ERMODINAMIKA Hukum ermodnamka ke-0 Hukum ermodnamka ke-1 Hukum ermodnamka k ke-2 Mesn Kalor Prnsp Carnot & Mesn Carnot FI-1101: ermodnamka, Hal 1
Kesetmbangan ermal & Hukum ermodnamka ke-0 Jka dua buah benda dengan suhu yang berbeda dletakkan sedemkan rupa sehngga terjad kontak, maka lama-kelamaan kedua benda akan mempunya suhu yang sama. Kemudan dkatakan bahwa kedua benda mengalam kesetmbangan termal. Hukum termodnamka ke-0; Jka dua buah sstem berada dalam keadaan kesetmbangan termal dengan sstem ke-3, maka kedua sstem tu berada dalam kesetmbangan termal satu sama lan. Msalkan ada 3 buah sstem A, B, dan C. Jka A C dan B C, maka A B. FI-1101: ermodnamka, Hal 2
Hukum I ermodnamka Energ dalam sstem bersat konservat, perubahan energ dalam hanya bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhr. ΔU U U du Cv d Kalor adalah energ yang mengalr atau berpndah karena perbedaan temperatur. Kalor masuk/keluar n menyebabkan perubahan keadaan sstem (P,,, U, dsb.) dq C d Usaha W merupakan mekansme transer energ antara sstem & lngkungannya. W dw PAdx Pd PΔ ( ) P mg FPA dx FI-1101: ermodnamka, Hal 3
Hukum I ermodnamka Hukum I ermodnamka Energ dalam suatu sstem berubah dar nla awal U to a ke suatu nla akhr U karena panas Q dan kerja W: ΔU U - U Q - W Q post ketka sstem menerma panas dan negat jka kehlangan panas. W post jka kerja dlakukan oleh sstem dan negat jka kerja dlakukan pada sstem FI-1101: ermodnamka, Hal 4
Hukum I ermodnamka (Beberapa contoh penerapan) Proses Isobark (ekanan etap) untuk sstem gas deal ( ) W Pd P P Q C d p a P P b Δ U C p d P ( ) o 1 Proses Isokhork (olume etap) untuk sstem gas deal W Pd 0 Δ U Q C d P P1 Po b a FI-1101: ermodnamka, Hal 5
Hukum I ermodnamka (Beberapa contoh penerapan..) Proses Isotermal (emperatur etap) untuk sstem gas deal ΔU C d 0 Q W Selanjutnya dar persamaan gas deal P b a P nr kons tan Q W Pd nr P d nr nr C0 ln Nk ln FI-1101: ermodnamka, Hal 6
Hukum I ermodnamka (Beberapa contoh penerapan..) Proses Adabatk (tdak ada pertukaran kalor) untuk gas deal. Q 0 ΔU W P b Τ2 Selanjutnya dar persamaan gas deal Τ1 a du dw d C d nr Pd C d nr nr d C ln nr d ln C d + kons tan FI-1101: ermodnamka, Hal 7
Proses Adabatk (sambungan ) Mengngat C C p ln C ln ( γ 1) γ 1 nr nr 1 γ 1 ( ) Dengan demkan C C nr ln kons tan 1 γ 1 ( ) + kons tan P γ 1 tan γ C kons P C1 nr kons tan FI-1101: ermodnamka, Hal 8
Contoh Gas Ideal he temperature o three moles o a monatomc deal gas s reduced rom 540 K to 350 K by two derent methods. In the rst method 5500 J o heat lows nto the gas, whle n the second, 1500 J o heat lows nto t. In each case nd: (a) the change n the nternal energy (b) the work done by the gas. FI-1101: ermodnamka, Hal 9
Hukum II ermodnamka Pernyataan tentang alran kalor / panas Kalor mengalr secara spontan dar suatu benda/zat yang berada pada temperatur yang lebh tngg ke suatu benda/zat yang berada pada temperatur yang lebh rendah dan tdak dapat mengalr secara spontan dalam arah kebalkannya. FI-1101: ermodnamka, Hal 10
MESIN KALOR Sebuah mesn kalor adalah sesuatu alat yang menggunakan kalor/panas untuk melakukan usaha/kerja. Mesn kalor memlk tga cr utama: 1. Kalor dkrmkan ke mesn pada temperatur yang relat tngg dar suatu tempat yang dsebut reservoar panas. 2. Sebagan dar kalor nput dgunakan untuk melakukan kerja oleh workng substance dar mesn, yatu materal dalam mesn yang secara ktual melakukan kerja (e.g., campuran bensn-udara dalam mesn mobl). 3. Ssa dar kalor nput heat dbuang pada temperatur yang lebh rendah dar temperatur nput ke suatu tempat yang dsebut reservoar dngn. FI-1101: ermodnamka, Hal 11
Skema Mesn Kalor Gambar n melukskan skema mesn kalor. Q H menyatakan besarnya nput kalor, dan subscrpt H menyatakan hot reservor. Q C menyatakan besarnya kalor yang dbuang, dan subscrpt C merepresentaskan cold reservor. W merepresentaskan kerja yang dlakukan. FI-1101: ermodnamka, Hal 12
Mesn Kalor. Untuk menghaslkan esens yang tngg, sebuah mesn kalor harus mengaslkan jumlah kerja yang besar dar sekecl mungkn kalor nput. Karenanya, esens, e, dar suatu mesn kalor ddenskan sebaga perbandngan antara kerja yang dlakukan oleh mesn W dengan kalor nput Q H : Kerja yg dlakukan e Input panas W Q (15. 1) Jka kalor nput semuanya dkonveskan menjad kerja, maka mesn akan mempunya esens 1.00, karena W Q H ; dkatakan mesn n memlk esens 100%. Apakah n mungkn?, kta kan lhat nant. Q H FI-1101: ermodnamka, Hal 13
Mesn Kalor. Sebuah mesn, harus mengkut prnsp konservas energ. Sebagan dar kalor nput Q H dubah menjad kerja W, dan ssanya Q C dbuang ke cold reservor. Jka tdak ada lag kehlangan energ dalam mesn, maka prnsp konservas energ menghendak bahwa: Q H W + Q C (15.2) Selesakan persamaan n untuk W kemudan masukkan haslnya ke dalam persamaan 15.1 akan menghaslkan pernyataan lan untuk esens e dar sebuah mesn kalor: e Q Q H C 1 QH Q Q C H (15.3) FI-1101: ermodnamka, Hal 14
Contoh 1: An Automoble Engne Sebuah mesn mobl memlk esens 22.0% dan menghaslkan kerja sebesar 2510 J. Htung jumlah kalor yang dbuang oleh mesn tu. Solus Dar persamaan 15.1 untuk esens e, dperoleh bahwa Q H W/e. Substtuskan hasl n kedalam persamaan 15.2, akan dketahu bahwa jumlah kalor yang dbuang adalah W 1 QC QH W W 2510 J 1 8900J e 0.22 FI-1101: ermodnamka, Hal 15
Prnsp P Carnot td dan Mesn Carnot Bagamana membuat mesn kalor beroperas dengan esens maksmum? Insnyur Prancs Sad Carnot (1796 1832) 1832) mengusulkan bahwa sebuah mesn kalor akan memlk esens maksmum jka proses-proses dalam mesn adalah reversbel (dapat balk). Suatu proses reversbel adalah suatu keadaan dmana kedua sstem dan lngkungannya dapat kembal ke keadaan semula, sama perss sepert sebelum terjadnya proses. FI-1101: ermodnamka, Hal 16
Prnsp Carnot dan Mesn Carnot Prnsp Carnot : Sebuah alternat penyataan Hukum II ermodnamka dak ada mesn non-reversbel yang beroperas antara dua reservoar pada suhu konstan dapat mempunya esens yang lebh besar dar sebuah mesn reversbel yang beroperas antara temperatur yang sama. Selanjutnya, semua mesn reversbel yang beroperas antara temperatur yang sama memlk esens yang sama. FI-1101: ermodnamka, Hal 17
Prnsp Carnot dan Mesn Carnot dak ada mesn nyata yang beroperas secara reversbel. Akan tetap, de mesn reversbel memberkan standard yang berguna untuk menla perormans mesn nyata. Gambar n menunjukkan sebuah mesn yang dsebut, Mesn Carnot, yang secara a khusus berguna sebaga model deal. Suatu sat pentng dar mesn Carnot adalah bahwa semua kalor nput Q H berasal dar suatu hot reservor pada satu temperatur tunggal H dan semua kalor yang dbuang Q C perg menuju suatu cold reservor pada satu temperatur tunggal C. FI-1101: ermodnamka, Hal 18
Prnsp Carnot dan Mesn Carnot Untuk mesn Carnot, perbandngan antara kalor yang dbuang Q C dengan kalor nput Q H dapa dnyatakan dengan persamaan berkut: Q C C QH H Q (15.4) dengan C dan H dalam kelvns (K). Esens mesn Carnot dapat dtulskan sebga berkut: QC C e 1 1 QH H (15.5) Hubungan n memberkan nla esens maksmum yang mungkn dar suatu mesn kalor yang beroperas antara C dan H FI-1101: ermodnamka, Hal 19
Contoh: A ropcal Ocean as a Heat Engne Ar dekat permukaan laut trops mempunya temperatur 298.2 K (25.0 C), sementara 700 m d bawah permukaan mempunya temperatur 280.22 K (7.0 C) C). elah dusulkan bahwa ar hangat sebaga hot reservor dan ar dngn sebaga cold reservor dar suatu mesn kalor. entukan esens maksmum dar mesn n. FI-1101: ermodnamka, Hal 20
Contoh: A ropcal Ocean as a Heat Engne Solus: Esens maksmum yang mungkn dar suatu mesn kalor, adalah mesn Carnot yang beroperas antara C dan H Gunakan H 298.2 K dan C 280.2 K ke dalam persamaan 15.5, dperoleh: e C 280,22 K 1 1 H 298,2K 0.06(6%) FI-1101: ermodnamka, Hal 21