SUHU KALOR (TEORI KINETIK GAS –TKG TERMODINAMIKA)

  

SUHU & KALOR

(TEORI KINETIK GAS –TKG &

TERMODINAMIKA)

  

Nurun Nayiroh, M.Si

Teori Kinetik Gas (TKG)

  Suatu teori yang menggunakan tinjauan

energi dan gaya antara partikel-partikel zat

untuk menyelidiki sifat-sifatnya. Sifat yang dimaksud adalah sifat zat secara

keseluruhan sebagai hasil rata-rata kelakuan

partikel-partikel zat tersebut.

  

Pengertian Gas Ideal

  Gas ideal adalah gas yang memenuhi persamaan: PV = nRT

  Keterangan: P = tekanan gas V = volume yang ditempati n = jumlah mol gas R = tetapan gas = 8,31. 10

  3

  joule/mol.K T = temperatur mutlak gas

  Sifat-sifat gas ideal:

  Gas terdiri dari partikel yang sangat banyak dan antara partikel- partikel tidak ada gaya tarik-menarik. Untuk 1 liter gas pada tekanan 1 atm terdapat ~2×10

  22

  partikel Partikel-partikel gas tersebar merata pada seluruh ruang Setiap partikel senantiasa bergerak dengan arah sembarang atau acak Jarak antar partikel >> ukuran partikel sehingga dapat dianggap benda titik Jarak antar partikel untuk 1 liter gas tekanan 1 atm sekitar 3×10

• 9
• 10

  m sedangkan ukuran partikel ~ 10

  m Interaksi antar partikel hanya terjadi saat tumbukan Tumbukan (antar partikel, partikel dan dinding) bersifat elastik

  Berlaku Hukum Newton tentang gerak Temperatur dan Tekanan gas ideal

  Temperatur gas ideal Semakin tinggi temperatur, semakin besar kecepata partikel gas.

  Semakin besar kecepatan partikel gas berarti semakin besar energi kinetiknya. _-23 Konstanta Boltzman= 1,38.10 joule/k

  Tekanan gas ideal Dar i persamaan gas ideal PV=nRT, dapat dituliskan persamaan keadaan gas ideal berikut:

  PV = NkT _% ! "#! $ # %& '

  ( ) * ! + Karena n = N/N dan N .k = R Hubungan antara tekanan gasi deal, energi kinetik dan volume dirumuskan oleh:

  P = 2/3 (N.Ek/V)

  Energi dalam gas (U)

  Di dalam gas tidak ada energi lain kecuali energi kinetik, sehingga energi kinetik disebut juga energi dalam (U). Untuk gas monoatomik (artinya tiap molekul mengandung satu atom) besarnya energi dalam ditentukan oleh:

  U = 3/2 NkT Contoh gas monoatomik: He, Ne, Ar Untuk gas diatomik (tiap molekul mengandung dua atom) besarnya energi dalam: Pada suhu rendah (±300 K) → U = 3/2 NkT Pada suhu sedang (±500 K) → U = 5/2 NkT Pada suhu tinggi (±1000 K) → U = 7/2 NkT Contoh gas diatomik: H , O , N

  2

  2

  

2 Proses yang dialami gas: Proses Isotermik

  adalah proses gas dalam ruangan tertutup dengan temperatur tetap (T=tetap) P V = P

  V

  1

  1

  2

2 Proses isotermik sesuai dengan hukum Boyle: ”Pada suhu

  konstan, tekanan gas berbanding terbalik dengan volumenya”.

  Proses Isokorik

  Adalah proses gas dalam ruangan tertutup dengan volume tetap (V=tetap).

  P /T = P /T

  1

  1

  2

2 Proses isokorik sesuai dengan hukum Gay-Lussac:

• Perbandingan tekanan dengan temperatur konstan
• Perbandingan volume dengan temperatur konstan

  Proses Isobarik

  Adalah proses gas dalam ruangan tertutup dengan tekanan tetap (P=tetap).

  V /T = V /T

  1

  1

  2

2 Proses isokorik sesuai dengan hukum Gay-Lussac.

  PV/T = tetap atau P V /T = P V /T

  1

  1

  1

  2

  2

  

2

Proses Adiabatik

  Adalah proses gas dalam ruangan tertutup dimana gas tersebut tidak mengalami pertukaran kalor dengan sekelilingnya. _γ

  = tan γ γ

  P V = P

  V

  1

  1

  2

  2

  γ = Cp/Cv (konstanta Laplace)

• .* # ( + * $ ." # ( + * $ "# *

P

  Proses Isokhorik Proses Isobarik _{1 2} V

  V V P

  Proses Isotermal Proses Adiabatik _{1 2} V

  V V

  Contoh soal

Di dalam sebuah ruangan tertutup terdapat

gas dengan suhu 27˚C. Gas itu dipanaskan

sampai 127˚C sambil diperbesar volumenya

menjadi tiga kali volume semula. Berapa tekanan akhirnya? 6,9 liter gas ideal suhunya 27˚C dan

  2 bertekanan 60 N/m . jika tetapan

• 23

  

Boltzman=1,38.10 joule/K, berapa jumlah

partikel gas tersebut?

  Thermos = Panas Dynamic = Perubahan

  Termodinamika

  Cabang ilmu fisika yang mempelajari:

  1. Pertukaran energi dalam bentuk: Kalor Kerja

  2. Sistem

  boundary

  Pembatas ( )

  3. Lingkungan

1. SISTEM TERBUKA: Ada pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungannya.

  Misal : lautan, tumbuh tumbuhan

2. SISTEM TERTUTUP

  Ada pertukaran energi tetapi TIDAK terjadi pertukaran massa sistem dengan lingkungannya.

  Green House

  Misalnya: ada pertukaran kalor tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan.

3. SISTEM TERISOLASI :

  TIDAK ada pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungan. Misalnya: Tabung gas yang terisolasi.

  Hukum Ke I Pernyataan tentang kekekalan energi dalam sistem:

  ∆U = ∆Q – ∆W Perubahan energi dalam (∆U) sistem = kalor (Q) yang ditambahkan ke sistem dikurangi dengan kerja yang dilak ukan oleh sistem Pada sistem terisolasi Q = 0 dan W = 0 tidak ada perubahan energi dalam. Seacara matematis dituliskan:

  ∆U = ∆Q – ∆W atau ∆Q = ∆U + ∆W Dimana ∆Q = kalor yang diberikan pada sistem/ kalor yang dilepaskan sistem ∆Q = m.c .∆T p

  ∆U = perubahan energi dalam sistem ∆U = m.c .∆T v

  

∆W = usaha luar yang dilakukan oleh sistem/usaha yang

dilakukan pada sistem ∆W = F. ∆S = P.A.∆S = P.∆V

  P

  Proses Isokhorik ∆U = ∆Q, W = 0 karena ∆V = 0 _{2 1} Proses Isobarik W = P(V ) −V _{1 2} V

  V V P

  Proses Isotermal ∆T = 0 berarti ∆U = 0 _{2 1} jadi ∆Q = ∆W = nRT ln (V /V ) Proses Adiabatik ∆Q = 0 sehingga ∆ W = # ∆ U _{1 2} V

  V V Contoh soal: Kalor sebanyak 1000 J ditambahkan ke sistem sementara kerja dilakukan pada (terhadap) sistem sebesar 500 J.

  Berapa perubahan energi dalam sistem? Jawab = ∆U = Q – W = ( + 1000 K ) – (#500 J) = 1500 J.

  Perhatikan bahwa HK 1 dalam bentuk ∆U = Q – W

  Q positip : KALOR DITAMBAHKAN KE SISTEM Q negatip: KALOR DILEPASKAN OLEH SISTEM W positip KERJA DILAKUKAN OLEH SISTEM W negatip KERJA DILAKUKAN PADA SISTEM

  Hukum Ke II HK II menyatakan arah reaksi sistem.

  Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja secara kontinyu dapat mengubah seluruh kalor menjadi energi mekanik

  Banyak proses yang irreversible: 1) Campurkan kopi dan gula lalu kocok, keduanya menyatu akan tetapi seberapapun anda kocok kembali keduanya tidak memisah lagi.

  2) Pecahan gelas tidak kembali ke bentuk utuhnya.

  ENTROPI : DERAJAT KETIDAKATURAN

  η = = 1 −

  HK II : Pada suatu mesin siklik tidak mungkin kalor yang diterima mesin diubah semuanya menjadi kerja. Selalu ada kalor yang dibuang oleh mesin.

  Reservoar panas Q ⁱ

  W Q ^o Reservoar dingin

  Efisiensi:

  !"

  Menurut Carnot siklus mesin pemanas harus (dapat balik) dan tidak terjadi perubahan entropi. Ini adalah idealisasi karena kenyataannya kalor tidak seluruhnya diubah menjadi kerja (ada yang hilang dalam bentuk gesekan/turbulensi)

  Efisiensi (n) mesin bergantung pada selisih suhu kedua reservoir : . # 2 3 + + 4 !

  ( $ ! 4 * # $

• "# $ * + #
• "# & $ $ 4 ! + 5 +
• 6 # 7

MESIN PENDINGIN Merupakan kebalikan dari mesin pemanas. Reservoar panas ₂ Q ₁ Q =kalor masuk tandon ( resevoir ) ₂ Q =kalor keluar tandon

  W W= kerja yang ditambahkan ke sistem _{2 1 1} Q =Q +W Q Coefficient of Performance

  ukuran kerja sistem didefinisikan sebagai

  Reservoar dingin ₁

  (COP)= Q /W X 100%

  Efesiensi untuk pesawat pendingin ղ = T /(T T ) _{2 1 2} Contoh soal

  Sejumlah gas ideal dipanaskan pada tekanan

  4

  2 konstan yaitu 2.10 N/m , sehingga

  3 volumenya berubah dari 20 m menjadi 30

  3 m . tentukan usaha luar yang dilakukan gas selama ekspansi! (W=P.∆V) Suatu pesawat pendingin mempunyai

koefisien daya guna = 6,5 jika temperatur yang

bersuhu tinggi = 27 ˚C, maka reservoir yang bertemperatur rendah adalah....

  Santai dulu ahhhh… Asik euyyy….

  Abis kul fisdas istirahat dulu ahhh…. aku juga sistem lho..

  Banyak sekali terapan hukum hukum termodinamika dalam berbagai bidang seperti ilmu lingkungan, otomotif, ilmu pangan, ilmu kimia dll.

  Untuk dapat diaplikasikan dalam berbagai bidang tersebut perlu pendalaman lebih lanjut.

  8 $

  8

  4 #! 8 5 $ + + '