Solusi Termodinamika Bab VIII

Transkripsi

1 Solus ermodnamka Bab VIII 8. Art Proses, proses kuasstatk, dspas kalor dan sat proses reversbel: a. Art Proses dan Proses Kuasstatk Proses: Perubahan koordnat dar suatu sstem Proses Kuasstatk: Perubahan koordnat suatu system yang terjad secara perlahan-lahan, sehngga system setap saat dalam keadaan setmbang dan memenuh persamaan keadaan. b. Dspas Kalor: energ yang hlang dar suatu system masuk kedalam lngkungan karena adanya gesekan, vskostas, hambatan lstrk, hsterss dalam zat magnetc, dan lan-lan. c. Sat Proses Reversbel: Proses kuasstatk dan tdak ada dspas kalor. 8. gesekan gesekan P luar Suatu gas ddalam slnder tertutup oleh pston, massanya dabakan. Pada kelma proses dbawah n, apakah: ( Rumus đw = - PdV berlaku ( Proses tersebut reversble atau non- reversble (3 Proses tersebut kuasstatk atau non- kuasstatk a. P luar = 0 dan gesekan = 0 Rumus đw = - PdV tdak berlaku, hanya dalam hal n đw = 0, sebab tekanan yang dlawan P luar = 0 dan gesekan = 0 dan prosesnya non- kuasstatk, karena berlangsung secara cepat. Msalkan proses dtnjau adabatk dan slnder sstem tersolas. Bla gas berekspans maka volume bertambah sebesar V. = U ( W 0 = ( U W W = ( U = 0 dan suhu gas turun atau tetap; energ dalam: U = U ( atau U = U ( V, atau U = U ( P, atau U = U ( P, V. Sekarang Volume gas dkembalkan pada volume semula, gas dtekan sehngga volume menyusut sebesar V. Msalkankan dtnjau non-adabatk dan slnder sstem tak tersolas. Gas berekspans maka volume bertambah sebesar V. = U W W 0 ( =

2 ( = U U Sekarang Volume gas dtekan, dkembalkan pada volume semula, maka: W 0 = U W W 0 ( ( = U U maka prosesnya non reversble sebab system tdak kembal ke keadaan semula. b. P luar = 0 dan gesekan 0 Rumus đw = - PdV tetap berlaku, hanya dalam hal n đw = 0, sebab P luar = 0. Karena gesekan 0 prosesnya non-reversble Gaya gesekan mash ada ( gesekan 0: Kemungknan pertama: Gesekan kecl, prosesnya berlangsung cepat sehngga prosesnya non-kuasstatk. Kemungknan kedua: Gesekan besar, prosesnya berlangsung lambat sehngga prosesnya kuasstatk. c. Sstem mendadak dtark keluar (dalam hal n P luar dan gesekan mash ada. Prosesnya berlangsung cepat maka prosesnya non-kuasstatk dan rumus đw = - PdV tdak dapat dpaka. Gesekan mash ada, jad prosesnya non-reversble Prosesnya berlangsung cepat termasuk non-kuasstatk d. Gaya gesekan ( gesekan datur perlahan-lahan, dengan catatan P luar mash ada, sehngga system mengembang perlahan-lahan: Prosesnya berlangsung perlahan-lahan, maka prosesnya kuasstatk. Rumus đw = - PdV berlaku Gaya gesekan mash ada maka prosesnya non-reversble e. Gaya gesekan ( gesekan = 0 dan P luar datur sedemkan sehngga mengembang perlahan-lahan Rumus đw = - PdV tetap berlaku Gas mengembang perlahan-lahan, maka prosesnya kuasstatk gesekan = 0, maka prosesnya reversble. Sstem dapat dkembalkan ke keadaan semula. ( U W ( U W = = Ketka gas mengembang = Ketka gas dtekan sampa ke volume semula W = W maka prosesnya reversble. 8.3 Syarat ekspermental agar gas dapat berekspans secara reversble tanpa mengalam perubahan suhu: Sstem tdak tersolas, bahkan harus dsentuhkan pada satu reservor kalor. Gaya gesekan pada pston ketka gas berekspans dbuat nol atau lcn. Prosesnya terjad secara perlahan-lahan

3 8.4 Keunggulan Sklus Carnot Sklus carnot menjad sklus dasar atau sklus deal. Prosesnya palng mendekat proses reversble. Esensnya tak bergantung bahan baker, karena esens (η tdak mengandung γ, Cv, Cp. Memlk esens terbesar dbandngkan dengan sklus lan dengan reservor kalor yang sama. Dperoleh hubungan: = dar esens (η 8.5 Hubungan antara Sklus Carnot, Hukum Kedua ermodnamka dan Suhu 0 K. Esens mesn carnot: η = ( η =.... ( Bla seluruh kalor yang masuk ke mesn = m berubah menjad usaha W ; maka η = Menurut Hukum Ke II, tdak mungkn membuat mesn yang mengambl kalor dar satu RK dan seluruh kalor tu berubah menjad kerja. Dlhat dar esens, maka Hukum Ke-II menjad: dak mengkn membuat mesn yang esensnya satu Dlhat dar esens: η = ; maka bla η = 0 dan dalam hal n melanggar Hukum ke-ii, sebab tu suhu mutlak = 0 K tdak mungkn tercapa. 8.6 Cara yang lebh bak untuk menakkan esens mesn Carnot: η η = = ; η Syarat mutlak ; = 0 ; berart dperbesar η η η = = ; Syarat mutlak = 0 = berart dperbesar dan tetap

4 8.7 Mesn Pendngn Carnot a. Mesn Pendngn Carnot ; RK W = Kalor yang dserap dar RK masuk ke mesn pendngn W = Kerja yang dlakukan pada mesn pendngn = Kalor yang keluar dar mesn pendngn dan masuk ke RK + W = ; RK Dens Daya Guna Mesn Carnot: ω = = W Pada Sklus Carnot berlaku Daya Guna: ω == ( = atau : = : ( : ( = : ( = b. Daya guna mesn Pendngn antara reservor kalor (RK bersuhu 0 o C dan RK bersuhu 7 o C: ω = = = = c. Mesn tu dbuat mesn kalor dengan suhu-suhu RK yang sama: (

5 η = 73 = = 9% 300