TERMODINAMIKA
usaha
OLEH :
Kelompok 8
Linda Rahmadhani harahap
Nanda rahmadani
Samuel tom
Tesya Natalia
KELAS : FISIKA ND 2015
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
2016
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala limpahan Rahmat sehingga kami dapat menyelesaikan penyusunan makalah ini dalam bentuk maupun isinya yang sangat sederhana. Makalah ini kami buat untuk melengkapi tugas mata kuliah Termodinamika.
Harapan kami semoga makalah ini membantu menambah pengetahuan dan pengalaman bagi para pembaca, sehingga kami dapat memperbaiki bentuk maupun isi makalah ini sehingga kedepannya dapat lebih baik.
Makalah ini kami akui masih banyak kekurangan karena pengalaman yang saya miliki sangat kurang. Oleh karena itu kami harapkan kepada para pembaca untuk memberikan masukan-masukan yang bersifat membangun untuk kesempurnaan makalah ini.
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR i
DAFTAR ISI ii
BAB I : PENDAHULUAN
Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 1
1.3 Tujuan 1
BAB II : PEMBAHASAN
2.1 Proses Kuasistatik 2
2.2 Usaha Kuastitatik 2
2.3 Usaha Bergantung Pada Lintasan 3
2.4 Usaha Dalam Proses Kuastitatik 4
2.5 Usaha Untuk Mengubah Panjang Seutas Kawat 5
2.6 Usaha Untuk Mengubah Luas Bidang Selaput Permukaan 5
2.7 Usaha Untuk Mengubah Muatan Sel Terbalikkan 5
2.8 Usaha Untuk Mengubah Polarisasi Padatan Dialektrik 5
2.9 Kerja Untuk Mengubah Magnetisasi Suatu Padatan Magnetik 6
BAB III : PENUTUP
3.1. Kesimpulan 7
3.2. Saran 7
DAFTAR PUSTAKA
BAB I
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Sistem yang berada dalam keadaan setimbang akan tetap mempertahankan keadaan seimbang.Untuk mengubah keadaan seimbang diperlukan pengaruh-pengaruh dari luar.
Dalam termodinamika dikenal tiga cara interaksi yaitu melalui usaha luar.Melalui pertukaran kalor dan melalui keduanya.Perubahan yang dialami system dari interaksi itu dianggap berlangsung secara kuastitatik.Diartikan bahwa perubahantersebut dicapai dalam tahapan yang kecilnya sedemikian rupa sehingga system senantiasa ada setiap saat proses tersebut berlangsung,berada dalam keadaan seimbang.Ini berarti bahwa system pada setiap tahapan proses tetap dapat dilakukan oleh persamaan keadaanya.
Rumusan Masalah
Apa itu usaha kuasistatik?
Bagaimana proses kuasistatik berlangsung?
Apa saja konsep usaha dalam proses kuasiatatik?
Tujuan
Mengetahui pengertian usaha kuasistatik
Mengetahui proses kuasistatik
Mengetahui konsep usaha dalam proses kuasistatik
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Proses Kuastitik
Sistem yang berada dalam keadaan setimbang akan tetap mempertahankan keadaan seimbang.Untuk mengubah keadaan seimbang diperlukan pengaruh-pengaruh dari luar.
Dalam termodinamika dikenal tiga cara interaksi yaitu melalui usaha luar.Melalui pertukaran kalor dan melalui keduanya.
Perubahan yang dialami system dari interaksi itu dianggap berlangsung secara kuastitatik.Diartikan bahwa perubahantersebut dicapai dalam tahapan yang kecilnya sedemikian rupa sehingga system senantiasa ada setiap saat proses tersebut berlangsung,berada dalam keadaan seimbang.Ini berarti bahwa system pada setiap tahapan proses tetap dapat dilakukan oleh persamaan keadaanya.
Contoh :Jika volum suatu gas di perbesar secara kuastitatik ,volumnya ditambah sedikit demi sedikit secara terus-menerus hingga perubahan yang diinginkan tercapai,dan pada saat persamaanya f(p,V,T)=0 tetap berlaku.
Jika perubahan volum itu berlangsung secara non kuastitatik maka volume gas di perbesar secara mendadak ,didalam gas akan terjadi aliran-aliran turbulen,ataupun terjadi pengembunan yang keduanya bukan keadaan kesetimbangan,hingga tidak ada persamaan yang dapat menggambarkan keadaan system.
Meskipun proses kuastitatik tidak akan kita jumpai dalam alam ,idealissasi ini akan selau digunakn dalam termodinamika.
2.2. Usaha Kuastitatik
Pada setiap sistem, misalnya suatu gas, ada dua jenis usaha : usaha luar dan usaha dalam. Usaha dalam berarti, adanya interaksi antar partikel gas, atau terjadinya difusi dari bagian yang satu ke bagian yang lain dari sistem. Usaha dalam bukan bagian termodinamika, melainkan dikaji dalam fisika statistik. Termodinamika hanya mengenal usaha luar, yakni apabila sistem berinteraksi dengan lingkun gannnya : gas mengembang atau menyusut. Perhatikanlah suatu gas dalam tabung yang dilengkapi pengisap tanpa massa, tanpa gesekkan. Jelas bahwa untuk mendorong penghisap keluar mendorong udara diperlukan usaha : agar sistem dapat dikatakan melakukan usaha luar, maka haruslah ada sesuatu yang harus dilawan : misalnya gesekkan, tekanan udara luar, massa pengisap, gaya gravitas dan sebagainya. Semua gaya penentang ini dialukiskan sebgai pegas (yang dapat diatur konstanta pegasnya). Kita akan menurunkan rumus untuk menghitung usaha luar suatu gas. Gas dalam silinder mempunyai koordinat P, V dan T. Gas melakukan gaya pada pengisap sebesar F = P A xˆ , sedangkan udara luar mengadakan gaya F^ pada pengisap. Misalnya F F ^ , maka pengisap akan terdorong keluar. Setelah bergerak sejauh dx r , sistem (gas) telah melakukan usaha dW, yang menurut ilmu mekanika adalah : dW d.F x r r = = F.dx = Padx=PdV Catatan :
Rumus ini berlaku untuk proses kuasistatik maupun non kuasistatik.
Kalau prosesnya bersifat kuasistatik maka p dapat diisikan dari persamaan keadaan sistem yang berlaku. Misalnya, apaila gas bersifat ideal, berlaku PV= nRT, maka p diisikan V nRT P = Apabila prosesnya bersifat non kuasistatik, tidak ada persamaan keadaan yang melukiskan sistem. Dalam hal ini, secara aproksimasi, sebgai P diambil P akhir proses ( yang biasanya adalah tekanan udara luar).
Perhatikan bahwa dW tidak kita peroleh dengan mendiferensiasi suatu fungsi W. ini berarti bahwa dW bukanlah suatu diferensial eksak. dW adalah usaha luar dalam jumlah yang sangat kecil. Dengan syarat euler dapat dibuktikan, bahwa memang dW bukan diferensial eksak, buykan diferensial yang berasal dari suatu fungsi. dW = pdV dapat ditulis = pdV + 0 dP, jadi M(P,V) = Pdan N(P,V) = 0. Dari sini
( M V)v= 1 sedangkan ( M V)N= 0 maka syarat Euler tidak terpenuhi
Konversi tanda Kalau sistem (Gas) mengembang (atau berekspansi), maka dV adalah positif, dan gas melakukan usaha luar pada lingkungannya, gas melakukan usaha. Usaha dihitung negatif, jadi : dW = - PdV
konvensi ini adalah sejalan dengan konvensi tanda yang berlaku dalam fisika dan kimia, dimana usaha dihitung negatif, apabila energi keluar dari sistem (Dahulu usaha diberi tanda positif).
Jadi : Pada gas yang mengembang, dW negatif. Apabila gas ditekan, dW positif. Misalkan volume gas berubah secara kuasistatik dari Vi ke Vf,
maka : = f i Wif P dV adalah usaha yang terlibat dalam proses itu. Kalau Vf>Vi, Wif adalah negatif; gas melakukan usaha luar, dan sebaliknya. Pada proses kuasistatik, P diambil dari peramaan keadaan. Jadi P=P(V,T). Nyatalah bahwa : Wif (P ,V dV)T f i = belum dapat dievaluasi sebelum diketahui bagaimana T bersikap selama proses tersebut. Apabila sikap T sudah dispesifikasikan terhadap V, P hanyalah fungsi V saja, dan integral mudah diselesaikan. Catatan : Kalau P dinayatakan sebagai fungsi V saja, dan integral mudah diselesaikan. Catatan : kalau P dinyatakan sebagai fungsi dari V, ini berarti jalan integrasi (dalam diagram dV)
terdefinisi/diketahui/tertentu.
2.3. Usaha Berganung Pada Lintasan
Kerja pada sistem hidrostatis secara grafik dapat digambarkan pada diagram P-V.
Berikut disajikan 4 proses yang berbeda yaitu: proses ekspansi (lintasan A), proses ekspansi (lintasan B), proses kompresi ( lintasan C), dan proses bersiklus (lintasan tertutup D). Pada diagram P-V, jumlah kerja pada masingmasing lintasan sama dengan luasan dibawah lintasan (kurva) proses. Kerja pada lintasan A = luasan dibawah kurva A, bertanda negatif (kerja dilakukan oleh sistem). Kerja pada lintasan B = luasan dibawah kurva B, bertanda negatif (kerja dilakukan oleh sistem)
Jelas bahwa besarnya luasan dibawah kurva A lebih besar daripada luasan dibawah kurva B, maka kerja yang dilakukan sistem pada lintasan A lebih besar daripada pada lintasan B. Ini menunjukkan bahwa meskipun keadaan awal dan keadaan akhir kedua proses sama tetapi lintasan prosesnya berbeda 25 maka kerjanya juga berbeda. Jadi kerja selain bergantung pada keadaan awal dan akhir juga bergantung pada lintasan. Kerja pada lintasan C = luasan dibawah kurva C, bertanda positif (kerja dilakukan pada sistem).
Tampak bahwa luasan dibawah kurva B = luasan dibawah kurva C, hanya berbeda tanda. Jadi WB = -WC atau WC = -WB.
Kerja pada lintasan tertutup D = luasan siklus, bertanda negatif ( kerja dilakukan oleh sistem)
Wsiklus = Wnetto = WA + WC
2.4. Usaha Dalam Proses Kuasitatik
KERJA DALAM SISTEM SEDERHANA
KERJA DALAM PROSES KUASI-STATIK
Kasus I :
Pemuaian atau pemampatan isotermik yang kuasi-statik dari gas ideal, diperoleh kerja :
2.5 Usaha untuk Mengubah Panjang Seutas Kawat
Sistem kawat teregang keadaannya digambarkan dengan koordinat termodinamik (gaya tegang F, L, T) masing-masing dalam satuan (N, m, K). Jika seutas kawat ditarik dengan gaya F panjangnya berubah dari L menjadi L+dL, kerja infinitesimal yang dilakukan pada kawat
W = F dL
Untuk dL positif, W bertanda positif artinya kerja dilakukan pada kawat Untuk perubahan panjang kawat tertentu dari L1 ke L2 kerja yang dilakukan
W12 = 12FdL(dalam Joule)
2.6. Usaha Untuk Mengubah Luas Selaput Permukaan
Sistem selaput permukaan keadaannya dapat digambarkan dengan koordinat termodinamik (tegangan permukaan S, A, T) masing-masing dalam satuan (N/m, m2 , K).
Kerja untuk mengubah luasan selaput permukaan sejumlah dA dinyatakan
δ W = S dA
Untuk perubahan luasan berhingga dari A1 ke A2
W12 = 12SdA (dalam Joule)
2.7. Usaha Untuk Mengubah Muatan Sel Terbalikan
Sistem sel terbalikkan keadaannya dapat digambarkan dengan koordinat termodinamik (elektromotansi ε , Z, T) masing-masing dalam satuan (Volt, C, K)
Pada proses pemuatan sel terbalikkan (pengisian) kerja yang dilakukan pada sistem dinyatakan
δW = εdZ
Pada proses pelucutan dZ bertanda negatif, kerja dilakukan oleh system. Pada proses pemuatan dZ bertanda positif, kerja dilakukan pada system. Jika terdapat perubahan berhingga dari Z1 ke Z2 kera yang dilakukan system
W12 = 12εdZ (dalam Joule)
2.8 Usaha Untuk Mengubah Polarisasi Padatan Dialektrik
Sistem lempengan dielektrik keadaannya dapat digambarkan dengan koordinat termodinamik (medan listrik E, P, T) masig-masing dalam satuan (V/m, C-m, K).
Kerja yang dilakukan untuk menaikkan polarisasi padatan dielektrik sejumlah dP dinyatakan
δ W = E dP Jika polarisasi diubah sejumlah tertentu dari P1 ke P2 kerjanya
W12 = 12EdP (dalam Joule)
2.9 Usaha untuk Magnetisasi Suatu Padatan Magnetik
Sistem padatan magnetik keadaannya dapat digambarkan dengan koordinat termodinamik ( intensitas magnetic H, momen magnetic total M, T) masingmasing dalam satuan ( A/m, A m2 , K).
Kerja yang dilakukan untuk menaikkan magnetisasi bahan sejumlah dM dinyatakan
δW = µ0HdM
Jika magnetisasi diubah sejumlah tertentu dari M1 ke M2 diperlukan kerja
W12=µ012HdM (dalam Joule)
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
(1) Proses secara kuasistatis adalah proses perubahan yang dicapai dalam tahapan yang sangt kecil (infinitesimal) sedemikian sehingga sistem senantiasa pada setiap saat proses tsb berlangsung, berada dalam keadaan setimbang termodinamik. (
2) Perjanjian tanda untuk dW: Sistem melakukan kerja dW negatif (tanda -) Sistem dikenai kerja dW positif ( tanda +)
(3) Besarnya kerja bergantung pada lintasan (prosesnya) artinya untuk mengubah keadaan sistem dari keadaan awal i ke keadaan akhir f yang sama bergantung pada lintasan proses yang menghubungkan kedua keadaan tersebut. Untuk lintasan berbeda besarnya W juga berbeda. (4) Rumusan matematis dW untuk beberapa sistem termodinamik:
3.2 Saran
Marilah kita lebih meningkatkan pola belajar kita untuk menambah wawasan bagi kita semua, karena belajar dapat membawa kita menjadi manusia yang berilmu. Kurang dan lebihnya dari makalah ini, kami ucapkan terima kasih.
DAFTAR PUSTAKA
Cengel, Y.A, Bole, M.A., Thermodynamics an Engineering Aproach, edisi ke-4, Mc Graw Hill NewYork
Maron, Samuel H dan Jerome B. Lando. Fundamentals of Physical Chemistry. London: Collier Macmillan Publisher
