TERMODINAMIKA

Thermos = Panas/kalor Dynamic = Perubahan

Termodinamika adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari tentang kemampuan benda panas menghasilkan panas/kerja.

Pengertian berkembang menjadi : Termodinamika diartikan sbg ilmu yang mempelajari energi beserta perubahannya dan hubungan antara sifat-sifat (properties) fisis materi.

PENGERTIAN DASAR

Termodinamika ilmu yang mempelajari dua bentuk pertukaran energi : kalor dan kerja.

Pertukaran energi berlangsung dalam dua bentuk :

1. Kalor (heat): sebagai transfer energi yang disebabkan karena perbedaan temperatur.

2. Kerja (work):adalah transfer energi yang tidak disebabkan oleh beda temperatur.

SISTEM (system)Benda atau sekumpulan benda yang sedang diamati/dipelajari.Berdasarkan interaksi dgn lingkunannya, sistem terdiri dari tiga macam: 1. SISTEM TERBUKA

ADA pertukaran massa dan energi antara sistem dengan lingkungannya. Misal: lautan, tumbuh

2. SISTEM TERTUTUPADA pertukaran energi tetapi TIDAK terjadi

pertukaran massa sistem dengan lingkungannya. Misalnya : Green House ada pertukaran kalor tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan.

3. SISTEM TERISOLASITIDAK ada pertukaran massa dan energi sistem

dengan lingkungan. Misal : tabung gas yang terisolasi

PEMBATAS (boundary)

1. Pembatas Adiabatik :tidak ada pertukaran kalor antara

sistem dan lingkunan.

2. Pembatas Tegar : tidak ada kerja baik dari sistem

terhadap lingkungan ataupun dari lingkungan terhadap lingkungan

Sifat-sifat Pembatas : dpt nyata atau imajiner, diam atau bergerak, dpt berubahukuran atau bentuknya

LINGKUNGAN (environment)

Segala sesuatu yang berada diluar sistem yang mempunyai pengaruh langsung terhadap sifat sistem disebut lingkungan

PANDANGAN MIKROSKOPIK - MAKROSKOPIK

Prilaku sistem atau interaksinya dgn lingkungan atau keduanya dapat dipelajari dengan dua pandangan berbeda, yaitu;

pandangan Mikroskopik dan

pandangan Makroskopik.

PANDANGAN MIKROSKOPIK – MAKROSKOPIK (cont.)

Mikroskopik: prilaku sisitem berupa sejumlah atom atau molekul dipelajari dengan pendekatan statistik. misal; sistem terdiri sejumlah 10²¹ atom pada tekanan dan suhu atm. Diperlukan ≥ 6 x 10²¹ buah persamaan utk mendeskripsikan tsb.Teori Kuantum digunakan utk menjelaskan prilaku mikroskopik atom dan molekul lewat besaran fisis mis. laju, massa, momentum, sifat tumbukan dsb.→ pendekatan ini digunakan dlm disiplin ilmu :Teori Kinetik dan Mekanika Statistik

PANDANGAN MIKROSKOPIK – MAKROSKOPIK (cont.)

Makroskopik: prilaku sistem dipelajari tanpa memerlukan hipotesis mengenai struktur materi dalam skala atomik dan interaksi antara atom-atom penyusun materi tsb. Prilaku sistem dipelajari lewat besaran terukur; tekanan, volume, suhu

misal; gas dalam tabung sbg sistem, dan piston sbg lingkungan

→ pendekatan ini dipelajari dalam disiplin ilmu Termodinamika Klasik

SIFAT SISTEM (TERMODINAMIKA)

Sifat sistem adalah ciri umum dari sistem yang mempunyai nilai. Nilai sifat ini dapat diukur langsung seperti tekanan (p), volume (V), dan suhu (T).

Dalam termodinamika ada besaran yg bukan sifat sistem, yaitu kalor (q) dan kerja (W). Keduanya adalah sesuatu yg diterapkan pada suatu sistem utk menghasilkan berbagai perubahan sifat.

SIFAT SISTEM :

Sifat Intensiv: Sembarang sifat sistem memiliki nilai yang tidak bergantung pada massa total sistem (misal; tekanan, suhu, rapat massa) Cat. pers termod. biasa ditulis dgn var intensif

Sifat Ekstensiv:Sembarang sifat sistem memiliki nilai yang bergantung pada massa total sistem (misal; volume total, massa, kapasitas panas, kerja/energi total, entropi, dll)Cat. Var Eks ditulis dg huruf besar, rapat massa huruf kecil

COORDINATES SYSTEM & STATE OF SYSTEM

Dalam Termodinamika ;Volume (V), temperatur (T), tekanan (p), kerapatan () dll disebut koordinat sistem Suatu proses adalah perubahan koordinat sistemKeadaan sistem tergantung pada koordinat sistem; bila koordinat sistem berubah maka keadaan sistem akan berubah, shg koordinat sistem dsb peubah keadaan sistem Perubahan keadaan sistem dari suatu keadaan ke keadaan lain digambarkan pd Diagram V-T-p

Termodynamic Equilibrium

Thermodynamic equilibrium : keadaan akhir dari suatu sistem terisolasi (tertutup)Jika suatu sistem terisolasi ada pada kesetimbangan adalah homogen, maka variabel keadaannya bernilai sama disemua titik dalam sistem.Jika sistem adalah heterogen, maka tempertur dan tekanan dari kombinasi sistem dianggap akan sama dimanapun, dan densitas setiap bagian homogen dianggap sama di semua titik di bagaian yang homogen

Equation of State (Fungsi/Persamaan Keadaan)

Hubungan variabel keadaan p, V, dan T suatu zat dipengaruhi oleh sifat zat itu sendiri. Hubungan variabel keadaan dengan massa m dsb fungsi atau persamaan keadaan suatu zat, ditulis:

F (p, V, T, m) = 0 . . . . . . . . (1)

Jika volume V diganti dgn volume jenis v di mana; v = V/m maka persamaan (1) menjadi

F (p, v, T) = 0 . . . . . . . . (2)

artinya persamaan keadaan zat haya bergantung pada sifat zat itu sendiri

SEKIAN, SAMPAI MINGGU DEPAN

Persamaan Keadaan Gas Ideal

Dalam termodinamika, gas yang dipergunakan sebagai benda kerja umumnya dianggap bersifat sebagai gas ideal

Gas ideal adlh gas di mana tenaga ikat molekul-molekulnya dapat diabaikanGas real adlh gas di mana tenaga ikat molekul-molekulnya tak dapat diabaikan begitu saja

Pengertian Gas Ideal

Pengertian satu molekul dan satu mol gas

mol gas adlh sejumlah gas yg mengandung NA molekul (NA: bilangan Avogadro= 6,02x10²³ molekul/mol). Dalam Sistem Internasional (SI); NA= 6,02x10²⁶ molekul/kmol

Massa molekul dan massa satu molekul•Massa molekul (M): massa satu kilomol zat yang

dinyatakan dalam kg. •Massa satu molekul zat (mₒ) : massa satu molekul

zat yang dinyatakan dalam kg, di mana: mₒ = M/NA dengan M : massa molekul (kg/kmol).

Bila mₒ dalam kg, maka NA dalam (molekul/kmol) Hubungan banyak mol dan massa total gas

n = m/M . . . . . . . . . . . (3)

di mana m : massa total gas (kg) Hubungan banyak mol dgn jumlah molekul

n = N/ NA . . . . . . . . . . . (4)

di mana N : jumlah molekul gas

Kerapatan gas didefinisikan; = m/V = 1/v

Kerapatan/densitas gas

Jika berat gas dinyatakan dengan W = mg (g percepatan gravitasi), maka berat jenis gas ; w = W/V = g/ Untuk tiap titik pada gas , didefinisikan volume jenis v ;v = dV/dm dan kerapatan ;

= dm/dV = 1/vSatuan volume jenis v : m³/kg

rapat massa ; kg/m³

Persamaan Gas Ideal

Hubungan p, V, dan T dari suatu gas ideal dinyatakan oleh persamaan Boyle-Gay Lussac :

pV/T = C atau p₂V₂/T₂ = p₁V₁/T₁ . . . . . . . . . . (5)

Jika proses dilakukan pada suhu tetap (isotermik) diperoleh persamaan Boyle :

pV = C atau p₁V₁ = p₂V₂ . . . . . . . . . . . (6)

Jika proses dilakukan pada tekanan tetap (isobarik) diperoleh persamaan Charles- Gay Lussac :

V/T = C atau V₁/T₁ = V₂/T₂ . . . . . . . . . . (7)

Jika proses dilakukan pada volume tetap (isokorik) maka persamaan gas ideal menjadi :

p₁/T₁ = p₂/T₂ . . . . . . . . . . . . (8)

Jika proses yang berlangsung tidak menerima atau memberikan panas maka proses berlangsung secara adiabatik. Persamaan yang berlaku pada proses adaiabatik akan dibicarakan pada bab tersendiri.

Persamaan gas ideal untuk satu satuan massa : pv = RT . . . . . . . . . . (9)

di mana :p: tekanan absolut (N/m²; kg/m²), v: volume jenis gas (m³/kg)R: konstanta gas (Juole/kg.K), T: suhu absolut gas ( K)

Untuk massa m maka persamaan (9) dapat ditulis pV = mRT . . . . . . . . . . (10)

di mana : V : volume gas (m³) vol jenis gas; v = V/m m : massa gas (kg)

Untuk n jumlah mole gas persamaan keadaan gas ideal dapat ditulis

pv* = RₒT atau . . . . . . . . . . (11) pV= nRₒT . . . . . . . . . . (12)

di mana: n : jumlah mole gas (kmole) n = m/M v* : volume jenis molar (m³/kmole) v* = V/n = Mv = 1/ Konstanta gas universal berlaku untuk semua gas . Satuan Rₒ : Joule/kmole.K; kg.m /kmole.K

Hubungan konstanta gas dengan konstanta gas universal :

R = Rₒ/M . . . . . . . . . . (13)di mana : R : konstanta gas M : berat molekul gas (kg/kmole)

Contoh perhitungan Rₒ dan R

Nilai konstanta gas universal (Rₒ) dapat dihitung sbb;Pada kondisi standar: T = 273 K (0 C ) dan tekanan barometer 1 atm (76 cm Hg), volume tiap–tiap kgm-mole adalah 22,4 m³/kmole. Maka dengan menggunakan pers. (13) Rₒ dapat diketahui

Nilai konstanta gas (R) untuk suatu gas dapat dihitung bila berat molekulnya diketahui, misal; untuk gas nitrogen yg berat molekulnya 28 kg/kmole, maka RN = Rₒ/M = 8,3149x10³ (Joule/kmole.K)/ 28 kg/kmole) = . . . . . . . . . Joule/kmole.K (dalam SI)

Contoh perhitungan , w, v* dll 1. Sebuah tabung berisi 1,5 kg gas dengan volume 20 cm³.

Tentukanlah kerapatan dan berat jenis gas jika diketahui perc. gravitasi = 9,8 m/det². Penyelesaian : a. kerapatan gas: = m/V = 1,5/20 x10⁻⁶ = 75 x 10³ kg/m³ b.berat jenis gas: w = W/V = mg/ = (1,5 x 9,8)/20 x10⁻⁶ =735 x 10³ N/m³

2. Volume jenis 1 lbm-mol uap pada tekanan atmosfer adalah 26,8 ft³/lbm, tentukanlah ; (a) densitas dan (b) jika diketahui berat molekul uap adalah 32 lbm/lbm-mol, maka hitung; massa, volume, dan volume jenis molal uap.

Penyelesaian : a. = 1/V = 1/26,8 ft³/lbm = 0,03731 lbm/ ft³ b. m = nM = 1 lbm-mole (32 lbm/lbm-mol) = 32 lbm, maka V = mv = 32 lbm (26,8 ft³/lbm) = 857,6 ft³ c. v* = V/n = 857,6 ft³/1 lbm-mole = 857,6 ft³/ lbm-mole

Perubahan Keadaan Gas Ideal

Terdapat 4 macam perubahan keadaan istimewa yaitu :a. Perubahan keadaan pada proses suhu konstan

(isotermik). Persamaan yg berlaku adl pers. (6)

Diagram p-V proses isotermik

p₂

p₁

V₂ V₁

Grafik proses suhu konstan

1

2

V

p

b. Perubahan keadaan pd proses takanan konstan (isobarik). Persamaan yg berlaku adl pers. (7)

Diagram p-V proses isobarik

1 2p₁=p₂

Grafik proses tekanan konstan

V₁ V₂V

p

V₁ = V₂

p₁

p₂

1

2

p

V

Grafik proses volume konstan

Diagram p-V proses isokorik

c. Perubahan keadaan pd proses volume konstan (isokorik). Persamaan yg berlaku adl pers. (8)

Grafik proses isotermik

Grafik proses adiabatik

V

p

d. Perubahan keadaan pd proses adiabatik. Persamaan yg berlaku akan dibicarakan kemudian

Diagram p-V proses isotermikdan adiabatik