bab 1 definisi & konsep asas -...
Post on 20-Jul-2019
293 Views
Preview:
TRANSCRIPT
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 1
BBE 34703 Termodinamik
Bab 1
DEFINISI & KONSEP ASAS
Nizamuddin Razali
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 2
Bab 1 :Definisi & Konsep Asas
OBJEKTIF
Diakhir bab ini diharapkan anda boleh:
• Mendefinisikan istilah termodinamik
• Menghubungkaitkan penggunaan konsep termodinamik dalam
kehidupan harian
• Menjelaskan istilah-istilah lazim yang digunakan dalam bidang
termodinamik
• Menggunakan unit asas dalam bidang termodinamik
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 3
1.1 Pengenalan • Termodinamik
• Pengajian tenaga, pemindahan tenaga, dan perubahan tenaga
dalam berbagai bentuk
• Berasal dari cantuman 2 perkataan greek iaitu therme dan
dynamis.
• Ditakrifkan sebagai suatu cabang sains yang mengkaji perubahan
tenaga dalam bentuk haba dan kerja dan pertaliannya dengan
sifat-sifat jasad yang terpengaruh terhadap perubahan tersebut.
• Prinsip asas – prinsip keabadian tenaga
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 4
1.1 Pengenalan (smbngn) • Aplikasi Prinsip Termodinamik
Sistem air panas
Menggunakan tenaga solar Sistem peti sejuk
Sistem Penyejukkan
Badan m
anusia
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 5
1.2 Sistem Termodinamik • Sistem digunakan untuk
menunjukkan perkara yang hendak di analisis
• Sistem – suatu kuantiti jirim atau kawasan di dalam ruang tertentu yang di pilih khas untuk diberi perhatian dalam sesuatu analisis.
• Segala perubahan yg berlaku pada sistem hasil dari pengaliran jisim @ salingtindak tenaga @ kedua-duanya perlu diperhatikan bagi menentukan keadaan keseluruhan sistem.
• Sistem dibahagikan kepada 2 iaitu sistem tertutup dan sistem terbuka
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 6
1.2 Sistem Termodinamik (sambgn)
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 7
1.2 Sistem Termodinamik (sambgn)
• Sistem tertutup
• Jisim kawalan
• Jumlah jisim tidak berubah mengikut masa
• Pemindahan haba dan kerja boleh melalui sempadan sistem
• Contoh ; udara dalam tayar, gas di dalam sebuah silinder.
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 8
1.2 Sistem Termodinamik (sambgn)
• Sistem terbuka
• Isipadu kawalan
• Melibatkan pengaliran jisim masuk dan keluar merentasi sempadan sistem
• Contoh; paip air, turbin, pemampat, dan pam air
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 9
1.3 Sifat-sifat Sistem • Sifat
• Ciri-ciri sesuatu sistem
• Sifat sistem yang diketahui yang digunakan untuk menentukan
keadaan keseluruhan sistem
• Sifat yang boleh dikesan dan diukur – jisim(m), isipadu(V),
suhu(T), dan tekanan(p)
• Sifat yang tidak boleh diukur secara fizikal – tenaga dalam,
entalpi, entropi dan ketumpatan
• Sifat termodinamik blh ditentukan pada sesuatu masa tanpa
merujuk kepada sejarah sistem.
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 10
1.3 Sifat-sifat Sistem (smbngn)
• Sifat termodinamik boleh dibahagikan kepada 3 jenis
• Sifat ekstensif
• Sifat intensif
• Sifat tentu
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 11
1.3.1 Sifat Ekstensif (smbngn) • Berubah mengikut saiz sistem dan boleh dicampur
• Contoh; jisim, isipadu dan tenaga dalam
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 12
1.3.1 Sifat Intensif (smbngn) • Tidak bergantung pada saiz dan bahan yang terdapat di dalam
sistem
• Nilai boleh berubah dari satu tempat ke satu tempat yang lain
di dalam sistem pada sebarang masa
• Tidak boleh dicampur
• Contoh; suhu, tekanan dan ketumpatan
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 13
1.3.1 Sifat Tentu (smbngn) • Sifat ekstensif per unit jisim
• Contohnya isipadu tentu, �
• � =�
�=
�
�=� �⁄
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 14
1.4 Keadaan & Keseimbangan
• Keadaan keseluruhan sistem boleh ditentukan apabila
terdapat sekurang-kurangnya dua sifat intensif termodinamik.
(aturan dua sifat )
• Kedua-dua sifat tidak bergantung antara satu sama lain
• Cth; suhu dan isipadu tentu
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 15
1.4 Keadaan & Keseimbangan (smbngn)
• Keseimbangan Termodinamik;
• Sistem dikatakan berada dlm keseimbangan termodinamik jika
tidak terdapat sebarang kecenderungan atau daya paduan yang
tidak seragam di dlm sistem.
• Merangkumi;
• Keseimbangan haba
• Keseimbangan mekanik
• Keseimbangan fasa
• Keseimbangan kimia
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 16
1.5 Proses dan Kitar Termodinamik
• Proses – perubahan suatu sistem dari keadaan keseimbangan
awal kepada keseimbangan akhir
Rajah : Proses Termodinamik
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 17
1.5 Proses dan Kitar Termodinamik (smbngn)
• Proses Sesifat – proses di mana sifat tertentu bahan semasa
proses berlaku adalah malar
Sifat –sifat yang malar Nama proses
Suhu
Tekanan
Isipadu
Entropi
Entalpi
Sesuhu (isotermal)
Setekanan (isobar)
Seisipadu (isometrik)
Seentropi (isentropik)
Seentalpi (isentalpik)
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 18
1.5 Proses dan Kitar Termodinamik (smbngn)
• Proses Mirip Statik
• proses yg berlaku tidak terhingga perlahannya.
• Sifat-sifat pd setiap titik berubah secara seragam
• Proses yg unggul
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 19
1.5 Proses dan Kitar Termodinamik (smbngn)
• Kitar Termodinamik
• Beberapa proses digabungkan secara bersiri dan membentuk satu
litar tertutup.
• Keadaannya kembali semula ke keadaan awalnya pada akhiran
proses.
• Proses berturutan dari segi laluan proses dan arahnya
• Perubahan bersih sifat-sifatnya adalah sifar.
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 20
1.5 Proses dan Kitar Termodinamik (smbngn)
• Jumlah perubahan tekanan =
� − � + − � + � − + � − � = 0
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 21
1.6 Unit Asas
• Perhubungan diantara kedua-dua sistem di atas
• 1 lbm = 0.45359 kg
• 1 ka = 0.3048 m
Parameter Jisim Panjang Masa
Unit SI Kilogram, kg Meter, m Saat, s
Unit Imperial Paun-jisim, lbm Kaki, ka Saat, s
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 22
1.6 Unit Asas (smbngn)
• Terdapat beberapa unit terbitan lain yang sering digunakan
dalam termodinamik;
Kuantiti Unit Simbol
Kerja Joule J
Haba Joule J
Kuasa Watt W
Tekanan Newton/meter persegi N/m2
Isipadu tentu Meter padu / kilogram m3/kg
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 23
1.7 Gandaan Unit
• Kaedah digunakan untuk meringkaskan atau mengurangkan
penulisan nombor jika nilainya terlalu besar atau terlalu kecil.
• Cth;
• 10000000 = 1 × 10�
• 0.00000123 = 1.23 × 10��
• 10�= mega dan 10�� = mikro
• Tahu menukar sesuatu nilai menggunakan gandaan unit yg
berbeza
• Cth; 1MW = 1000 kW
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 24
1.7 Gandaan Unit (smbngn)
Gandaan Simbol Faktor Gandaan
Tera T 10��
Giga G 10�
Mega M 10�
Kilo K 10
Hektor H 10�
Deka da 10�
Deci d 10��
Centi c 10��
Mili m 10�
Mikro μ 10��
Nano n 10��
Pico p 10���
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 25
• Contoh 1 : Tukarkan 1 km/j menjadi m/s
• Diketahui
• 1 km = 1000 m
• 1 jam = 60 X 60 = 3600 s
•���
�×
�����
���×
��
����=
�����
����= �. !"#/%
• Contoh 2 : Tukarkan 15km/j kepada cm/s
• Diketahui
• 1 km = 1000 m dan 1 m = 100cm
• 1jam= 3600s
•�&��
�×
�����
���×
���'�
��×
��
����=
�&��('�
����= )*+. +!,#/%
Contoh
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 26
• Contoh 3 : Tukarkan 25 g/mm3 menjadi kg/m3
• Diketahui • 1 kg = 1000 g
• 1 m3 = 1000 x 1000 x 1000
= 1x109 mm3
•�&-
��.×
��-
����-×
���/��.
��.=
�&��/�-
�����.= 0 × *�+ 12 #3⁄
• Contoh 4 : Tukarkan 3N/cm2 kepada kN/m2
• Diketahui • 1 kN = 1000 N
• 1m2= 100 x 100
= 1 x 104 cm2
•4
'�5×
��4
����4×
���6'�5
��5=
��6�4
�����5= 3�17/#
Contoh
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 27
1.8 Tekanan
• Ditakrifkan sebagai daya normal yang ditindak oleh bendalir
perunit luas;
89:;:;, ==>?@�AB
C
• 1 N/m2 = 1 Pascal
• 1 bar = 105 N/m2
• 1 bar = 100kPa
• 1 atm = 1.013 bar
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 28
• Contoh 5 :
Jisim 50kg bertindak ke atas satu omboh dengan luas 100cm2. Hitungkan keamatan tekanan pada air yang terdapat di bawah omboh tersebut pada keadaan keseimbangan
Penyelesaian
Tekanan yg bertindak ke atas omboh
= daya/luas
= 50kg x 9.81 m/s2 / 0.01 m2
= 49.05 kN/m2
Contoh
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 29
1.8 Tekanan (smbngn)
• Pengukuran tekanan
D = E�F
dimana
P = tekanan (N/m2)
E = ketumpatan (kg/m2)
g = pecutan graviti (m/s2)
h = ketinggian turus (m)
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 30
• Contoh 6 :
Seorang penyelam berada sedalam 10m daripada permukaan laut. Jika
tekanan atmosfera tempatan ialah 760mmHg dan ketumpatan air laut
ialah 1050 kg/m3, tentukan tekanan yg bertindak terhadap badan
penyelam. Ambil 760mmHg = 1.014 bar
Penyelesaian
Tekanan yg bertindak ke atas badan penyelam
GH>IHBA� = AJ@�F + AK�
=��&��.L���
���(+ 1.014
Contoh
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 31
1.8 Tekanan (smbngn)
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 32
1.8 Tekanan (smbngn)
• Empat jenis tekanan yg biasa digunakan
• Tekanan tolok
• Tekanan atmosfera
• Tekanan mutlak
• Tekanan vakum
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 33
1.8 Tekanan (smbngn)
• Tekanan tolok : ptolok = pmutlak - patm
pmutlak = ptolok + patm
• Tekanan vakum : pvakum = patm – pmutlak
pmutlak = patm - pvakum
p > patm
p < patm
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 34
• Contoh 7 :
Sebuah tolok vakum yg dihubungkan dgn satu kebuk
menunjukkan 40 kPa di mana tekanan atmosferanya adalah
99.95 kPa. Tentukan tekanan mutlak di dalam kebuk
Penyelesaian
pmutlak = patm – pvakum
= 99.95 – 40 kPa
= 59.95 kPa
Contoh
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 35
1.8.1 Alat Pengukur Tekanan (smbngn)
• Manometer
• Mengukur perbezaan tekanan yang kecil hingga besar
• Berdasarkan ketinggian cecair
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 36
1.8.1 Alat Pengukur Tekanan (smbngn)
• Tolok Bourdon
• Mengukur tekanan atmosfera
• Terdiri drpd satu tiub kosong yg
dibengkokkan. Hujung tiub
disambungkan kepada jarum penunjuk
dan hujung satu lagi disambung kpd
ruang tekanan yg diukur
• Apabila dikenakan tekanan, tiub akan
melurus dan menggerakkan jarum
berkadaran dgn tekanan yg dikenakan.
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 37
1.8.1 Alat Pengukur Tekanan (smbngn)
• Barometer
• Mengukur tekanan atmosfera
• Bentuk paling mudah; tiub berisi raksa yg diterbalikkan di dalam
sebuah bekas raksa yg terdedah kpd atmosfera.
AK� = E�F
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 38
1.9 Suhu
• Ukuran kepanasan dan kesejukkan
• Keseimbangan haba
• Hukum sifar termodinamik
• Skala suhu
• T(°C) = T(K) -273
• T(R) = 1.8 T(K)
• T(°F) = T(R) – 460
• T(°F) = 1.8 T(°C) + 32
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 39
• Contoh 8 :
Tukarkan nilai suhu berikut kepada °C;
a) 300K
b) 70 °F
Penyelesaian
a) T(°C) = T(K) – 273
= 300 – 273 = 27°C
b) T(°F) = 1.8 T(°C) + 32
= [T(°F) – 32]/1.8
= [ 70 – 32]/1.8 = 21.11°C
Contoh
12/29/2011
NIZAMUDDIN BIN RAZALI UTHM 40
THANK YOU
top related