278
Fisika SMAMA Kelas XI
Diketahui 100 gram air bersuhu 27
o
C dihubungkan dengan suatu reservoir tandon yang mempunyai suhu 77
o
C. a
Jika suhu air mencapai 77
o
C, maka tentukan perubahan entropi dari air, reservoir, dan keseluruhan sistem
b. Jika air dipanasi dari 27
o
C hingga 77
o
C dengan menghubungkan air pertama-tama ke reservoir 47
o
C dan kemudian ke reservoir 77
o
C, maka tentukan perubahan entropi keseluruhan sistem Diketahui : a. T
1
= 77 + 273 = 300 K b. T
2
= 77 + 273 = 350 K c. C
air
= 1 kalg °C d. m
air
= 100 g e. T
3
= 273 + 47 = 320 K f. T
4
= T
2
= 350 K Ditanyakan : a.
air reservoir
keseluruhan
, , dan
S S
S D
D D
= ...? b.
keseluruhan
S D
= ...? Jawab:
a. Perubahan entropi air
air
S D
air
S D
= Q
T D
=
2 1
air T
T
dT m C
T
ò
=
2 air
1
ln T
mC T
= 350
100 1 300
ln æ
ö ´ ´ ç
÷ è
ø = 15,42 kalK
Kalor yang diserap air dari reservoir Q
= m C
air
T
2
– T
1
= 100 × 1 × 350 – 300 = 5.000 kal
Perubahan entropi reservoir
reservoir
S D
reservoir
S D
= Q
T =
2
Q T
-
= - 5.000
350 = -14,28 kalK
tanda negatif - menunjukkan bahwa reservoir mengeluarkan kalor
Contoh 9.7
279
Termodinamika
Jika air sebagai sistem dan reservoir sebagai keliling lingkungan, maka perubahan entropi keseluruhan dapat dihitung sebagai berikut.
keseluruhan
S D
=
sistem sekeliling
S S
D + D
=
air
S D
+
reservoir
S D
= 15,42 – 14,28 = 1,14 kalK
b. Kalor yang diserap air dari reservoir 1 adalah Q
1
= m C
air
T
3
– T
1
= 100 × 1 × 320 – 300 = 2.000 kal
Perubahan entropi reservoir 1
1
S D =
3
Q T
- =
2.000 320
- = -6,25 kalK
Kalor yang diserap air dari reservoir 2 adalah Q
2
= m C
air
T
4
– T
3
= 100 × 1 × 350 – 320 = 3.000 kal
Perubahan entropi reservoir 2
2
S D
=
2 4
Q T
-
= 3.000
350 -
= -8,57 kalK Jika air sebagai sistem dan reservoir sebagai lingkungan
sekeliling, maka perubahan entropi keseluruhan dapat dihitung sebagai berikut.
keseluruhan
S D
=
sistem sekeliling
S S
D + D
=
air
S D
+
1
S D +
2
S D
= 15,42 + -6,25 – -8,57 = 15,42 – 14,82
= 0,6 kalK
280
Fisika SMAMA Kelas XI
2. Mesin Pendingin
Mesin yang menyerap kalor dari suhu rendah dan mengalirkannya pada suhu
tinggi dinamakan mesin pendingin refrigera- tor. Misalnya, pendingin rungan AC dan
almari es kulkas. Perhatikan Gambar 9.9 di samping
Kalor diserap dari suhu rendah T
2
dan kemudian diberikan pada suhu tinggi T
1
. Berdasarkan hukum kedua termodinamika,
kalor yang dilepaskan ke suhu tinggi sama dengan kerja yang ditambah kalor yang diserap. Secara matematis dapat ditulis dalam persamaan berikut.
Q
1
= Q
2
+ W Hasil bagi antara kalor yang masuk Q
1
dengan usaha yang diperlukan W dinamakan koefisien daya guna performansi yang diberi simbol K
p
. Secara umum, kulkas dan pendingin ruangan memiliki koefisien daya guna
dalam jangkauan 2 sampai 6. Makin tinggi nilai K
p
, makin baik kerja mesin tersebut.
2 p
Q K
W =
Untuk gas ideal berlaku:
2 p
Q K
W =
=
2 1
2
Q Q
Q -
=
2 1
2
T T
T -
Keterangan K
p
: koefisien daya guna Q
1
: kalor yang diberikan pada reservoir suhu tinggi J Q
2
: kalor yang diserap pada reservoir suhu rendah J W : usaha yang diperlukan J
T
1
: suhu reservoir suhu tinggi K T
2
: suhu reservoir suhu rendah K
Sebuah mesin pendingin ideal memiliki daya guna 7. Jika reservoir tinggi bersuhu 30
o
C, maka berapakah temperatur suhu rendahnya? Diketahui : a. K
p
= 7 b. T
1
= 30 + 273 = 303 K Ditanyakan : T
2
= ...?
Contoh 9.8
Gambar 9.9 Siklus mesin pendingin.
p
V D
C
B A
Q
1
Q
2
-W T
1
T
2
281
Termodinamika
Rangkuman
S oal Kompetensi 9.2
K
p
=
2 1
2
T T
T -
Þ
T
2
= K
p
T
1
– T
2
= 7 303 – T
2
= 2.121 – 7T
2
Þ
8T
2
= 2.121 T
2
= 265,12 K = 7,88° C
1. Suatu mesin kalor menyerap 10
5
kalori dari reservoir tinggi 527
o
C dan membuang kalor pada suhu 127
o
C. Jika usaha yang dilakukan mesin 4 x 10
4
kalori, maka hitunglah efisien mesin dan efisien maksimumnya
2. Sebuah lemari es refrigerator memiliki efisiensi 1
3 efisiensi refrigerator
carnot yang bekerja pada suhu –3° C dan 37
o
C. Refrigerator tersebut dapat menyerap kalor dari reservoir dingin sebesar 100 kaljam.
Berapa kalor yang dibuang oleh refrigerator ke reservoir suhu tinggi? 3. 20 gram es yang bersuhu -20° C dicampur dengan 100 gram air
yang bersuhu 80° C. Jika C
es
= 0,5 kalg °C, C
air
= 1 kalg °C, dan kalor lebur es K
L es
= 80 kalg, maka tentukan perubahan entropi sistem sistem terisolasi
1. Sistem adalah benda kerja atau objek yang ditinjau dan dibatasi oleh
permukaan tertutup. 2.
Lingkungan adalah segala sesuatu di luar sistem. 3.
Proses merupakan perubahan keadaan dari keadaan satu ke keadaan yang lain.
4. Usaha yang dilakukan sistem dinyatakan sebagai
W p V
= D
. 5.
Usaha pada proses isotermal T = konstan adalah
2 1
ln V
W n RT
V æ
ö =
ç ÷
è ø
. 6. Usaha pada proses isobarik p = konstan adalah W = p V
2
–V
1
.
