Termodinamika

RAINA DIAH GRAHANI A.

XI IPA 1

PENGERTIAN TERMODINAMIKA

Pengertian Menurut BahasaTermodinamika berasal dari bahasa Yunani, yaitu

thermos yang berarti panas, dan dynamic yang berarti perubahan.

Pengertian Secara UmumSecara umum mempunyai pengertian kajian mengenai

kalor (panas) yang berpindah.

Usaha LuarUsaha luar dilakukan oleh sistem, jika kalor

ditambahkan (dipanaskan) atau kalor dikurangi (didinginkan) terhadap sistem. Jika kalor diterapkan kepada gas yang menyebabkan perubahan volume gas, usaha luar akan dilakukan oleh gas tersebut. Usaha yang dilakukan oleh gas ketika volume berubah dari volume awal V1 menjadi volume akhir V2 pada tekanan p konstan dinyatakan sebagai hasil kali tekanan dengan perubahan volumenya.𝑊= 𝑝∆𝑉= 𝑝(𝑉2 − 𝑉1)

Secara umum, usaha dapat dinyatakan sebagai integral tekanan terhadap perubahan volume yang ditulis sebagai

𝑊= න𝑝𝑉1

𝑉1𝑑𝑉

Energi Dalam (U)

Suatu gas yang berada dalam suhu tertentu dikatakan memiliki energi dalam. Energi dalam gas berkaitan dengan suhu gas tersebut dan merupakan sifat mikroskopik gas tersebut. Meskipun gas tidak melakukan atau menerima usaha, gas tersebut dapat memiliki energi yang tidak tampak tetapi terkandung dalam gas tersebut yang hanya dapat ditinjau secara mikroskopik.

Berdasarkan teori kinetik gas, gas terdiri atas partikel-partikel yang berada dalam keadaan gerak yang acak. Gerakan partikel ini disebabkan energi kinetik rata-rata dari seluruh partikel yang bergerak. Energi kinetik ini berkaitan dengan suhu mutlak gas. Jadi, energi dalam dapat ditinjau sebagai jumlah keseluruhan energi kinetik dan potensial yang terkandung dan dimiliki oleh partikel-partikel di dalam gas tersebut dalam skala mikroskopik. Dan, energi dalam gas sebanding dengan suhu mutlak gas. Oleh karena itu, perubahan suhu gas akan menyebabkan perubahan energi dalam gas.

Secara matematis, perubahan energi dalam gas dinyatakan sebagai untuk gas monoatomik

∆𝑈= 32𝑛𝑅∆𝑇

untuk gas diatomik

∆𝑈= 52𝑛𝑅∆𝑇

Usaha (W)

Usaha alias kerja merupakan proses perpindahan energi melalui cara-cara mekanis.

Usaha dalam gerak translasi :

Usaha dalam gerak rotasi:

Usaha pada termodinamika :

𝑊= 𝐹.𝑠

𝑊= 𝜏.𝜃

𝑊= 𝑝∆𝑉= 𝑝(𝑉2 −𝑉1)

Kalor (Q)

Kalor mengalir dari benda bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah, dan akan berhenti hingga suhu kedua benda sama. Kalor bukanlah suatu jenis energi, melainkan energi yang berpindah. Jadi dapat disimpulkan bahwa kalor adalah energi yang berpindah akibat adanya perbedaan suhu.

Proses-proses Termodinamika gas a. Proses isobarik Proses isobarik adalah proses perubahan keadaan gas

pada tekanan tetap. Persamaan keadaan untuk proses isobarik adalah

atau

Ini adalah hukum Gay Lussac. Sedangkan rumus usahanya adalah

CTV

1

1

2

2

TV

TV

)( 12 VVpVpW

b. Proses isokhorik

Proses isokhorik adalah proses perubahan gas pada volum tetap. Persamaan keadaan untuk proses isokhorik adalah

karena V tetap maka :

atau

CTpV

CTp

1

1

2

2

Tp

Tp

c. Proses isotermal

Jika proses yang terjadi berlangsung dalam suhu konstan, proses ini dinamakan proses isotermik. Karena berlangsung dalam suhu konstan, tidak terjadi perubahan energi dalam dan berdasarkan hukum I termodinamika kalor yang diberikan sama dengan usaha yang dilakukan sistem (Q = W ).

Persamaan keadaan untuk proses isokhorik adalah , karena T tetap maka :

atau

CTpV

CpV 1122 VpVp

d. Proses adiabatikProses adiabatik adalah proses perubahan

keadaan sistem tanpa adanya kalor yang masuk ke atau keluar dari sistem (gas), yaitu Q = 0.

atau atau

tetapPV

tetapTV )1(

2211 VPVP

)1(22

)1(11

VTVT

Dengan > 1, merupakan hasil perbandingan kapasitas kalor gas padatekanan tetap CP dan kapasitas kalor pada volume tetap CV. Yang disebut konstanta Laplace.

Usaha yang dilakukan oleh sistem (gas) hanya mengubah energi dalam, sebab sistem tidak menerima ataupun melepas kalor. Besarnya usaha yang dilakukan oleh sistem dapat ditentukan dengan menerapkan rumus umum usaha, maka diperoleh persamaan

V

P

CC

)(11

2211 VPVPW

Hukum I Termodinamika

Jika kalor diberikan kepada sistem, volume dan suhu sistem akan bertambah (sistem akan terlihat mengembang dan bertambah panas). Sebaliknya, jika kalor diambil dari sistem, volume dan suhu sistem akan berkurang (sistem tampak mengerut dan terasa lebih dingin). Prinsip ini merupakan hukum alam yang penting dan salah satu bentuk dari hukum kekekalan energi.

Sistem yang mengalami perubahan volume akan melakukan usaha dan sistem yang mengalami perubahan suhu akan mengalami perubahan energi dalam. Jadi, kalor yang diberikan kepada sistem akan menyebabkan sistem melakukan usaha dan mengalami perubahan energi dalam. Prinsip ini dikenal sebagai hukum kekekalan energi dalam termodinamika atau disebut hukum I termodinamika.

Secara matematis, hukum I termodinamika dituliskan sebagai 𝑄= 𝑊+∆𝑈

Secara sederhana, hukum I termodinamika dapat dinyatakan sebagai berikut.Jika suatu benda (misalnya krupuk) dipanaskan (atau digoreng) yang berarti diberi kalor Q, benda (krupuk) akan mengembang atau bertambah volumenya yang berarti melakukan usaha W dan benda (krupuk) akan bertambah panas yang berarti mengalami perubahan energi dalam ∆𝑈

Hukum II Termodinamika

Formulasi Kelvin-Planck menyatakan bahwa tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja pada suatu siklus yang semata-mata mengubah energi panas yang diperoleh dari suatu sumber pada suhu tertentu seluruhnya menjadi usaha mekanik.

Hukum kedua termodinamika juga menjelaskan bahwa kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah dan tidak pernah secara spontan mengalir ke arah yang sebaliknya. Sesuai dengan Formulasi Clausius yang menyatakan bahwa “Tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja semata-mata memindahkan energi panas dari suatu benda dingin ke benda panas.”

Mesin Carnot

Mesin Carnot adalah mesin kalor hipotesis yang beroperasi dalam siklus yang disebut siklus Carnot. Sebuah siklus termodinamika terjadi ketika suatu sistem mengalami rangkaian keadaan yang berbeda dan akhirnya kembali keadaan semula. Dalam siklus ini, sistem dapat melakukan usaha terhadap lingkungannya, sehingga disebut mesin kalor.

Perumusan Carnot menyatakan bahwa sebuah mesin nyata (real) yang beroperasi dalam suatu siklus pada temperatur dan tidak mungkin melebihi efisiensi mesin Carnot.

𝜂 = Δ𝑊Δ𝑄𝐻= 1− 𝑇𝑐𝑇𝐻

HT CT

Kapasitas Kalor Gas

Kapasitas kalor (C) adalah jumlah kalor yg diperlukan untuk menaikkan temperatur dari suatu sampel bahan sebesar 1K.

THANK YOU :))