BAB TERMODINAMIKA V(L)

dokumen-dokumen yang mirip
Contoh soal dan pembahasan

HUKUM KE-1 TERMODINAMIKA

BAB TERMODINAMIKA. dw = F dx = P A dx = P dv. Untuk proses dari V1 ke V2, kerja (usaha) yang dilakukan oleh gas adalah W =

Contoh soal mesin Carnot mesin kalor ideal (penerapan hukum II termodinamika)

FIsika KTSP & K-13 TERMODINAMIKA. K e l a s. A. Pengertian Termodinamika

Hukum Termodinamika I Proses-proses Persamaan Keadaan Gas Usaha

Merupakan cabang ilmu fisika yang membahas hubungan panas/kalor dan usaha yang dilakukan oleh panas/kalor tersebut

1. Siklus, Hukum Termodinamika II dan Mesin Kalor. Pada gambar di atas siklus terdiri dari 3 proses

Q = ΔU + W.. (9 9) Perjanjian tanda yang berlaku untuk Persamaan (9-9) tersebut adalah sebagai berikut.

Panas dan Hukum Termodinamika I

Remedial UB-2 Genap Fisika Kelas XI Tahun Ajaran 2011 / 2012 P

A. HUKUM I THERMODINAMIKA

1. Dalam perhitungan gas, temperatur harus dituliskan dalam satuan... A. Celsius B. Reamur C. Kelvin D. Fahrenheit E. Henry

NAMA : FAHMI YAHYA NIM : DBD TEKNIK PERTAMBANGAN TERMODINAMIKA DALAM KIMIA TERMODINAMIKA 1 FISIKA TERMODINAMIKA 2 FISIKA

Teori Kinetik Zat. 1. Gas mudah berubah bentuk dan volumenya. 2. Gas dapat digolongkan sebagai fluida, hanya kerapatannya jauh lebih kecil.

Pilihlah jawaban yang paling benar!

Sulistyani, M.Si.

Fisika Dasar I (FI-321)

DEPARTEMEN KEMENTRIAN PENDIDIKAN NASIONAL JURUSAN TEKNIK PERTAMBANGAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS PALANGKA RAYA

γ = = γ = konstanta Laplace. c c dipanaskan (pada tekanan tetap) ; maka volume akan bertambah dengan V. D.TERMODINAMIKA

Xpedia Fisika. Soal - Termodinamika

Termodinamika Usaha Luar Energi Dalam

TERMODINAMIKA. Thermos = Panas Dynamic = Perubahan

Siklus Carnot dan Hukum Termodinamika II

K13 Revisi Antiremed Kelas 11 Fisika

TERMODINAMIKA HUKUM KE-0 HUKUM KE-1 HUKUM KE-2 NK /9

Hukum Termodinamika II

K13 Revisi Antiremed Kelas 11 Fisika

Efisiensi Mesin Carnot

PROSES ADIABATIK PADA REAKSI PEMBAKARAN MOTOR ROKET PROPELAN

W = p V= p(v2 V1) Secara umum, usaha dapat dinyatakan sebagai integral tekanan terhadap perubahan volume yang ditulis sebagai

Antiremed Kelas 11 FISIKA

TEORI KINETIK GAS DAN TERMODINAMIKA

Teori Kinetik Gas dan Termodinamika 1 TEORI KINETIK GAS

FISIKA DASAR HUKUM-HUKUM TERMODINAMIKA

TERMODINAMIKA (I) Dr. Ifa Puspasari

Antiremed Kelas 11 Fisika

MAKALAH HUKUM 1 TERMODINAMIKA

HUKUM I TERMODINAMIKA

TEORI KINETIK GAS DAN TERMODINAMIKA

Hukum Termodinamika 1. Adhi Harmoko S,M.Kom

Soal Teori Kinetik Gas

TERMODINAMIKA & FISIKA STATISTIK

Hukum I Termodinamika. Dosen : Syafa at Ariful Huda, M.Pd

Bab 4 Analisis Energi dalam Sistem Tertutup

213 BAB 9 TERMODINAMIKA

FIsika TEORI KINETIK GAS

IR. STEVANUS ARIANTO 1

Xpedia Fisika. Soal Zat dan Kalor

Latihan Soal UAS Fisika Panas dan Gelombang

Pilihan ganda soal dan jawaban teori kinetik gas 20 butir. 5 uraian soal dan jawaban teori kinetik gas.

Kunci Jawaban Latihan Termodinamika Bab 5 & 6 Kamis, 12 April 2012 W NET

BAB TEORI KINETIK GAS

I. Hukum Kedua Termodinamika

TERMODINAMIKA (II) Dr. Ifa Puspasari

KIMIA FISIKA I. nanikdn.staff.uns.ac.id nanikdn.staff.fkip.uns.ac.id (0271)

Pengertian Dasar Termodinamika Termodinamika secara sederhana dapat diartikan sebagai ilmu pengetahuan yang membahas dinamika panas suatu sistem Termo

Xpedia Fisika. Soal TKG ( Teori Kinetik Gas )

4. Hukum-hukum Termodinamika dan Proses

I. Beberapa Pengertian Dasar dan Konsep

Xpedia Fisika. Kapita Selekta Set Energi kinetik rata-rata dari molekul dalam sauatu bahan paling dekat berhubungan dengan

RENCANA PELAKSANAAN PEMBELAJARAN

REVERSIBLE, IRREVERSIBLE

Temperatur adalah derajat panas suatu benda. Dua benda dikatakan berada dalam keseimbangan termal apabila temperaturnya sama.

MAKALAH TEMODINAMIKA KIMIA SISTEM TERMDINAMIKA. Disusun oleh: Kelompok

BAB VI SIKLUS UDARA TERMODINAMIKA

Gambar 1. Motor Bensin 4 langkah

FISIKA 2015 TIPE C. gambar. Ukuran setiap skala menyatakan 10 newton. horisontal dan y: arah vertikal) karena pengaruh gravitasi bumi (g = 10 m/s 2 )

KONSEP DASAR THERMODINAMIKA

Antiremed Kelas 11 Fisika

Bab VIII Teori Kinetik Gas

DAFTAR ISI BAB II. TINJAUAN PUSTAKA... 7

Pembimbing : Agus Purwanto, D.Sc.

FISIKA 2014 TIPE A. 30 o. t (s)

BAB 1 Energi : Pengertian, Konsep, dan Satuan

HIDROSTATIS. 05. EBTANAS Sebongkah es terapung di laut terlihat seperti gambar

sifat-sifat gas ideal Hukum tentang gas 3. Menerapkan konsep termodinamika dalam mesin kalor

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang

Perbandingan skala temperatur =================================== Celcius Reamur Fahrenheit ===================================

g ) 102.( 6 10 ) 2 10

Catatan : Dalam menghitung Q dan W selama satu siklus, sebaiknya digunakan harga-harga mutlak

Sistem pendingin siklus kompresi uap merupakan daur yang terbanyak. daur ini terjadi proses kompresi (1 ke 2), 4) dan penguapan (4 ke 1), seperti pada

FINONDANG JANUARIZKA L SIKLUS OTTO

S.U.H.U. D.A.N. K.A.L.O.R

SUHU DAN KALOR OLEH SAEFUL KARIM JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA FPMIPA UPI

BAB II TINJAUAN PUSTAKA. temperatur di bawah 123 K disebut kriogenika (cryogenics). Pembedaan ini

INSTRUMEN PENELITIAN LPTK TAHUN 2003

11/25/2013. Teori Kinetika Gas. Teori Kinetika Gas. Teori Kinetika Gas. Tekanan. Tekanan. KINETIKA KIMIA Teori Kinetika Gas

ANALISIS KESALAHAN SISWA DALAM MENGERJAKAN SOAL-SOAL FISIKA TERMODINAMIKA PADA SISWA SMA NEGERI 1 MAGETAN

BAB II KAJIAN TEORETIS DAN HIPOTESIS. melaksanakan proses pembelajaran adalah menilai hasil belajar siswa. Hasil belajar

BAB II STUDI PUSTAKA

Teori Kinetik Gas. C = o C K K = K 273 o C. Keterangan : P2 = tekanan gas akhir (N/m 2 atau Pa) V1 = volume gas awal (m3)

BAB V PENUTUP. pengaruh yang positif dan signifikan antara gaya belajar terhadap hasil belajar dan

PENERAPAN TERMODINAMIKA PADA REFRIGERATOR (KULKAS)

1. Pada gambar dibawah ini, tekanan hidrostatis yang paling besar berada pada titik. a. A b. B

SOAL TRY OUT FISIKA 2

Doc Name: SIMAKUI2015FIS999 Version : halaman 1

:: MATERI MUDAH :: Persamaan Gas Ideal Pertemuan ke 1

FISIKA TERMAL PENGENALAN ENTROPI DAN HUKUM KE DUA TERMODINAMIKA

Bab I Thermodinamika untuk Teknik Lingkungan

Transkripsi:

1 BAB TERMODINAMIKA Contoh 14.1 P (kpa) 300 A B Suatu gas dalam wadah silinder tertutup mengalami proses seperti pada gambar. Tentukan usaha yang dilakukan oleh gas untuk (a) proses AB, (b) proses BC, (c) proses CA, dan (d) keseluruhan proses ABCA. 100 C E D 0 25 100 V(L) Penyelesaian : (a) Usaha dari A ke B sama dengan luas ABDE dan bertanda positif karena arah proses ke kanan (V B > V A ). W AB = luas ABDE = AB x BD = (100 25) L x (300 kpa) W AB = (75 x 10-3 m 3 )(300 x 10 3 )Pa = 22.500 J. (b) Usaha dari B ke C sama dengan negatif luas BCED proses ke kiri (V C V D ). W BC = - luas BCED = - ½ (CE + BD) ED W BC = - ½ (100 + 300) kpa x (100 25) L W BC = - ½ (400) x 10 3 Pa x 75 x 10-3 m 3 = -15.000 J. (c) Usaha dari CA sama dengan nol karena CA dengan sumbu V tidak membentuk bidang (luasnya = 0). (d) Usaha keseluruhan proses (ABCA) sama dengan usaha proses AB + usaha proses BC + usaha proses CA, yaitu : W ABCA = W AB + W BC + W CA = 22.500 15.000 + 0 = 7.500 J. Usaha keseluruhan proses dapat juga dihitung secara langsung. W ABCA = (luas ABDE) (luas BCED) + (luas CA) = luas ABCA W ABCA = AC x ½ AB = (300 100) L x ½ (100 25) kpa W ABCA = 200 x 10-3 m 3 x ½ (75) x 10 3 Pa =7.500 J. Catatan : Rangkaian proses yang keadaan akhirnya sama dengan keadaan awal disebut siklus. Usaha yang dilakukan oleh sistem untuk satu kali siklus sama dengan luas bidang yang dilingkupi oleh siklus tersebut dalam diagram PV. Contoh 14.2

2 P(kPa) 202 A a b 91 B V(L) 48 106 Dalam dua percobaan terpisah, suatu gas helium memiliki keadaan awal yang sama (A) dan keadaan akhir yang sama (B) akan tetapi prosesnya berbeda. Percobaan pertama mengikuti jalur (a) yang terdiri dari proses isokhorik dan proses isobarik sedangkan percobaan kedua mengikuti jalur (b) berupa proses isotermal seperti pada gambar. Tentukan usaha yang dilakukan oleh gas melalui percobaan pertama dan kedua. Penyelesaian Pada jalur (a) proses yang melakukan usaha adalah proses isobarik sedangkan proses isokhorik tidak menghasilakan usaha, sehingga W a = W V + W P = 0 + (91 kpa)(106 48) x 10-3 m 3 = 5,3 kj. Pada jalur (b), gas melakukan proses isotermal. Mengingat data P dan V keadaan awal dan akhir diketahui, maka usaha dihitung dengan menggunakn Persamaan (14.3) sebagai berikut. W b = W = nrt In V 2 = P 2 V 2 In V 2 V 1 V 1 Wb = (91 kpa)(106 x 10-3 m 3 ) In 106 L = 7,7 kj 48 L Tampak bahwa usaha yang dilakukan oleh gas berbeda apabila proses yang dilakukan oleh gas tergantung pada detail proses yang ditempuh. Contoh 14.3 Suatu sistem berupa 0,12 mol gas ideal dihubungkan dengan reservoir termal untuk menjaga suhu konstan ( isotermal) pada 9,8ºC. Sistem memiliki volume awal V 1 = 1,3 L dan melakukan usaha W = 14 J. Berapakah (a) volume akhir V 2 dan (b) tekanan akhir P 2? Data yang akan digunakan adalah n = 0,12 mol, T =9,8 +273 = 283 K, V 1 = 1,3 x10-3, dan R = 8,31 J/mol K. (a) Gunakan Persamaan (14.3) untuk menentukan V 2 W = nrt In V 2 atau In V 2 = W V 1 V 1 nrt In V 2 = 14 = 0,05 V 1 0,12 x 8,31x283 V 2 = e 0,05 = 1,05 V 1 Volume akhir V 2 = 1,05 V 1 = 1,05 x 1,3 L =1,4 L (b) Gunakan persamaan keadaan gas ideal untuk menentukan tekanan akhir P 2 P 2 = nrt = (0,12)(8,31)(283) = 2,1 x 10 5 Pa = 2 atm V 2 14 x 10-3 Contoh 14.4

3 Rasio pemampatan suatu mesin disesel adalah 15 : 1, yang berarti setelah pemampatan volume gas menjadi 1 dari 15 awalnya. Jika tekanan awal P 1 = 1,01 x 10 5 Pa dan suhu awal T 1 = 300 K, tentukan tekanan akhir P 2 dan suhu akhir T 2. Udara dianggap sebagai gas ideal dengan konstanta Laplace 1,40 dan proses terjadi secara adiabatik. Dari persamaan (14.4) diperoleh bahwa: (-1) T 1 V 1 = T 2 V (-1) 2 atau T 2 = T V2 1 V1 T 2 = (300 K)(15) 0,4 = 886 K =613ºC Sedangkan tekanan P 2 ditentukan sebagai berikut. P 1 V I = P 2 V 2 atau P 2 =P V2 1 V 1 P 2 = (1,01 x 10 5 Pa )(15) 1,4 = 44,8 x 10 5 Pa = 44 atm y y 2 Contoh 14.5 Suatu sistem menyerap kalor Q dari lingkungan sebesar 1500 J. Tentukanlah perubahan energi dalam U bila (a) sistem melakukan usaha 2200 J terhadap lingkungan dan (b) lingkungan melakukan usaha 2200 J terhadap sistem. (a) Sesuai dengan perjanjian tanda, maka Q = +1500 J (sistem menerima kalor) dan W = +2200 (sistem melakukan usaha). Hukum pertama termodinamika menyatakan: U = Q W = 1500 2200 =-700 J. Tanda negatif untuk U berarti energi dalam sistem berkurang sebesar 700 J. (b) Sekarang W = -2200 J karena sistem menerima usaha dari lingkungannya. Dengan demikian dapat ditulis : U =Q W = 1500 (-2200) = +3700 J. Tanda positif untuk U berarti energi dalam sistem bertambah sebesar 3700 J.

4 Contoh 14.6 P 8x10 4 Pa b d 3x10 4 Pa a c 0 2,0x10-3 m 3 5,0x10-3 m 3 Dalam diagram PV pada gambar ditunjukkan beberapa lintasan (proses) termodinamika. Pada lintasan ab sistem menerima kalor sebesar 150 J, dan pada proses bd sistem menyerap kalor sebesar 600 J. V Tentukanlah (a) perubahan energi dalam untuk proses ab, (b) perubahan energi dalam untuk proses abd, dan (c) total kalor yang diserap oleh gas untuk proses acd. (a) Tidak ada perubahan volume selama proses ab,sehingga W ab = 0. Kalor Q ab = 150 J (sistem menyerap kalor), maka U ab =U ab = Q ab W ab =150 0 =150 J. (b) Proses bd terjadi pada tekanan tetap, sehingga usaha luar sama dengan W bd = P(V 2 V 1 ) = (8,0x10 4 Pa)(5,0x10-3 m 3 2,0x10-3 m 3 ) = 240 J. Total usaha untuk proses abd sama dengan W abd = W ab + W BD = 0 +240 =240 J Total kalor untuk proses abd sama dengan Q abd =Q ab + Q bd = 150 +600 =750 J. Perubahan energi dalam untuk proses abd sama dengan U abd = Q abd W abd = 750 240 = 510 J. (c) Perubahan energi dalam tidak tergantung pada lintasan, sehingga U acd = U abd = 510 J Usaha untuk proses acd sama dengan W acd = W ac + W cd = P (V 2 V 1 ) + 0 W acd = (3x10 4 Pa)(5,0x10-3 m 3 2,0x10-3 m 3 ) = 90 J. Sesuai dengan hukum pertama termodinamika, maka diperoleh Q acd = U acd + W acd = 510 + 90 = 600 J. Contoh 14.7 Sejumlah 0,0401 mol gas ideal mengikuti suatu siklus seperti pada P Gambar. Diketahui P 0 = 100 kpa dan V 0 = 1 L. Lintasan a adalah 2 Isokhorik, lintasan b linear, dan lintasan c adalah isobarik. Kapa- 3P 0 sitas kalor molar gas C V = 12,46 J/mol K dan C P = 20,77 J/mol b K. Tentukanlah usaha W, kalor Q, dan perubahan energi dalam 2P 0 a Untuk proses a,b,c dan siklus abc. Gunakan tetapan umum gas R = 8,31 J/mol K P 0 c V 0 2V 0

Proses a adalah isokhorik, maka W a = 0. Usaha selama proses b adalah luas daerah di bawah lintasan b: W b = ½ (3P 0 + P 0 )(2V 0 V 0 ) = 2P 0 V 0 = 2( 100 kpa)(1 L) =200 J. Proses c (isobarik) menghasilkan usaha negatif sebesar: W c =-P 0 V 0 = -(100 kpa)(1l) =-100 J Usaha satu siklus adalah W abc = W a +W b + W c = 100 J Sebelum menghitung jumlah kalor yang diserap oleh gas, kita tentukan lebih dahulu suhu untuk keadaan 1,2 dan 3 dengan menggunakan persamaan keadaan gas ideal. T 1 = P 0 V 0 = (100 kpa)(1 L) = 300 K nr ( 0,0401 mol)(8,31 J.mol K) Dengan cara yang sama diperoleh T2 = 900 K dan T3 = 600 K. Kalor yang diserap untuk setiap proses adalah: Q a = nc v (T 2 T 1 ) = (0,0401)(12,46)(900 300) =300 J. Q c = nc p (T 1 T 2 ) = (0,0401)(20,77)(300 600) = -250 J. 5 Karena proses b bukan isokhorik atau isobarik, maka Qb tidak dapat dihitung dengan menggunakan data kapasitas kalor molar sehingga akan dihitung dengan menggunakan hukum I termodinamika. Perubahan energi dalam untuk setiap proses adalah: U a = Q a W a = 300 0 = 300 J. U c = Q c W c = -250 (-100)= -150 J. Mengingat perubahan energi dalam untuk satu siklus sama dengan nol, maka: 0 = U a + U b +U c = 300 +Ub 150 Ub = -150 J Sekarang kalor untuk proses b dapat ditentukan, yaitu: Q b = U b +W b = -150 +200 = 50 J Dengan demikian kalor yang diserap gas untuk satu siklus adalah: Q abc =Q a +Q b +Q c = 300 + 50 250 = 100 J. Contoh 14.8 Sebuah mesin mengambil kalor 10 000 J dari suatu reservoir bersuhu tinggi 1000 K dan melakukan usaha sebesar 2500 J. Jika reservoir bersuhu rendah memiliki suhu 600 K, tentukanlah (a)efisiensi nyata dan (b) efisiensi teoritis (maksimum)mesin tersebut. Data yang diperoleh dari soal adalah Q1 = 10 000 J, T1 = 1000 K, W = 2500 J, dan T2 = 600 K. (a) efisiensi nyata mesin dihitung dengan persamaan (14.9): = W x 100% = 2500 x 100% = 25% Q1 10 000 (b) efisiensi teoritis (maksimum) dihitung dengan Persamaan (14.20): = 1 T2 x 100% = 1 600 x 100% = 60% T1 1000 Pada kenyataannya, efisiensi mesin selalu lebih kecil daripada efisiensi teoritis. Efisiensi teoritis adalah efisiensi Carnot

6 Contoh 14.9 Sebuah mesin Carnot yang menggunakan reservoir suhu tinggi 800 K mempunyai efisiensi maksimum 40%. Agar efisiensi maksimumnya naik menjadi 50%, berapakah seharusnya suhu reservoir suhu tinggi? Kita tentukan dahulu T2 dengan menggunakan data T1 =800 K dan 1 = 40 % sebagai berikut. = (1 T2 ) 100% atau 40% = (1 T2) 100% T1 800 0,4 = 1 T2 atau T2 = 0,6(800)= 480 K. 800 Agar efisiensi menjadi 2 = 50% untuk T2 = 480 K, maka nilai T1 dapat dihitung sebagai berikut. = (1 - T2 ) 100% atau 50% = (1 480 )100% T1 T1 T1 = 480 = 960 K. 0,5 Temperatur suhu tinggi harus dinaikkan menjadi 960 K. Contoh 14.10 Kalor mengalir secara spontan sebesar 1500 J dari reservoir panas bersuhu 500 K menuju reservoir dingin bersuhu 300 K. Tentukan perubahan entropi jagat raya jika dianggap tidak ada perubahan yang lain terjadi. Data yang diperoleh dari soal adalah Q1 = -1500 J, T1 = 500 K, Q2 = 1500 J dan T2 = 300 K. S jagat raya = S1 + S2 = Q1 + Q2 = -1500 + 1500 T1 T2 500 300 = -3 J/K + 5 J/K =2 J/K Contoh 14.11 Sebuah kulkas memiliki koefisien perfomansi 6,0. Jika suhu ruang di luar kulkas adalah 28ºC, berapa suhu paling rendah di dalam kulkas yang dapat diperoleh? Koefisien perfomansi maksimum diperoleh sebagai berikut: K P = T2 T1 T2 Dengan T1 adalah suhu tinggi dan T2 adalah suhu rendah. Persamaan di atas dapat diatur garsuhu rendah T2 terdapat di kiri persamaan. (K p )T1 (K P )T2 = T2 (K P )T1 = (1 +K P )T2

7 T2 = TP x T1 TP +1 Dari soal diketahui T1 = (28 +273)K = 301 K dan K P = 6,0 sehingga suhu paling rendah di dalam kulkas T2 dapat dihitung. T2 = 6,0 x (301 K) = 258 K atau -15ºC