Termodinamika. Energi dan Hukum 1 Termodinamika

Transkripsi

1 Termodinamika Energi dan Hukum 1 Termodinamika

2 Energi Energi dapat disimpan dalam sistem dengan berbagai macam bentuk. Energi dapat dikonversikan dari satu bentuk ke bentuk yang lain, contoh thermal, mekanik, elektrik, kinetik, potensial, magnetik, kimia, nuklir. Jumlah dari semua energi yang ada adalah total energi sistem

3 Energi Energi dapat dipindahkan antar sistem. Bentuk energi pada sistem tertutup (closed system) Kerja Perpindahan panas.

4 Perpindahan panas Perpindahan panas terjadi jika ada suatu perbedaan temperatur

5 Energi Mekanik Energi mekanik didefinisikan sebagai bentuk energi yang dapat dikonversikan ke kerja mekanik dengan peralatan mekanik seperti turbin. Bentuk energi mekanik yang umum: Energi kinetik Energi potensial

6 Energi kinetik (KE) Energi yang terdapat pada sistem akibat gerakan relatif terhadap suatu referensi Energi kinetik (kj) Energi kinetik berbasis satuan masa (kj/kg) Dimana V kecepatan sistem relatif pada referensi tetap

7 Energi potential (PE) Energi yang terdapat pada suatu sistem sebagai akibat ketinggian Energi potensial (kj) Energi potensial berbasis satuan masa (kj/kg) Dimana g percepatan gravitasi dan z ketinggian suatu pusat sistem relatif terfadap ketinggian referensi

8 Energi Total energi yang sering dipertimbangkan terdiri dari energi kinetik, potensial dan energi dalam Energi total dinyatakan sebagai (kj) Energi yang berdasarkan pada satuan masa (kj/kg)

9 Energi dalam Energi dalam (u) adalah sejumlah bentuk energi mikroskopik suatu sistem. Energi dalam (u) berkaitan dengan struktur molekul dan derajat aktifitas molekul Bentuk energi mikroskopik

10 Energi dalam Sensible energy Bagian energi suatu sistem yang dihubungkan dengan energi kinetik dari molekul Latent energy Energi dalam yang berhubungan dengan fase sistem Chemical energy Energi dalam yang berhubungan dengan ikatan atom dari suatu molekul Nuclear energy Energi yang dihubungkan dengan kekuatan ikatan dalam atom

11 Energi mekanik Suatu fluida yang mengalir per satuan massa Suatu fluida yang mengalir dalam bentuk laju m adalah laju aliran massa fluida (kg/s)

12 Energi mekanik Perubahan energi mekanik dari suatu fluida selama aliran incompressible menjadi kj/kg Dalam bentuk laju energi mekanik (kw)

13 Energi mekanik dimana P/ energi aliran per satuan massa V 2 /2 energi kinetik per satuan massa gz energi potensial dari suatu fluida per satuan massa

14 Perpindahan energi oleh panas Panas didefinisikan sebagai bentuk energi yang dipindahkan antara dua sistem (atau suatu sistem dan lingkungannnya) karena perbedaan temperatur. Istilah panas didalam termodinamika berarti perpindahan panas

15 Contoh perbedaan temperatur dan laju perpindahan panas

16 Contoh Perpindahan panas

17 Perpindahan panas - Adiabatik Greek adiabatos: tidak dapat dilalui Terisolasi dengan baik Kedua sistem dan lingkungan berada pada temperatur yang sama Meskipun tidak ada perpindahan panas, energi yang terkandung dalam sistem masih dapat diubah, cth: kerja

18 Perpindahan panas Satuan energi untuk perpindahan panas Q (kj atau Btu= British thermal unit) Dalam bentuk per satuan massa (kj/kg) Dalam bentuk laju perpindahan panas atau kw) Q (kj/s

19 Hubungan antara q, Q dan Q w, W dan W

20 Perpindahan energi oleh kerja Jika energi yang melalui boundary sistem dari suatu closed system tidak terdapat panas, maka energi tersebut adalah kerja Kerja adalah perpindahan energi yang dikaitkan dengan perpindahan jarak suatu gaya

21 Kerja Satuan energi untuk kerja Q (kj atau Btu= British thermal unit) Dalam bentuk per satuan massa (kj/kg) Dalam bentuk laju perpindahan kerja atau power atau daya W (kj/s atau kw)

22 Arah Kerja dan Perpindahan Panas Q in Q + Q out Q W in W W out W +

23 Path function Inexact differential Exact differential d Perubahan volume selama proses 1-2 Kerja selama proses 1-2

24 Kerja elektrik Kerja elektrik (kj) Laju kerja elektrik (W) Electrical power (kj) N muatan listrik V perbedaan tegangan I arus listrik yang mengalir

25 Kerja mekanik Kerja W (kj) dari gaya konstan F sejauh jarak s Kerja W (kj) dari gaya F tidak konstan F gaya s jarak

26 Kerja poros Torsi Jarak s Kerja poros (kj) Kerja poros per satuan waktu (daya poros) kw F gaya r jarak lengan s jarak yang berhubungan dengan radius r

27 Kerja Pegas Kerja pegas akibat suatu perubahan jarak dx dari gaya F Gaya pegas (kn) Kerja pegas (kj) x displacement (perpindahan) k konstanta pegas kn/m x 1 dan x 2 posisi awal dan akhir pegas

28 Hukum I Termodinamika Hukum I termodinamika dikenal sebagai prinsip kekekalan energi Dinyatakan jika energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan selama suatu proses dan hanya dapat diubah bentuknya

29 Contoh hukum 1 termodinamika

30 Keseimbangan energi Perubahan (kenaikan atau penurunan) total energi suatu sistem selama proses adalah sama dengan perbedaan antara total energi yang masuk dan total energi yang keluar selama proses atau

31 Perubahan energi suatu sistem E system perubahan energi suatu sistem selama proses atau

32 Perubahan energi suatu sistem E system Perubahan total energi suatu sistem selama proses adalah jumlahan energi dalam, kinetik dan potensial dinyatakan dimana

33 Keseimbangan energi Keseimbangan energi dari suatu sistem dapat dinyatakan Laju keseimbangan energinya dinyatakan

34 Dfsd

35 Bentuk penulisan energi Bentuk energi (kj) Bentuk persatuan masa (kj/kg) Bentuk diferensial Siklus yang tidak melibatkan aliran masa

36 Sds Performance atau efisiensi

37 Performance atau efisiensi Gabungan

38 Mekanisme perpindahan panas Konduksi Konveksi Radiasi

39 Konduksi Perpindahan energi dari suatu substansi yang lebih aktif ke energi yang kurang aktif sebagai akibat hubungan antara partikel. Dapat terjadi pada solid, liquid atau gas.

40 Konduksi Laju perpindahan panas konduksi Q cond (W) melalui suatu ketebalan lapisan x adalah sebanding dengan perubahan temperatur T yang melalui lapisan dan normal area A k t = konduktivitas termal material (W/m.K)

41 Konveksi Suatu perpindahan energi antara permukaan solid yang berdekatan dengan liquid atau gas dalam suatu gerakan

42 Konveksi Laju perpindahan panas konveksi Q conv (W) dimana h = koefisien konveksi perpindahan panas (W/m 2.K) A = luas permukaan dimana terjadi perpindahan panas T s = temperatur permukaan T f = temperatur fluida

43 Konveksi Forced convection Natural convection

44 Radiasi Energi yang dipancarkan suatu bahan dalam bentuk gelombang elektromagnetik sebagai akibat perubahan konfigurasi elektronik dari atom atau molekul

45 Radiasi Laju suatu permukaan menyerap radiasi ditentukan oleh emisivity A luas area T s temperatur absolut pada permukaan yang lebih luas T surr temperatur absolut lingkurangan

46 pvn = constant Proses polytropik

47 Specific heats (panas spesifik) Specific heat Energi yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur dari satu satuan massa substansi sebanyak 1 C v Panas spesifik pada volume konstan C p Panas spesifik pada tekanan konstan

48 Specific heats C p > C v Karena Mengijinkan untuk berekspansi Energi untuk kerja ekspansi harus diberikan

49 Internal energy, enthalpy, and specific heats of ideal gas model h = u + P.v P.v = R.T u = u(t) h = h(t) = u(t) + RT h = u + R.T d u = C v (t).dt d h = C p (t).dt u 2 u 1 = C v (T 2 T 1 ) h 2 h 1 = C p (T 2 T 1 )

50 Specific heat and ideal gas C p = C v + R k = C p / C v

51 Internal energy. Enthalpy and specific heats of solids and liquids C p = C v = C u = C (T 2 T 1 ) h = u + v. P C av T + v. P Proses pada tekanan konstan P = 0; h = u C av T Proses pada temperatur konstan T = 0; h = v. P