Hukum Termodinamika II

Transkripsi

1 ukum Termodinamika II

2 Definisi ukum Termodinamika II, memberikan batasan-batasan tentang arah yang dijalani suatu proses, dan memberikan kriteria apakah proses itu reversible atau irreversible dan salah satu akibat dari hukum termodinamika II ialah perkembangan dari suatu sifat phisik alam yang disebut entropi. Perubahan entropi dijalani suatu proses. menentukan arah yang

3 PERNYATAAN UKUM TERMODINAMIKA II

4 1. Tidak mungkin panas dapat diubah menjadi kerja seluruhnya, tetapi sebaliknya kerja dapat dirubah menjadi panas. atau : W seluruhnya w (sama besarnya) atau untuk mendapatkan sejumlah kerja (W) dari suatu siklus, maka kalor () yang harus diberikan kepada sistem selalu lebih besar. diserap > W sehingga, Ƞ siklus < 100 %

5 2. Suatu yang bekerja sebagai sebagai suatu siklus tidak dapat memindahkan kalor () dari bagian yang bertemperatur rendah ke bagian yang bertemperatur lebih tinggi, tanpa menimbulkan perubahan keadaan pada sistem yang lain. Dari kedua hal tersebut diatas, menyatakan tentang arah proses perubahan energi dalam dalam bentuk panas ke bentuk kerja yang menyatakan adanya pembatasan transformasi energi.

6 MESIN KALOR Sebuah mesin kalor adalah sesuatu alat yang menggunakan kalor/panas untuk melakukan usaha/kerja. Mesin kalor memiliki tiga ciri utama: 1. Kalor dikirimkan ke mesin pada temperatur yang relatif tinggi dari suatu tempat yang disebut reservoar panas. 2. Sebagian dari kalor input digunakan untuk melakukan kerja oleh working substance dari mesin, yaitu material dalam mesin yang secara aktual melakukan kerja (e.g., campuran bensin-udara dalam mesin mobil). 3. Sisa dari kalor input heat dibuang pada temperatur yang lebih rendah dari temperatur input ke suatu tempat yang disebut reservoar dingin.

7 Skema Mesin Kalor Gambar ini melukiskan skema mesin kalor. menyatakan besarnya input kalor, dan subscript menyatakan hot reservoir. menyatakan besarnya kalor yang dibuang, dan subscript merepresentasikan cold reservoir. W merepresentasikan kerja yang dilakukan.

8 Ketika sebuah sistem melakukan proses siklus maka tidak terjadi perubahan energi dalam pada sistem. Dari hukum I termodinamika W W 0 W W

9 Mesin kalor Untuk menghasilkan efisiensi yang tinggi, sebuah mesin kalor harus menghasilkan jumlah kerja yang besar dan kalor input yang kecil. Karenanya, efisiensi, e, dari suatu mesin kalor didefinisikan sebagai perbandingan antara kerja yang dilakukan oleh mesin W dengan kalor input : e Kerja yg Input dilakukan panas Jika kalor input semuanya dikonversikan menjadi kerja, maka mesin akan mempunyai efisiensi 1.00, karena W = ; dikatakan mesin ini memiliki efisiensi 100%, idealnya demikian. Tetapi hal tersebut tidak mungkin tidak sama dengan nol W

10 Sebuah mesin, harus mengikuti prinsip konservasi energi. Sebagian dari kalor input diubah menjadi kerja W, dan sisanya dibuang ke cold reservoir. Jika tidak ada lagi kehilangan energi dalam mesin, maka prinsip konservasi energi: = W + W e W e 1

11 ONTO 1: MESIN DIESEL Sebuah Mesin Diesel memiliki efisiensi 25.0% dan menghasilkan kerja sebesar 2500 J. itung jumlah kalor yang dibuang oleh mesin itu. Solusi : W 1 W W 2500J J e 0.25

12

13 Pendingin (refrigerator): sebuah mesin kalor yang beroperasi secara terbalik. Refrigerator menarik panas dari tempat dingin (di dalam pendingin) dan melepaskan panas ke tempat yang lebih hangat. REFRIGERATOR W 0 T W W W T

14 REFRIGERATOR W T Persamaan di atas merupakan hubungan nilaimutlak yang berlaku untuk mesin kalor dan pendingin Siklus pendingin terbaik adalah yang memindahkan Kalor terbanyak dari dalam pendingin dengan Kerja mekanik W sedikit mungkin Semakin besar rasio ini maka semakin baik pendinginnya Rasio ini disebut koefisien kinerja (coeficient of performance) K W W T W

15 Prinsip arnot dan Mesin arnot Bagaimana membuat mesin kalor beroperasi dengan efisiensi maksimum? Insinyur Prancis Sadi arnot ( ) mengusulkan bahwa sebuah mesin kalor akan memiliki efisiensi maksimum jika proses-proses dalam mesin adalah reversibel (dapat balik). Suatu proses reversibel adalah suatu keadaan dimana kedua sistem dan lingkungannya dapat kembali ke keadaan semula, sama persis seperti sebelum terjadinya proses. Tujuan dari mesin kalor adalah perubahan panas menjadi kerja dengan efisiensi sebesar mungkin. Selama perpindahan panas dalam mesin carnot tidak boleh ada perbedaan suhu yang cukup besar.

16 Prinsip arnot dan Mesin arnot Prinsip arnot : Sebuah alternatif penyataan ukum II Termodinamika Tidak ada mesin ireversibel yang beroperasi antara dua reservoir pada suhu konstan dapat mempunyai efisiensi yang lebih besar dari sebuah mesin reversibel yang beroperasi antara temperatur yang sama. Selanjutnya, semua mesin reversibel yang beroperasi antara temperatur yang sama memiliki efisiensi yang sama.

17 Prinsip arnot dan Mesin arnot Tidak ada mesin nyata yang beroperasi secara reversibel. Akan tetapi, ide mesin reversibel memberikan standard yang berguna untuk menilai performansi mesin nyata. Gambar ini menunjukkan sebuah mesin yang disebut, Mesin arnot, yang secara khusus berguna sebagai model ideal. Suatu sifat penting dari mesin arnot adalah bahwa semua kalor input berasal dari suatu hot reservoir pada satu temperatur tunggal T dan semua kalor yang dibuang pergi menuju suatu cold reservoir pada satu temperatur tunggal T.

18 iri-iri Siklus arnot Setiap proses yang melibatkan perpindahan panas haruslah isotermal baik pada T maupun pada T. Setiap proses yang mengalami perubahan suhu tidak terjadi perpindahan panas (proses adiabatik) Siklus carnot terdiri dari dua proses isotermal reversibel dan dua proses adiabatik reversibel

19 Pendingin carnot Karena masing-masing langkah dalam siklus carnot adalah reversibel, maka seluruh siklus dapat dibalik, hal ini mengubah mesin menjadi pendingin K K / 1 / T T carnot T T T K Semakin besar perbedaan suhu T T semakin kecil harga K dan semakin besar kerja yang diperlukan untuk memindahkan jumlah panas yang dibutuhkan

20 Prinsip arnot dan Mesin arnot Untuk mesin arnot, perbandingan antara kalor yang dibuang dengan kalor input dapa dinyatakan dengan persamaan berikut: dengan T dan T dalam kelvins (K). Efisiensi mesin arnot dapat dituliskan sebgai berikut: T T e 1 1 T T ubungan ini memberikan nilai efisiensi maksimum yang mungkin dari suatu mesin kalor yang beroperasi antara T dan T

21 Entropi dan Ketidakteraturan o Redistribusi partikel gas dalam wadah terjadi tanpa perubahan energi dalam total sistem, semua susunan ekivalen o Jumlah cara komponen sistem dapat disusun tanpa merubah energi sistem terkait erat dengan kuantitas entropi (S) o Entropi adalah ukuran ketidakteraturan sistem o Sistem dengan cara tersusun ekivalen komponennya sedikit seperti kristal padat memiliki ketidakteraturan yang kecil atau entropi rendah o Sistem dengan cara tersusun ekivalen komponennya banyak seperti gas memiliki ketidakteraturan besar atau entropi tinggi

22 o Jika entropi sistem meningkat, komponen sistem menjadi semakin tidak teratur, random dan energi sistem lebih terdistribusi pada range lebih besar S disorder > S order o Seperti halnya energi dalam atau entalpi, entropi juga fungsi keadaan yaitu hanya tergantung pada keadaan awal dan akhir tidak pada bagaimana proses terjadinya o S sis = S final S initial o Jika entropi meningkat maka S sis akan positif, sebaliknya jika entropi turun, maka S sis akan negatif

23 Entropi dan ukum Kedua Termodinamika o Apa yang menentukan arah perubahan spontan? o Sistem alami cenderung kearah tidak teratur, random, distribusi partikel kurang teratur o Beberapa sistem cenderung lebih tidak teratur (es meleleh) tetapi ada juga yang lebih teratur (air membeku) secara spontan o Dengan meninjau sistem dan lingkungan terlihat semua proses yang berlangsung dalam arah spontan akan meningkatkan entropi total alam semesta (sistem dan lingkungan). Ini yang disebut dengan hukum kedua termodinamika o ukum ini tidak memberikan batasan perubahan entropi sistem atau lingkungan, tetapi untuk perubahan spontan entropi total sistem dan lingkungan harus positif o S univ = S sis + S surr > 0

24 Setiap sistem terisolasi akan makin acak Sistem teratur Ada pola yang teratur dan dapat diramalkan perkembangannya Sistem tak teratur Kebanyakan atom-atomnya bergerak acak Entropi Ukuran bagi taraf keacakan Entropi sistem terisolasi hanya dapat tetap, atau meningkat

25 Entropi: o Diusulkan istilahnya oleh lausius, dari kata transformasi dalam bahasa Yunani, dimiripkan dengan istilah energi yang erat kaitannya. o Dikukuhkan Ludwig Eduard Boltzmann ( ) dengan konsep zat terdiri atas partikel kecil yang bergerak acak dan teori peluang: Suatu sistem condong berkembang ke arah keadaan yang berpeluang lebih besar; S = k B ln Ω

26 ONTO SOAL : o o Suatu gas memiliki volume awal 4,0 m 3 dipanaskan dengan kondisi isobaris hingga volume akhirnya menjadi 4,5 m 3. Jika tekanan gas adalah 2 atm, tentukan usaha luar gas tersebut! (1 atm = 1,01 x 10 5 Pa) 2,5 m 3 gas helium yang bersuhu 37 o dipanaskan secara isobarik sampai 87 o. Jika tekanan gas helium 4 x 10 5 N/m 2, gas helium melakukan usaha luar sebesar?

27 o o Mesin arnot bekerja pada suhu tinggi 400 K, untuk menghasilkan kerja mekanik. Jika mesin menyerap kalor 400 J dengan suhu rendah 200 K, maka usaha yang dihasilkan adalah... Gambar di dibawah menunjukkan bahwa J kalor mengalir secara spontan dari reservoir panas bersuhu 400 K ke reservoir dingin bersuhu 100 K. Tentukanlah jumlah entropi dari sistem tersebut. Anggap tidak ada perubahan lain yang terjadi.

28 TERIMA KASI 1. YULIYANTI ( ) 2. EGI RIANDI ( ) 3. JOSEP NOEL ( ) 4. YOSEP B.ALDO RASSI ( )