Makalah Sistem Termodinamika dan Persamaan Keadaan Sistem

Disusun Oleh: Kelompok 5: 1. Annisa Rahmawati (06111181320001) 2. Arum Erischa Widyowati (06111181320031) 3. Devi Ardiantini (06111181320036) 4. Dwi Rahmawati (06111281320012) 5. Melina Mustika Sari PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN MIPA FKIP UNIVERSITAS SRIWIJAYA 2015

Kata Pengantar

Assalamu’alaikum warahmatullahi wabarakatuh. Alhamdulillahirabbilalamin, banyak nikmat yang Allah berikan, tetapi sedikit sekali yang kita ingat. Segala puji hanya layak untuk Allah Tuhan seru sekalian alam atas segala berkat, rahmat, taufik, serta hidayah-Nya yang tiada terkira besarnya, sehingga

kami

dapat

menyelesaikan

makalah

dengan

judul

”SISTEM

TERMODINAMIKA DAN PERSAMAAN KEADAAN SISTEM”. Dalam penyusunannya, kami memperoleh banyak bantuan dari berbagai pihak, karena itu kami mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya karena telah memberikan dukungan, kasih, dan kepercayaan yang begitu besar. Dari sanalah semua kesuksesan ini berawal, semoga semua ini bisa memberikan sedikit kebahagiaan dan menuntun pada langkah yang lebih baik lagi. Meskipun kami berharap isi dari makalah ini bebas dari kekurangan dan kesalahan, namun selalu ada yang kurang. Oleh karena itu, kami mengharapkan kritik dan saran yang membangun agar skripsi ini dapat lebih baik lagi. Akhir kata kami berharap agar makalah ini bermanfaat bagi semua pembaca. Wassalamu’alaikum warahmatullahi wabarakatuh. Indralaya, 14 Januari 2015

Mahasiswa FKIP UNSRI

Pendidikan

Fisika

DAFTAR ISI BAB 1 PENDAHULUAN a. Latar Belakang b. Rumusan Masalah c. Manfaat Penulisan BAB 2 PEMBAHASAN a. b. c. d. e. f. g. h.

Sistem dan Lingkungan Jenis Sistem Termodinamika Sifat- sifat sistem Persamaan keadaan Sistem dan persamaan keadaannya Properti-Properti dan Keadaan Dari Suatu Sistem Persamaan-persamaan untuk gas tak ideal Persamaan keadaan dalam termodinamika

BAB 3 PENUTUP a. Kesimpulan b. Saran

BAB 1 PENDAHULUAN

A. Latar belakang Termodinamika adalah satu cabang fisika teoritik yang berkaitan dengan hukum – hukum pergerakan panas, dan perubahan dari panas menjadi bentuk – bentuk energy yang lain. Istilah termodinamika diturunkan dari bahasa yunani therme ( panas ) dan dynamis (gaya). Cabang ilmu ini berdasarkan pada dua prinsip dasar yang aslinya diturunkan dari eksperimen, tetapi kini dianggap sebagai aksioma ( suatu pernyataan yang diterima sebagai kebenaran dan bersifat umum, tanpa memerlukan pembuktian ). Prinsip pertama adalah hukum kekekalan energy, yang mengha mengambil bentuk hokum kesetaraan panas dan kerja. Prinsip yang kedua menyatakan bahwa panas itu sendiri tidak dapat mengalir dari benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas tanpa adanya perubahan dikedua benda tersebut. Eksperimen membuktikan dua sifat lebih lanjut dari energy dalam. Energy dalam system yang terisolasi adalah tetap. Pengamatan ini sering diringkas degan ucapan bahwa “ energy bersifat kekal”. Bukti kekekalan energy adalah kemustahilan untuk membuat mesin yang bergerak terus menerus, yang bekerja tanpa bahan bakar, mustahil untuk menciptakan ( atau menghancurkan) energy. (P.W.Atkins, 1999:34) sifat kedua dari energi dalam(yang membawa kita melampaui hukum fisika yang sederhana: kekekalan energi) adalah bahwa oleh karena kita bisa tahu cara perpindahan energi ( karena kita dapat melihat apakah sebuah beban dinaikkan diturunkan dalam lingkungannya, atau apakah es sedah meleleh ), systemnya tutup mata terhadap cara yang dipakai. Kalor dan kerja adalah cara yang setara dalam mengubah energy system: energy adalah energy, bagaimanapun cara memperolehnya atau cara menghabiskannya. System termodinamika menyerupai sebuah bank: menerima simpanan uang, lalu menyimpannya untuk cadangan sebagai energy dalam (P.W.Atkins,1999:34) B. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah diatas rumusan masalah dalam makalah ini adalah: 1. 2. 3. 4.

Apakah yang dimaksud dengan sistem dan lingkungan ? Apa saja jenis sistem termodinamika? Apa saja sifat sistem termodinamika? Apa saja persamaan dalam Termodinamika?

C. Manfaat Penulisan Manfaat yang dapat diperoleh dari penulisan makalah adalah: a. Memberikan penjelasan kepada pembaca tentang sistem termodinamiaka b. Memberikan penjelasan kepada pembaca mengenai persamaan-persamaan sistem.

BAB 2 PEMBAHASAN

A. Sistem dan lingkungan Suatu system termodinamika adalah suatu masssa atau daerah yang dipilih untuk dijadikan obyek analisis. Daerah sekitar sistem tersebut disebut sebagai lingkungan. Batas antara system dengan lingkungannya disebut batas

system

( boundary), sifat sistem seperti massa, volume, energy, tekanan, dan temperature, merupakan krakteristik mikroskopik sistem, di mana nilai numeriknya dapat diberikan pada suatu waktu tertentu tanpa mengetahui sejarah system Sifat (property ) system seperti massa , volume, energy, tekanan, dan temperatur, merupakan krakteristik mikroskopik system, di mana nilai numeriknya dapat diberikan pada suatu waktu tertentu tanpa mengetahui sejarah system itu sendiri. Keadaan ( state ) merupakan kondisi system yang dapat ditentukan oleh sifatnya. Mengingat bahwa umumnya terdapat hubungan antara sifat – sifat system, keadaan dapat ditentukan berdasarkan nilai pasangan sifatnya. Sifat – sifat yang lain dapat ditentukan berdasarkan pasangan sifatnya. Proses dapat terjadi pada sebuah system apabila terdapat perubahan sifat sehingga terjadi perubahan keadaan dari system tersebut. Proses merupakan transformasi dari suatu keadaan ke kaadaan yang lain. Jika system menunjukan nilai sifatnya yang tetap pada dua saat yang berbeda. Maka system dapat dikatakan berada dalam keadaan yang sama. Sebuah system dikatakan dalam kondisi tunak ( steady state) jika tidak satu pun sifatnya berubah terhadap waktu. Siklus termodinamika merupakan suatu urutan proses yang berawal dan berakhir pada keadaan yang sama. Pada akhir siklus, semua sifat akan memiliki nilai yang sama dengan kondisi awal. Dengan demikian, maka dalam suatu siklus, system tidak mengalami perubahan netto. Siklus yang berulang secara periodik memegang peran penting dalam berbagai aplikasi teknik. Contohnya, uap yang berdiskusi dalam suatu unit pembangkit tenaga listrik membentuk sebuah siklus. Pada suatu keadaan tertentu, setiap sifat memiliki nilai tertentu yang dapat ditentukan tanpa perlu mengetahui bagaimana sistem dapat mencapai keadaan tersebut. Dengan demikian, perubahan nilai suatu sifat dapat pada saat system

berpindah dari suatu keadaan ke kaadaan yang lain sangat di tentukan oleh keadaan awal dan akhir serta tidak di pengaruhi oleh langkah perubahan yang terjadi. Perubahan tidak di pengaruhi oleh sejarah dan rincian proses. Sebaliknya apabila nilai suatu besaran tidak dipengaruhi oleh proses antara dua keadaan, maka besaran tersebut merupakan perubahan sifat. Hal ini mendorong munculnya pengujiaan yang bukan saja penting namun juga memadai dalam menentukan apakah suatu besaran merupakan perubahan sebuah sifat: suatu besaran adalah sebuah sifat, jika dan hanya jika perubahan nilai diantara dua keadaan tidak di pemgaruhi oleh proses. Selanjutnya,apabila nilai kuantitas tertentu bergantung pada detail proses dan tidak semata – mata tergantung pada kondisi awal dan akhir, maka besaran tersebut bukanlah sebuah sifat. B. Jenis sistem termodinamika Ada tiga jenis system termodinamika berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan : 1. Sistem Terisolasi Pada sistem ini tidak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Contoh dari system terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi. 2. Sistem tertutup Pada sistem ini terjadi pertukaran energi tapi tidak terjadi pertukatran benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup dimana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan. Apakah suatu sistem terjadi pertukaran panas, kerja atau keduanya biasanya dipertimbangkan sebagai sifat pembatasnya: a. Pembatas adiabatic: tidak memperoleh pertukaran panas b. Pembatas rigid: tidak memperoleh pertukaran kerja. 3. Sistem Terbuka Pada system ini terjadi pertukaran energy dan benda dengan lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebut permeable. Samudra merupakan contoh dari system terbuka.

Dalam kenyataan, sebuah sistem tidak dapat terisolasi sepenuhnya dari lingkungan, karena pasti ada terjadi sedikit pencampuran, meskipun hanya penerimaan sedikit penarikan gravitasi. Dalam analisis sistem terisolasi, energi yang masuk ke sistem sama dengan energi yang keluar dari sistem. C. Sifat – sifat sistem Tingkat keadaan kesetimbangan system termodinamik pada waktu tertentu dijelaskan sebagai seperangkat fungsi tingkat keadaan yang disebut sifat – sifat. Sifat – sifat merupakan fungsi tingkat keadaan sistem tersebut saja, dengan demikian sifatsifat ini tidak tergantung pada riwayat sistem atau proses yang melaluinya tingkat keadaan tersebut tercapai. Perubahan pada nilai sifat dengan demikian ditetapkan hanya oleh tingkat keadaan awal dan akhir sistem tersebut. Sifat dapat dibagi menjadi dua kategori : intensif dan ekstensif. Sifat – sifat intensif seperti temperatur, tekanan, dan densitas tidak tergantung pada ukuran, massa atau konfigurasi sistemnya. Sifatsifat intensif mendefinisikan tingkat keadaan intensif suatu system dan memiliki arti hanya untuk system –sistem yang berada dalam tingkat keadaan ke setimbangan. Sifat- sifat intensif dapat juga dapat juga di defenidsikan pada suatu titik bilamana ukuran system yang mengelilingi titik tersebut mendekati nol. Sifat – sifat yang tergantung pada ukuran system, seperti panjang, volume, massa dan energy merupakan sifat- sitfat ekstensif. Jumlah sifat yang diperlukan untuk mendefinisikan suatu system tergantung pada kerumitan sistem itu sendiri. Pada system sederhana. Tingkat keadaan intensif memiliki dua derajat kebebasan. Jika sistm yang demikian berada dalam kesetimbangan , tingkat keadaan intensif diberikan oleh dua sifat intensif bebasnya. Sistem yang mengandung lebih dari satu komponen atau lebih. Sifat- sifat yang mendefinisikan tingkat keadaan suatu system disebut sifat bebas. Sifat – sifat yang menjadi tetap apabila tingkat keadaan sistem tersebut didefinisikan oleh sifat – sifat bebasnya disebut sifat – sifat takbebas. Sebagai contoh jika tekanan dipilih sebagai sifat bebas, dan nilai sebesar 1 atmosfer telah dipilih, maka temperature ( sifat takbebas) yang pada temperatur ini air akan mendidih ialah 100 c.

D. Persamaan keadaan Di dalam fisika dan termodinamika, persamaan keadaan adalah persamaan termodinamika yang menggambarkan keadaan materi di bawah seperangkat kondisi fisika. Persamaan keadaan adalah sebuah persamaan konstitutif yang menyediakan hubungan matematik antara dua atau lebih fungsi keadaan yang berhubungan dengan materi, seperti temperatur, tekanan, volume dan energi dalam. Persamaan keadaan berguna dalam menggambarkan sifat-sifat fluida, campuran fluida, padatan, dan bahkan bagian dalam bintang. E. Sistem dan persamaan keadaannya Keadaan seimbang mekanis : Sistem berada dalam keadaan seimbang mekanis, apabila resultan semua gaya (luar maupun dalam) adalah nol Keadaan seimbang kimiawi : Sistem berada dalam keadaan seimbang kimiawi, apabila didalamnya tidak terjadi perpindahan zat dari bagian yang satu ke bagian yang lain (difusi) dan tidak terjadi reaksi-reaksi kimiawi yang dapat mengubah jumlah partikel semulanya ; tidak terjadi pelarutan atau kondensasi. Sistem itu tetap komposisi maupun konsentrasnya. Keadaan seimbang termal : sistem berada dalam keadaan seimabng termal dengna lingkungannya, apbiala koordinat-kooridnatnya tidak berubah, meskipun system berkontak dengan ingkungannnya melalui dinding diatermik. Besar/nilai koordinat sisterm tidak berubah dengan perubahan waktu.

Keadaan keseimbangan

termodinamika adalah sistem berada dalam keadaan seimbang termodinamika, apabila ketiga syarat keseimbangan diatas terpenuhi. Dalam keadan demikian keadaan keadaan koordinat sistem maupun lingkungan cenderung tidak berubah sepanjang massa. Termodinamika hanya mempelajari sistem-sistem dalam keadaan demikian. Dalam keadaan seimbang termodinamika setiap sistem tertutup (yang mempunyai massa atau jumlah partikel tetap mis. N mole atau m kg) ternyata dapat digambarkan oleh tiga koordinat dan :

Semua eksperimen menunjukkan bahwa

dalam keadaan seimbang termodinamika, antara ketiga koordinat itu terdapat hubungan tertentu : f(x,y,z)=0 dengan kata lain : Dalam keadan seimbang termodinamis, hanya dua diantara ketiga koordinat system merupakan variabel bebas.

Suatu gas disebut gas ideal bila memenuhi hukum gas ideal, yaitu hukum Boyle, Gay Lussac, dan Charles dengan persamaan P.V = n.R.T. Akan tetapi, pada kenyataannya gas yang ada tidak dapat benar-benar mengikuti hukum gas ideal tersebut. Hal ini dikarenakan gas tersebut memiliki deviasi (penyimpangan) yang berbeda dengan gas ideal. Semakin rendah tekanan gas pada temperatur tetap, nilai deviasinya akan semakin kecil dari hasil yang didapat dari eksperimen dan hasilnya akan mendekati kondisi gas ideal. Namun bila tekanan gas tesebut semakin bertambah dalam temperatur tetap, maka nilai deviasi semakin besar sehingga hal ini menandakan bahwa hukum gas ideal kurang sesuai untuk diaplikasikan pada gas secara umum yaitu pada gas nyata atau gas riil. Gas ideal memiliki deviasi (penyimpangan) yang lebih besar terhadap hasil eksperimen dibanding gas nyata dkarenakan beberapa perbedaan pada persamaan yang digunakan sebagai berikut:  Jenis gas  Tekanan gas. Ketika jarak antar molekul menjadi semakin kecil, terjadi interaksi antar molekul dimana tekanan gas ideal lebih besar dibanding 

tekanan gas nyata (Pnyata < Pideal) Volume gas. Dalam gas ideal, volume gas diasumsikan sama dengan volume wadah karena gas selalu menempati ruang. Namun dalam perhitungan gas nyata, volume molekul gas tersebut juga turut diperhitungkan, yaitu: Vriil = Vwadah – Vmolekul

Maka dari itu, perbedaan persamaan pada gas ideal dengan gas nyata dinyatakan dalam faktor daya mampat atau faktor kompresibilitas (Z) yang mana menghasilkan persamaan untuk gas nyata yaitu: PV =Z . nRT atau Z=

PV nRT

Beberapa asumsi dan eksperimen telah dikembangkan untuk membuat persamaan yang menyatakan hubungan yang lebih akurat antara P, V, dan T dalam gas nyata. Beberapa persamaan gas nyata yang cukup luas digunakan yaitu

persamaan van der Waals, persamaan Kammerligh Onnes, persamaan Berthelot, dan persamaan Beattie-Bridgeman. F. Properti-Properti dan Keadaan Dari Suatu Sistem Materi yang berada dalam suatu sistem terdiri dari beberapa fase, yaitu padatan, cairan, dan gas. Fase adalah suatu kuantitas dari materi yang memiliki komposisi kimiawi yang sama secara menyeluruh. Batas-batas fase memisahkan berbagai fase dalam suatu campuran. Properti adalah suatu kuantitas yang dipakai untuk mendeskripsikan suatu sistem. Keadaan dari suatu sistem kondisinya dideskripsikan dengan cara memberikan nilai-nilai tertentu untuk propertinya pada saat tertentu. Properti-properti yang umum adalah tekanan, temperatur, volume, kecepatan, dan posisi dan lainnya. Bentuk menjadi penting saat terdapat efek-efek permukaan yang signifikan sedangkan warna saat menyelidiki perpindahan kalor radiasi. Properti memiliki suatu nilai unik pada saat sistem berada dalam keadaan tertentu dan nilai ini tidak bergantung pada keadaan-keadaan sebelumnyayang telah dilalui sistem tersebut, artinya bukan merupakan suatu fungsi jalur. Karena suatu properti tidak bergantung pada jalurnya, setiap perubahan bergantung pada kondisi awal dan akhir dari sistem tersebut. Dengan menggunakan simbol φ untuk melambangkan properti, persamaan materinya adalah ϕ2

∫ dϕ=ϕ 2−ϕ 1 ϕ1

dφ sebagai diferensial eksak; φ2 - φ1 sebagai perubahan properti bersamaan dengan berubahnya sistem dari keadaan 1 ke keadaan 2. Sehingga akan dijumpai berbagai kuantitas, seperti usaha. Properti termodinamika dibagi menjadi dua jenis umum, yaitu properti intesnsif dan ekstensif. Properti intensif adalah properti yang tidak bergantung pada massa dari sistemnya. Contoh, temperatur, tekanan, densitas, dan kecepatan karena properti ini berlaku untuk seluruh sistem tersebut. Jika menggabungkan dua sistem,

properti intensifnya tidak dijumlahkan. Properti ekstensif adalah properti yang bergantung pada massa dari sistemnya. Contoh, volume, momentum dan energi kinetik. Jika dua sistem digabungkan, properti ekstensif dari sistem yang baru adalah penjumlahan dari properti ekstensif dari kedua sistem awalnya. Jika membagi properti ektensif dengan massanya, yang dihasilkan adalah properti spesifik. Jadi volume spesifik didefinisikan sebagai, v=

V m

v = properti intensif V = properti ekstensif m = massa Properti Zat-zat Murni Hubungan-hubungan antara tekanan, volume spesifik dan temperatur yang mana sesuatu yang murni memiliki sifat homogen yang dapat memiliki lebih dari satu fase, tapi tiap fase harus memiliki komposisi kimiawi yang sama.

G. PERSAMAAN-PERSAMAAN KEADAAN UNTUK GAS TAK IDEAL Ada berbagai macam persamaan keadaan yang telah diusulkan untuk digunakan untuk gas-gas yang bersifat tak-ideal. Sifat –sifat muncul ketika tekanan menjadi relatif tinggi atau temperatur berada dekat dengan temperatur jenuh. Tidak ada kriteria yang tepat yang dapat digunakan untuk menetukan apakah persamaan pesamaan gas ideal dapat di gunakan . Biasanya suatu soal dinyatakan sedemikian rupa sehingga menjadi jelas jika efek-efek gas tak-ideal di ikut sertakan ; jika tidak sduatu soal biasany a diselesaikan dengan mengamsumsikan gas ideal. Psersamaan

keadaan van der Waals dimaksudkan untuk menghitungkan volume yang di isi molekul-molekul gas dan gaya-gaya tarik menarik antar molekul .Persamaan tersebut adalah P=

RT V −b -

a v2

Dimana konstanta a dan b berhubungan dengan data titik kritis dalam Tabel B-3 melalui a=

27 R 2 T 2❑er 64 OP ❑er

b=

R T er 8 P er

Konstanta ini juga di tampilkan dalam Tabel B- untuk memudahkan perhitungan. Persamaan yang lebih baik adalah persamaan keadaan Redich-Kwong: P=

RT a − V −b v (v +b) √T

Di mana konstanta-konstantanya diberikan oleh a =0,4275

R 2 T .2.5 er Per

b=0,0867

R T er P er

Suatu pesamaan keadaan viral menampilkan produk Pv sebagai suatu deret ekspansi. Ekspansi yang paling umum adalah P=

RT v

+

B(T ) v2

+

C (T ) v3

Dimana penekanan terletak pada B(T) karena mempresentasikan koreksi ordo pertama untuk hukum gas ideal. Fungsi – fungsi B (T),C(T), dll harus diberikan secara spesifik untuk gas yang di maksud. H. PERSAMAAN KEADAAN DALAM TERMODINAMIKA Persamaan keadaan van der Waals Gas yang mengikuti hukum Boyle dan hokum Charles, disebut gas ideal. Namun, didapatkan, bahwa gas yang kita jumpai, yakni gas nyata, tidak secara ketat mengikuti hukum gas ideal. Semakin rendah tekanan gas pada temperatur tetap, semakin kecil deviasinya dari perilaku ideal. Semakin tinggi tekanan gas, atau dengan dengan kata lain, semakin kecil jarak intermolekulnya, semakin besar deviasinya. Paling tidak, ada dua alasan yang menjelaskan hal ini. Pertama, definisi temperatur absolut didasarkan asumsi bahwa volume gas real sangat kecil sehingga bisa diabaikan.Molekul gas pasti memiliki volume nyata walaupun mungkin sangat kecil. Selain itu, ketika jarak antarmolekul semakin kecil, beberapa jenis interaksi antarmolekul akan muncul. Fisikawan Belanda Johannes Diderik van der Waals (1837-1923) mengusulkan persamaan keadaan gas nyata, yang dinyatakan sebagai persamaan keadaan van der Waals atau persamaan van der Waals. Ia memodifikasi persamaan gas ideal dengan cara sebagai berikut: dengan menambahkan koreksi pada p untuk mengkompensasi interaksi antarmolekul; mengurango dari suku V yang menjelaskan volume real molekul gas. Persamaan van der Waals didasarkan pada tiga perbedaan yang telah disebutkan diatas dengan memodifikasi persamaan gas ideal yang sudah berlaku secara umum. Pertama, van der Waals menambahkan koreksi pada P dengan mengasumsikan bahwa jika terdapat interaksi antara molekul gas dalam suatu wadah, maka tekanan riil akan berkurang dari tekanan ideal (Pi) sebesar nilai P’. '

P=Pi−P ↔ P=Pi+ P '

Nilai P’ merupakan hasil kali tetapan besar daya tarik molekul pada suatu jenis jenis gas (a) dan kuadrat jumlah mol gas yang berbanding terbalik terhadap volume gas tersebut, yaitu: '

P=

n2 a 2 V

Kedua, van der Waals mengurangi volume total suatu gas dengan volume molekul gas tersebut, yang mana volume molekul gas dapat diartikan sebagai perkalian antara jumlah mol gas dengan tetapan volume molar gas tersebut yang berbeda untuk masing-masing gas (V – nb). Dalam persamaan gas ideal (PV = nRT), P (tekanan) yang tertera dalam persamaan tersebut bermakna tekanan gas ideal (Pi), sedangkan V (volume) merupakan volume gas tersebut sehingga dapat disimpulkan bahwa persamaan van der Waals untuk gas nyata adalah:

( P+ P' )( V −nb ) =nRT Dengan mensubtitusikan nilai P’, maka persamaan total van der Waals akan menjadi:

(

2

P+

)

n a ( V −nb )=nRT 2 V

Nilai a dan b didapat dari eksperimen dan disebut juga dengan tetapan van der Waals. Semakin kecil nilai a dan b menunjukkan bahwa kondisi gas semakin mendekati kondisi gas ideal. Besarnya nilai tetapan ini juga berhubungan dengan kemampuan gas tersebut untuk dicairkan. Berikut adalah contoh nilai a dan b pada beberapa gas. H2 O2 NH3 C6H6

a (L2 atm mol-2) 0.244 1.36 4.17 18.24

b (10-2 L mol-1) 2.661 3.183 3.707 11.54

Daftar nilai tetapan van der Waals secara lengkap dapat dilihat dalam buku Fundamentals of Physical Chemistry oleh Samuel Maron dan Jerome Lando pada tabel 1-2 halaman 20. Pada persamaan van der Waals, nilai Z (faktor kompresibilitas): P=

nRT n2a − 2 ( V −nb ) V

Z=

PV PV nRT .V n2 a . V ↔ = − 2 nRT nRT ( V −nb ) nRT V nRT

Z=

V an − ( V −nb ) VRT

Untuk memperoleh hubungan antara P dan V dalam bentuk kurva pada persamaan van der Waals terlebih dahulu persamaan ini diubah menjadi persamaan derajat tiga (persamaan kubik) dengan menyamakan penyebut pada ruas kanan dan kalikan dengan V2 (V - nb), kemudian kedua ruas dibagi dengan P, maka diperoleh:

(

V 3− nb+

2

) ( ) (

3

)

nRT 2 n a n ab V + V− =0 P P P Kurva P terhadap V dalam persamaan van der Waals

Persamaan keadaan Lain pada Gas Nyata a. Persamaan Kamerlingh Onnes Pada persamaan ini, PV didefinisikan sebagai deret geometri penjumlahan koefisien pada temperature tertentu, yang memiliki rasio “P” (tekanan) dan “Vm” (volume molar), yaitu sebagai berikut: 2 3 PV m= A+ BP+C P + D P + … Nilai A, B, C, dan D disebut juga dengan koefisien virial yang nilai dapat dilihat dalam buku Fundamentals of Physical Chemistry oleh Samuel Maron dan Jerome Lando Pada tekanan rendah, hanya koefisien A saja yang akurat, namun semakin tinggi tekanan suatu gas, maka koefisien B, C, D, dan seterusnya pun akan lebih akurat sehingga dapat disimpulkan bahwa persamaan Kamerlingh akan memberikan hasil yang semakin akurat bila tekanan semakin bertambah. b. Persamaan Berhelot Persamaan ini berlaku pada gas dengan temperatur rendah (≤ 1 atm), yaitu:

[

PV =nRT 1 +

9 PT c 6T 2 1− 2C 128 P c T T

(

)]

Pc = tekanan kritis (tekanan pada titik kritis) dan Tc = temperatur kritis (temperatur pada titik kritis). P, V, n, R, T adalah besaran yang sama seperti pada hukum gas ideal biasa. Persamaan ini bermanfaat untuk menghitung massa molekul suatu gas. c. Persamaan Beattie-Bridgeman Dalam persamaan ini terdapat lima konstanta. Persamaan Beattie-Bridgeman ini terdiri atas dua persamaan, persamaan pertama untuk mencari nilai tekanan (P), sedangkan persamaan kedua untuk mencari nilai volume molar (Vm). RT β γ δ P= + 2+ 3+ 4 Vm Vm Vm Vm V m=

RT β γ δ + + + 2 P RT ( RT ) ( RT )3

Dimana:

β=RT β O− A 0−

Rc T2

γ =−RT B o b + A 0 u−

δ=

RcBO T2

R Bo bc T2

Nilai Ao, Bo, a, b, dan c merupakan konstanta gas yang nilainya berbeda pada setiap gas. Daftar nilai Ao, Bo, a, b, dan c dapat dilihat dalam buku Fundamentals of Physical Chemistry oleh Samuel Maron dan Jerome Lando pada tabel 1-5 halaman 23. Persamaan ini memberikan hasil perhitungan yang sangat akurat dengan deviasi yang sangat kecil terhadap hasil yang didapat melalui eksperimen sehingga persamaan ini mampu diaplikasikan dalam kisaran suhu dan tekanan yang luas. Persamaan keadaan Redlich-Kwong

p

RT A  1/ 2 v  B  T v v  B 

Menggunakan faktor kompresibilitas: Persamaan keadaan Van der Waals

pv v RT v a   RT RT  v  b  RT v 2 Z 

1 1

b v



a vRT

Persamaan keadaan Redlich-Kwong:

pv v RT v A   1/ 2 RT RT  v  B  RT T v v  B  Z 

1 A  3/ 2 B RT v  B  1 v

Untuk memperoleh kurva p terhadap v, kita harus mengubah persamaan keadaan Van der Waals menjadi:



a  p  v 2  v  b   RT   a ab pv  pb   2  RT  0 v v 3 pv   pb  RT  v 2  av  ab  0  RT  a ab 2 v3   b  0 v  v  p p p 

Sifat-sifat gas dapat dipelajari dari segi eksprimen dan dari segi teori. Hukum-hukum berikut diperoleh dari hasil-hasil eksperimen, yaitu: Hukum Boyle Volume dari sejumlah tertentu gas pada temperature,tetap berbanding terbalik dengan tekanannya.Secara sistematis dapat ditunjukan : V = K1/ P V =Volume gas. P =Tekanan gas. K1 =Tetapan yang besarnya tergantung temperatur, berat gas, jens gas dan satuan P dan V

Hukum Charles Dalam termodinamika dan kimia fisik, hukum Charles adalah hukum gas ideal pada tekanan tetap yang menyatakan bahwa pada tekanan tetap, volume gas ideal bermassa tertentu berbanding lurus terhadap temperaturnya (dalam Kelvin). Secara matematis, hukum Charles dapat ditulis sebagai:

dengan V: volume gas (m3), T: temperatur gas (K), dan k: konstanta. Hukum ini pertama kali dipublikasikan oleh Joseph Louis Gay-Lussac pada tahun 1802, namun dalam publikasi tersebut Gay-Lussac mengutip karya Jacques Charles dari sekitar tahun 1787 yang tidak dipublikasikan. Hal ini membuat hukum tersebut dinamai hukum Charles. Hukum Boyle, hukum Charles, dan hukum GayLussac merupakan hukum gas gabungan. Ketiga hukum gas tersebut bersama dengan hukum Avogadro dapat digeneralisasikan oleh hukum gas ideal. Volume suatu gas pada tekanan tetap, bertambah secara linear dengan naiknya suhu. Hubungan volume gas dengan suhunya pada tekanan tetap, secara sistematis dapat ditulis: V = b.T V = suhu dalam Kelvin b = tetapan V = volume gas Avogadro

Avogadro mengamati bahwa gas-gas yang mempunyai volume yang sama. Karena jumlah partikel yang sama terdapat dalam jumlah mol yang sama, maka hukum Avogadro sering dinyatakan bahwa “pada suhu dan tekanan yang sama (konstan),gasgas dengan volume yang sama mempunyai jumlah mol yang sama”. V = a.n V = volume gas pada suhu dan tekanan tertentu A = tetapan n = jumlah mol

Contoh Soal 1. sebuahban mobil dengan volume 0.6m3 diisi hingga ke tekanan 200Kpa. Hitunglah massa udara dalam ban tesebut jika temperaturnya adalah 200C Penyelesaian: udara di asumsikan sebagai gas ideal dengan kondisi-kondisi yang di berikan.Dalam persamaan gas ideal, PV=mRT.kita gunakan tekanan absolut .jadi dengan menggunakan Patm=100Kpa P=200+100=300Kpa dan T=20+273=293K Massa yang dihitung sebesar PV M= RT

287 N m/kg K 2 = ( 300.000 N /m ) ( 0,6 m ) (293 K ) ¿ =2.14 kg ¿

Satuan yang digunakan dalam persamaan di atas harus di periksa kembali . 2. Hitunglah tekanan uap pada temperatur 5000C dan idensitas 24 kg/m3 dengan mengunakan a. Pesamaan gas ideal b. Persamaan van der Waals Penyelesaian:

a. P = (24)(0,46)(773) 8570Kpa. Di mana konstanta gas untuk uap di peroleh dari T abel B-2 b. Dengan mengunakan nilai-nilai untuk a dan b dari Tabel B-8,persamaan van der waals menghasilkan RT a P = V −b − V 2

=

( 0,462 ) (773) 1 −0,00169 – 24

1 2 ¿ 24 ¿ 1,703 ¿

=7950 Kpa

LATIHAN 1. Massa jenis nitrogen 1,25 kg/m3 pada tekanan normal. Tentukan massa jenis nitrogen pada suhu 42º C dan tekanan 0,97 105 N m-2! 2. Dua kilogram R134a berada dalam suatu rangkaian piston-silinder,seperti di tunjukkan dalam gambar di bawah ini . Piston berdiameter 20mm dan berbobot 48 kg tersebut dibiarkan bergerak ke atas dengan bebas hingga temperatur mencapai 1600C. Hitunglah volume akhirnya.

Penyelesaian: 1. 1

= 1,25 kg/m3

p1

= 76 cm Hg

T1

= 273 K

T2

= 315 K

p2

= 0,97 . 105 N m-2

p1

= 76 cm Hg = 76 . 13,6 . 980 dyne/cm3 =

= 101292,8 N m-2

=

= =

= 2 = 0,9638 kg/m3

2.

tekanan absolute di dalam silinder dihasilkan oleh tekanan atmosfer dan berat piston

P=P

atm+

( 48 )( 9,81) W 6 =100000 + =1,60 X 10 Pa 2 A π (0,02) 4

Atau 1,6 Mpa Pada tekanan ini dan temperatur 160˚C, R134a berada dalam kondisi superbeat.

BAB 3 PENUTUP A. Kesimpulan Suatu system termodinamika adalah suatu masssa atau daerah yang dipilih untuk dijadikan obyek analisis. Daerah sekitar sistem tersebut disebut sebagai lingkungan. Jenis sistem termodinamika Ada tiga jenis system termodinamika berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan : 1. Sistem Terisolasi Pada sistem ini tidak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Contoh dari system terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi. 2. Sistem tertutup Pada sistem ini terjadi pertukaran energi tapi tidak terjadi pertukatran benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup dimana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan. Apakah suatu sistem terjadi pertukaran panas, kerja atau keduanya biasanya dipertimbangkan sebagai sifat pembatasnya: c. Pembatas adiabatic: tidak memperoleh pertukaran panas d. Pembatas rigid: tidak memperoleh pertukaran kerja. 3. Sistem Terbuka

Pada system ini terjadi pertukaran energy dan benda dengan lingkungannya. Samudra merupakan contoh dari system terbuka. Dalam kenyataan, sebuah sistem tidak dapat terisolasi sepenuhnya dari lingkungan, karena pasti ada terjadi sedikit pencampuran, meskipun hanya penerimaan sedikit penarikan gravitasi. Dalam analisis sistem terisolasi, energi yang masuk ke sistem sama dengan energi yang keluar dari sistem. Persamaan Keadaan Sistem Keadaan seimbang mekanis : Sistem berada dalam keadaan seimbang mekanis, apabila resultan semua gaya (luar maupun dalam) adalah nol Keadaan seimbang kimiawi : Sistem berada dalam keadaan seimbang kimiawi, apabila didalamnya tidak terjadi perpindahan zat dari bagian yang satu ke bagian yang lain (difusi) dan tidak terjadi reaksi-reaksi kimiawi yang dapat mengubah jumlah partikel semulanya ; tidak terjadi pelarutan atau kondensasi. B. Saran Melalui

uraian ini, kami berharap pembaca dapat lebih memahami sistem

termodinamika dan persamaan keadaan sistem. Untuk pengembangan lebih lanjut, pembaca dapat mencari informasi melalui sumber lain. Dalam penulisan makalah ini kami merasa masih banyak kekurangan, kami harap pembaca dapat memberikan kritik yang membangun agar kami dapat memperbaiki dengan lebih baik lagi.

DAFTAR PUSTAKA

Merle dan Craig. 2008. Termodinamika Teknik. Jakarta: Erlangga. Smith, dkk. 2005. Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics. New Delhi: Tata McGraw-Hill. Saad, Michel. 2000. Termodinamika Prinsip dan Aplikasi. Jakarta: PT. Prenhallindo