FISIKA is FUN: TERMODINAMIKA

Hukum I Termodinamika

"Pada saat gas dalam ruang tertutup diberi kalor maka kalor tersebut akan dimanfaatkan untuk melakukan usaha dan merubah energi dalam".
Hubungan diatas dapat dinamakan kekekalan energi dan dituliskan sebagai berikut :

keterangan :
Q = perubahan kalor sistem
W = usaha sistem
ΔU = perubahan energi dalam
Aturan tanda positif dan negatif adalah sebagai berikut :

Q dianggap positif (+) apabila menyerap kalor

Q dianggap negatif (-) apabila melepas kalor

W dianggap (+) apabila usaha dilakukan oleh sistem

W dianggap (-) apabila lingkungan melakukan usaha pada sistem

ΔU (+) apabila energi dalam sistem bertambah

ΔU (-) apabila energi dalam sistem berkurang

Usaha pada proses Termodinamika

1. Proses Isobarik

Proses perubahan gas dengan tekanan tetap. Pada proses isobarik terjadi perubahan suhu pada sistem sehingga terjadi perubahan energi dalam.


Proses Isobarik

Usaha yang dilakukan oleh sistem pada proses isobarik adalah :

2. Proses Isotermik

Proses perubahan gas dengan suhu tetap

Proses Isotermik

Sehingga usaha yang dilakukan oleh sistem pada proses Isotermik :

3. Proses Isokhorik

Proses perubahan gas dengan volume tetap, sehingga sistem tidak melakukan kerja W = 0.

Proses Ishokoris

4. Proses Adiabatik

Pada proses ini tidak ada kalor yang masuk dan tidak ada kalor yang keluar sistem, Q = 0,sehingga usaha sama dengan nilai negatif dari perubahan energi dalam.

Proses Adiabatik

Perubahan Energi dalam

1. Gas monoatomik :

2. Gas Diatomik

a. Suhu rendah (± 250 K)

b. Suhu sedang (± 500 K)

c. Suhu tinggi (± 1.000 K)

keterangan :
W = usaha sistem (J)
ΔU = perubahan energi dalam (J)
P = tekanan (Pa)
V = volume (m³)
n = jumlah zat (mol)
R = tetapan umum gas
ΔT = perubahan suhu (K)

Kapasitas Kalor

Kapasitas Kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebesar 1 kelvin

Ada dua macam kapasitas kalor pada gas, yaitu kapasitas kalor pada tekanan tetap (Cp) dan kapasitas kalor pada volume tetap (Cv ). Kapasitas kalor gas pada tekanan tetap besarnya dapat diturunkan dari pada proses isobarik. Persamaan ini berlaku untuk gas. Kalor yang diberikan kepada gas untuk menaikkan suhunya dapat dilakukan pada tekanan tetap (proses isobarik) atau pada volume tetap (proses isokorik). Oleh karena itu, pada gas ada dua jenis kapasitas kalor, yaitu kapasitas kalor pada tekanan tetap (Cp) dan kapasitas kalor pada volume tetap (Cv). Secara matematis dapat ditulis seperti berikut.

Keterangan:

Q_V : kalor yang diberikan pada volume tetap

Q_p : kalor yang diberikan pada tekanan tetap

C_p – C_v =nR

Kapasitas Kalor Untuk Gas Monoatomik

$\Delta U=\frac{3}{2}nR\Delta T$
$C_{V}=\frac{\frac{3}{2}nR\Delta T}{\Delta T}=\frac{3}{2}nR$
$C_{P}=C_{V}+nR=\frac{3}{2}nR+nR=\frac{5}{2}nR$

Kapasitas Kalor Untuk Gas Diatomik

a. Suhu Rendah ( ± 250 K)

$\Delta U=\frac{3}{2}nR\Delta T$ , sehingga $C_{V}=\frac{3}{2}nR$ dan $C_{P}=\frac{5}{2}nR$
Besarnya konstanta Laplace ( γ ) adalah :
$\gamma =\frac{C_{P}}{C_{V}}=1,67$

b. Suhu Sedang ( ± 500 K)

$\Delta U=\frac{5}{2}nR\Delta T$ , sehingga $C_{V}=\frac{5}{2}nR$ dan $C_{P}=\frac{7}{2}nR$
Besarnya konstanta Laplace ( γ ) adalah :
$\gamma =\frac{C_{P}}{C_{V}}=1,4$

c. Suhu Tinggi ( ± 1000 K)

$\Delta U=\frac{7}{2}nR\Delta T$ , sehingga $C_{V}=\frac{7}{2}nR$ dan $C_{P}=\frac{9}{2}nR$
Besarnya konstanta Laplace ( γ ) adalah :
$\gamma =\frac{C_{P}}{C_{V}}=1,28$

Siklus Carnot

Proses Pada Siklus Carnot

Berdasarkan gambar diatas dapat dijelaskan siklus Carnot sebagai berikut.

Proses AB adalah pemuaian isotermal pada suhu T₁. Pada proses ini sistem menyerap kalor Q₁ dari reservoir bersuhu tinggi T₁ dan melakukan usaha W_AB.
Proses BC adalah pemuaian adiabatik. Selama proses ini berlangsung suhu sistem turun dari T₁ menjadi T₂ sambil melakukan usaha W_BC.
Proses CD adalah pemampatan isoternal pada suhu T2. Pada proses ini sistem menerima usaha W_CD dan melepas kalor Q₂ ke reservoir bersuhu rendah T₂.
Proses DA adalah pemampatan adiabatik. Selama proses ini suhu sistem naik dari T₂ menjadi T₁ akibat menerima usaha W_DA.

Siklus Carnot merupakan dasar dari mesin ideal yaitu mesin yang memiliki efisiensi tertinggi yang selanjutnya disebut mesin Carnot. Usaha total yang dilakukan oleh sistem untuk satu siklus sama dengan luas daerah di dalam siklus pada diagram p – V. Mengingat selama proses siklus Carnot sistem menerima kalor Q₁ dari reservoir bersuhu tinggi T₁ dan melepas kalor Q₂ ke reservoir bersuhu rendah T₂, maka usaha yang dilakukan oleh sistem menurut hukum I termodinamika adalah sebagai berikut.

Dalam menilai kinerja suatu mesin, efisiensi merupakan suatu faktor yang penting. Untuk mesin kalor, efisiensi mesin ( η) ditentukan dari perbandingan usaha yang dilakukan terhadap kalor masukan yang diberikan. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.

Untuk siklus Carnot berlaku hubungan $\frac{Q_{2}}{Q_{1}}=\frac{T_{2}}{T_{1}}$ , sehingga efisiensi mesin Carnot dapat dinyatakan sebagai berikut.

Keterangan:

η : efisiensi mesin Carnot
T₁ : suhu reservoir bersuhu tinggi (K)
T₂ : suhu reservoir bersuhu rendah (K)

FISIKA is FUN

Pages

Wednesday, January 23, 2019

TERMODINAMIKA