HUKUM TERMODINAMIKA
Apakah
termodinamika itu? Termodinamika adalah suatu cabang dari ilmu
fisika yang mempelajari hubungan antara usaha (energi) dan panas (kalor).
Sedangkan menurut bahasa, termodinamika adalah perubahan panas, berasal dari
bahasa yunani, thermos = panas dan dynamic = perubahan.
Termodinamika ditemukan seiring ditemukannya mesin uap praktis pada dekade
1800-an oleh James Watt.
Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika, yaitu:
A. Hukum Awal (Zeroth Law/Hukum ke-0)
Bunyi Hukum Termodinamika 0 : "Jika dua sistem berada dalam kesetimbangan termal dengan sistem ketiga, maka mereka berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain"
B. Hukum Pertama
1. Bunyi Hukum Termodinamika 1 : "Energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan, melainkan hanya bisa diubah bentuknya saja."
2. Rumus/Persamaan 1 Termodinamika:
Q = W + ∆U
Q = kalor/panas yang diterima/dilepas (J)
W = energi/usaha (J)
∆U = perubahan energi (J)
3. Hukum 1 Termodinamika dibagi menjadi empat proses, yaitu
a. Proses Isobarik (tekanan tetap)
Proses isobarik adalah proses perubahan gas dengan tahanan tetap. Pada garis P – V proses isobarik dapat digambarkan seperti pada berikut.
Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika, yaitu:
A. Hukum Awal (Zeroth Law/Hukum ke-0)
Bunyi Hukum Termodinamika 0 : "Jika dua sistem berada dalam kesetimbangan termal dengan sistem ketiga, maka mereka berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain"
B. Hukum Pertama
1. Bunyi Hukum Termodinamika 1 : "Energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan, melainkan hanya bisa diubah bentuknya saja."
2. Rumus/Persamaan 1 Termodinamika:
Q = W + ∆U
Q = kalor/panas yang diterima/dilepas (J)
W = energi/usaha (J)
∆U = perubahan energi (J)
3. Hukum 1 Termodinamika dibagi menjadi empat proses, yaitu
a. Proses Isobarik (tekanan tetap)
Proses isobarik adalah proses perubahan gas dengan tahanan tetap. Pada garis P – V proses isobarik dapat digambarkan seperti pada berikut.
Usaha proses
isobarik dapat ditentukan dari luas kurva di bawah gra fik P – V.
b. Proses Isotermis (suhu tetap)
Proses isotermis adalah proses perubahan gas dengan suhu tetap. Perhatikan gra fikk pada Gambar berikut.
b. Proses Isotermis (suhu tetap)
Proses isotermis adalah proses perubahan gas dengan suhu tetap. Perhatikan gra fikk pada Gambar berikut.
Pada proses
ini berlaku hukum Boyle.
Karena suhunya tetap maka pada proses isotermis ini tidak terjadi perubahan energi dalam ∆U=O . Sedang usahanya dapat dihitung dari luas daerah di bawah kurva, besarnya seperti berikut.
c. Proses Isokhoris (volume tetap)Proses isokhoris adalah proses perubahan gas dengan volume tetap. Pada grafik P.V dapat digambarkan seperti pada Gambar berikut.
Karena suhunya tetap maka pada proses isotermis ini tidak terjadi perubahan energi dalam ∆U=O . Sedang usahanya dapat dihitung dari luas daerah di bawah kurva, besarnya seperti berikut.
c. Proses Isokhoris (volume tetap)Proses isokhoris adalah proses perubahan gas dengan volume tetap. Pada grafik P.V dapat digambarkan seperti pada Gambar berikut.
Karena
volumenya tetap berarti usaha pada gas ini nol,
d. Proses Adiabatis (kalor tetap)
Pada proses isotermis sudah kita ketahui, U = 0 dan pada proses isokoris, W = 0. Bagaiaman jika terjadi proses termodinamika tetapi Q = 0 ?
d. Proses Adiabatis (kalor tetap)
Pada proses isotermis sudah kita ketahui, U = 0 dan pada proses isokoris, W = 0. Bagaiaman jika terjadi proses termodinamika tetapi Q = 0 ?
Proses yang
inilah yang dinamakan proses adiabatis. Berdasarkan hukum I Termodinamika maka
proses adiabatis memiliki sifat dibawah.
e. Proses Gabungan
Proses-proses selain 4 proses ideal diatas dapat terjadi. Untuk memudahkan penyelesaian dapat digambarkan grafik P – V prosesnya. Dari grafik tersebut dapat ditentukan usaha proses sama dengan luas kurva dan perubahan energi dalamnya
e. Proses Gabungan
Proses-proses selain 4 proses ideal diatas dapat terjadi. Untuk memudahkan penyelesaian dapat digambarkan grafik P – V prosesnya. Dari grafik tersebut dapat ditentukan usaha proses sama dengan luas kurva dan perubahan energi dalamnya
Sedangkan
gabungan proses adalah gabungan dua proses adiabatis yang berkelanjutan.
Pada gabungan proses ini berlaku hukum I termodinamika secara menyeluruh.
C. Hukum Kedua
Bunyi Hukum Termodinamika 2 : "Kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya."
D. Hukum Ketiga
Bunyi Hukum Termodinamika 3 :
"Suatu sistem yang mencapai temperatur nol absolut, semua prosesnya akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum."
"Entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol."
KAPASITAS GAS IDEAL
Kapasitas Kalor Gas
Pengertian Kapasitas Kalor Gas
Kapasitas kalor C suatu zat menyatakan
"banyaknya kalor Q yang diperlukan untuk menaikkan suhu zat sebesar 1
kelvin". Pernyataan ini dapat dituliskan secara matematis sebagai
C = Q/ΔT atau Q = CΔT\
keterangan:
C= Kapasitas Kalor
Q = Qalor
∆T = Kenaikan Suhu
Kapasitas gas kalor adalah kalor
yang diberikan kepada gas untuk menaikan suhunya dapat dilakukan pada tekanan
tetap (proses isobarik) atau volum tetap (proses isokhorik). Karena itu, ada
dua jenis kapasitas gas kalor yaitu:
1. Kapasitas kalor gas pada tekanan tetap
2. Kapasitas kalor pada volum tetap.
Uraikan Konsep Kapasitas kalor Gas
Kapasitas kalor gas diperoleh dari
fungsi empirik temperatur, dan biasanya dalam bentuk yang sama. Kapasitas kalor
gas sangat dipengaruhi oleh tekanan, namun pengaruh tekanan pada sifat
termodinamika tidak digunakan dalam. Karena gas pada tekanan rendah biasanya
mendekati ideal, kapasitas kalor gas ideal bisa digunakan untuk hampir semua
perhitungan gas real pada tekanan atmosfir.
1. kapasitas kalor gas pada tekanan tetap (Cp)
1. kapasitas kalor gas pada tekanan tetap (Cp)
Kapasitas kalor gas adalah kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu suatu
zat satu Kelvin pada tekanan tetap. tekanan system dijaga selalu konstan.
Karena yang konstan adalah tekanan, maka perubahan energi dalam, kalor, dan
kerja pada proses ini tidak ada yang bernilai nol.
Maka secara matematis :
Cp = Q/ΔT = ((5/2PΔV)/(ΔT)) =
((5/2nRΔV)/(ΔT)
Cp = 5/2nR
2. Kapasitas kalor gas pada volum tetap (Cv)
2. Kapasitas kalor gas pada volum tetap (Cv)
Kapasitas kalor pada volum tetap artinya kalor yang diperlukan untuk
menaikan suhu suatu zat satu kelvin pada volum tetap. Artinya kalor yang
diberikan dijaga selalu konstan.
Karena volume system selalu konstan, maka system tidak bisa melakukan
kerja pada lingkungan. Demikian juga sebaliknya, lingkungan tidak bisa
melakukan kerja pada system. Jadi kalor yang ditambahkan pada system digunakan
untuk menaikan energi dalam sistem.
Maka secara matematis :
Cv = Q/ΔT = (3/2nRΔT)/ΔT
Cv = 3/2nR
Berdasarkan persamaan di atas dapat diperoleh bahwa:
Cp – Cv = 5/2nR – 3/2nR
Cp – Cv = nR
Kapasitas yang diperoleh pada persamaan
tersebut adalah untuk gas monoatomik. Sedangkan untuk gas diatomik dan
poliatomik tergantung pada derajat kebebasan gas. Dapat digunakan pembagian
suhu sebagai berikut:
Pada suhu rendah (±
250 K): Cv = 3/2nR dan Cp = 5/2nR
Pada suhu sedang (±
500 K): Cv = 5/2nR dan Cp = 7/2nR
Pada suhu tinggi (±
1000 K): Cv = 7/2nR dan Cp = 9/2nR
Oleh karena itu, konstanta Laplace γ dapat dihitung secara teoretis sesuai
persamaan sebagai berikut:
A.Gas monoatomik: γ
= Cp/Cv = ((5/2nR)/(3/2nR)) = 5/3 = 1,67
B.Gas diatomik pada
suhu kamar: γ = Cp/Cv = ((7/2nR)/(5/2nR)) = 7/5 = 1,4
Dengan memasukan nilai Qp danQc sertqa W
diperoleh :
C p∆T – Cv∆T = p∆V
(C p – Cv ) = p∆V
C p – Cv= p∆V / ∆T
Akhirnya kita mendapatkan rumus lengkap usaha yang dilakukan oleh gas
seperti dibawah ini :
W = p∆V = p (V2-
V1)
W = nR∆V = nR(T2-
T1)
W = Qp - Qv
= (Cp – Cv)∆T
Sumber
:http://murninana.blogspot.com/2013/05/kapasitas-kalor-gas.html
PROSES TERMODINAMIKA
Di dalam termodinamika dikenal ada 5 proses yaitu :- Proses pada tekanan konstan
(isobarik)
- Proses pada volume konstan
(isokhorik)
- Proses pada temperatur konstan
(isotermal)
- Proses adiabatis reversibel
(isentropi)
- Proses polytropis.
Sebelum kita
membahas tentang kondisi pada masing-masing proses terlebih dahulu kita ingat
kembali beberapa persamaan – persamaan yang berlaku seperti :
Persamaan
gas ideal :
1. Proses
tekanan konstan (isobarik)
Pada proses tekanan konstan, tekanan awal proses sama dengan tekanan akhir proses atau p1= p2 . Bila p = C maka dp = 0. Pada diagram p-V dapat digambar sebagai berikut.
Pada proses tekanan konstan, tekanan awal proses sama dengan tekanan akhir proses atau p1= p2 . Bila p = C maka dp = 0. Pada diagram p-V dapat digambar sebagai berikut.
Kerja akibat
ekspansi atau kompresi gas pada tekanan konstan dapat dihitung sebagai berikut
:
Dari
persamaan gas ideal didapat :
Sehingga :
Entalpi pada
proses isobar :
2.
Proses volume konstan (isokhorik)
Pada proses isokhorik, volume awal akan sama dengan volume akhir gas atau V1 = V2. Bila V1 = V2 maka dV = 0.
Pada diagram p-V dapat digambar sebagai breikut :
Pada proses isokhorik, volume awal akan sama dengan volume akhir gas atau V1 = V2. Bila V1 = V2 maka dV = 0.
Pada diagram p-V dapat digambar sebagai breikut :
Pada proses
isokhorik atau volume konstan, tidak ada kerja yang diberikan atau dihasilkan
sistem, karena volume awal dan akhir proses sama sehingga perubahan volume (dV)
adalah 0. Pada proses isokhorik semua kalor yang diberikan diubah menjadi
energi dalam sistem.
3.
Proses temperatur konstan (isotermal)
Pada proses isotermal, temperatur awal proses akan sama dengan temperatur akhir proses atau T1 = T2 . kondisi ini menyebabkan dT = 0 sehingga perubahan energi dalam sistem (dU) = 0.
Pada proses isotermal, temperatur awal proses akan sama dengan temperatur akhir proses atau T1 = T2 . kondisi ini menyebabkan dT = 0 sehingga perubahan energi dalam sistem (dU) = 0.
Kerja pada
proses isotermal dapat dihitung :
Dari hukum
gas ideal :
m, R dan T
konstan maka :
Didapat:
Perubahan
energi dalam pada proses isotermal adalah 0 sehingga besar perubahan kalor akan
sama dengan kerja pada proses isotermal.
Perubahan
entalpi pada proses isotermal :
4. Proses
Isentropis (adiabatis reversibel)
Proses
adiabatis reversibel adalah proses termodinamika dimana tidak ada kalor yang
masuk atau keluar dari sistem (adiabatis) dan proses ini mampu balik
(reversibel) artinya tidak ada hambatan atau gesekan. Pada kenyataannya proses
ini tidak ada di alam, tetapi penyederhaan yang demikian dapat mempermudah
untuk menganalisa sistem. Pada p-V diagram dapat digambarkan sebagai berikut.
Karena tidak
ada kalor yang dapat masuk dan keluar dari sistem, maka tidak ada perubahan
kalor atau dQ = 0. Sehingga kerja yang diberikan atau dilakukan oleh sistem
akan mengubah energi dalam sistem. Proses ini berlangsung pada kondisi p.Vk
= konstan. Dimana k adalah rasio panas jenis pada tekanan konstan dengan panas
jenis pada volume konstan atau sering disebut juga sebagai index isentropis.
Kerja pada proses adiabatis reversibel dapat dihitung sebagai berikut :
Karena
proses berlangsung pada kondisi p.Vk = C , maka:
Perubahan
energi dalam sistem adiabatis reversibel :
Tidak ada
kalor yang masuk atau keluar sistem sehingga :
Entalpi pada
proses adiabatis reversibel :
Entalpi
proses adiabatis reversibel adalah massa dikali panas jenis tekanan
konstan dan dikali dengan delta temperatur. Dari mana asalnya coba turunin
sendiri. Petunjuk dQ = 0 untuk proses ini.
5. Proses
polytropis
Proses
polytropis adalah proses termodinamika dengan index isentropis k = n dimana n
> 1 atau p.Vn = C. Proses ini sama dengan proses adiabatis
reversibel hanya dibedakan jika pada proses adiabatis, kalor tidak dapat keluar
atau masuk ke sistem, tetapi pada proses ini kalor dapat berubah (dapat keluar
– masuk sistem). p – V diagram untuk proses politropis sama dengan p-V diagram
proses adiabatis.
Kerja pada
proses politropis adalah sama dengan kerja pada proses adiabatis reversibel,
hanya k diganti dengan n dimana n > 1.
Perubahan
energi dalam sistem politropis :
Perubahan
kalor dalam sistem politropis :
Bila n pada
proses politropis sama dengan 1 maka proses akan berjalan mengikuti proses
isotermal, sedangkan bila besar harga n = k, maka proses akan berjalan
berdasarkan proses adiabatis reversibel dan bila n sama dengan 0, maka harga vn
akan sama dengan 1 sehingga proses akan mengikuti proses tekanan konstan.
NB: Jika gambar tidak keluar klik pada gambar !
NB: Jika gambar tidak keluar klik pada gambar !
SUMBER: https://djukarna.wordpress.com/2014/05/07/proses-proses-termodinamika/
nice (y)
BalasHapusoke thx
Hapuslumayan lur
BalasHapusSangat membantu sekali untuk anak yang tidak pernah mencatatbseperti saya. Thx��
BalasHapus