Fisika Panas 2 SKS - staff.fisika.ui.ac.id 08.pdf · Hukum Termodinamika ke-2 ... Termodinamika ke-1, tetapi belum dapat diterangkan dengan baik. Pernyataan yang lebih umum dari Hk.

Fisika Panas2 SKS

Adhi Harmoko S, M.Kom

Es diletakkan di atas lantai

Bagaimana Hk. Kekekalan energi menerangkan fenomena ini ?

Tes< 00C

Tudara= 300C

Es diletakkan di atas lantai

Apakah mungkin air secara spontan menjadi es ?

Tes< 00C

Tudara= 300CQ = dU

Panas mengalir dari lingkungan ke es karena perbedaan T

Tudara > TEs

Energi panas digunakan oleh molekul2 air untukberubah wujud dari es ke cairan

Batu dijatuhkan ke tanah

Bagaimana Hk. Kekekalan energi menerangkan fenomena ini ?

Batu dijatuhkan ke tanah

Pernahkah terjadi kejadian sebaliknya secara spontan ?

Saat batu jatuh: EP ⇒ EK

Saat batu menumbuk tanah:EK ⇒ dU, tanah dan batu ( molekul2 bergerak cepat dan temperatur naik )

Analis

Seandainya ke dua contoh kejadian di atas dibalik, Hk. Termodinamika ke-1 (Hk. Kekekalan energi) tetap saja berlaku !!!

Ada kekurangan dalam hal menerangkan kasus Reversibel !

Hukum Termodinamika ke-2

“ Secara natural panas mengalir dari obyek yang panas ke obyek yang dingin, Panas tidak mengalir secara spontan dari obyek yang dingin ke obyek yang panas ”Pernyataan Clausius (1822-1888)

Mesin Panas

Alat perubah Energi Panas ke Energi Mekanis

Merubah energi mekanis keEnergi panas ⇒ Mudah

Merubah energi panas keEnergi mekanis ⇒ ???

Mesin Panas

Mesin Panas

Mesin UapSteam engine

Mesin KombusiInternal Combustion Engine

Mesin Uap - Steam engine

Mesin Kombusi - Internal Combustion Engine

Tranfer energi dari Mesin Panas

Hk. Kekekalan energi

TH dan TL : temperaturoperasi mesin

Efisiensi Mesin

Jika QL rendah maka e menjadi besar.Tidak mungkin membuat QL = 0 K ⇒ Tidak ada mesin dengan

e = 100%

H

L

Q

Q1e −==

HQW

LH QWQ +=

Hukum Termodinamika ke-2

“Tidak ada alat yang dapat merubah panas seluruhnyamenjadi kerja” Pernyataan Kelvin-Planck

Mesin Carnot

|QH|

|QL|

H

L

H

L

TT

1Q

Q1e −=−=ideal

Mesin Carnot

Siklik Carnot adalah Siklik ReversibelSetiap Siklik Carnot yang beroperasi pada TH dan TL yang sama ⇒ e samaEfisiensi Mesin Carnot tidak bergantung dari substansi yang digunakanSemua Mesin Irreversibel mempunyai efisiensi lebih rendah dari Mesin Carnot

Mesin Stirling

Jika CV = 0 maka akan sama dengan Siklus Carnot.Karena CV > 0 maka

eStirling < eCarnot

R ( TH – TL ) ln ( V2 / V1 )e ideal gas =

R TH ln ( V2 / V1 ) + CV ( TH – TL )

Mesin Diesel

Mesin Otto

Mesin Brayton

Refrigerator, AC & Pompa Panas

1. compressor2. icebox3. thin metal vanes4. expansion valve5. tube terminating6. .7. electrical switch8. polyurethane foam

Refrigerator, AC & Pompa Panas

Refrigerator, AC & Pompa Panas

Refrigerator, AC & Pompa PanasSkema Transfer Energi

Mesin Panas Refrigerator / AC

Efisiensi Mesin:

e = |W| / |QH|

Performan Koefisien (CP):==LQ

We

W

QCP L=

Refrigerator & Air Conditioner

LH

L

LH

LL

TT

T

QQ

Q

W

QCP

−=

−==

Pompa Panas

W

QCP H=

Entropy

Hk. Termodinamika ke - 2 dari pernyataan Clausius dan Kelvin-Planck adalah agak khusus (hanya untuk proses tertentu )

Banyak proses-proses reversibel lain yang memenuhi Hk. Termodinamika ke - 1, tetapi belum dapat diterangkan dengan baik.

Pernyataan yang lebih umum dari Hk. Termodinamika ke-2

Entropy

Siklus Carnot

L

L

H

H

T

Q

T

Q=

Jika harga mutlak dihilangkan

L

L

H

H

TQ

TQ

−=

Setiap siklus reversibel dapat didekati dengan sederet siklus Carnot

0TQ

=∑

Entropy

Setiap proses reversibel dapat didekati dengan banyak infinit siklus Carnot

Berlaku untuk semua proses reversibel

0=∫ TdQ

Jika proses siklusnya dari a ke b ke a

∫∫ =III T

dQTdQ

dQ/T tidak tergantung langkah/ arah proses

Entropy

Siklus reversibel

TdQ

dS =

∫∫ ==−=b

a

b

aab T

dQdSSSSΔ

0dS =∫