konsep termodinamika
A. KONSEP-KONSEP DASAR TERMODINAMIKA
1. Sistem dan lingkungan
apa yang dimaksud dengan sistem dan lingkungan???
misalnya, anda sedang mempelajari karakteristik suatu gas ( contohnya gas LPG ).
gas LPG tersebut dimasukkan kedalam suatu tabung tertutup.
Dalam hal ini,gas LPG merupakan sistem,sedangkan tabung dan segala sesuatu di luar tabung adalah lingkungan.
Dengan demikian, sistem adalah SEGALA SESUATU YANG MENJADI OBJEK PENGAMATAN YANG
DIBATASI OLEH BATAS-BATAS FISIS ATAU KONSEPSI MATEMATIS TERTENTU.
Sedangkan lingkungan adalah SEGALA SESUATU DI LUAR SISTEM.
2. Usaha dalam termodinamika
Jika dalam gas dalam tabung dipanaskan pada tekanan tetap,maka gas tersebut akan
memuai dan mendorong piston dengan gaya F sehingga piston bergeser sejauh Δs.
dengan demikian dapat dikatakan bahwa gas melakukan usaha W yang besarnya dapat
dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:
W=Ϝ∆S
W = USAHA MEKANIK GAS (J)
Ϝ = TEKANAN GAS (Pa)
A = Luas penampang tabung (m2)
∆S= pergeseran pston (m)
3. Kapasitas kalor dan konstanta laplace
kapasitas kalor gas pada tekanan tetap (cp) adalah besarnya kalor yang diperlukan
untuk menaikkan suhu gas tersebut sebesar satu derajat celcius atau satu kelvin
pada volume tetap.
cp=Qp/∆T
kapasitas gas pada volume tetap (cv) adalah besarnya kalor yang diperlukan untuk
menaikkan suhu gas tersebut sebesar satu derajat celcius atau satu kelvin pada volume tetap .
cv=Qv/∆T
nilai konstanta laplace suatu gas sama dengan perbandingan antara kapasitas kalor gas
tersebut pada tekanan tetap dengan kapasitas kalor gas pada volume tetap.
Ɣ=Cp/Cv
4. Perubahan energi dalam
berdasarkan tinjauan teori kinetik,energi dalam suatu gas merupakan jumlah total
energi kinetik dari seluruh partikel penyusun gas tersebut. Energi dalam merupakan
kuantitas mikroskopis zat (gas) yang tidak dapat diukur secara langsung.
akan tetapi, ketika suatu zat(gas) mengalami perubahan keadaan,maka perubahan energi
dalam zat(gas) tersebut dapat ditentukan (diukur) secara langsung.
∆U = U2-U1
∆U = Perubahan energi dalam sistem zat
U2 = energi dalam sistem zat (gas)
u1 = energi dalam awal sistem zat (gas)
Perubahan energi dalam untuk sistem gas monoatomik dan gas diatomik dapat dinyatakan
sebagai berikut :
1. untuk gas monoatomik
∆U = 3/2 ∆PV=3/2 Nk∆T 3/2 nR∆T
2. UNTUK GAS DIATOMIK
∆U= 3/2 Nk∆T= 3/2 nR∆T
∆U=5/2 Nk∆T= 5/2 nR∆T
∆U=7/2 Nk∆T= 7/2 nR∆T
5. Proses proses termodinamika
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.
Kerja akibat ekspansi atau kompresi gas pada tekanan konstan dapat dihitung sebagai berikut :
Perubahan energi dalam pada proses isobarik dapat dihitung :
Perubahan kalor pada proses isobarik dapat dihitung :
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 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.
Perubahan energi dalam pada proses isokhorik
Kalor pada proses isokhorik
Dimana dV = 0 sehingga dQ = dU = m.cv.(T2 – T1)
Entalpi pada proses isokhorik :
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
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 :
sehingga
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.
sehingga
dengan demikian dapat dikatakan bahwa gas melakukan usaha W yang besarnya dapat
dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:
W=Ϝ∆S
W = USAHA MEKANIK GAS (J)
Ϝ = TEKANAN GAS (Pa)
A = Luas penampang tabung (m2)
∆S= pergeseran pston (m)
3. Kapasitas kalor dan konstanta laplace
kapasitas kalor gas pada tekanan tetap (cp) adalah besarnya kalor yang diperlukan
untuk menaikkan suhu gas tersebut sebesar satu derajat celcius atau satu kelvin
pada volume tetap.
cp=Qp/∆T
kapasitas gas pada volume tetap (cv) adalah besarnya kalor yang diperlukan untuk
menaikkan suhu gas tersebut sebesar satu derajat celcius atau satu kelvin pada volume tetap .
cv=Qv/∆T
nilai konstanta laplace suatu gas sama dengan perbandingan antara kapasitas kalor gas
tersebut pada tekanan tetap dengan kapasitas kalor gas pada volume tetap.
Ɣ=Cp/Cv
4. Perubahan energi dalam
berdasarkan tinjauan teori kinetik,energi dalam suatu gas merupakan jumlah total
energi kinetik dari seluruh partikel penyusun gas tersebut. Energi dalam merupakan
kuantitas mikroskopis zat (gas) yang tidak dapat diukur secara langsung.
akan tetapi, ketika suatu zat(gas) mengalami perubahan keadaan,maka perubahan energi
dalam zat(gas) tersebut dapat ditentukan (diukur) secara langsung.
∆U = U2-U1
∆U = Perubahan energi dalam sistem zat
U2 = energi dalam sistem zat (gas)
u1 = energi dalam awal sistem zat (gas)
Perubahan energi dalam untuk sistem gas monoatomik dan gas diatomik dapat dinyatakan
sebagai berikut :
1. untuk gas monoatomik
∆U = 3/2 ∆PV=3/2 Nk∆T 3/2 nR∆T
2. UNTUK GAS DIATOMIK
∆U= 3/2 Nk∆T= 3/2 nR∆T
∆U=5/2 Nk∆T= 5/2 nR∆T
∆U=7/2 Nk∆T= 7/2 nR∆T
5. Proses proses termodinamika
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.
Kerja akibat ekspansi atau kompresi gas pada tekanan konstan dapat dihitung sebagai berikut :
Perubahan energi dalam pada proses isobarik dapat dihitung :
Perubahan kalor pada proses isobarik dapat dihitung :
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 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.
Perubahan energi dalam pada proses isokhorik
Kalor pada proses isokhorik
Dimana dV = 0 sehingga dQ = dU = m.cv.(T2 – T1)
Entalpi pada proses isokhorik :
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
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 :
sehingga
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.
sehingga
Komentar
Posting Komentar