Termodinamika

termodinamika

Kompetensi Dasar:
 Menganalisis

dan menerapkan
hukum termodinamika





Termodinamika adalah : ilmu yang
mempelajari hukum-hukum yang
mengatur perubahan energi dari
suatu bentuk ke bentuk lain,
aliran dan kemampuan energi
melakukan usaha.
Dua istilah yang berkaitan erat
dalam termodinamika, yaitu:

Sistem
adalah : sesuatu yang menjadi
subyek pembahasan atau fokus
perhatian.
 Lingkungan
adalah : segala sesuatu yang
tidak termasuk dalam sistem atau
segala keadaan di luar sistem.


Perhatikan gambar:
Tabung berisi gas:

Batas sistem

sistem
gas

lingkungan

Hukum termodinamika
dibagi 2 yaitu :


Hukum pertama, yaitu : prinsip
kekekalan energi yang memasukkan
kalor sebagai mode perpindahan
energi.



Hukum kedua, yaitu : bahwa aliran
kalor memiliki arah, dengan kata lain,
tidak semua proses di alam adalah
reversibel (dapat dibalikkan arahnya)

Usaha, Kalor, dan
Energi Dalam


Pengertian Usaha dan Kalor.



Usaha adalah: ukuran energi yang
dipindahkan dari sistem ke lingkungan
atau sebaliknya.



Energi mekanik sistem adalah : energi
yang dimiliki sistem akibat gerak dan
koordinat kedudukannya.

Pengertian Energi
Dalam
Energi dalam adalah : suatu sifat
mikroskopik zat, sehingga tidak dapat di
ukur secara langsung.
 Secara umum perubahan energi dalam

(U), di rumuskan :


U = U2 – U1

Formulasi usaha, kalor dan
Energi dalam
Usaha oleh sistem terhadap
lingkungannya.
 Proses isobarik (tekanan konstan)


W = p V = p( V2 – V1 )
V1

V2

Perjanjian tanda :
 Usaha bertanda positif (+), jika
sistem melakukan usaha pada

lingkungan (gas memuai V2 > V1).




Usaha bertanda negatif (-), jika
lingkungan melakukan usaha
pada sistem ( gas memampat V2
 V1 ).

Formulasi Kalor
Q = mcT = CT
 Formulasi Energi Dalam
 Gas monoatomik


3
3
U  NkT  nRT
2

2

 Gas

diatomik

5
5
U  NkT  nRT
2
2
 Perubahan

Energi Dalam
 Gas monoatomik
3
3
U  nRT  nRT2  T1 
2
2



Gas diatomik

5
5
U  nR T  nR T2  T1 
2
2


Dari dua persamaan perubahan energi
dalam di atas dapat disimpulkan :
“Perubahan energi dalam U hanya
bergantung pada keadaan awal dan
keadaan akhir dan tidak bergantung
pada lintasan yang ditempuh oleh
sistem”

Beberapa Proses
Termodinamika Gas

A.

Proses Isobarik ( tekanan tetap )
Usaha yang dilakukan oleh
sistem terhadap lingkungan (V2
> V1).
W = p ( V2 – V1)

W positif ( + )
p

1

2

V1

V2

V

B.

Usaha yang dilakukan
lingkungan terhadap sistem (V2
 V1).
W = p ( V 2 – V1 )

W negatif ( - )
p

2

V2

1

V1

V




Proses Isokhorik
Perhatikan
gambar
(volum tetap )
W=0

Karena V2 = V1

p
p2

p1
V1 = V2

V



Proses Isotermal ( suhu tetap )
Dari persamaan :
pV = nRT
diperoleh :

nRT
p
V



Sehingga usaha yang dilakukan
sistem (gas) dirumuskan :
V2

W 

p dV

V1
V2

nRT
W 
dV
V
V1

V2

dV
V
W  nRT   nRT  ln V  V12
V
V1

W  nRT  ln V2  ln V1 
 V2 
W nRT ln 
 V1 



Perhatikan gambar :
p

V1

V2

V



Proses Adiabatis
adalah : suatu proses keadaan
gas di mana tidak ada kalor yang
masuk ke dalam atau keluar dari
sistem ( Q = 0 )



Perhatikan gambar
Silinder logam

Bahan pengisolasi

Grafik p – V pada
proses Adibatik
p2
kurva adiabatik

T1
p1

T2
V1

V2

Contoh proses adiabatis:
 Pemuaian gas dalam mesin diesel
 Pemuaian gas dalam sistem
pendingin
 Langkah kompresi dalam mesin
pendingin




Usaha dalam proses adiabatik
secara matematis di rumuskan :

1 1


2 2

p V p V
dengan  

Cp
Cv

Hukum pertama
termodinamika
Perhatikan Gambar.

-W

lingkungan
+W
sistem

+Q

-Q



Secara matematis hukum I
Termodinamika, dirumuskan :

U = U2-U1= Q – W
+Q = sistem menerima kalor
-Q = sistem mengeluarkan kalor
+W = sistem melakukan usaha
-W = sistem dikenai usaha

Contoh soal 6
 Suatu

sistem menyerap 1500 J
kalor dari lingkungannya dan
melakukan 2200 J usaha pada
lingkungannya. Tentukan
perubahan energi dalam sistem.
Naik atau turunkah suhu sistem?

Diket :
Q = 1500 J
W = 2200 J
Ditanya : U

Jawab :
U = Q – W
= 1500 – 2200
= - 700 J
Karena energi dalam sistem bernilai
negatif maka suhu sistem menurun (T2
 T1)

Proses Adiabatik


Karena Q = 0 , dirumuskan:
U = Q – W
U = - W

Atau

3
3
W  U  nRT1  T2   nRT
2
2

Gas monoatomik

Kapasitas Kalor Gas


Kapasitas kalor gas
dirumuskan :

Q
C 
atauQ  C  T
T



Kapasitas kalor pada tekanan tetap ( Cp )
adalah : kalor yg diperlukan untuk
menaikkan suhu suatu zat satu kelvin pada
tekanan tetap.
dirumuskan :

Cp 

Qp
T

atauQp C p T



Kapasitas kalor pada volume tetap ( Cv )
adalah : kalor yg diperlukan untuk
menaikkan suhu suatu zat satu kelvin pada
volume tetap.
dirumuskan :

Qv
Cv 
atauQ C v T
t



Usaha yang dilakukan pada
tekanan tetap dirumuskan:
W  pV  p(V2  V1 )
W nRT nR T2  T1 
W Q p  Qv C p  C v T

Contoh


a.
b.

Lima kilogram gas N2 dipanaskan pada
tekanan tetap sehingga suhunya naik dari
10oC menjadi 130oC. Jika Cv = 0,177
kal/goC dan Cp = 0,248 kal/goC, hitung :
Kenaikan energi dalam.
Usaha luar yang dilakukan gas.

Diket :
m = 5 kg
T1 = 10 + 273 = 283 K
T2 = 130 + 273 = 403 K
Cv = 0,177 kal/goC
Cp = 0,248 kal/goC
Ditanya :
a. U
b. W

Jawab :
a. U = Qp – nR (T2 – T1)
= Cp (T2-T1) – nR(T2-T1)
= Cp (T2-T1) – (Cp-Cv)(T2-T1)
=(Cp – Cp + Cv) (T2-T1)
= (Cv )(T2-T1)
= 0,177 (403 – 283)
= 0,177 x 120
= 21,24 kalori


b. W = (Cp – Cv)T
= ( 0, 248 – 0,177)120
= 0,071 x 120
= 8,52 kalori

Kapasitas Kalor Molar
( Cm )


Adalah : kalor yang diperlukan
untuk menaikkan suhu satu mol
zat dalam satu kelvin.
Secara matematis dirumuskan :

Q
Cm 
atauQ nC m T
nT

 Kapasitas

molar pada tekanan
tetap ( Cp,m )
dirumskan :

C p ,m 

Qp
nT

atauQ

p

 C p ,m nT

 Kapasitas

kalor molar pada
volume tetap ( Cv,m )
dirumuskan :

C v ,m

Qv

atauQv C v ,m nT
nT



Hubungan antara Cp,m dengan
Cv,m.
dirumuskan :
Cp,m – Cv,m = R

Kalor jenis gas (c)


Dirumuskan :

Q
c
atauQ mcT
mT



Kalor jenis gas pada tekanan
tetap dan volume tetap.
dirumuskan :

Cp

Cv
c p  dancv 
m
m



Hubungan antara cp dg cv
dirumuskan :

R
c p  cv 
M

Contoh soal


Kalor jenis nitrogen pada volume
tetap Cv = 0,177 kal.g-1K-1. Jika
massa molekul nitrogen adalah
28 kg.kmol-1, tentukan kalor jenis
nitrogen pada tekanan tetap.

Diket :
cv = 0,177 kal.g-1K-1
= 743,4 J/kgK
M = 28 kg.kmol-1
R = 8314 J/kmol K
1k = 4,2 J
Ditanya : cp

Jawab :
cp – cv = R/M
cp = R/M + cv
cp = 8314/ 28 + 743,4
cp = 296,9 + 743,4
cp = 1040,3 J/kgK



Nilai Cp,m Cv,m dan cv



Gas monoatomik

3
5
3
5
C v  nRdanC p  nR C v ,m  RdanC p ,m  R
2
2
2
2

3R
5R
cv 
danc p 
2M
2M



Tetapan Laplace
dirumuskan :



Cp
Cv



C p ,m
C v ,m



cp
c

v

TERIMA KASIH