Termodinamika

Kompetensi Dasar:

 Menganalisis dan menerapkan

 Termodinamika adalah : ilmu yang

mempelajari hukum-hukum yang mengatur perubahan energi dari suatu bentuk ke bentuk lain,

aliran dan kemampuan energi melakukan usaha.

 Dua istilah yang berkaitan erat

 Sistem

adalah : sesuatu yang menjadi subyek pembahasan atau fokus perhatian.

 Lingkungan

adalah : segala sesuatu yang

Perhatikan gambar:

Tabung berisi gas:

lingkungan

gas Batas sistem

Hukum termodinamika

dibagi 2 yaitu :

 Hukum pertama, yaitu : prinsip

kekekalan energi yang memasukkan kalor sebagai mode perpindahan

energi.

 Hukum kedua, yaitu : bahwa aliran

kalor memiliki arah, dengan kata lain, tidak semua proses di alam adalah

Usaha, Kalor, dan

Energi Dalam

 Pengertian Usaha dan Kalor.

 Usaha adalah: ukuran energi yang

dipindahkan dari sistem ke lingkungan atau sebaliknya.

 Energi mekanik sistem adalah : energi

Pengertian Energi

Dalam

 Energi dalam adalah : suatu sifat

mikroskopik zat, sehingga tidak dapat di ukur secara langsung.

 Secara umum perubahan energi dalam

(U), di rumuskan :

Formulasi usaha, kalor dan

Energi dalam

 Usaha oleh sistem terhadap

lingkungannya.

 Proses isobarik (tekanan konstan)

V₁ V2

 Perjanjian tanda :

 Usaha bertanda positif (+), jika

sistem melakukan usaha pada

lingkungan (gas memuai V₂ > V₁).

 Usaha bertanda negatif (-), jika

lingkungan melakukan usaha

pada sistem ( gas memampat V₂

 Formulasi Kalor

Q = mcT = CT

 Formulasi Energi Dalam

 Gas monoatomik

nRT

NkT

U

2

3

2

3

 Gas diatomik

 Perubahan Energi Dalam

 Gas monoatomik

nRT

NkT

U

2

5

2

5





 _{2 1}

2 3 2 3 T T nR T nR

 Gas diatomik

 Dari dua persamaan perubahan energi

dalam di atas dapat disimpulkan : “Perubahan energi dalam U hanya

bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir dan tidak bergantung pada lintasan yang ditempuh oleh sistem”



_{2 1}



2 5 2 5 T T nR T nR

U    

Beberapa Proses

Termodinamika Gas

 Proses Isobarik ( tekanan tetap )

A. Usaha yang dilakukan oleh

sistem terhadap lingkungan (V2 > V1).

W positif ( + )

1 2

p

B. Usaha yang dilakukan

lingkungan terhadap sistem (V₂

 V₁).

W negatif ( - )

p

V V2 V1

 Proses Isokhorik (volum tetap )

W = 0

Karena V2 = V1

 Perhatikan gambar

p

V V₁ = V₂

 Proses Isotermal ( suhu tetap )

Dari persamaan :

pV = nRT diperoleh :

 Sehingga usaha yang dilakukan





2 1 2

1

ln V_V

V V V nRT V dV nRT

W 







ln

V

₂

ln

V

₁



nRT

W





 Perhatikan gambar :

p

 Proses Adiabatis

adalah : suatu proses keadaan

 Perhatikan gambar

[image:25.720.68.599.45.480.2]

Grafik p – V pada

proses Adibatik

kurva adiabatik

T₁

T₂ V₁ V2

 Contoh proses adiabatis:

 Pemuaian gas dalam mesin diesel

 Pemuaian gas dalam sistem

pendingin

 Langkah kompresi dalam mesin

 Usaha dalam proses adiabatik

secara matematis di rumuskan :

 

2 2

1

1

V

p

V

p



v p

Hukum pertama

termodinamika

Perhatikan Gambar.

lingkungan

sistem

 Secara matematis hukum I

Termodinamika, dirumuskan :

U = U₂-U₁= Q – W

Contoh soal 6

 Suatu sistem menyerap 1500 J

kalor dari lingkungannya dan melakukan 2200 J usaha pada lingkungannya. Tentukan

Diket :

Q = 1500 J W = 2200 J

Jawab :

U = Q – W

= 1500 – 2200 = - 700 J

Karena energi dalam sistem bernilai

Proses Adiabatik

 Karena Q = 0 , dirumuskan:

U = Q – W

U = - W Atau

Gas monoatomik



T T



nR T nR

U

W      

Kapasitas Kalor Gas

 Kapasitas kalor gas

dirumuskan :

T

C

atauQ

T

Q

C





 Kapasitas kalor pada tekanan tetap ( C

p )

adalah : kalor yg diperlukan untuk

menaikkan suhu suatu zat satu kelvin pada tekanan tetap.

dirumuskan :

T

C

atauQ

T

Q

C

_p p _p



_p



 Kapasitas kalor pada volume tetap ( C

v )

adalah : kalor yg diperlukan untuk

menaikkan suhu suatu zat satu kelvin pada volume tetap. dirumuskan :

T

C

atauQ

t

Q

C

v _v

v





 Usaha yang dilakukan pada

tekanan tetap dirumuskan:

) (V₂ V₁ p

V p

W    



T₂ T₁



nR T

nR

W    



C C



T Q

Q

Contoh

 Lima kilogram gas N

2 dipanaskan pada

tekanan tetap sehingga suhunya naik dari 10oC menjadi 130oC. Jika Cv = 0,177

kal/goC dan Cp = 0,248 kal/goC, hitung :

a. Kenaikan energi dalam.

Diket :

m = 5 kg

T₁ = 10 + 273 = 283 K T₂ = 130 + 273 = 403 K C_v = 0,177 kal/goC

C_p = 0,248 kal/goC

Ditanya :

 Jawab :

a. U = Q_p – nR (T₂ – T₁) = C_p (T₂-T₁) – nR(T₂-T₁)

= C_p (T₂-T₁) – (C_p-C_v)(T₂-T₁) =(C_p – C_p + C_v) (T₂-T₁)

= (C_v )(T₂-T₁)

= 0,177 (403 – 283) = 0,177 x 120

b. W = (C_p – C_v)T

= ( 0, 248 – 0,177)120 = 0,071 x 120

Kapasitas Kalor Molar

( C

_m

)

 Adalah : kalor yang diperlukan

untuk menaikkan suhu satu mol zat dalam satu kelvin.

Secara matematis dirumuskan :

T nC atauQ T n Q

C_m  _m 

 Kapasitas molar pada tekanan

tetap ( C_p,m ) dirumskan :

T

n

C

atauQ

T

n

Q

C

_{p m} p _p



_{p m}







_,

 Kapasitas kalor molar pada

volume tetap ( C_v,m ) dirumuskan :

T

n

C

atauQ

T

n

Q

C

v _{v v m}

m

v









_,

 Hubungan antara C

p,m dengan

C_v,m.

dirumuskan :

Kalor jenis gas (c)

 Dirumuskan :

T

mc

atauQ

T

m

Q

c





 Kalor jenis gas pada tekanan

tetap dan volume tetap. dirumuskan :

m

C

danc

m

C

 Hubungan antara c

p dg cv dirumuskan :

M

R

c

Contoh soal

 Kalor jenis nitrogen pada volume

tetap C_v = 0,177 kal.g-1K-1. Jika

massa molekul nitrogen adalah

28 kg.kmol-1, tentukan kalor jenis

Diket :

c_v = 0,177 kal.g-1K-1 = 743,4 J/kgK

M = 28 kg.kmol-1

R = 8314 J/kmol K

Jawab :

c_p – c_v = R/M

c_p = R/M + c_v

c_p = 8314/ 28 + 743,4 c_p = 296,9 + 743,4

 Nilai C

p,m Cv,m dan cv

 Gas monoatomik

_{C nRdanC nR}

p v 2 5 2 3 

 C_{v m} RdanC_{p m} R

2 5 2 3 , ,   M R danc M R

c_{v p}