Pengertian :"Isokhorik ,Isobarik ,Isotermal ,Adiabatik" Isokhorik adalah proses perubahan keadaan yang terjadi pada volume tetap.
Jika gas melakukan proses termodinamika dalam volume yang konstan, gas dikatakan melakukan proses isokhorik. Karena gas berada dalam volume konstan (! #$, gas tidak melakukan usaha (% #$ dan kalor yang diberikan sama dengan perubahan energi dalamnya. Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada volume konstan &!. &! '
Isobarik adalah proses perubahan keadaan yang terjadi pada volume konstan. Jika gas melakukan proses termodinamika dengan menjaga tekanan tetap konstan, gas dikatakan melaku melakukan kan proses proses isobar isobarik. ik. Karena Karena gas berada berada dalam dalam tekana tekanan n konstan konstan,, gas melaku melakukan kan usaha usaha (% p!$. p!$. Kalor di sini dapat dinyatakan dinyatakan sebagai kalor gas pada tekanan tekanan konstan&p. konstan&p. erdasarkan erdasarkan hukum I termodinamika, pada proses isobarik berlaku Proses sebelumnya telah dituliskan bah)a perubahan energi dalam sama dengan kalor yang diserap gas pada volume konstan &! ' *ari sini usaha gas dapat dinyatakan sebagai % &p + &! Jadi, usaha yang dilakukan oleh gas (%$ dapat dinyatakan sebagai selisih energi (kalor$ yang diserap gas pada tekanan konstan (&p$ dengan energi (kalor$ yang diserap gas pada volume konstan (&!$.
Isotermal Isotermal adalah adalah perubaha perubahan n sistem, sistem, di mana suhu tetap
konstan: konstan: - #. Ini biasany biasanyaa terjadi terjadi ketika ketika
sistem beradadalam kontak dengan reservoir panas luar (mandi panas$, danperubahan terjadi perlahan ukup untuk memungkinkan sistemuntuk terus/menerus diri dengan suhu reservoirmelalui pertukaran panas. dalam proses isotermal,nilai - # tapi & 0 #
Adiabatik adalah tidak ada kalor yang ditambahkan pada sistem atau meninggalkan sistem (& #$. Proses adiabatik bisa terjadi pada sistem tertutup yang terisolasi dengan baik. 'ntuk sistem tertutup yang terisolasi dengan baik, biasanya tidak ada kalor yang dengan seenaknya mengalir ke dalam sistem atau meninggalkan sistem. Proses adiabatik juga bisa terjadi pada sistem tertutup yang tidak terisolasi. 'ntuk kasus ini, proses harus dilakukan dengan sangat epat sehingga kalor tidak sempat mengalir menuju sistem atau meninggalkan sistem
A. ISOKHORIK
1. Kalor sebanyak 3000 Joule ditambahkan pada sistem dan system melakukan usaha 2500 Joule pada lingkungan. Perubahan energi dalam sistem adalah …… Pembahasan : Diketahui : Kalor !" # $ 3000 Joule %saha &" # $ 2500 Joule Ditanya : Perubahan energi dalam Ja'ab : (ukum ) *ermodinamika : +% # ! , & -turan tanda : ! posiiti /ika kalor ditambahkan pada sistem & positi /ika sistem melakukan usaha pada lingkungan ! negati /ika kalor dilepaskan sistem & negati /ika lingkungan melakukan usaha pada sistem Perubahan energi dalam system : +% # 3000 , 2500 Joule +% # 500 Joule nergy dalam sistem bertambah 500 Joule.
2. Kalor sebanyak 2000 Joule ditambahkan pada sistem dan lingkungan melakukan usaha 2500 Joule pada sistem. Perubahan energi dalam sistem adalah….. Pembahasan : Diketahui : Kalor !" # $ 2000 Joule %saha &" # 2500 Joule Ditanya : Perubahan nergi dalam system Ja'ab : +% # ! , & +% # 2000 , 2500" Joule +% # 2000 $ 2500 Joule +% # 500 Joule nergi dalam sistem bertambah 500 Joule.
3.Kalor sebanyak 2000 Joule dilepaskan sistem dan lingkungan melakukan usaha 3000 Joule pada sistem. Perubahan energi dalam sistem adalah …. Pembahasan : Diketahui : Kalor !" # 2000 Joule %saha &" # 3000 Joule Ditanya : Perubahan energi dalam sistem Ja'ab : +% # ! , & +% # 2000 , 3000" +% # 2000 $ 3000 +% # 1000 Joule nergi dalam sistem bertambah 1000 Joule
B. ISOBARIK 1. e/umlah gas ideal men/alani proses isobarik sehingga suhunya men/adi dua kali semula. 4aka olumenya men/adi n kali semula6 dengan n adalah …. Pembahasan : ystem gas adalah Isobarik berarti tekanan tetap6 keadaan a'al gas6 Volume = v dansuhu = T Keadaan akhir gas6 suhu = 2 kali keadaan semula T’ = 2 T dan Volume = V’ ehingga berlaku : # 78 # 7*8 9 * 78 # 7.2*" 9 * 4aka6 78 # 2 7 2 kali semula" SA!A "AR PA#A SIST$% ISOBAR 2. uatu gas olumenya 0.5 m perlahanlahan dipanaskan pada tekanan tetap hingga olumenya men/adi 2 m 3. Jika usaha luar gas tersebut 3 10 5 Joule. 4aka tekanan gas adalah …. Pembahasan : %saha pada proses )sobar6 karena ter/adi perubahan olume maka berlaku : & # P. d7 & # P 72 , 71" 5 3 10 # P 2 , 0.5" P # 2 10 5 ;m2 3
3.
5105 2
>
7 m3"
Pembahasan : Diketahui : *ekanan P" # 5 10 5 ;9m2 7olume a'al 7 1" # 2 m3 7olume akhir 7 2" # > m3 Ditanya : %saha yang dilakukan pada proses -= Ja'ab : & # P 72 , 71"
& & & &
# 5 10 5" >2" # 5 10 5" " # 20 10 5 # 2 10 > Joule
&. A#IABATIK 1. uatu sitem mengalami proses -diabatik. Pada system dilakukan usaha 100 Joule. Jika perubahan energy dalam system adalah +% dan kalor yang diserap system adalah !. maka.. Pembahasan : Pada proses -diabatik6 berlaku : d' = (O"6 karena ter/adi pertukaran kalor d = ) *6 Karena d' = + bisa diasumsikan men/adi d , d' = ) -++ oule.
2. 2. *iga mol gas memuai se?ara isothermal pada suhu 2@ 0A6 sehingga olumenya berubah dari 20 ?m3 men/adi 50 ?m 3. (itunglah besar usaha yang dilakukan gas tersebutB Pembahasan : Diketahui : n # 3 mol C # 631 J9mol K * # 2@0A $ 2@3 # 300 K 71 # 2 10 5 m3 72 # 5 10 5m3 Ditanya : &….E Penyelesaian : & # nC* )n # 3" 631" 300" )n # >.526F Joule 3. (itunglah eisiensi ideal dari suatu mesin Aarnot yang beker/a antara 100 0A dan 00 0?. Pembahasan : Diketahui : *2 # 1000A # 3@3615 0K *1 # 000A # >@3615 0K Ditanya : Ƞ # ….E Penyelesaian : Jadi6 eisiensi ideal yang beker/a pada mesin tersebut sebesar 5G.
Hukum I Termodinamika dan Kapasitas Kalor Gas
Hukum I Termodinamika Hukum I Termodinamika menyatakan bahwa: “Sejumlah kalor Q yang diterima dan usaha W yang dilakukan terhadap suatu gas dapat digunakan untuk mengubah energi dalam”. Secara matematis hukum I termodinamika dapat dirumuskan sebagai berikut:
Q = ∆U+W Dengan ketentuan, jika: Q(! " sistem menerima ka#or $% " sistem me#epas ka#or &(! " sistem me#akukan usaha &('! " sistem dikenai usaha )(! " terjadi penambahan energi da#am )('! " terjadi penurunan energi da#am
Kapasitas Kalor Gas a. Konsep Kapasitas Kalor Gas *apasitas ka#or merupakan jum#ah ka#or yang diper#ukan untuk menaikkan temperatur suatu +at sebesar satu ke#in atau satu derajat ce#cius- Secara matematis, dapat ditu#iskan:
dengan . / kapasitas ka#or (01* atau 012.! *a#or jenis merupakan kapasitas ka#or tiap satuan massa- Secara matematis dapat ditu#is:
dengan c / ka#or jenis (01kg atau 01kg3.! *a#or jenis mo#ar merupakan kapasitas ka#or tiap mo#, dinyatakan:
dengan c4 / ka#or jenis mo#ar (01mo# * atau 01mo#2.! b. Macam-Macam Kapasitas Kalor
*apasitas ka#or gas pada tekanan tetap . p ada#ah ka#or yang diper#ukan untuk menaikkan suhu +at sebesar satu ke#in dan tekanan tetap5ersamaannya ada#ah:
*apasitas ka#or gas pada o#ume tetap . ada#ah ka#or yang diper#ukan untuk menaikkan suhu +at sebesar satu ke#in pada o#ume tetap5ersamaannya ada#ah:
Hubungan . p dan . ada#ah:
Dari berbagai persamaan, usaha dapatdinyatakan:
W=p∆V=p(V 2 -V 1) W=nRT=nR!T "-T#$ W=%p-%& = !'p-'&$T )ntuk ka#or jenis mo#ar, persamaan matematisnya:
C p* = c v* + R
6as monoatomic
6as diatomic Tetapan 7ap#ace ( Ƴ! merupakan perbandingan . p terhadap . - )ntuk gas monoatomik Ƴ / 8,9, sedangkan gas diatomik Ƴ / 8,;-
Contoh soal! 8- Suatu gas da#am ruang tertutup me#epaskan ka#or ke #ingkungan sebesar 8-<<< ka#ori dan me#akukan usaha =-<<< jou#e- >erapakah perubahan energy da#am gas? (8 ka#ori / ;,= 0! (en)elesaian* Diketahui : Q / '8-<<< ka#ori / ';-=<< 0 & / =-<<< 0 Ditanyakan : ) +a,ab* ) / Q @& / ';-=<< 0 @ (=-<<< 0! / '9-=<< 0 =- 6as hydrogen dipanaskan dari suhu A<< * sampai A8= * da#am bejana yang bebas hingga memuai- *a#or yang dibutuhkan da#am proses itu =;k0- Tentukan kapasitas ka#or hydrogenB (en)elesaian* Diketahui : T / A8= * @ A<< * / 8= * Qp / =; k0 / =;-<<< 0 Ditanyakan : .p ? +a,ab *
Siklus Termodinamika dan Hukum II Termodinamika
#. (enertian Siklus Sik#us ada#ah serangkaian proses yang dimu#ai dari suatu keadaan awa# dan berakhir pada keadaan yang sama dengan keadaan awa#nya- Cgar dapat me#akukan usaha terus'menerus, suatu sistem
harus bekerja da#am satu tsik#us- Cda = macam sik#us, yaitu sik#us reersibe# (sik#us yang dapat ba#ik! dan irreersibe# (sik#us yang tidak dapat ba#ik!-
". Siklus 'arnot
5erhatikan gambar diatas- 6ambar diatas merupakan gambar sik#us mesin pemanas carnot- terdapat empat proses da#am sik#us .arnot, yaitu: •
pemuaian secara isotermik- (a'b!
•
pemuaian secara adiabatik- (b'c!
•
pemampatan secara isotermik- (c'd!
•
pemampatan secara adiabatik- (d'a!
. Mesin Kalor 'arnot 5roses'proses da#am mesin ka#or .arnot, perhatikan gambar sik#us carnot diatas- Sik#us dapat dije#askan sebagai berikut: •
•
•
Sik#us a'b 6as menyerap ka#or Qt pada temperatur T Suhu sistem sama dengan suhu reseroir panas sehingga disebut proses isotermik- 6as memuai dan me#akukan usaha pada pengisap- $#eh karena energi da#am tetap maka usaha yang di#akukan pada sistem sama dengan ka#or yang diserapSik#us b'c >eban pengisap dikurangi sehingga gas memuai menurut proses adiabatik- Terjadi pengurangan energi da#am dan suhu sistem menurun sampai sama dengan suhu pada reseroir dingin Tr Sik#us c'd 6as menga#ami penyusutan secara isotermik dengan membuang ka#or Qrpada reseroir dingin pada temperatur ! sehingga usahanya negati (usaha di#akukan pada sistem!-
•
Sik#us d'8 >eban pengisap ditambah sehingga gas menyusut menurut proses adiabatik- Terjadi penambahan energi da#am dan suhu naik sampai sama dengan suhu pada reseroir panasT,Energi da#am gas kemba#i seperti pada awa# sik#us-
)saha pada mesin pemanas .arnot:
W = Q t – Q y *arakteristik mesin ka#or carnot dinyatakan dengan eisiensi mesin (F! yaitu perbandingan antara usaha yang di#akukan dengan ka#or yang diserap- Secara matematis ditu#is sebagai berikut-
Eisiensi suatu mesin ka#or jenis apa pun se#a#u #ebih keci# dari eisiensi mesin idea# atau mesin .arnot>erdasarkan hukum I Termodinamika ber#aku:
Keteranan* F / eisiensi mesin Tr / temperatur pada reseroir rendah Tt / temperatur pada reseroir tinggi Qr / ka#or yang dibuang pada reseroir rendah Qt / ka#or yang diserap pada reseroir tinggi Mesin (endinin 'arnot .ontoh dari mesin pendingin .arnot antara #ain mesin pendingin ruangan dan #emari es- Sik#us mesin pendingin .arnot merupakan keba#ikan sik#us mesin ka#or .arnot karena sik#usnya reersibe# (dapat ba#ik!)saha pada mesin pendingin .arnot dapat ditu#iskan:
W= Q t — Q r *arakteristik pada mesin pendingin dinyatakan dengan koeisien perormansi atau koeisien kinerja yang simbo#nya * d- *oeisien kinerja dideinisikan sebagai perbandingan antara ka#or yang dipindahkan dengan usaha yang di#akukan sistemMesin (emanas 'arnot Dari 6ambar ;-G dapat dije#askan bahwa ka#or yang diambi# dipindahkan ke da#am ruangan*arakteristik mesin pemanas dinyatakan dengan koeisien kerja yang simbo#nya * p - Secara matematis dapat ditu#iskan:
/. 0ntropi dan Hukum II Termodinamika 0ntropi Entropi dapat diartikan sebagai ukuran ketidakteraturan- Da#am sistem tertutup peningkatan entropi diikuti o#eh penurunan jum#ah energi yang tersedia- Semakin tinggi entropi, semakin tinggi ketakteraturannya•
Entropi pada 5roses Temperatur *onstan 0ika suatu sistem pada suhu mut#ak T menga#ami proses reersibe# dengan menyerap sejum#ah ka#or Q maka kenaikan entropi S dapat ditu#iskan:
∆ = 2 – 1 = Q" Keteranan* S/ perubahan entropi (01*! S8 / entropi mu#a'mu#a (01*! S= / entropi akhir (01*! •
Entropi pada 5roses Temperatur >erubah 5ada proses yang menga#ami perubahan temperatur, entropi ditu#iskan sebagai berikut-
Keteranan* S / perubahan entropi (01*! S8/ entropi mu#a'mu#a (01*! S= / entropi akhir (01*! c / ka#or jenis (01kg *! m / massa (kg! T8/ suhu mu#a'mu#a (*! T= / suhu akhir (*!
#$%$& '' "r&ona&%a >unyi hukum II Termodinamika: ” Kalor mengalir secara alami dari benda yang panas ke benda yang dingin; kalor tidak akan mengalir secara spontan dari benda dingin ke benda panas tan pa dilakukan usaha”. 5enje#asan hukum II Termodinamika ada#ah sebagai berikut•
•
•
Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja da#am satu sik#us, menerima ka#or dari satu reseroir dan mengubah ka#or se#uruhnya menjadi usahaTidak mungkin membuat mesin yang bekerja da#am satu sik#us dengan mengambi# ka#or dari reseroir yang mempunyai suhu rendah dan memberikannya ke reseroir suhu tinggi tanpa usaha dari #uaresin yang bekerja di antara reseroir suhu T t dan reseroir suhu T t(Tt Tr !, memi#iki eisiensi maksimum-
Contoh soal! 8- Suatu mesin memi#iki suhu reseroir tinggi ;<<2. dan suhu reseroir rendah <2.- Hitung#ah eisiensi mesin tersebutB (en)elesaian* Diketahui : Tt / ;<<2. / 9A k Tr / <2. / A;A * Ditanyakan : F +a,ab*
0adi, eisiensi mesin sebesar ;GJ
=- Suatu system menyerap ka#or sebesar 9< k0 pada suhu =2.- >erapakah peubahan entropi system ini? (en)elesaian* Diketahui: Q / 9< k0 / 9<- <<<0 T / =2. / A<< * Ditanyakan: +a,ab*
0adi, besar perubahan entropi ada#ah =<<01* Demikian penje#asan yang bisa kami sampaikan tentang Hukum Termodinamika dan !"enjelasan! #umus dan $ontoh "embahasan Soal - Semoga postingan ini bermanaat bagi pembaca dan bisa dijadikan sumber #iteratur untuk mengerjakan tugas- Sampai jumpa pada postingan se#anjutnya-
