1 TUGAS KIMIA DASAR II TERMODINAMIKA Disusun Oleh NAMA : NIM : JURUSAN : TEKNIK PERTAMBANGAN DEPARTEMEN KEMENTRIAN PENDIDIKAN NASIONAL JURUSAN TEKNIK PERTAMBANGAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS PALANGKA RAYA
TERMODINAMIKA 2012 2 1.1 Pengertian Termodinamika Termodinamika Kimia dapat didefinisikan sebagai cabang kimia yang menangani hubungan kalor, kerja, dan bentuk lain dari energi dengan kesetimbangan dalam reaksi kimia dan dalam perubahan keadaan. Erat berkaitan dengan ilmu termodinamika kimia adalah termokimia yang menangani pengukuran dan penafsiran perubahan kalor yang menyertai reaksi kimia, perubahan keadaan, dan pembentukkan larutan. Termodinamika merupakan suatu ilmu pengetahuan yang membahas hubungan antara panas dan kerja yang menyebabkan perubahan suatu zat, maksudnya adalah apabila suatu zat atau benda diberi panas (suhunya dinaikkan), maka akan timbul berbagai akibat seperti : Gas, cairan dan zat padat akan memuai Termo-elemen membangkitkan GGL Kawat-kawat mengalami perubahan daya tahannya. Dalam proses demikian, biasanya terdapat suatu pengaliran panas dan bekerjanya suatu gaya yang mengalami perpindahan (panas) dan mengakibatkan terjadinya Usaha atau Kerja. Tujuannya memecahkan persoalan termodinamika dengan menguasai prinsip dasar (dalil, persamaan), sistematika pemecahan soal, dan defenisi dasar suatu hukum termodinamika. Termodinamika kimia energi dan hukum termodinamika, yaitu : setiap materi mempunyai energi energi dapat berpindah dari sistem ke lingkungan dan sebaliknya sistem terbagi menjadi system terbuka, tertutup dan tersekat suatu sistem terikat pada persamaan keadaan system Sistem dan lingkungan Dalam termodinamika, kumpulan benda-benda yang diperhatikan disebut sebagai sistem, sedangkan semua yang ada di sekitarnya disebut dengan lingkungan. Suatu sistem berinteraksi dengan lingkungan dalam hal menukarkan kalor Q dan melakukan usaha W. Alam semesta dibagi atas dua bagian: sistem dan lingkungan. Sistem adalah bagian yang sedang kita kaji/selidiki, sedangkan lingkungan adalah semua bagian alam di luar system, misalnya adalah proses pemuaian gas dalam silinder. Sistem adalah gas dalam silinder dan lingkungan adalah silinder beserta semua bagian alam di sekelilingnya. 1.2 Prinsip Termodinamika Prinsip-prinsip Termodinamika dapat disimpulkan dalam 3 Hukum antara lain : 1. Hukum Termodinamika ke-nol Hukum Termodinamika ke-nol berkenaan dengan kesetimbangan termal atau Konsep Temperatur (HukumKesetimbangan Termal) yaitu apabila ada dua sistem dimana masing-masing setimbang dengan sistem ketiga, maka kedua sistem akan setimbang satu dengan yang lainnya.
3 2. Hukum Termodinamika I Hukum Temodinamika I merupakan konsep energi dalam dan menghasilkan prinsip kekekalan energi. Menegaskan ke-ekivalenan perpindahan kalor dan perpindahan kerja. Hukum 1 Termodinamikna dapat diungkapkan sebagai berikut: Jika benda A berada dalam keseimbangan panas dengan benda B dan benda B berada dalam keseimbangan panas dengan benda C, maka benda A berada dalam keseimbangan panas dengan benda C. Hukum Termodinamika I dapat digambarkan sebagai berikut : Keseimbangan Keseimbangan panas panas A B B C Keseimbangan panas A C Usaha Luar, dapat dilakukan oleh sistem, jika kalor ditambahkan (dipanaskan) atau kalor dikurangi (didinginkan) terhadap sistem. Jika kalor diterapkan kepada gas yang menyebabkan perubahan volume gas, usaha luar akan dilakukan oleh gas tersebut. Usaha yang dilakukan oleh gas ketika volume berubah dari volume awal V 1 menjadi volume akhir V 2 pada tekanan p konstan dinyatakan sebagai hasil kali tekanan dengan perubahan volumenya. W = p V= p(v 2 V 1 ) Secara umum, usaha dapat dinyatakan sebagai integral tekanan terhadap perubahan volume yang ditulis sebagai berikut : Tekanan dan volume dapat diplot dalam grafik p V. jika perubahan tekanan dan volume gas dinyatakan dalam bentuk grafik p V, usaha yang dilakukan gas merupakan luas daerah di bawah grafik p V. hal ini sesuai dengan operasi integral yang ekuivalen dengan luas daerah di bawah grafik. 1 L atm = 101,32 J
4 Gas dikatakan melakukan usaha apabila volume gas bertambah besar (atau mengembang) dan V 2 > V 1. sebaliknya, gas dikatakan menerima usaha (atau usaha dilakukan terhadap gas) apabila volume gas mengecil atau V 2 < V 1 dan usaha gas bernilai negatif. Energi Dalam Suatu gas yang berada dalam suhu tertentu dikatakan memiliki energi dalam. Energi dalam gas berkaitan dengan suhu gas tersebut dan merupakan sifat mikroskopik gas tersebut. Meskipun gas tidak melakukan atau menerima usaha, gas tersebut dapat memiliki energi yang tidak tampak tetapi terkandung dalam gas tersebut yang hanya dapat ditinjau secara mikroskopik. Berdasarkan teori kinetik gas, gas terdiri atas partikel-partikel yang berada dalam keadaan gerak yang acak. Gerakan partikel ini disebabkan energi kinetik rata-rata dari seluruh partikel yang bergerak. Energi kinetik ini berkaitan dengan suhu mutlak gas. Jadi, energi dalam dapat ditinjau sebagai jumlah keseluruhan energi kinetik dan potensial yang terkandung dan dimiliki oleh partikel-partikel di dalam gas tersebut dalam skala mikroskopik. Dan, energi dalam gas sebanding dengan suhu mutlak gas. Oleh karena itu, perubahan suhu gas akan menyebabkan perubahan energi dalam gas. Secara matematis, perubahan energi dalam gas dinyatakan sebagai untuk gas monoatomik untuk gas diatomik Dimana U adalah perubahan energi dalam gas, n adalah jumlah mol gas, R adalah konstanta umum gas (R = 8,31 J mol 1 K 1, dan T adalah perubahan suhu gas (dalam kelvin). Hukum Termodinamika I
5 Jika kalor diberikan kepada sistem, volume dan suhu sistem akan bertambah (sistem akan terlihat mengembang dan bertambah panas). Sebaliknya, jika kalor diambil dari sistem, volume dan suhu sistem akan berkurang (sistem tampak mengerut dan terasa lebih dingin). Prinsip ini merupakan hukum alam yang penting dan salah satu bentuk dari hukum kekekalan energi. Sistem yang mengalami perubahan volume akan melakukan usaha dan sistem yang mengalami perubahan suhu akan mengalami perubahan energi dalam. Jadi, kalor yang diberikan kepada sistem akan menyebabkan sistem melakukan usaha dan mengalami perubahan energi dalam. Prinsip ini dikenal sebagai hukum kekekalan energi dalam termodinamika atau disebut hukum I termodinamika. Secara matematis, hukum I termodinamika dituliskan sebagai Q = W + U Dimana Q adalah kalor, W adalah usaha, dan U adalah perubahan energi dalam. Secara sederhana, hukum I termodinamika dapat dinyatakan sebagai berikut : Jika suatu benda (misalnya krupuk) dipanaskan (atau digoreng) yang berarti diberi kalor Q, benda (krupuk) akan mengembang atau bertambah volumenya yang berarti melakukan usaha W dan benda (krupuk) akan bertambah panas (coba aja dipegang, pasti panas deh!) yang berarti mengalami perubahan energi dalam U. Proses adalah peristiwa perubahan keadaan gas dari satu keadaan awal ke satu keadaan akhir. Misalnya mula-mula keadaan gas diungkapkan oleh variable-variabel P 1, V 1, dan T 1. Kemudian nilai variable tersebut adalah P 2, V 2, dan T 2, maka dikatakan gas telah melewati suatu proses. Selama mengalami proses pada umumnya terjadi perubahan energi yang dimiliki gas (energi dalam) dan pertukaran energi antara gas dengan lingkungan. Proses Isotermik Suatu sistem dapat mengalami proses termodinamika dimana terjadi perubahanperubahan di dalam sistem tersebut. Jika proses yang terjadi berlangsung dalam suhu konstan, proses ini dinamakan proses isotermik. Karena berlangsung dalam suhu konstan, tidak terjadi perubahan energi dalam ( U = 0) dan berdasarkan hukum I termodinamika kalor yang diberikan sama dengan usaha yang dilakukan sistem (Q = W). Proses isotermik dapat digambarkan dalam grafik p V di bawah ini. Usaha yang dilakukan sistem dan kalor dapat dinyatakan sebagai Dimana V 2 dan V 1 adalah volume akhir dan awal gas.
6 Proses Isokhorik Jika gas melakukan proses termodinamika dalam volume yang konstan, gas dikatakan melakukan proses isokhorik. Karena gas berada dalam volume konstan ( V = 0), gas tidak melakukan usaha (W = 0) dan kalor yang diberikan sama dengan perubahan energi dalamnya. Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada volume konstan Q V. Q V = U Proses Isobarik Jika gas melakukan proses termodinamika dengan menjaga tekanan tetap konstan, gas dikatakan melakukan proses isobarik. Karena gas berada dalam tekanan konstan, gas melakukan usaha (W = p V). Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada tekanan konstan Q p. Berdasarkan hukum I termodinamika, pada proses isobarik berlaku Sebelumnya telah dituliskan bahwa perubahan energi dalam, sama dengan kalor yang diserap gas pada volume konstan Q V = U Usaha gas dapat dinyatakan sebagai berikut ini : W = Q p Q V Jadi, usaha yang dilakukan oleh gas (W) dapat dinyatakan sebagai selisih energi (kalor) yang diserap gas pada tekanan konstan (Q p ) dengan energi (kalor) yang diserap gas pada volume konstan (Q V ).
7 Proses Adiabatik Dalam proses adiabatik tidak ada kalor yang masuk (diserap) ataupun keluar (dilepaskan) oleh sistem (Q = 0). Dengan demikian, usaha yang dilakukan gas sama dengan perubahan energi dalamnya (W = U). Jika suatu sistem berisi gas yang mula-mula mempunyai tekanan dan volume masingmasing p 1 dan V 1 mengalami proses adiabatik sehingga tekanan dan volume gas berubah menjadi p 2 dan V 2, usaha yang dilakukan gas dapat dinyatakan sebagai Dimana γ adalah konstanta yang diperoleh perbandingan kapasitas kalor molar gas pada tekanan dan volume konstan dan mempunyai nilai yang lebih besar dari 1 (γ > 1). Proses adiabatik dapat digambarkan dalam grafik p V dengan bentuk kurva yang mirip dengan grafik p V pada proses isotermik namun dengan kelengkungan yang lebih curam. Misalkan energi dalam awal gas U 1 dan energi dalam akhir U 2, maka perubahan energi dalam adalah U = U 2 U 1 Dan misalnya pada gas dilakukan kerja oleh lingkungan sebesar W dan aliran masuk kalor ke dalam gas sebesar Q. Energi kekal merupakan pertambahan energi dalam gas hanya tejadi karena adanya kerja yang dilakukan lingkungan pada gas dan adanya aliran masuk kalor ke dalam gas.
8 Hukum Termodinamika I (hukum kekekalan energi) dapat dituliskan sebagai berikut : U = W + Q U positif jika energi dalam yang dimiliki gas bertambah U negatif jika energi dalam yang dimiliki gas berkurang W positif jika lingkungan melakukan kerja pada gas (sistem) W negatif jika gas (sistem) melakukan kerja pada lingkungan Q positif jika kalor mengalir masuk dari lingkungan ke gas (sistem) Q positif jika kalor mengalir keluar dari gas (sistem) ke lingkungan 3. Hukum Termodinamika II : memperlihatkan arah perubahan alami distribusi energi dan memperkenalkan prinsip peningkatan entropi. Merupakan hukum kedua (konversienergi dan entropi), antara lain Azas Kelvin-Planck, menyatakan bahwa tidak mungkin ada suatu system mesin kalor yang mengubah panas menjadi 100% kerja, selalu ada panas yang dilepaskan ke lingkungan dan tidak mungkin membuat mesin yang menyerap kalor dari reservoir panas dan mengubah seluruhnya menjadi kerja. Konsekuansi pernyataan ini adalah tidak mungkin membuat mesin kalor yang memiliki efisiensi 100%. Azas Clausius, adalah tidak mungkin ada suatu system mesin kalor yang mengalirkan kalor dari reservoir suhu rendah kereservoir suhu tinggi tanpa menerima kerja dan tidak mungkin membuat mesin pendingin yang menyerap kalor dari reservoir bersuhu rendah dan membuang ke reservoir bersuhu tinggi tanpa bantuan kerja dari luar. Pernyataan ini memiliki konsekuensi bahwa tidak mungkin merancang mesin pendingin sempurna dengan koefisien unjuk kerja Entropi (s), merupakan fungsi keadaan dan salah satu penentu ke-spontanan reaksi entropi merupakan besarnya kalor reversibel per satuan suhu. Entropi mengacu kepada ketidakteraturan system perubahan entropi alam semesta senantiasa positif (salam > 0) Hukum kedua termodinamika terkadang dinyatakan sebagai transfer panas, dimana pada transformasi apapun, energi cenderung untuk semakin berkurang hingga tak tersedia cukup energi untuk melakukan kerja yang berhasil. Karena kerja yang berhasil terkait dengan keteraturan, hukum kedua termodinamika dapat dinyatakan sebagai kecenderungan di alam bagi sistem-sistem untuk bergerak ke arah ketidakteraturan atau keacakan yang semakin meningkat.istilah bagi ketidakteraturan adalah entropi. Entropi meningkat pada proses pelelehan, penguapan, dan pelarutan. Perubahan entropi (ds) adalah suatu fungsi keadaan yang merupakan perbandingan perubahan kalor yang dipertukaran antara sistem
9 dan lingkungan secara reversibel (δqrev) terhadap suhu tertentu T( C). Persamaan besarnya entropi dinyatakan sebagai berikut: ds = δqrev/t 4. Hukum Termodinamika III (Entropi Kristal Sempurna), yaitu entropi kristal sempurna pada 0 atau k = 0 Hukum-hukum Termodinamika didasarkan pada penalaran logis, bukti yang membenarkan penggunaan hukum-hukum ini secara menerus diperoleh dari percobaan yang menyetujui akibat-akibatnya. Entropi dari kristal sempurna murni pada suhu nol mutlak ialah nol. Kristal sempurna murni pada suhu nol mutlak menunjukkan keteraturan tertinggi yang dimungkinkan dalam sistem termodinamika. Jika suhu ditingkatkan sedikit diatas 0K, entropi meningkat. Entropi mutlak selalu bernilai positif. Soo = 0 Entalpi dan Kalor Reaksi Standar Entalpi adalah perubahan energi kalor suatu sistem kimia yang berlangsung pada tekanan tetap. q = U W q = U + P V q = U2 U1 + P(V2 V1) q = (U2 + PV2) (U1 + PV1) q = H2 H1 q = H Entalpi (H) adalah besaran mutlak yang tidak dapat diukur atau ditentukan. Pada suatu proses yang terukur adalah harga dari H. Penetuan harga ( H) tidak bergantung pada jalannya proses namun hanya tergantung pada keadaan awal dan akhir proses ( H sebagai fungsi keadaan). Nilai H dapat digunakan untuk meramalkan suatu proses reaksi. Bila H > 0 proses berjalan secara endotermis, yaitu sistem menyerap kalor. Bila H = 0 proses berjalan secara adiabatik, semua kalor diubah menjadi kerja. Bila H < 0 proses berjalan secara eksotermis, yaitu sistem melepaskan kalor. Hubungan-hubungan yang melibatkan entalpi diantaranya adalah H adalah suatu sifat ekstensif yaitu perubahan entalpi sebanding dengan jumlah zat yang terlibat dalam reaksi Jika kita gandakan dua kali jumlah zat yang terlibat dalam reaksi maka
10 perubahan entalpi reaksi juga menjadi dua kali. H akan berubah tanda bila arah reaksi berlangsung sebaliknya 1.3 Penerapan Termodinamika Penerapan termodinamika secara teknik (dalam perencanaan) adalah sebagai berikut : Refrigerasi dan Pengkondisian Udara Pembangkit Daya Listrik Motor Bakar Sistem pemanasan surya Pesawat Terbang, dsb 1. Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Uap. Energi kimia atau energi nuklir dikonversikan menjadi energi termal dalam ketel uap atau reaktor nuklir. Energi ini dilepaskan ke air, yang berubah menjadi uap. Energi uap ini digunakan untuk menggerakkan turbin uap, dan energy mekanis yang dihasilkan digunakan untuk meng- gerakkan generator untuk menghasilkan daya listrik. 2. Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Air Energi potensial air dikonversikan menjadi energi mekanis melalui penggunaan turbin air. Energi mekanis ini kemudian dikonversikan lagi menjadi energi listrik oleh generator listrik yang disambungkan pada poros turbinnya. 3. Motor Pembakaran Dalam Energi kimiawi bahan bakar dikonversikan menjadi kerja mekanis. Campuran udara bahan bakar dimampatkan dan pembakaran dilakukan oleh busi. Ekspansi gas hasil pembakaran mendorong piston, yang menghasilkan putaran pada poros engkol. Rumus - Rumus Minimal
Hukum Termodinamika I ΔU = Q W keterangan : ΔU = perubahan energi dalam (joule) Q = kalor (joule) W = usaha (joule) Proses-proses : Isobaris tekanan tetap Isotermis suhu tetap ΔU = 0 Isokhoris volume tetap (atau isovolumis atau isometric) W = 0 Adiabatis tidak terjadi pertukaran kalor Q = 0 Siklus daur ΔU = 0 Persamaan Keadaan Gas Hukum Gay-Lussac Tekanan tetap V / T = Konstan V 1/ T1 = V 2/ T2 Hukum Charles Volume tetap P / T = Konstan P 1/ T1 = P 2/ T2 Hukum Boyle Suhu tetap PV = Konstan P 1 V 1 = P 2 V 2 P, V, T Berubah (non adiabatis) (P 1 V 1 ) / (T1) = (P 2 V 2 ) / (T2) (adiabatic) P 1 V 1γ = P 2 V 2 γ 11 γ T 1 V 1 γ 1 1 = T 2 V 2 γ = perbandingan kalor jenis gas pada tekanan tetap dan volum tetap γ = C p / Cv Usaha W= P(ΔV) Isobaris W= 0 Isokhoris W= nrt ln (V 2 / V 1 ) Isotermis W= 3 / 2 nrδt Adiabatis ( gas monoatomik) keterangan : T = suhu (Kelvin/ K) P = tekanan (Pa = N/m 2 ) V = volume (m 3 ) N = jumlah mol 1 liter = 10 3 m 3 1 atm = 10 5 Pa (Jika tidak terdapat pada soal diambil nilai ln 2 = 0,693) Mesin Carnot η = ( 1 T r / Tt ) x 100 % η = ( W / Q1 ) x 100% W = Q 1 Q 2 keterangan : η = efisiensi mesin Carnot (%) T r = suhu reservoir rendah (Kelvin) T t = suhu reservoir tinggi (Kelvin) W = usaha (joule) Q 1 = kalor masuk / diserap reservoir tinggi (joule) Q 2 = kalor keluar / dibuang reservoir rendah (joule)
1.4 Contoh Soal 1. 50 ml larutan HCl 1 M direaksikan dengan 50 ml larutan NaOH 1M dalam calorimeter menyebabkan suhu naik dari 30 o C menjadi 36,5 o C. Jika kalor jenis larutan sama dengan kalor jenis air 1 = 4,2 J/gr o C. Tentukan kalor reaksi dan entalpi netralisasi dari : HCl (aq) + NaOH (aq) NaCl (aq) + H 2 O ( l ) Kalor reaksi (perubahan entalpi) hanya ditentukan oleh keadaan awal dan keadaan akhir reaksi, tidak bergantung pada lintasan/tahapan reaksi. Hukum Hess atau Hukum Penjumlahan Kalor 2. Suatu gas memiliki volume awal 2,0 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) Jawaban : V 2 = 4,5 m 3 V 1 = 2,0 m 3 P = 2 atm = 2,02 x 10 5 Pa Isobaris Tekanan Tetap W = P (ΔV) W = P(V 2 V 1 ) W = 2,02 x 10 5 (4,5 2,0) = 5,05 x 10 5 joule 3. 1,5 m 3 gas helium yang bersuhu 27 o C dipanaskan secara isobarik sampai 87 o C. Jika tekanan gas helium 2 x 10 5 N/m 2, gas helium melakukan usaha luar sebesar... Jawaban : Data : V 1 = 1,5 m 3 T 1 = 27 o C = 300 K T 2 = 87 o C = 360 K P = 2 x 10 5 N/m 2 W = PΔV Mencari V 2 : V 2 / T2 = V 1/ T1 V 2 = ( V 1/ T1 ) x T 2 = ( 1,5 / 300 ) x 360 = 1,8 m 3 W = PΔV = 2 x 10 5 (1,8 1,5) = 0,6 x 10 5 = 60 x 10 3 = 60 kj
4. 2000 / 693 mol gas helium pada suhu tetap 27 o C mengalami perubahan volume dari 2,5 liter menjadi 5 liter. Jika R = 8,314 J/mol K dan ln 2 = 0,693. Tentukan usaha yang dilakukan gas helium Jawaban : Data : n = 2000 / 693 mol V 2 = 5 L V 1 = 2,5 L T = 27 o C = 300 K Usaha yang dilakukan gas : W = nrt ln (V 2 / V 1 ) W = ( 2000 / 693 mol) ( 8,314 J/mol K)(300 K) ln ( 5 L / 2,5 L ) W = ( 2000 / 693 ) (8,314) (300) (0,693) = 4988,4 joule 5. Mesin Carnot bekerja pada suhu tinggi 600 K, untuk menghasilkan kerja mekanik. Jika mesin menyerap kalor 600 J dengan suhu rendah 400 K, maka usaha yang dihasilkan adalah... (Sumber Soal : UN Fisika 2009 P04 No. 18) Jawaban : η = ( 1 T r / Tt ) x 100 % Hilangkan 100% untuk memudahkan perhitungan : η = ( 1 400 / 600 ) = 1 / 3 η = ( W / Q1 ) 1 / 3 = W / 600 W = 200 J 6. Diagram P V dari gas helium yang mengalami proses termodinamika ditunjukkan seperti gambar berikut : Usaha yang dilakukan gas helium pada proses ABC sebesar. (Sumber Soal : UN Fisika 2010 P04 No. 17) Jawaban : W AC = W AB + W BC W AC = 0 + (2 x 10 5 )(3,5 1,5) = 4 x 10 5 = 400 kj 7. Suatu mesin Carnot, jika reservoir panasnya bersuhu 400 K akan mempunyai efisiensi 40%. Jika reservoir panasnya bersuhu 640 K, efisiensinya... % (Sumber Soal : SPMB 2004)
Jawaban : Data pertama: η = 40% = 4 / 10 T t = 400 K Cari terlebih dahulu suhu rendahnya (T r ) hilangkan 100 % untuk mempermudah perhitungan: η = 1 ( Tr / Tt ) 4 / 10 = 1 ( Tr / 400 ) ( Tr / 400 ) = 6 / 10 Tr = 240 K Data kedua : Tt = 640 K Tr = 240 K (dari hasil perhitungan pertama) η = ( 1 Tr / Tt ) x 100% η = ( 1 240 / 640 ) x 100% η = ( 5 / 8 ) x 100% = 62,5% 8. Perhatikan gambar berikut ini! Jika kalor yang diserap reservoir suhu tinggi adalah 1200 joule, tentukanlah : a) Efisiensi mesin Carnot b) Usaha mesin Carnot c) Perbandingan kalor yang dibuang di suhu rendah dengan usaha yang dilakukan mesin Carnot d) Jenis proses ab, bc, cd dan da Jawaban : a) Efisiensi mesin Carnot b) Data : Tt = 227 o C = 500 K Tr = 27 o C = 300 K η = ( 1 Tr / Tt ) x 100% η = ( 1 300 / 500 ) x 100% = 40% c) Usaha mesin Carnot d) η = W / Q1 4 / 10 = W / 1200 W = 480 joule
c) Perbandingan kalor yang dibuang di suhu rendah dengan usaha yang dilakukan mesin Carnot Q 2 = Q 1 W = 1200 480 = 720 joule Q 2 : W = 720 : 480 = 9 : 6 = 3 : 2 e) Jenis proses ab, bc, cd dan da ab pemuaian isotermis (volume gas bertambah, suhu gas tetap) bc pemuaian adiabatis (volume gas bertambah, suhu gas turun) cd pemampatan isotermal (volume gas berkurang, suhu gas tetap) da pemampatan adiabatis (volume gas berkurang, suhu gas naik) 8. Suatu gas ideal mengalami proses siklus seperti pada gambar P V di bawah ini. Kerja yang dihasilkan pada proses siklus ini adalah...kilojoule. Jawaban : W = Usaha (kerja) = Luas kurva siklus = Luas bidang abcda W = ab x bc W = 2 x (2 x 10 5 ) = 400 kilojoule 9. Hubungan Kalor, Usaha dan Energi Dalam. Tentukan perubahan energi dalam gas apabila : a. Gas menyerap kalor 252 J dan serentak melakukan usaha 40 J.melakukan usaha 40 J. b. Gas menyerap kalor 126 J dan serentak melakukan usaha 45 J dilakukan pada gas. c. Gas melepaskan kalor 588 J tanpa melakukan usaha (volum tetap) melakukan usaha (volum tetap). d. Gas melakukan usaha 45 J tanpa melepaskan dan menerima kalor. 10. Hitung ΔH untuk reaksi berikut (T = 298 K) C 3 H 7 OH (l) + 9/2 0 2(g) 3 CO 2(g) + 4 H 2 O (l) ΔE = - 2 X 103 kj/mol Jawaban : ΔH = ΔE + PΔV Jika gas O 2 dan CO 2 pada reaksi di atas dianggap sebagai gas ideal, maka pada suhu dan tekanan tetap, akan didapatkan : PΔV = ΔnRT Δn = perbedaan jumlah mol gas Δn = nproduk nreaktan Pada reaksi di atas: Δn = 3-9/2 = - 3/2 Jadi: ΔH = -2000 + (-3/2 mol) (8.314 X 10-3 kj.mol K-1) (298 K) = -2000-3.72 kj/mol
ΔH = -2003.72 kj/mol 1.5 Daftar Pustaka 1. http://indriafatwindari.blogspot.com/2011/10/termodinamika-kimia.html 2. http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-anorganik-universitas/reaksianorganik/termodinamika/. Siklus Termodinamika. 3. http://id.wikipedia.org/wiki/siklus_termodinamika. Pengertian Siklus Carnot. 4. http://matematika-ipa.com/pengertian-siklus-carnot-siklus-carnot/.2009. Termodinamika. 5. http://basicsphysics.blogspot.com/2009/09/termodinamika.html.2010. Kapasitas Kalor. 6. http://masteropik.blogspot.com/2010/05/kapasitas-kalor.html 7. Sunardi. 2009. Siaga dan Sukses Jelang Ujian Nasional Fisika SMA/MA. Bandung : YRAMA WIDYA.