IV.3. Kegunaan Hukum Termodinámika II

Transkripsi

1 IV.. Kegunaan Hukum ermodámika II. Menentukan effisiensi alg tggi dari mes anas atau KP yang maximum dari mes endg.. Menentukan aakah roses daat berlangsung atau tidak (irreersible atau reersible)..menentukan arah atau derajat suatu reaksi kimia.. Menentukan skala temeraturyang tidak tergantung ada sifat-sifat fisik tia zat. 5. Mendefisikan suatu sifat yang sangat berguna. IV.. Proses Reersibel. Gerakan relatie tana gesekan (lic). Peregangan dan enekanan suatu egas.. Eksansi dan komresi adiabatik tana gesekan.. Eksansi dan komresi isotermik 5. Eksansi dan komresioltroik. 6. Elektrolisa IV... Proses Irreersibel. Gerakan relatif dengan gesekan.. Eksansi bebas (tidak ada kerja karena = 0 U = 0 ). Pembakaran.. Proses difusi. IV... iklus Carnot iklus carnot i terdiri dari : - roses isotermik - roses adiabatik reersible iklus carnot : Memiliki medium kerja yang menerima anas dari suatu temeratur dan meleaskannya ada temeratur yang la jadi dierlukan dua reseroir yang berdasarkan

2 hukum termodamika kedua meruakan jumlah mimum. iklus i daat terjadi ada roses-roses tak mengalir reersibel atau ada roses-roses stasioner. Gambar.. iklus Carnot ada diagram P-V Karena sistem mengalami satu siklus maka energi dalam tidak berubah, jadi U = 0. Maka Hukum ermodamika I dieroleh: dimana : W adalah kerja total anas yang disera sistem anas yang dileaskan oleh sistem Maka effisiensi temik siklus carnot, yaitu hasil bagi kerja yang dilakukan sistemdengan anas yang disera sistem ada temeratur tggi : V m dw

3 Contoh: Perhitungan effisiensi termik mes carnot yang menggunakan gas ideal : Jawab: untuk gas ideal: PV = mr atau = R du = C. d - Proses - : roses isotermik, = konstan. Gambar.. Proses isotermik W da dv q w ln ln ln q w ln R Proses - : roses adiabatik reersible, γ = konstan, dq = 0.

4 W = - U = - C ( ) atau W = - U = - C ( ) W = - U = C ( ) W = - U = C ( ) - Proses - : Proses isotermik ; U = 0 -Proses - : Adiabatik reersible dq = 0, γ = konstan w = - U = - C ( ) atau w = - C ( ) w = C ( ) Jadi jumlah kerja siklus : Untuk roses adiabatik : ln dv W da ln w q R ln dw d q q dw ln ln R R dw

5 atau Jadi η Carnot hanya bergantung ada dan. Maka akan dieroleh effisiensi carnot : atau: IV.. Entroi ln ) ( ln ln R R R dw ln ) ln ( R R q dw th

6 - Hukum ermodamika II dalam bentuk ketidaksamaan clasius mengenai entroi - Dari roses reersibel siklus carnot diketahui : dimana : = anas masuk sistem (+) = anas keluar sistem (-) Persamaan diatas ditulis : 0 atau daat ditulis re d 0 Untuk suatu siklus yang irreersibel tegral siklus i akan lebih kecil dari nol dan daat ditulis sebagai; irre d 0 Persamaan diatas daat ditulis sebagai berikut : d 0 Ketidaksamaan clausius besaran d meruakan arameter sistem dan disebut Entroi Jadi entroi meruakan adalah erbandgan anas yang ditransfer selama roses reersibel dengan temeratur absolut sistem.

7 Contoh soal : ebuah mes ua bekerja diantara sebuah ketel ada temeratur teta 80 F, dan sebuah kondensator dengan temeratur 60 F. Air masuk kedalam ketel dalam keadaan cair jenuh. tunjukkanlah bahwa berlaku ketidaksamaan clausius untuk siklus i. Jawab : Perdahan anas terjadi dalam ketel dan kondensor Ketel : q k h h q k BU Lbm Kondensor q k h h dq qk qc ,6 BU o lbm, R Jadi tegral siklus : q k BU Lbm

8 Berlaku ketidaksamaan Clausius. Perbandgan anas yang ditransfer selama roses reersibel dengan temeratur absolut siklus. ecara matematis ds d re s d re atau : d re Perubahan Entroi dari keadaan ke keadaan IV... Perhitungan Perubahan Entroi Perubahan Entroi s d re du s dw re d re ds du dv

9 dimana : H = U + V U = H V ds d ( H V ) dv ds dh dv atuan Entroi Btu Kal 0 ; lbm R gr : K ds dh V d (Entroi ersatuan massa) Btu Kal 0 ; R K Untuk satu satuan massa : ds dh d Contoh: Hitunglah erubahan entroi untuk kg gas ideal dengan C = (8,9+0,058 ) kg/kg K, selama roses olume teta dari 75o C samai 00o C. Jawab : Untuk gas ideal : PV = R, du = C. d

10 dalam satu satuan massa : ds = du + d ds = C.d + d ds c d P d c d d R d s s c R.ln R.ln 0 ; karena kons tan d s s 8,9 0, s s 8,9 ln 0,058 (78) 8 s KJ s, 67 kg K Untuk kg, maka : (,67) 7, 88 KJ kg IV... Diagram emeratur - Entroi Dari ersamaan : d ds d d atau s s d W d ds

11 Gambar.5. Diagram P-dan - dw d dv d Diagram P-V dan - menyatakan roses reersibel daat kita ambil contoh ada roses / siklus carnot, sebagai berikut : Gambar.6. Diagram P-V dan - ada iklus Carnot Garis - dan - : roses isotermik (d = 0)

12 Garis - dan - : roses adiabatik reersibel (d = 0 = d) ; 0 ; d = 0 Jadi, adiabatik reersibel = isontroik (entroi konstan) Effisiensi siklus carnot daat dihitung dari diagram - : IV... Azas Pertambahan Entroi Azas ertambahan entroi daat dilihat dari hubungan ersamaan-ersamaan di bawah i. (untuk roses reersibel dan irreersibel) Bila sistem diisolasi, maka tidak ada hubungan energi dengan lgkungan, sehgga entroya teta. ) ( ) ( ) ( s s s s s s dw out th th K L 0 Lgkungan ystem K 0 LING 0 Y K W W yang hilang Energi yang masuk Energi

13 IV... Energi yang Hilang Pada Proses ebagai contoh ada siklus carnot : Gambar.7. iklus Carnot Effisiensi siklus carnot dan hubungannya dengan temeratur : Jumlah kerja yang dieroleh : W th out out W W yang hilang Energi yang masuk Energi