalah sesuatu yang disebut sebagai Energi Potensial.
Kerja yang dihasilkan oleh resultan gravitasi dalam jatuhnya obyek dalam energi potensial adalah
KE
W
1 2
seperti contoh sebelumnya.
PE
KE
2
mv
2
mv
h
h
mg
22 122
1
Transfer Energi oleh Kerja
Umumnya, kerja yang terjadi dievaluasi
menggunakan persamaan
s
d
F
W
2
1 2
1
kerja adalah energi yang dipindahkan rerata, dimana
tidak peduli apakah ditransfer atau disimpan dalam
sistem.
Melalui devinisi sebuah sifat keadaan yang dievaluasi pada suatu waktu tertentu dan bebas dari proses, maka kerja adalah bukan sifat-sifat sistem.
Sifat diferensial “exact” tergantung uraian prosesnya seperti
1 2 2 1 E E
dE
diferensial dari kerja adalah “inexact” integral yang diikuti tak dapat dievaluasi tanpa mengetahui rincian proses
W W 2 1
laju transfer energi oleh kerja disebut daya (power) dan disingkat dengan
W secara umum; W F v dan kerja yang timbul selama waktu tertentu adalah
F v
dt dt W W 2 2
Kerja Kompresi dan Ekspansi
Mengikuti suatu proses ekspansi gas yang perlahan didalam rangkaian silinder-piston dimana Pp adalah tekanan rata-rata pada permukaan piston.
Proses Ekspansi X1 X1
Luas penampang piston X
2 1 2 1 p p 2 1 21 F ds P A dx P dV W
asumsi sebuah proses kuasi-setimbang, semua keadaan yang melewati sistem yang mengikuti keadaan setimbang dan sifat-sifat intensif, seperti tekanan, adalah uniforrm diseluruh sistem.
2 V V gas 2Expansi dan Kompresi Polytropik
Hubungan tekanan-volume dapat dijelaskan oleh
konstanta
n
dan
c,
konstanta
PV
n
Kerja yang terjadi
adalah
2 1 2 1 2 1 V V V V n n V V 21
dV
cV
dV
V
c
PdV
W
n
1
V
V
c
n
1
V
c
W
21 n 11 ntetapi
n
2
2
n
1
1
V
P
V
P
c
maka
n
1
V
V
P
V
P
n
1
V
V
V
P
W
2 2 2 2 11 nV V n 1 1 n 1 2 n 2 2 2 1 2 1
1
n
dimana
n
1
V
P
V
P
W
1
2
2
2
n
1
1
Untuk n=1, P=c/V maka
2 2 1 2V
V
V
V
V
V
2
1
PdV
V
c
dV
c
ln
V
1
2
1
2
V
V
2
1
V
V
ln
c
V
ln
V
ln
c
V
ln
c
W
2 11
n
dimana
V
V
ln
V
P
W
1
2
1
1
2
1
Kasus spesial ; Untuk n=0, p=c yakni proses tekanan konstan, maka
2
1
2
1
2
1
PdV
P
V
V
Energi
Potensial
Pegas
2
1 2 2 x x 2 2 1 2 1 2
1
2
k
x
x
1
2
kx
dx
kx
s
d
F
W
2 1
Energi Potensial pegas
2
kx
21
PE
Spring
Energi Bentuk lain
• Dalam bidang rekayasa, perubahan dalam
energi total sebuah sistem selalu maembuat dan
memberikan kontribusi makroskopis seperti
perubahan dalam KE dan gravitasional PE
sebuiah sistem sebagai sesuatu yang relatif ke
sebuah bingkai koordinat eksternal dan Energi
Internal, U
Seperti halnya pengadukan fluida didalam tangki yang terisolasi
sempurna,
Energy is transferred into the system via work by the paddle
wheel, results in an increase in the system energy.
transfer energi ini tidak menaikkan KE atau PE dalam
sistem. Perubahan energi dalam sistem dapat dihitung
hanya untuk energi dalam fluida saja.
Interpretasi Mikroskopis
• Energi adalah atribut ke gerakan dan konfigurasi
molekul-molekul individual, partikel atom dan sub atom
yang menjadi sesuatu dalam sistem.
• Energi pada tingkat molekular berasosiasi dengan;
– Translasi
– Rotasi,
– Vibrasi
– Ikatan Molekular
• Energi pada tingkat atomi:
– Electron orbital states
– Nuclear spin
Konservasi Energi untuk Sistem Tertutup
• Sistem tertutup dapat berinteraksi dengan sekelilingnya
melalui kerja sebagai termal.
• Energi dapat ditransfer antara sistem dan sekelilingnya
melalui interaksi termal (kalor)
• Proses yang menggunakan interaksi kerja tetapi tak
mengakibatkan interaksi termal /kalor disebut proses
adiabatik.
• Proses yang mengakibatkan interaksi termal disebut
proses non-adiabatik.
• Tanda yang disetujui untuk transfer
energi oleh kerja adalah;
1. Kerja diberikan oleh sistem adalah positif,
2. Kerja diberikan pada sistem adalah negatif,
sebagaimana
proses adiabatik
dan proses
tak-adiabatik antara dua
keadaan akhir di
• oleh karena luas dibawah kurva berbeda, maka
kerja yang terjadi juga berbeda. sehingga
W
ad
W
nonad• akhir proses keduanya pada sistem yang sama,
maka perubahan energinya juga sama dalam
setiap proses, sehingga
(E
2– E
1)
ad= (E
2–
E
1)
nonad= E
2– E
1• Kita ketahui perubahan proses adiabatik adalah
E
2– E
1
= -W
ad• Tetapi selama
W
ad
W
nonadkita dapat simpulkan
E
2– E
1
-W
nonadSejumlah energi yang ditransfer kedalam
sistem tertutup oleh kalor adalah Q
E
2
– E
1
=
-W
nonad
+ Q
Keadaan Hukum Termodinamika Pertama
Transfer Energi oleh Kalor
•
Kuantitas Q dalam hukum pertama diperhitungkan setiap
energi yang dipindahkan ke dalam sistem tertutup
selama proses tanpa dipengaruhi kerja.
•
Sebagaimana transfer energi Q yang dimasukkan hanya
sebagai hasil perbedaan temperatur antara sistem dan
sekitarnya dan terjadi dalam arah penurunan temperatur
seperti perpindahan kalor ; konduksi, konveksi, radiasi.
•
Tanda yang disepakati untuk perpindahan kalor oleh
panas
;
Suatu bongkahan logam
panas pada temperatur
awal T
mkedalam fluida
dingin pada T
f. sebab
logam pada temperatur
tinggi kemudian energi
fluida ditransfer dari
logam ke fluida, Q
adalah negatif.
seperti halnya kerja, kalor adalah
bukan sifat properti dan
sejumlah perpindahan energi
tergantung rincian proses,
dimana
2
1
2
1
Q
Q
laju perpindahan kalor dinyatakan sebagai
Q
dan total energi yang dipindahkan
melalui panas selama periode waktu
tertentu adalah
dt
Q
Q
2
1
2
1
Refleksi :
• Tanya jawab secara lisan atau kuis (IC)
atas semua materi yang disajikan oleh
dosen.
•
Pekerjaan rumah :
