Bab 4 Analisis Energi dalam Sistem Tertutup

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

TERMODINAMIKA (I) Dr. Ifa Puspasari

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

Sulistyani, M.Si.

Hukum Termodinamika 1. Adhi Harmoko S,M.Kom

TERMODINAMIKA (II) Dr. Ifa Puspasari

Contoh soal dan pembahasan

FISIKA DASAR HUKUM-HUKUM TERMODINAMIKA

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

Hukum Termodinamika I Proses-proses Persamaan Keadaan Gas Usaha

HUKUM I TERMODINAMIKA

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

Xpedia Fisika. Soal - Termodinamika

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

BAB 1 Energi : Pengertian, Konsep, dan Satuan

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

Panas dan Hukum Termodinamika I

TERMODINAMIKA. Thermos = Panas Dynamic = Perubahan

BAB II DASAR TEORI. 2.1 Prinsip Pembangkit Listrik Tenaga Gas

K13 Revisi Antiremed Kelas 11 Fisika

Diktat TERMODINAMIKA DASAR

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

Efisiensi Mesin Carnot

A. HUKUM I THERMODINAMIKA

Gambar 1. Motor Bensin 4 langkah

PROSES ADIABATIK PADA REAKSI PEMBAKARAN MOTOR ROKET PROPELAN

4. Hukum-hukum Termodinamika dan Proses

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

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

K13 Revisi Antiremed Kelas 11 Fisika

TOPIK: PANAS DAN HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA. 1. Berikanlah perbedaan antara temperatur, panas (kalor) dan energi dalam!

KESETIMBANGAN ENERGI

MAKALAH HUKUM 1 TERMODINAMIKA

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

KONSEP DASAR THERMODINAMIKA

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

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

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

Pilihlah jawaban yang paling benar!

AZAS TEKNIK KIMIA (NERACA ENERGI) PRODI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

BAB IV TERMOKIMIA A. PENGERTIAN KALOR REAKSI

Xpedia Fisika. Soal Zat dan Kalor

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

Teori Kinetik Gas dan Termodinamika 1 TEORI KINETIK GAS

HUKUM KE-1 TERMODINAMIKA

Fisika Dasar I (FI-321)

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

10/18/2012. James Prescoutt Joule. Konsep dasar : Kerja. Kerja. Konsep dasar : Kerja. TERMODINAMIKA KIMIA (KIMIA FISIK 1 ) Hukum Termodinamika Pertama

Termodinamika Usaha Luar Energi Dalam

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

BAB TERMODINAMIKA V(L)

BAB VI SIKLUS UDARA TERMODINAMIKA

FINONDANG JANUARIZKA L SIKLUS OTTO

I. Beberapa Pengertian Dasar dan Konsep

Maka persamaan energi,

SUHU DAN KALOR OLEH SAEFUL KARIM JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA FPMIPA UPI

MAKALAH TEMODINAMIKA KIMIA SISTEM TERMDINAMIKA. Disusun oleh: Kelompok

Konsep Dasar Pendinginan

Hubungan entalpi dengan energi yang dipindahkan sebagai kalor pada tekanan tetap kepada sistem yang tidak dapat melakukan kerja lain

BAB II DASAR TEORI. Energy balance 1 = Energy balance 2 EP 1 + EK 1 + U 1 + EF 1 + ΔQ = EP 2 + EK 2 + U 2 + EF 2 + ΔWnet ( 2.1)

Teori Kinetik & Interpretasi molekular dari Suhu. FI-1101: Teori Kinetik Gas, Hal 1

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

HUKUM TERMODINAMIKA I

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

PENERAPAN TERMODINAMIKA PADA REFRIGERATOR (KULKAS)

REVERSIBLE, IRREVERSIBLE

FIsika TEORI KINETIK GAS

BAB 2 ENERGI DAN HUKUM TERMODINAMIKA I

TEORI KINETIK GAS DAN TERMODINAMIKA

2.1 HUKUM TERMODINAMIKA DAN SISTEM TERBUKA

Rencana Pembelajaran Kegiatan Mingguan (RPKPM).

KATA PENGANTAR. Tangerang, 24 September Penulis

BAB 14 TEORI KINETIK GAS

TURBIN GAS. Berikut ini adalah perbandingan antara turbin gas dengan turbin uap. Berat turbin per daya kuda yang dihasilkan lebih besar.

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

TERMODINAMIKA & FISIKA STATISTIK

KESETIMBANGAN ENERGI

BAB II LANDASAN TEORI

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Sulistyani, M.Si.

RENCANA PELAKSANAAN PEMBELAJARAN

Disampaikan oleh : Dr. Sri Handayani 2013

Antiremed Kelas 11 Fisika

THE FIRST LAW OF THERMODYNAMICS AND ITS USEFULNESS IN LIFE THERMODYNAMICS GROUP 6 FITHA YURISTA SARI EISTY DELIMA NURZANAH NANDA APRIYUDA P

SUMBER BELAJAR PENUNJANG PLPG

Antiremed Kelas 11 FISIKA

BAB TEORI KINETIK GAS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II LANDASAN TEORI

IR. STEVANUS ARIANTO 1

FISIKA TERMAL Bagian I

I. Hukum Kedua Termodinamika

TEORI KINETIK GAS (II) Dr. Ifa Puspasari

LAPORAN MINI RISET MISKONSEPSI MATERI TERMODINAMIKA

BAB II STUDI PUSTAKA

BAB II LANDASAN TEORI

Denny Haryadhi N Motor Bakar / Tugas 2. Karakteristik Motor 2 Langkah dan 4 Langkah, Motor Wankle, serta Siklus Otto dan Diesel

RANCANGAN KEGIATAN BELAJAR MENGAJAR (SATUAN ACUAN PERKULIAHAN) Kode MK/SKS : TM 322/2 SKS

Transkripsi:

Catatan Kuliah TERMODINAMIKA Bab 4 Analisis Energi dalam Sistem Tertutup Pada bab ini pembahasan mengenai perpindahan pekerjaan batas atau pekerjaan P dv yang biasa dijumpai pada perangkat reciprocating seperti mesin otomotif dan kompresor. Kemudian dilanjutkan dengan menerapkan keseimbangan hubungan neergi secara umum, yang dapat dinyatakan sebagai Ein Eout Esystem, untuk sistem yang melibatkan zat murni. Definisi spesifik mengenai pemanasan, mendapatkan hubungan untuk energi internal dan entalpi gas ideal pada perubahan suhu tertentu, serta melakukan keseimbangan energi pada berbagai sistem yang melibatkan gas ideal. Pada sistem ini melibatkan zat padat dan cairan, yang diperkirakan sebagai zat yang tidak dapat dikompres. Tujuan Bab 4 adalah untuk: Pekerjaan batas bergerak atau kerja P dv Umumnya ditemui di perangkat reciprocating seperti mesin otomotif dan kompresor. Mengidentifikasi hukum pertama termodinamika hanya sebagai sebuah pernyataan konservasi prinsip energi untuk tutup (massa tetap) sistem. Mengembangkan keseimbangan energi umum yang diterapkan pada penutupan sistem. Tentukan panas spesifik pada volume konstan dan spesifik panas pada tekanan konstan Mengaitkan pemanasan khusus dengan perhitungan perubahan dalam energi internal dan entalpi gas ideal. Jelaskan zat yang tidak tertahankan dan tentukan perubahan energi internal dan entalpi. Memecahkan masalah keseimbangan energi untuk tertutup (massa tetap) sistem yang melibatkan interaksi panas dan kerja untuk umum zat murni, gas ideal, dan mampat zat.

1. Kerja Batas Bergerak Salah satu bentuk kerja mekanikal yang sering dijumpai dalam prakteknya dikaitkan dengan ekspansi atau kompresi gas pada alat piston-silinder. Selama proses ini, bagian dari batas (bagian dalam piston) bergerak bolak-balik. Oleh karena itu, pekerjaan ekspansi dan kompresi sering dilakukan disebut kerja batas bergerak, atau hanya pekerjaan batas (Gambar 4-1). Perpindahan kerja batas adalah bentuk pekerjaan utama yang terlibat dalam mesin mobil. Selama Ekspansi, gas pembakaran membuat piston bergerak, yang akan memaksa poros engkol untuk memutar. Pekerjaan batas bergerak berhubungan dengan mesin atau kompresor sesungguhnya tidak bisa ditentukan secara tepat dari analisis termodinamika saja karena piston biasanya bergerak dengan kecepatan sangat tinggi, sehingga menyulitkan gas di dalam untuk menjaga keseimbangan. Kemudian sistem melewati selama proses tidak dapat ditentukan, dan tidak ada jalur proses yang dapat dilakukan ditarik. Karena itu, batas pekerjaan di mesin nyata atau kompresor ditentukan dengan pengukuran langsung. 2. Keseimbangan Energi untuk Sistem Tertutup Untuk sistem tertutup yang menjalani siklus, keadaan awal dan akhir sama, dan dengan demikian E sistem E2 E1 0. Kemudian keseimbangan energi untuk sebuah siklus menyederhanakan ke Ein Eout 0 atau Ein Eout. Memperhatikan bahwa sistem tertutup tidak tidak melibatkan arus massa melintasi batas-batasnya, keseimbangan energi untuk sebuah Siklus dapat dinyatakan dalam bentuk interaksi panas dan kerja.

3. Panas Spesifik Panas spesifik didefinisikan sebagai energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu dari satuan massa zat dengan satu derajat (Gambar 4-18). Secara umum, ini Energi tergantung bagaimana prosesnya dijalankan. Dalam termodinamika, kita tertarik pada dua jenis pemanasan tertentu: panas spesifik pada volume konstan cv dan panas spesifik pada tekanan konstan c hal Secara fisik, panas spesifik pada volume konstan cv dapat dilihat sebagai energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu massa satuan zat dengan satu derajat karena volumenya dijaga konstan. Energi yang dibutuhkan untuk melakukan hal yang sama seperti tekanan yang dijaga konstan adalah panas spesifik pada tekanan konstan cp. Ini diilustrasikan pada Gambar 4-19. Panas yang spesifik Pada tekanan konstan cp selalu lebih besar dari cv karena pada tekanan konstan sistem ini diperbolehkan untuk memperluas dan energi untuk pekerjaan perluasan ini juga harus dipasok ke sistem. Sekarang kita mencoba untuk mengungkapkan pemanasan spesifik dalam hal sifat termodinamika lainnya. Pertama, pertimbangkan massa tetap dalam sistem tertutup stasioner menjalani proses volume konstan (dan dengan demikian tidak ada perluasan atau kompresi pekerjaan yang terlibat). terkait dengan perubahan energi internal dan cp terhadap perubahan entalpi. Sebenarnya, akan lebih tepat untuk mendefinisikan cv sebagai perubahan dalam Energi internal suatu zat per unit berubah pada suhu konstan. Demikian pula, ekspresi untuk panas spesifik pada tekanan konstan cp dapat terjadi diperoleh dengan mempertimbangkan ekspansi tekanan konstan atau kompresi proses.

4. Energi Internal, Enthalpy, dan Panas Spesifik Gas Ideal Energi internal (internal energy U) adalah pengukuran makroskopik dari energi molekuler, atomic, dan subatomic, yang semuanya mengikuti kaidah konservasi mikroskopik tertentu. Jika mengatakan bahwa (u) adalah fungsi dari T dan V, U = U (T,V) Dengan mengambil turunan total, ditemukan bahwa du = U TV dt+ U VT dv. Berdasar definisi U TV dt adalah kapasitas kalor pada volume konstan. Maka dari itu, perubahan dalam energi internal dapat dihitung dengan mengintegralkan persamaan diatas sebagai berikut : U2 - U1 = T 1 T 2 CV dt U = ncv ΔT Entalpi (H) Adalah jumlah energi yang dimiliki sistem pada tekanan tetap atau jumlah dari semua bentuk energi yang tersimpan dalam suatu zat. Entalpi Dirumuskan sebagai jumlah energi yang terkandung dalam sistem (E) Dan kerja (W). H = E + W Dengan : W = P V E = Energi (joule) W = Kerja sistem (joule) V = volume (liter) P = Tekanan (Atm) Panas spesifik adalah jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg bahan sebesar 1 o C. Pengetahuan tentang panas spesifik sangat diperlukan untuk perhitungan proses-proses pemanasan atau pendinginan. Panas spesifik bahan-bahan pertanian sangat tergantung pada lengas bahan. Pada suhu kamar, panas spesifik suatu bahan yang mengandung air dapat dihitung berdasarkan nilai-nilai panas spesifik dari bahan kering dan airnya: dimana c d panas spesifik bahan kering, c w panas spesifik air, dan U 1 adalah kadar lengas bahan dihitung dengan basis basah (Purwantana, 2003).

Panas spesifik suatu produk dapat diperkirakan dengan berbagai metode. Dickerson (1969), melakukan pendugaan padas spesifik pada produk berkadar air tinggi. Cp = 1.675 + 0.025 (kadar air, %) Penggunaan ini digunakan pada berbagai produk daging. Persamaan ini cukup konsisten dalam selang 26-100% kadar air. Pendugaan ini juga digunakan pada sari buah yang berkadar air lebih besar dari 50%. Persamaan Siebel (1892) adalah: Cp = 0.837 + 0.034 (kadar air, %) Persamaan Siebel hanya terbatas pada produk pangan berkadar air tinggi. Persamaan lain yang lebih bergantung pada panas spesifik komponen produk ditulis oleh Charm (1978), yaitu: Cp = 2.094 Xf + 1.256 Xs + 4.178 Xm dimana nilai 2.094; 1.256 dan 4.187 adalah panas spesifik lemak, bahan padat dan air pada produk. Konsep ini dikembangkan lebih jauh untuk memasukan panas spesifik beberapa komponen dasar dari produk untuk menghasilkan persamaan: Cp = 1.424 Xc + 1.549 Xp + 1.675 Xf + 0.837 Xa + 4.187 Xm 5. Perubahan Energi Internal Perubahan energi dalam ΔU tidak bergantung pada proses bagaimana keadaan sistem berubah, tetapi hanya bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir sistem tersebut. a. Proses Isotermal Anda telah memahami bahwa proses isotermal merupakan suatu proses yang terjadi dalam sistem pada suhu tetap. Besar usaha yang dilakukan sistem proses isotermal ini adalah W = nrt In (V 2 /V 1 ). Oleh karena ΔT = 0, menurut Teori Kinetik Gas, energi dalam sistem juga tidak berubah (ΔU = 0) karena perubahan energi dalam bergantung pada perubahan suhu. Ingatlah kembali persamaan energi dalam gas monoatomik yang dinyatakan dalam persamaan ΔU = 3/2 nrδtyang telah dibahas pada Bab 8.

Dengan demikian, persamaan Hukum Pertama Termodinamika untuk proses isotermal ini dapat dituliskan sebagai berikut. Q = ΔU + W = 0 + W Q = W = nr T ln (V 2 /V 1 ) (1-10) b. Proses Isokhorik Dalam proses isokhorik perubahan yang dialami oleh sistem berada dalam keadaan volume tetap. Anda telah memahami bahwa besar usaha pada proses isokhorik dituliskan W = pδv = 0. Dengan demikian, persamaan Hukum Pertama Termodinamika untuk proses ini dituliskan sebagai Q = ΔU + W = ΔU + 0 Q = ΔU = U 2 - U 1 (1-11) Dari Persamaan (1-11) Anda dapat menyatakan bahwa kalor yang diberikan pada sistem hanya digunakan untuk mengubah energi dalam sistem tersebut. Jika persamaan energi dalam untuk gas ideal monoatomik disubstitusikan ke dalam Persamaan (1-11), didapatkan perumusan Hukum Pertama Termodinamika pada proses isokhorik sebagai berikut. Q = ΔU = 3/2 nr ΔT (1-12) atau Q = U 2 - U 1 = 3/2 nr (T 2 T 1 ) (1-13) c. Proses Isobarik Jika gas mengalami proses isobarik, perubahan yang terjadi pada gas berada dalam keadaan tekanan tetap. Usaha yang dilakukan gas dalam proses ini memenuhi persamaan W = P ΔV =

p(v 2 V 1 ). Dengan demikian, persamaan Hukum Pertama Termodinamika untuk proses isobarik dapat dituliskan sebagai berikut. Q = ΔU + W Q = ΔU + p(v 2 V 1 ) (9-14) Untuk gas ideal monoatomik, Persamaan (1-14) dapat dituliskan sebagai : Q = 3/2 nr (T 2 T 1 ) + p (V 2 V 1 ) (1-15) d. Proses adiabatik Dalam pembahasan mengenai proses adiabatik, Anda telah mengetahui bahwa dalam proses ini tidak ada kalor yang keluar atau masuk ke dalam sistem sehingga Q = 0. Persamaan Hukum Pertama Termodinamika untuk proses adiabatik ini dapat dituliskan menjadi Q = ΔU + W 0 = ΔU + W atau W = - ΔU = - (U 2 - U 1 ) (1-16) Berdasarkan Persamaan (1-16) tersebut, Anda dapat menyimpulkan bahwa usaha yang dilakukan oleh sistem akan mengakibatkan terjadinya perubahan energi dalam sistem di mana energi dalam tersebut dapat bertambah atau berkurang dari keadaan awalnya. Persamaan Hukum Pertama Termodinamika untuk gas ideal monoatomik pada proses adiabatik ini dituliskan sebagai : W = - ΔU = - 3/2 nr (T 2 T 1 ) (1-17) Catatan Fisika :

Internal Energy Energi dalam secangkir kopi hanya bergantung pada keadaan termodinamikanya (seberapa banyak kopi dan air yang dikandungnya, dan berapa suhunya). Energi tersebut tidak bergantung pada proses persiapan kopinya, yaitu lintasan termodinamika yang membawanya ke keadaan yang sekarang. (Sumber: Fisika Universitas, 2000)