Makalah KALOR DAN HUKUM PERTAMA TERMODIN (1)
KALOR DAN HUKUM KE1TERMODINAMIKA
OLEH :
Kelompok 8
1. NANDA RAHMADANI
2. LINDA RAMADHANI HARAHAP
3. TESYA NATALIA MARPAUNG
4. SAMUEL TOM W. PADANG
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
2016
KATA PENGANTAR
1
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala limpahan Rahmat sehingga
kami dapat menyelesaikan penyusunan makalah ini dalam bentuk maupun isinya yang sangat
sederhana. Makalah ini kami buat untuk melengkapi tugas mata kuliah Termodinamika.
Harapan kami semoga makalah ini membantu menambah pengetahuan dan
pengalaman bagi para pembaca, sehingga kami dapat memperbaiki bentuk maupun isi
makalah ini sehingga kedepannya dapat lebih baik.
Makalah ini kami akui masih banyak kekurangan karena pengalaman yang saya miliki
sangat kurang. Oleh karena itu kami harapkan kepada para pembaca untuk memberikan
masukan-masukan yang bersifat membangun untuk kesempurnaan makalah ini.
Medan, 25 September 2016
Penulis
2
Daftar Isi :
KATA PENGANTAR…………………………………………………….………….i
DAFTAR ISI…………………………………………………………..……………..ii
BAB I PENDAHULUAN
1.1.
1.2.
1.3.
Latar Belakang………………...………………………………………..………...1
Rumusan Masalah………………………………………………………..……….1
Tujuan……………………………………………………………………..……...1
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Kalor………………………………………………………………………………………………………………………………2
2.2 Perpindahan Kalor Secara Kuasistatik…………………………………………………………………………….3
2.3 Perumusan Hukum Ke-1 Termodinamika……………………………………………………………………….5
2.4 Kapasitor Kalor……………………………………………………………………………………………………………….7
2.5 Persamaan Untuk Sistem Hidrostatik……………………………………………………………………………..9
BAB III PENUTUP
3.1. Kesimpulan………………………………………………………………………………………………………………….11
3.2. Saran…………………………………………………….…………………………………………………………………….11
DAFTAR PUSTAKA
3
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Termodinamika berasal dari bahasa Yunani: thermos = panas
and dynamic = perubahan, dengan kata lain termodinamika adalah fisika
energi, panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika
berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana banyak hubungan
termodinamika berasal. Jadi, secara kompleks termodinamika adalah ilmu
tentang energi, yang secara spesifik membahas tentang hubungan antara
energi panas dengan kerja.
Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain, baik secara
alami maupun hasil rekayasa teknologi. Selain itu, energi di alam semesta
bersifat kekal, tidak dapat
dimusnahkan atau dihilangkan, yang terjadi
adalah perubahan energi dari satu bentuk menjadi bentuk lain tanpa ada
pengurangan atau penambahan. Hal ini erat hubungannya dengan
hukum–hukum dasar pada termodinamika. Dalam makalah ini kami akan
membahas tentang hukum pertama termodinamika dan kapasitas kalor
gas. Hukum termodinamika kebenarannya sangat umum, dan hukumhukum ini tidak bergantung kepada rincian dari interaksi atau sistem yang
diteliti. Ini berarti mereka dapat diterapkan ke sistem di mana seseorang
tidak tahu apa pun kecuali perimbangan transfer energi dan wujud di
antara mereka dan lingkungan.
1.2
Rumusan Masalah
1.
2.
3.
4.
5.
1.3
Apa yang dimaksud dengan kalor ?
Bagaimana proses perpindahan kalor secara kuasistatik?
Bagaimana perumusan pada hukum ke-1 termodinamika?
Apa yang dimaksud kapasitas kalor ?
Bagaimana persamaan untuk system hidrostatis?
Tujuan
1.
2.
3.
4.
5.
Mengetahui definisi dari kalor
Mengetahui proses perpindahan kalor secara kuasistatik
Dapat menuliskan perumusan pada hukum ke-1 termodinamika
Mengetahui definisi dari kapasitas kalor
Mengetahui persamaan untuk system hidrostatis
BAB II
PEMBAHASAN
4.1 Kalor
4
Kalor didefinisikan sebagai energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. Secara umum
untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu dengan mengukur suhu
benda tersebut. Jika suhunya tinggi maka kalor yang dikandung oleh benda sangat besar,
begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang dikandung sedikit.
Dari hasil percobaan yang sering dilakukan besar kecilnya kalor yang dibutuhkan suatu
benda(zat) bergantung pada 3 faktor : massa zat, jenis zat (kalor jenis), perubahan suhu
Sehingga secara matematis dapat dirumuskan :
Q = m.c.(t2 – t1)
Kalor dapat dibagi menjadi 2 jenis
Kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu
Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud (kalor laten), persamaan yang
digunakan dalam kalor laten ada dua macam Q = m.U dan Q = m.L. Dengan U adalah
kalor uap (J/kg) dan L adalah kalor lebur (J/kg)
Dalam pembahasan kalor ada dua kosep yang hampir sama tetapi berbeda yaitu kapasitas
kalor (H) dan kalor jenis (c) :
1. Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda
sebesar 1 derajat celcius.
H = Q/(t2-t1)
2. Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg zat
sebesar 1 derajat celcius. Alat yang digunakan untuk menentukan besar kalor jenis
adalah kalorimeter.
c = Q/m.(t2-t1)
Bila kedua persamaan tersebut dihubungkan maka terbentuk persamaan baru
H = m.c
Kalor merupakan bentuk energi maka dapat berubah dari satu bentuk kebentuk yang
lain. Berdasarkan Hukum Kekekalan Energi maka energi listrik dapat berubah menjadi energi
kalor dan juga sebaliknya energi kalor dapat berubah menjadi energi listrik. Dalam
5
pembahasan ini hanya akan diulas tentang hubungan energi listrik dengan energi kalor. Alat
yang digunakan mengubah energi listrik menjadi energi kalor adalah ketel listrik, pemanas
listrik, dll.
Besarnya energi listrik yang diubah atau diserap sama dengan besar kalor yang dihasilkan.
Sehingga secara matematis dapat dirumuskan:
W=Q
Untuk menghitung energi listrik digunakan persamaan sebagai berikut :
W = P.t
Keterangan :
W adalah energi listrik (J)
P adalah daya listrik (W)
t adalah waktu yang diperlukan (s)
Bila rumus kalor yang digunakan adalah Q = m.c.(t2 – t1) maka diperoleh persamaan :
P.t = m.c.(t2 – t1)
4.2 Perpindahan Kalor Secara Kuasistatik
Setiap proses termodinamika ditandai oleh perubahan variabel termodinamika
makroskopik yang terkait dengannya. Sebuah proses isotermal adalah saat di mana semua
perkembangan terjadi pada suhu konstan.
Dalam bahasa termodinamika, itu adalah proses yang ditandai dengan ΔT = 0. Ini
dapat terjadi karena kontak dengan reservoir termal. Pertukaran kalor sistem dan perubahan
keadaan perlahan-lahan (ΔQ ≠ 0), sambil mempertahankan suhu, yang sama dengan suhu
reservoir.
Hukum gas ideal dinyatakan sebagai: PV = nRT, dimana P adalah tekanan, V adalah
volume, dan T adalah suhu sistem, sedangkan ‘n’ adalah jumlah mol gas. Selama proses
isotermal, ‘nRT’ menjadi konstan dan persamaan keadaan untuk gas dapat ditulis sebagai:
PV = Konstan
6
Ini adalah Hukum Boyle dalam termodinamika, yang menggambarkan variasi volume
dan tekanan, dalam kondisi isotermal. Jika grafik perubahan tekanan dan volume yang
dihasilkan, untuk suhu konstan, berbagai variasi tekanan dan volume akan memenuhi
persamaan tersebut. Sebuah grafik dapat dihasilkan, yang menampilkan perkembangan dari
sistem, di bawah kondisi isotermal.
Semua kurva ini dikenal sebagai ‘Isotermal’. Dalam kasus gas ideal, selama proses
isotermal, energi internal tetap tidak berubah, karena suhu tetap (ΔU = 0) konstan. Namun,
karena hukum pertama termodinamika, dalam hal ini menyatakan bahwa ΔU = ΔQ + ΔW,
kita sampai pada kesimpulan bahwa ΔQ = – ΔW. Ini berarti bahwa semua masukan kalor dari
sistem tersebut digunakan untuk melakukan usaha.
Untuk proses reversibel, ekspresi untuk usaha yang dilakukan, diberikan oleh persamaan
berikut:
Wiso = – nRT ln (Vfinal / Vinitial)
Dalam persamaan ini, Wiso adalah usaha yang dilakukan dalam proses isotermal, Vfinal
adalah volume akhir, dan Vinitial adalah volume awal dari sistem, yang mengalami perubahan
isotermal. Jika gas akan dikompresi, karena sistem ini mengalami proses isotermal (Vfinal –
Vinitial 0), usaha yang dilakukan adalah negatif. Dalam hal ini, usaha dilakukan oleh
sistem, untuk ekspansi.
Ini adalah proses termodinamika yang penting untuk dipelajari, yang memiliki
aplikasi luas dalam bidang sains dan teknik. Hal ini penting ketika mempelajari siklus Carnot,
yang merupakan salah satu proses yang paling penting dalam termodinamika teknik.
4.3 Perumusan Hukum Ke-1 Termodinamika
7
Keseluruhan energi potensial dan energi kinetik zat-zat yang terdapat dalam suatu
sistem, disebut energi dalam, U.
ENERGI DALAM merupakan fungsi keadaan karena besarnya hanya bergantung
pada keadaan sistem.
Bila dalam suatu perubahan sistem menyerap sejumlah (kecil) kalor, δq, dan
melakukan kerja (kecil), δw, maka sistem akan mengalami perubahan energi dalam, dU,
sebesar
dU = δq + δw..……………………(1)
untuk perubahan yang besar pada suatu sistem dari keadaan 1 (energi dalam U1) ke
keadaan 2 (energi dalam U2), maka akan terjadi perubahan energi dalam (ΔU),
sebesar
ΔU = U2 - U1……………………(2)
sehingga diperoleh
U2 - U1 = q + w.………………(3)
ΔU = q + w…………………..(4)
Persamaan (4) merupakan bentuk matematik dari hukum pertama termodinamika. Menurut
ungkapan ini, energi suatu sistem dapat berubah melalui kalor dan kerja. Bila kerja yang
dilakukan oleh sistem hanya terbatas pada kerja ekspansi (misalnya pada kebanyakan reaksi
kimia), maka persamaan (4) dapat diubah menjadi
dU = δq – p dV.……..…………(5)
pada volume tetap, dV = 0,
maka : dU = δq.………………….. (6)
atau untuk perubahan besar,
ΔU = q………………………. (7)
Menurut persamaan (7) perubahan energi dalam adalah kalor yang diserap oleh sistem bila
proses berlangsung pada volume tetap.
Fungsi Entalpi dan Perubahan Entalpi :
Kebanyakan reaksi-reaksi kimia dilakukan pada tekanan tetap yang sama dengan
tekanan atmosfir.
Dalam hal ini, bila pada persamaan (11) dU = δq – p dV
diintegrasikan (di mana p ialah tekanan sistem), Akan diperoleh
U2 – U1 = q - p(V2 - V1)…………………..(8)
dan karena
8
p1 = p2 = p, maka
(U2 + p2V2) - (U1 + p1V1) = q…………… (9)
oleh karena U, p dan V adalah fungsi keadaan, maka (U + pV) juga merupakan fungsi
keadaan.
Fungsi ini disebut ENTALPI, H,
H=U+pV .
Jadi, menurut persamaan (9),
H2 - H1 = q
ΔH = q………………...(10)
Berdasarkan hasil ini dapat dikatakan bahwa :
KALOR YANG DIPERTUKARKAN ANTARA SISTEM DAN LINGKUNGAN
PADA TEKANAN TETAP BESARNYA SAMA DENGAN PERUBAHAN ENTALPI
SISTEM.
Mengingat entalpi, H merupakan fungsi keadaan, maka perubahan entalpi, ΔH, hanya
bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir sistem.
4.4 Kapasitas Kalor
Kapasitas kalor gas adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu
gas sebesar 1°C, untuk volume tetap disebut CV dan untuk tekanan tetap disebut Cp.
Secara matematis, kapasitas kalor (C) dinyatakan dengan persamaan :
C = Q/ΔT
Pada gas, perubahan suhu dapat dilakukan dengan proses isobarik atau proses isokhorik.
Dengan demikian, kapasitas kalor gas dapat dibedakan menjadi dua, yakni kapasitas kalor
pada tekanan tetap (Cp) dan kapasitas kalor pada volume tetap (V). Perumusan kedua pada
kapasitas kalor tersebut secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.
Cp = QP/ΔT dan CV = QV/ΔT
Jika besaran QP dan QV dimasukkan ke dalam persamaan Hukum Pertama Termodinamika,
akan didapatkan persamaan berikut.
9
a. Pada proses isokhorik
QV = ΔU + W
Oleh karena dalam proses ini volume sistem tetap (ΔU = 0) maka usaha sistem W = 0
sehingga didapatkan persamaan :
QV = ΔU
b. Pada proses isobarik
QP = ΔU + W
Oleh karena dalam proses ini tekanan sistem tetap ( Δp + 0), usaha sistem W = p ΔV. Dengan
demikian, persamaan Hukum Pertama Termodinamika dapat dituliskan
QP = ΔU + p ΔV
Dengan melakukan substitusi Persamaan
Qp = ΔU + p ΔV atau Qp – QV = p ΔV
Selanjutnya, diperoleh persamaan
(Cp ΔT) – (CV ΔT) = p ΔV
(Cp CV)ΔT = p ΔV
Cp – CV = p ΔV / ΔT
Berdasarkan persamaan keadaan gas ideal pV = nRT,
Cp – CV = nR
Untuk gas monoatomik, energi dalam gas dinyatakan dengan persamaan :
ΔU = 3/2 nRΔT
10
Dengan demikian, kapasitas kalor pada proses isokhorik (QV = ΔU) dapat dituliskan sebagai :
CV = 3/2 nR (9–26)
Catatan Fisika :
Umumnya memasak melibatkan proses isobarik. Hal ini disebabkan karena tekanan udara di
atas panci, wajan, atau dalam oven microwave tetap konstan sementara makanan dipanaskan.
(Sumber: Fisika Universitas, 2000)
Besar Cp dapat ditentukan dari Persamaan sehingga diperoleh :
Cp = CV + nR
Cp = 3/2 nR + nR
Cp = 5/2 nR
4.5 Persamaan Untuk Sistem Hidrostatis
Sistem hidrostatis merupakan zat kimia yang tidak diperhatikan sifat kelistrikannya,
kemagnetannya, elastisitasnya, dan sifat tegangan permukaannnya. Sistem hidrostatis ada
dua, yaitu: zat murni dan zat tak murni. Contoh sistem hidrostatis adalah: gas, cairan, atau
padatan.
Sistem hidrostatis disebut zat murni apabila terdiri atas satu senyawa kimia saja dan
berada dalam keadaan setimbang termodinamis. Misalnya: Es (H 2O), Air (H2O), Uap Air
(H2O), Karbondioksida (CO2), Hidrogen (H2), Nitrogen (N2), atau Oksigen (O2).
Karbondioksida, hidrogen, nitrogen, dan oksigen dapat berada dalam wujud padatan, gas,
maupun cairan.
Sistem hidrostatis disebut zat tak murni apabila terdiri atas campuran zat murni yang
berada dalam keadaan setimbang termodinamis. Misalnya: udara yang terdiri dari campuran
oksigen, nitrogen, uap air, dan karbondioksida. Dalam udara masih ada beberapa jenis gas
lagi, namun jumlahnya sedikit sekali, misalnya gas argon, helium, neon, dan gas kripton.
Persamaan keadaan sistem hidrostatis dinyatakan dalam fungsi
f(p,V.T) = 0
a. Gas Ideal, dengan persamaan keadaan: p V = n R T
11
b. Gas Clausius, dengan persamaan kedaan: p (v – b) = R T
c. Gas van der Waals, dengan persamaan keadaan
Dalam bentuk lain persamaan keadaan gas van der Waals dapat ditulis sebagai berikut.
p v2 – (p b + R T) v2 + a v – a b = 0
d. Persamaan keadaan gas real sebagai berikut.
A, B, C, dan seterusnya disebut sebagai koefisien virial yang merupakan fungsi temperatur.
Karena persamaan 3.8.b sama dengan persamaan 3.9, maka diperoleh:
A = R T, B = R T b, C = R T b2,
12
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Kalor didefinisikan sebagai energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. Secara umum
untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu dengan mengukur suhu
benda tersebut. Jika suhunya tinggi maka kalor yang dikandung oleh benda sangat besar,
begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang dikandung sedikit. Setiap proses
termodinamika ditandai oleh perubahan variabel termodinamika makroskopik yang terkait
dengannya. Sebuah proses isotermal adalah saat di mana semua perkembangan terjadi pada
suhu konstan. Bila dalam suatu perubahan sistem menyerap sejumlah (kecil) kalor, δq, dan
melakukan kerja (kecil), δw, maka sistem akan mengalami perubahan energi dalam, dU,
sebesar dU = δq + δw. Kapasitas kalor gas adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk
menaikkan suhu gas sebesar 1°C, untuk volume tetap disebut CV dan untuk tekanan tetap
disebut Cp. Secara matematis, kapasitas kalor (C) dinyatakan dengan persamaan : C = Q/ΔT.
Sistem hidrostatis disebut zat tak murni apabila terdiri atas campuran zat murni yang berada
dalam keadaan setimbang termodinamis. Misalnya: udara yang terdiri dari campuran oksigen,
nitrogen, uap air, dan karbondioksida. Dalam udara masih ada beberapa jenis gas lagi, namun
jumlahnya sedikit sekali, misalnya gas argon, helium, neon, dan gas kripton. Persamaan
keadaan sistem hidrostatis dinyatakan dalam fungsi : f(p,V.T) = 0
3.2 Saran
Dengan adanya makalah ini, penulis berharap makalah ini dapat dijadikan sebagai
bahan referensi dalam memahami dunia fisika khususnya mengenai termodinamika. Makalah
ini juga dapat dijadikan sebagai bahan ajar. Dan mudah-mudahan dapat bermanfaat dalam
kehidupan sehari-hari.
Daftar Pustaka
http://ilmualam.net/penjelasan-pengertian-proses-isotermal.html
13
http://14komangekayanapendidikanfisika69.blogspot.co.id/2014/02/materi-tentang-kalorlengkap.html
https://intipsthermo.wordpress.com/author/rifkymuhamad67/
14
OLEH :
Kelompok 8
1. NANDA RAHMADANI
2. LINDA RAMADHANI HARAHAP
3. TESYA NATALIA MARPAUNG
4. SAMUEL TOM W. PADANG
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
2016
KATA PENGANTAR
1
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala limpahan Rahmat sehingga
kami dapat menyelesaikan penyusunan makalah ini dalam bentuk maupun isinya yang sangat
sederhana. Makalah ini kami buat untuk melengkapi tugas mata kuliah Termodinamika.
Harapan kami semoga makalah ini membantu menambah pengetahuan dan
pengalaman bagi para pembaca, sehingga kami dapat memperbaiki bentuk maupun isi
makalah ini sehingga kedepannya dapat lebih baik.
Makalah ini kami akui masih banyak kekurangan karena pengalaman yang saya miliki
sangat kurang. Oleh karena itu kami harapkan kepada para pembaca untuk memberikan
masukan-masukan yang bersifat membangun untuk kesempurnaan makalah ini.
Medan, 25 September 2016
Penulis
2
Daftar Isi :
KATA PENGANTAR…………………………………………………….………….i
DAFTAR ISI…………………………………………………………..……………..ii
BAB I PENDAHULUAN
1.1.
1.2.
1.3.
Latar Belakang………………...………………………………………..………...1
Rumusan Masalah………………………………………………………..……….1
Tujuan……………………………………………………………………..……...1
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Kalor………………………………………………………………………………………………………………………………2
2.2 Perpindahan Kalor Secara Kuasistatik…………………………………………………………………………….3
2.3 Perumusan Hukum Ke-1 Termodinamika……………………………………………………………………….5
2.4 Kapasitor Kalor……………………………………………………………………………………………………………….7
2.5 Persamaan Untuk Sistem Hidrostatik……………………………………………………………………………..9
BAB III PENUTUP
3.1. Kesimpulan………………………………………………………………………………………………………………….11
3.2. Saran…………………………………………………….…………………………………………………………………….11
DAFTAR PUSTAKA
3
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Termodinamika berasal dari bahasa Yunani: thermos = panas
and dynamic = perubahan, dengan kata lain termodinamika adalah fisika
energi, panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika
berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana banyak hubungan
termodinamika berasal. Jadi, secara kompleks termodinamika adalah ilmu
tentang energi, yang secara spesifik membahas tentang hubungan antara
energi panas dengan kerja.
Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain, baik secara
alami maupun hasil rekayasa teknologi. Selain itu, energi di alam semesta
bersifat kekal, tidak dapat
dimusnahkan atau dihilangkan, yang terjadi
adalah perubahan energi dari satu bentuk menjadi bentuk lain tanpa ada
pengurangan atau penambahan. Hal ini erat hubungannya dengan
hukum–hukum dasar pada termodinamika. Dalam makalah ini kami akan
membahas tentang hukum pertama termodinamika dan kapasitas kalor
gas. Hukum termodinamika kebenarannya sangat umum, dan hukumhukum ini tidak bergantung kepada rincian dari interaksi atau sistem yang
diteliti. Ini berarti mereka dapat diterapkan ke sistem di mana seseorang
tidak tahu apa pun kecuali perimbangan transfer energi dan wujud di
antara mereka dan lingkungan.
1.2
Rumusan Masalah
1.
2.
3.
4.
5.
1.3
Apa yang dimaksud dengan kalor ?
Bagaimana proses perpindahan kalor secara kuasistatik?
Bagaimana perumusan pada hukum ke-1 termodinamika?
Apa yang dimaksud kapasitas kalor ?
Bagaimana persamaan untuk system hidrostatis?
Tujuan
1.
2.
3.
4.
5.
Mengetahui definisi dari kalor
Mengetahui proses perpindahan kalor secara kuasistatik
Dapat menuliskan perumusan pada hukum ke-1 termodinamika
Mengetahui definisi dari kapasitas kalor
Mengetahui persamaan untuk system hidrostatis
BAB II
PEMBAHASAN
4.1 Kalor
4
Kalor didefinisikan sebagai energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. Secara umum
untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu dengan mengukur suhu
benda tersebut. Jika suhunya tinggi maka kalor yang dikandung oleh benda sangat besar,
begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang dikandung sedikit.
Dari hasil percobaan yang sering dilakukan besar kecilnya kalor yang dibutuhkan suatu
benda(zat) bergantung pada 3 faktor : massa zat, jenis zat (kalor jenis), perubahan suhu
Sehingga secara matematis dapat dirumuskan :
Q = m.c.(t2 – t1)
Kalor dapat dibagi menjadi 2 jenis
Kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu
Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud (kalor laten), persamaan yang
digunakan dalam kalor laten ada dua macam Q = m.U dan Q = m.L. Dengan U adalah
kalor uap (J/kg) dan L adalah kalor lebur (J/kg)
Dalam pembahasan kalor ada dua kosep yang hampir sama tetapi berbeda yaitu kapasitas
kalor (H) dan kalor jenis (c) :
1. Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda
sebesar 1 derajat celcius.
H = Q/(t2-t1)
2. Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg zat
sebesar 1 derajat celcius. Alat yang digunakan untuk menentukan besar kalor jenis
adalah kalorimeter.
c = Q/m.(t2-t1)
Bila kedua persamaan tersebut dihubungkan maka terbentuk persamaan baru
H = m.c
Kalor merupakan bentuk energi maka dapat berubah dari satu bentuk kebentuk yang
lain. Berdasarkan Hukum Kekekalan Energi maka energi listrik dapat berubah menjadi energi
kalor dan juga sebaliknya energi kalor dapat berubah menjadi energi listrik. Dalam
5
pembahasan ini hanya akan diulas tentang hubungan energi listrik dengan energi kalor. Alat
yang digunakan mengubah energi listrik menjadi energi kalor adalah ketel listrik, pemanas
listrik, dll.
Besarnya energi listrik yang diubah atau diserap sama dengan besar kalor yang dihasilkan.
Sehingga secara matematis dapat dirumuskan:
W=Q
Untuk menghitung energi listrik digunakan persamaan sebagai berikut :
W = P.t
Keterangan :
W adalah energi listrik (J)
P adalah daya listrik (W)
t adalah waktu yang diperlukan (s)
Bila rumus kalor yang digunakan adalah Q = m.c.(t2 – t1) maka diperoleh persamaan :
P.t = m.c.(t2 – t1)
4.2 Perpindahan Kalor Secara Kuasistatik
Setiap proses termodinamika ditandai oleh perubahan variabel termodinamika
makroskopik yang terkait dengannya. Sebuah proses isotermal adalah saat di mana semua
perkembangan terjadi pada suhu konstan.
Dalam bahasa termodinamika, itu adalah proses yang ditandai dengan ΔT = 0. Ini
dapat terjadi karena kontak dengan reservoir termal. Pertukaran kalor sistem dan perubahan
keadaan perlahan-lahan (ΔQ ≠ 0), sambil mempertahankan suhu, yang sama dengan suhu
reservoir.
Hukum gas ideal dinyatakan sebagai: PV = nRT, dimana P adalah tekanan, V adalah
volume, dan T adalah suhu sistem, sedangkan ‘n’ adalah jumlah mol gas. Selama proses
isotermal, ‘nRT’ menjadi konstan dan persamaan keadaan untuk gas dapat ditulis sebagai:
PV = Konstan
6
Ini adalah Hukum Boyle dalam termodinamika, yang menggambarkan variasi volume
dan tekanan, dalam kondisi isotermal. Jika grafik perubahan tekanan dan volume yang
dihasilkan, untuk suhu konstan, berbagai variasi tekanan dan volume akan memenuhi
persamaan tersebut. Sebuah grafik dapat dihasilkan, yang menampilkan perkembangan dari
sistem, di bawah kondisi isotermal.
Semua kurva ini dikenal sebagai ‘Isotermal’. Dalam kasus gas ideal, selama proses
isotermal, energi internal tetap tidak berubah, karena suhu tetap (ΔU = 0) konstan. Namun,
karena hukum pertama termodinamika, dalam hal ini menyatakan bahwa ΔU = ΔQ + ΔW,
kita sampai pada kesimpulan bahwa ΔQ = – ΔW. Ini berarti bahwa semua masukan kalor dari
sistem tersebut digunakan untuk melakukan usaha.
Untuk proses reversibel, ekspresi untuk usaha yang dilakukan, diberikan oleh persamaan
berikut:
Wiso = – nRT ln (Vfinal / Vinitial)
Dalam persamaan ini, Wiso adalah usaha yang dilakukan dalam proses isotermal, Vfinal
adalah volume akhir, dan Vinitial adalah volume awal dari sistem, yang mengalami perubahan
isotermal. Jika gas akan dikompresi, karena sistem ini mengalami proses isotermal (Vfinal –
Vinitial 0), usaha yang dilakukan adalah negatif. Dalam hal ini, usaha dilakukan oleh
sistem, untuk ekspansi.
Ini adalah proses termodinamika yang penting untuk dipelajari, yang memiliki
aplikasi luas dalam bidang sains dan teknik. Hal ini penting ketika mempelajari siklus Carnot,
yang merupakan salah satu proses yang paling penting dalam termodinamika teknik.
4.3 Perumusan Hukum Ke-1 Termodinamika
7
Keseluruhan energi potensial dan energi kinetik zat-zat yang terdapat dalam suatu
sistem, disebut energi dalam, U.
ENERGI DALAM merupakan fungsi keadaan karena besarnya hanya bergantung
pada keadaan sistem.
Bila dalam suatu perubahan sistem menyerap sejumlah (kecil) kalor, δq, dan
melakukan kerja (kecil), δw, maka sistem akan mengalami perubahan energi dalam, dU,
sebesar
dU = δq + δw..……………………(1)
untuk perubahan yang besar pada suatu sistem dari keadaan 1 (energi dalam U1) ke
keadaan 2 (energi dalam U2), maka akan terjadi perubahan energi dalam (ΔU),
sebesar
ΔU = U2 - U1……………………(2)
sehingga diperoleh
U2 - U1 = q + w.………………(3)
ΔU = q + w…………………..(4)
Persamaan (4) merupakan bentuk matematik dari hukum pertama termodinamika. Menurut
ungkapan ini, energi suatu sistem dapat berubah melalui kalor dan kerja. Bila kerja yang
dilakukan oleh sistem hanya terbatas pada kerja ekspansi (misalnya pada kebanyakan reaksi
kimia), maka persamaan (4) dapat diubah menjadi
dU = δq – p dV.……..…………(5)
pada volume tetap, dV = 0,
maka : dU = δq.………………….. (6)
atau untuk perubahan besar,
ΔU = q………………………. (7)
Menurut persamaan (7) perubahan energi dalam adalah kalor yang diserap oleh sistem bila
proses berlangsung pada volume tetap.
Fungsi Entalpi dan Perubahan Entalpi :
Kebanyakan reaksi-reaksi kimia dilakukan pada tekanan tetap yang sama dengan
tekanan atmosfir.
Dalam hal ini, bila pada persamaan (11) dU = δq – p dV
diintegrasikan (di mana p ialah tekanan sistem), Akan diperoleh
U2 – U1 = q - p(V2 - V1)…………………..(8)
dan karena
8
p1 = p2 = p, maka
(U2 + p2V2) - (U1 + p1V1) = q…………… (9)
oleh karena U, p dan V adalah fungsi keadaan, maka (U + pV) juga merupakan fungsi
keadaan.
Fungsi ini disebut ENTALPI, H,
H=U+pV .
Jadi, menurut persamaan (9),
H2 - H1 = q
ΔH = q………………...(10)
Berdasarkan hasil ini dapat dikatakan bahwa :
KALOR YANG DIPERTUKARKAN ANTARA SISTEM DAN LINGKUNGAN
PADA TEKANAN TETAP BESARNYA SAMA DENGAN PERUBAHAN ENTALPI
SISTEM.
Mengingat entalpi, H merupakan fungsi keadaan, maka perubahan entalpi, ΔH, hanya
bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir sistem.
4.4 Kapasitas Kalor
Kapasitas kalor gas adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu
gas sebesar 1°C, untuk volume tetap disebut CV dan untuk tekanan tetap disebut Cp.
Secara matematis, kapasitas kalor (C) dinyatakan dengan persamaan :
C = Q/ΔT
Pada gas, perubahan suhu dapat dilakukan dengan proses isobarik atau proses isokhorik.
Dengan demikian, kapasitas kalor gas dapat dibedakan menjadi dua, yakni kapasitas kalor
pada tekanan tetap (Cp) dan kapasitas kalor pada volume tetap (V). Perumusan kedua pada
kapasitas kalor tersebut secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.
Cp = QP/ΔT dan CV = QV/ΔT
Jika besaran QP dan QV dimasukkan ke dalam persamaan Hukum Pertama Termodinamika,
akan didapatkan persamaan berikut.
9
a. Pada proses isokhorik
QV = ΔU + W
Oleh karena dalam proses ini volume sistem tetap (ΔU = 0) maka usaha sistem W = 0
sehingga didapatkan persamaan :
QV = ΔU
b. Pada proses isobarik
QP = ΔU + W
Oleh karena dalam proses ini tekanan sistem tetap ( Δp + 0), usaha sistem W = p ΔV. Dengan
demikian, persamaan Hukum Pertama Termodinamika dapat dituliskan
QP = ΔU + p ΔV
Dengan melakukan substitusi Persamaan
Qp = ΔU + p ΔV atau Qp – QV = p ΔV
Selanjutnya, diperoleh persamaan
(Cp ΔT) – (CV ΔT) = p ΔV
(Cp CV)ΔT = p ΔV
Cp – CV = p ΔV / ΔT
Berdasarkan persamaan keadaan gas ideal pV = nRT,
Cp – CV = nR
Untuk gas monoatomik, energi dalam gas dinyatakan dengan persamaan :
ΔU = 3/2 nRΔT
10
Dengan demikian, kapasitas kalor pada proses isokhorik (QV = ΔU) dapat dituliskan sebagai :
CV = 3/2 nR (9–26)
Catatan Fisika :
Umumnya memasak melibatkan proses isobarik. Hal ini disebabkan karena tekanan udara di
atas panci, wajan, atau dalam oven microwave tetap konstan sementara makanan dipanaskan.
(Sumber: Fisika Universitas, 2000)
Besar Cp dapat ditentukan dari Persamaan sehingga diperoleh :
Cp = CV + nR
Cp = 3/2 nR + nR
Cp = 5/2 nR
4.5 Persamaan Untuk Sistem Hidrostatis
Sistem hidrostatis merupakan zat kimia yang tidak diperhatikan sifat kelistrikannya,
kemagnetannya, elastisitasnya, dan sifat tegangan permukaannnya. Sistem hidrostatis ada
dua, yaitu: zat murni dan zat tak murni. Contoh sistem hidrostatis adalah: gas, cairan, atau
padatan.
Sistem hidrostatis disebut zat murni apabila terdiri atas satu senyawa kimia saja dan
berada dalam keadaan setimbang termodinamis. Misalnya: Es (H 2O), Air (H2O), Uap Air
(H2O), Karbondioksida (CO2), Hidrogen (H2), Nitrogen (N2), atau Oksigen (O2).
Karbondioksida, hidrogen, nitrogen, dan oksigen dapat berada dalam wujud padatan, gas,
maupun cairan.
Sistem hidrostatis disebut zat tak murni apabila terdiri atas campuran zat murni yang
berada dalam keadaan setimbang termodinamis. Misalnya: udara yang terdiri dari campuran
oksigen, nitrogen, uap air, dan karbondioksida. Dalam udara masih ada beberapa jenis gas
lagi, namun jumlahnya sedikit sekali, misalnya gas argon, helium, neon, dan gas kripton.
Persamaan keadaan sistem hidrostatis dinyatakan dalam fungsi
f(p,V.T) = 0
a. Gas Ideal, dengan persamaan keadaan: p V = n R T
11
b. Gas Clausius, dengan persamaan kedaan: p (v – b) = R T
c. Gas van der Waals, dengan persamaan keadaan
Dalam bentuk lain persamaan keadaan gas van der Waals dapat ditulis sebagai berikut.
p v2 – (p b + R T) v2 + a v – a b = 0
d. Persamaan keadaan gas real sebagai berikut.
A, B, C, dan seterusnya disebut sebagai koefisien virial yang merupakan fungsi temperatur.
Karena persamaan 3.8.b sama dengan persamaan 3.9, maka diperoleh:
A = R T, B = R T b, C = R T b2,
12
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Kalor didefinisikan sebagai energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. Secara umum
untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu dengan mengukur suhu
benda tersebut. Jika suhunya tinggi maka kalor yang dikandung oleh benda sangat besar,
begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang dikandung sedikit. Setiap proses
termodinamika ditandai oleh perubahan variabel termodinamika makroskopik yang terkait
dengannya. Sebuah proses isotermal adalah saat di mana semua perkembangan terjadi pada
suhu konstan. Bila dalam suatu perubahan sistem menyerap sejumlah (kecil) kalor, δq, dan
melakukan kerja (kecil), δw, maka sistem akan mengalami perubahan energi dalam, dU,
sebesar dU = δq + δw. Kapasitas kalor gas adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk
menaikkan suhu gas sebesar 1°C, untuk volume tetap disebut CV dan untuk tekanan tetap
disebut Cp. Secara matematis, kapasitas kalor (C) dinyatakan dengan persamaan : C = Q/ΔT.
Sistem hidrostatis disebut zat tak murni apabila terdiri atas campuran zat murni yang berada
dalam keadaan setimbang termodinamis. Misalnya: udara yang terdiri dari campuran oksigen,
nitrogen, uap air, dan karbondioksida. Dalam udara masih ada beberapa jenis gas lagi, namun
jumlahnya sedikit sekali, misalnya gas argon, helium, neon, dan gas kripton. Persamaan
keadaan sistem hidrostatis dinyatakan dalam fungsi : f(p,V.T) = 0
3.2 Saran
Dengan adanya makalah ini, penulis berharap makalah ini dapat dijadikan sebagai
bahan referensi dalam memahami dunia fisika khususnya mengenai termodinamika. Makalah
ini juga dapat dijadikan sebagai bahan ajar. Dan mudah-mudahan dapat bermanfaat dalam
kehidupan sehari-hari.
Daftar Pustaka
http://ilmualam.net/penjelasan-pengertian-proses-isotermal.html
13
http://14komangekayanapendidikanfisika69.blogspot.co.id/2014/02/materi-tentang-kalorlengkap.html
https://intipsthermo.wordpress.com/author/rifkymuhamad67/
14