hukum termodinamika 3 april 2011

8/16/2019 Hukum Termodinamika 3 April 2011

1/18

HUKUM I TERMODINAMIKA

K. Arafah

Prodi Pend. Fisika


2/18

HUKUM PERTAMA

TERMODINAMIKA

Panas neto yang ditambahkan padasuatu sistem sama denganperubahan energi internal sistemditambah usaha yang dilakukan

oleh sistem.Q = ∆U + W

Q = + panas masuk ke sistem

- panas keluar dari sistem

U = energi internal sistem

W = + usaha dilakukan oleh sistem

- usaha dilakukan pada sistem


3/18

Sebuah pemanas air menggunakan listrik sebagai

sumbernya digunakan untuk memanaskan 3 kg air

pada 80oC. Usaha yang diberikan filamen pemanas 25

kJ sementara panas yang terbuang karena konduksi

sebesar 15 kkal. Berapa perubahan energi internal

sistem dan temperatur akhir ?Panas terbuang 15 kkal = 62,7 kJ

Q = ∆U + W

-62,7 kJ = ∆U -25 kJ ∆U = -37,7 kJ

T’ = 76,9oC

C kg Cxkg kJ

kJ T o

o 01,3

3/18,4

7,37−=−=∆

contoh


4/18

U sifat sistem, tergantung keadaan sistemSistem (P1 V1) diperlakukan P2 V2 U2 T2 jikadikembalikan ke kondisi awal maka P1 V1 sertaT1 dan U1

Q dan W bukan fungsi keadaan sistem.

Untuk jumlah besaran Q, U dan W yangsangat kecil dQ = dU + dW


5/18

ENERGI INTERNAL GAS

IDEAL

Temperatur gas ideal dihubungkandengan energi kinetik translasi molekul2gas K = 3/2 nRT

Jika energi translasi ini diambil sbgenergi internal total gas, maka U hanyatergantung pada temperatur tidak padavolume atau tekanan U = 3/2 nRT

Jika ada energi lain maka pers U akanberharga lain dr pers di atas, misal adagaya tarik menarik antar molekul.


6/18

USAHA DAN DIAGRAM PV UNTUK

GASUsaha mesin2 mengubah energi termis menjadi

usaha yg dapat dipakaiGas berekspansi menggerakkan pistonMesin uap, uap panas menggerakkan pistonMesin bensin, uap bensin + udara meledak, ekspansi yangcepat


7/18

Piston digerakkan perlahan, maka gas akanmengembang/merapat tanpa pernah jauh dari keadaan

kesetimbangan proses kuasi-statikTidak ada percepatan pada gerak piston, ada gayaeksternal PA yang mendorong melawan piston, makakerja yang dilakukan gas pada piston

dW = F dx = PA dx = P dVKompresi dV negatif, usaha dilakukan pada gasEkspansi dV positif, usaha dilakukan oleh gas

Usaha diagram PV


8/18

∫ = dV P W

Usaha = luas daerah di bawah kurva

Ekspansi isobarik

1 L.atm = 101,3 J

Persamaan gas ideal PV = nRT


9/18

Gas ideal P1 V1 = P2 V2 = nRT (temperatur akhir sama)

Lintasan A, gas dipanaskan, volume membesar V2 lalu

didinginkan, tekanan menurun P2. Usaha P1(V2 – V1) Lintasan B, gas didinginkan, tekanan turun P2 lalu dipanaskandgn tekanan konstan, volume membesar V2. Usaha P2(V2-V1)

Lintasan C, tekanan dan volume berubah sepanjang proses,temperatur konstan ekspansi isotermis

1

2ln

V

V nRT W

isotermis =

contoh


10/18

PROSES

SIKLISUsaha yang dilakukan dan panas yang diberikanhanyalah tergantung pada bagaimana sebuah sistem

berubah dari satu keadaan ke keadaan lain, tetapiperubahan energi internal tidak bersifat demikianW AB = P(VB – V A) = 2 L.atmWCD = P(VD-VC) = -1 L.atmUsaha neto = W AB – WCD = 1 L.atmJika energi internal konstan maka harusditambahkan panas sebesar 1 L.atm


11/18

PROSES

ISOTERMAL

Selama proses temperatur sistem tetap konstan

A

B


12/18

PROSES

ISOTERMALMisalkan suatu gas ideal berada pada

kontainer dengan piston yang bebas bergerakSaat awal keadaan sistem (gas) pada titik AKetika Q diberikan pada sistem terjadi ekspansike B

Temperatur (T) dan massa gas (m) konstan selamaproses

0 TRnU2

3 =∆=∆

Hk. Termodinamika ke-1: ∆U = Q – W = 0

W = Q


13/18

PROSES

ADIABATIKSelama proses tidak terjadi transfer panas yang masukatau keluar sistem

Proses adiabatik terjadi pada sistem terisolasi atau dapat

terjadi pada sistem yang mempunyai proses yang sangat cepat

Hk. ke-1: ∆U = Q – W = 0

Q = 0

U = - W


14/18

Perbedaan Diagram PV untuk gas Idealantara proses adiabtik ( 1 – 2 ) dan isotermal

Contoh Proses

adiabatik

Piston motor

Proses Adiabati


15/18

PROSES

ISOBARIKSelama proses tidak terjadi perubahan tekanan pada

sistem

Pada umumnya terjadi pada sistem yang mempunyai kontak langsung

dengan tekanan atmosfer bumi yang dianggap konstan (misal: reaksi

biokimia)


16/18

PROSES

ISOKHORIK

Selama proses volume sistem tidak mengalami perubahan Disebut juga proses: volume konstan, isometrik, isovolumik

Proses ini terjadi pada sistem yang mempunyai volume (wadah) yang

kuat, tertutup dan tidak dapat berubah

Hk. ke-1: ∆U = Q – W = 0

V = 0 , jadi W = 0

U = Q


17/18

SR-71 Blackbird dengan panjang 107 feet 5 inch adalah salah satupesawat tercepat di dunia. Pada ketinggian 80.000 feetkecepatannya dapat mencapai mach 3. Ketika mendarat setelahpenerbangan yang jauh pesawat ini sekitar 30 menit sangat panas

untuk disentuh dan ternyata panjangnya bertambah 6 inchdibanding ketika take off. Jika koefisien muai linier blackbird 24 x10-6 K-1 dan suhu ketika take off 23oC, berapa suhu blackbirdketika baru saja mendarat?

What mass of steam initially at 130°C is needed to warm 200 g ofwater in a 100-g glass container from 20.0°C to 50.0°C? What if thefinal state of the system is water at 100°C? Would we need more orless steam?

Suppose 1.00 g of water vaporizes isobarically at atmosphericpressure (1.013 x 105 Pa). Its volume in the liquid state isVi=Vliquid = 1.00 cm3, and its volume in the vapor state isVf=Vvapor= 1 671 cm3. Find the work done in the expansion and the change ininternal energy of the system. Ignore any mixing of the steam and

the surrounding air—imagine that the steam simply pushes thesurrounding air out of the way.

Sebuah pemanas listrik memiliki daya 3 kW digunakan untukmendidihkan 1,5 kg air dengan suhu 18oC. Berapakah energi yangdiperlukan untuk menaikkan suhu air hingga titik didihnya?Berapa waktu yang diperlukan untuk mencapai titik didih air?

kuis


18/18

MESIN 4 LANGKAH

hukum termodinamika 3 april 2011

Documents