BAB IV ENTROPI GAS SEMPURNA

Transkripsi

1 BAB IV ENROPI GAS SEMPURNA Itilah etroi ecara literatur berarti traformai, da dierkealka oleh lauiu. Etroi adalah ifat termodiamika yag etig dari ebuah zat, dimaa hargaya aka meigkat ketika ada eambaha kalor da meuru ketika terjadi eguraga kalor. Adalah ulit utuk megukur etroi, tetai aka mudah utuk mecari erubaha etroi dari uatu zat. Pada jagkaua kecil temerature, keaika atau eurua etroi jika dikalika dega temerature aka meghailka jumlah kalor yag diera atau dileaka oleh uatu zat. Secara matemati: d.d dimaa: d Kalor yag diera temeratur abolut d keaika etroi. Peramaa di ata juga bia diguaka utuk kalor yag dileaka oleh uatu zat, dalam hal ii d mejadi eurua etroi. Para ahli tekik da ilmuwa megguaka etroi utuk memberika jawaba ceat terhada ermaalaha yag berkaita dega ekai adiabatik. ubuga Atara Kalor Dega Etroi Gambar. Kura emeratur-etroi. Ayari Daryu, ermodiamika ekik I Uierita Darma Perada akarta. 43

2 Mialka emaaa uatu zat ditujukka oleh kura dari A ke B ada gambar, dimaa umbu-x meruaka etroi da umbu-y adalah temeratur mutlak. Grafik ii dikeal dega diagram temeratur-etroi (-). Mialka titik ada kura. Pada titik ii, kataka ada ejumlah kecil kalor (d) yag diberika ke zat, yag aka meaikka etroi ebear d. Kataka temeratur abolut ada titik ii. Maka euai dega defiii etroi: d.d (i) Dalam hal ii,.d diwakili oleh daerah yag diarir ada kura elama terjadi erubaha etroi. Maka lua daerah di bawah kura AB bia dicari dega megitegralka eramaa (i), ehigga:. d d... dari eramaa (i) kalor total yag diberika atau diera d d Perubaha total etroi dieroleh dega megitegralka eramaa di ata: d d (ii) atata:. Daerah dibawah diagram - ada roe termodiamika aa aja meruaka jumlah kalor yag diera atau dileaka elama roe.. Karea d adalah ama utuk emua jalur reeribel atara A da B, ehigga diimulka bahwa harga ii tidak bergatug ada jalur/litaa da haya meruaka fugi keadaa. Etroi bia diyataka ebagai fugi ifat termodiamika yag lai dari item, eerti tekaa atau temeratur da olume. Satua Etroi Satua etroi bergatug ada atua kalor yag diguaka da temeratur mutlak. Etroi diyataka er atua maa zat. Kita tahu bahwa: Perubaha etroi Kalor yag diberika atau dileaka emeratur mutlak Ayari Daryu, ermodiamika ekik I Uierita Darma Perada akarta. 44

3 Sehigga jika atua kalor adalah kcal da temeratur dalam 0 K, maka atua etroi adalah kcal/kg/ 0 K. Karea etroi diyataka er atua maa zat, maka adalah bear jika etroi diebut ebagai etroi eifik. Secara teoriti, etroi uatu zat adalah ol ada temeratur ol abolut. Sehigga di dalam erhituga etroi, referei daar yag mudah haru diilih ehigga dari referei ii egukura dilakuka. Perlu dicatat bahwa air ada 0 0 diaumika memuyai etroi ol, da erubaha etroi dihitug dari temeratur ii. Peramaa Umum Perubaha Etroi Ga Semura Mialka ejumlah tertetu ga emura diaaka oleh roe termodiamika tertetu. Dega otai ebagai berikut: m maa ga tekaa awal ga olume awal ga temeratur awal ga,, harga yag bereuaia utuk kodii akhir ga Peramaa erubaha etroi elama roe bia diyataka dega tiga cara berikut: (a) Dalam olume da temerature abolut. Utuk erubaha kecil kodii zat diberika oleh eramaa: d du + dw. d m. d +... (i) dimaa, d erubaha kecil temeratur d erubaha kecil olume Dega membagi eramaa (i) dega, d d m. +. d Ayari Daryu, ermodiamika ekik I Uierita Darma Perada akarta. 45

4 mr d karea mr atau da d maka d m. R d m + d... (ii) Itegralka eramaa (ii) dega bata yag teat, d m. + ehigga: d mr d mr. [ ] m. [ l ] [ l ] + mr. Δ m. (l l ) + (l l ) m. l + l... (iii) l m mr. R + l m l + ( )l (b) Dalam tekaa da temeratur abolut Peramaa umum ga: x Subtituika eramaa di ata ke eramaa (iii): m. mr. + l l x Ayari Daryu, ermodiamika ekik I Uierita Darma Perada akarta. 46

5 m. l + l + mr. R mr. m.l + l mr. l + (i) Sekarag ubtitui R/ ke eramaa di ata. l m. l + m( ) () m. l + ( )l (c) Dalam tekaa da olume Peramaa umum ga: x Dega meubtituika harga / ke eramaa (iii), mr. m +. l + l Subtitui R/ ke eramaa di ata, m. l + m. l + m( ) l m. l + m. l + m l m l m. l + m l (i) Ayari Daryu, ermodiamika ekik I Uierita Darma Perada akarta. 47

6 m. l + l atata:. Perubaha etroi oitif bila kalor diera oleh ga da ada keaika etroi.. Perubaha etroi egatif bila kalor dileaka dari ga da ada eurua etroi. Perubaha Etroi Ga Semura Pada Berbagai Proe ermodiamika a. Perubaha etroi ada roe olume kota Mialka ejumlah ga emura diaaka ada olume kota. Proe ii digambarka oleh kura AB ada diagram - ada gambar. Utuk erubaha kecil temeratur (d), d m..d Dega membagi kedua ii eramaa dega, d d m.. d d m.. Dega megitegraika eramaa di ata, didaatka erubaha total etroi, Gambar. Kura - ada roe olume kota. d m. d [ ] m. [ ] l m l. (i) Peramaa di ata bia diyataka dalam ariabel tekaa. Dari eramaa umum ga: Ayari Daryu, ermodiamika ekik I Uierita Darma Perada akarta. 48

7 P P ( ) Dega meubtituika harga / ke eramaa (i) l m. (ii) b. Perubaha etroi ada roe tekaa kota Mialka ejumlah ga emura diaaka ada tekaa kota. Proe ii dilukika oleh kura AB ada diagram - yag ditujukka gambar 3. Gambar 3. Kura - elama roe tekaa kota. Utuk erubaha kecil temeratur (d), kalor yag diberika: d m..d Dega membagi kedua ii eramaa di ata dega, d d m.. d d m.. Dega megitegralka eramaa di ata: d m. d Ayari Daryu, ermodiamika ekik I Uierita Darma Perada akarta. 49

8 atau l m. (i) Peramaa di ata bia diyataka dega ariabel olume. karea Dega meubtituika harga / ke eramaa (i) maka, m. l c. Perubaha etroi ada roe temeratur kota Mialka ejumlah ga emura diaaka ada temeratur kota. Proe ii dilukika oleh kura AB ada diagram - yag ditujukka gambar 4. Gambar 4. Kura - elama roe temeratur kota. Kita tahu bahwa elama roe temeratur kota tidak ada erubaha eergi dalam, da kalor yag diberika ama dega kerja yag dilakuka oleh ga. Kita jga tahu bahwa kerja yag dilakuka ada roe temeratur kota (iothermal) : W mr l mr l dalam atua kalor. Ayari Daryu, ermodiamika ekik I Uierita Darma Perada akarta. 50

9 l mr W Kita tahu bahwa erubaha etroi, Kalor yag diberika emeratur mutlak atau l mr )l ( l m mr (i) Peramaa di ata bia juga diyataka dega ariabel tekaa. karea Dega meubtituika harga / ke eramaa (i) l mr )l ( m d. Perubaha etroi ada roe olitroik ( kota) Pada roe olitroik, ejumlah kecil aa diera oleh ga elama ekai megikuti rumu: W d Ayari Daryu, ermodiamika ekik I Uierita Darma Perada akarta. 5

10 .d Dega membagi eramaa di ata dega dieroleh: d d. Subtitui da, mr d Sehigga: d mr d Dega megitegralka eramaa di ata, maka: d mr d l mr l R m (i) )l ( m ) ( R )l ( m (ii) Peramaa di ata bia dituli dalam temeratur da tekaa mutlak. Pada roe olitroik: da Dega meubtituika harga di ata ke eramaa (i): Ayari Daryu, ermodiamika ekik I Uierita Darma Perada akarta. 5

11 l mr l R m l ) ( m l m Kita juga tahu bahwa ada roe olitroik: atau Dega meubtituika harga di ata ke eramaa (i): R m l l R m l ) ( m l m Perubaha Etroi Selama Proe Adiabatik (Proe Ietroik) Pada roe adiabatik, tidak ada kalor yag memauki atau meiggalka ga. Secara matematik: d 0 ehigga: Ayari Daryu, ermodiamika ekik I Uierita Darma Perada akarta. 53

12 d 0 karea d d/ Gambar 5. kura - elama roe adiabtik. Atau dega kata lai, erubaha etroi elama roe adiabatik adalah ol. Proe adiabatik ada grafik - ditujukka oleh gari ertikal AB ada gambar. Karea etroi ga teta elama ekai atau komrei adiabatik ada ga, roe ii diebut ietroik. Metode Pedekata Utuk Peyeraa Kalor Mialka kg ga emura diaaka ada uatu roe. Mialka roe ii ditujukka oleh kura AB ada diagram - eerti gambar 6. Gambar 6. Kalor yag diera karea erubaha etroi. ika: temeratur awal ga temeratur akhir ga etroi awal ga etroi akhir ga Kita tahu bahwa kalor yag diera elama roe adalah ama dega daerah di bawah kura AB ada diagram - yaitu ABba. Mialka AB adalah gari luru (ditujukka oleh gari utu-utu), kita eroleh: Ayari Daryu, ermodiamika ekik I Uierita Darma Perada akarta. 54

13 Kalor yag diera Daerah ABba Ala tiggi rata-rata ( + ) adi, kalor yag diera kira-kira ama dega erubaha etroi dikalika dega temeratur mutlak rata-rata. atata: Metode ii diebut metode edekata, karea kita megambil gari AB ebagai ebuah gari luru. Mei Kalor da Poma Kalor Sebuah reeroar aa adalah ebuah beda dega kaaita kalor yag tidak terbata. ika ejumlah kalor ditambahka atau dikeluarka dari reeroar aa, aka terjadi erubaha etroi terbata ada temeratur kota, dimaa erubaha etroi: Δ Mialka ejumlah kalor beridah dari atu reeroar ke reeroar laiya, Bearya kalor ama bagi kedua reeroar amu tadaya berbeda ( da berbeda tada), utuk kalor yag ditambahka ke reeroar tadaya oitif da kalor dikeluarka dari reeroar tadaya egatif. Sehigga: - Δ da Δ Δ total Δ + Δ + euai dega hukum kedua, Δ total haru oitif, ehigga: ( - ) > 0 Sehigga >, haru oitif, artiya kalor ditambahka ke reeroir ada. adi kalor haru megalir dari reeroir temerature yag lebih tiggi, ke reeroar temeratur lebih redah ada. Ayari Daryu, ermodiamika ekik I Uierita Darma Perada akarta. 55

14 Reeroar lebih aa Reeroar lebih digi Gambar 7. Alira kalor dari reeroar lebih aa ke reeroar lebih digi. Mei Kalor adalah: uatu alat atau irati yag merubah kalor mejadi kerja. Gambar 8. Mei Kalor. Perubaha etroi ada reeroar aa: Δ da Δ Sejumlah kalor yag ama diberika ke mei, tetai tadaya berlawaa. - da - Perubaha etroi total: Ayari Daryu, ermodiamika ekik I Uierita Darma Perada akarta. 56

15 Δ total Δ + Δ + Δ mei Karea mei tidak berubah, bagia terakhir adalah ol, ehigga: Δ total + () Dari hukum ertama utuk mei: ΔU W ΔU mei + W Karea mei tidak berubah, maka ΔU mei 0, ehigga: W () Kombiai () da () : W Δ + total (3) Pada roe ireeribel, Δ total mejadi ol ehigga: W (4) Suaya W oitif, maka meti oitif. Kombiai () da (4): W Karea adalah kalor yag keluar dari reeroir aa ehigga hargaya adalah egatif, ehigga eramaa di ata dituli taa tada miu. Ayari Daryu, ermodiamika ekik I Uierita Darma Perada akarta. 57

16 W Peramaa W/ dikeal juga dega Efiiei termal, η mei kalor arot. Mei kalor reerible bia dibalik, ehigga aka berfugi ebagai oma kalor atau refrigerator yaitu mei yag merubah kerja mejadi kalor, eerti yag ditujukka gambar 9. Gambar 9. Poma Kalor. Rumu yag udah diebutka di ata berlaku juga utuk oma kalor. Perbedaa terletak ada arah kalor yag diidahka, da kerja diberika dariada dihailka. Kualita etig dari oma kalor atau refrigerator adalah raio kalor yag diidahka dari temeratur redah terhada kerja yag dierluka, /W. Raio ii diebut koefiie erformai atau raio eergi edigia, ω. Secara matematik: ω W Ayari Daryu, ermodiamika ekik I Uierita Darma Perada akarta. 58