Upload
rossanty
View
3.474
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
great
Citation preview
TERMODINAMIKA
Pertemuan 2
Hukum 1 Termodinamika
1. Bunyi Hukum 1 Termodinamika
2. Perubahan Energi Dalam ∆U
3. Hukum 1 Termodinamika pada Proses-proses Termodinamika
4. Kapasitas Kalor
Hukum 1 Termodinamika
• Bunyi Hukum 1 Termodinamika
“Untuk setiap proses, apabila kalor Q diberikan kepada sistem dan sistem melakukan usaha W, maka selisih energi Q-W sama dengan perubahan energi dalam ∆U dari sistem:
∆U = U2 – U1 = Q – W atau Q = ∆U + W
Perjanjian Tanda untuk Q dan W
• Kalor Q
-Jika sistem menerima kalor, Q (+)
-Jika sistem melepas kalor, Q (-)
• Usaha W
-Jika sistem melakukan usaha, W (+)
-Jika sistem menerima usaha, W (-)
SISTEM
Q (+) W (+)
Q (-) W (-)
Perubahan Energi Dalam ∆U
• Energi dalam suatu gas merupakan ukuran langsung dari suhu.
• Perubahan energi dalam ∆U hanya tergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir, tidak tergantung pada proses bagaimana keadaan sistem berubah.
Perubahan Energi Dalam
• Untuk gas monoatomik dengan f = 3, perubahan energi dalam ∆U:
∆U = U2 – U1 = 3/2 N k (T2 – T1 ) = 3/2 N k ∆T
∆U = U2 – U1 = 3/2 n R (T2 – T1 ) = 3/2 n R ∆T
∆U = U2 – U1 = 3/2 (P2 V2- P1 V1) = 3/2 (∆PV)
Untuk gas diatomik dan poliatomik f = 3 diganti dengan derajat kebebasan yang dimiliki gas tersebut.
Contoh Soal 1
• Suatu sistem menyerap kalor Q dari lingkungan sebesar 1500 J. Tentukanlah perubahan energi dalam ∆U bila:
a. Sistem melakukan usaha 2200 J terhadap lingkungan
b. Lingkungan melakukan usaha 2200 J terhadap sistem
Penyelesaian:
a. Sesuai perjanjian tanda, maka Q = +1500 J (sistem menerima kalor)
W = +2200 J (sistem melakukan usaha)
Hukum 1 Termodinamika:
∆U = Q – W = 1500 – 2200 = -700 J
Tanda negatif (-) untuk ∆U berarti energi dalam sistem berkurang sebesar 700 J.
b. W = - 2200 J
(sistem menerima usaha dari lingkungan)
Sehingga:
∆U = Q – W
= 1500 – (-2200)
= + 3700 J
Tanda positif untuk ∆U berarti energi dalam sistem bertambah sebesar 3700 J.
Contoh Soal 2Sejumlah gas mengalami siklus A-B-C-D-A. suhu di titik C = 400 K. Tentukan:
a. Suhu di titik A
b. Usaha yang dilakukan gas
c. Perubahan energi dalam
d. Kalor yang diserap setiap siklus
Hukum 1 Termodinamika pada Proses-proses Termodinamika
• Proses Isotermal
∆T = O
Sehingga ∆U = 3/2 nR(∆T) = O
Maka
Q = ∆U + W = O + W = W
Q = W = nRT ln V2 / V1Persamaan tersebut menyatakan bahwa kalor yang diberikan kepada suatu sistem pada suhu tetap seluruhnya digunakan untuk melakukan usaha luar.
• Proses Isokhorik
∆V = O
W = P (∆V) = O
∆U = 3/2 nR (∆T)
Sehingga,
Q = ∆U + W = ∆U + O = ∆U
Q = ∆U = 3/2 nR (∆T)
Persamaan tersebut menyatakan bahwa kalor yang diberikan kepada suatu sistem pada volume tetap seluruhnya digunakan untuk menaikkan energi dalam sistem.
• Proses Isobarik
Pada proses isobarik tidak terjadi perubahan tekanan. Penerapan hukum 1 termodinamika menghasilkan:
Q = ∆U + W
= ∆U + P (∆V)
= 3/2 n R (∆T) + P (∆V)
• Proses Adiabatik
Q = O
∆U = 3/2 nR (∆T) = 3/2 nR (T2 – T1)
Penerapan hukum 1 termodinamika:
Q = ∆U + W
O = 3/2 nR (T2 – T1) + W
W = - ∆U
W = - 3/2 nR (T2 – T1)
Contoh Soal• Sejumlah gas pada tekanan 3 x 105 Pa,
suhu 300 K, dan volume 5 m3. Gas tersebut mengalami proses isokhorik sehingga tekanannya menjadi 5 x 105 Pa. Setelah itu, gas mengalami proses isobarik (pada tekanan 5 x 105 Pa sehingga volumenya menjadi 8 m3 .
a. Buatlah diagram pV
b. Tentukan suhu akhir gas, usaha total, kalor total, dan perubahan energi di dalamnya!
Penyelesaian:Diketahui:
• Keadaan awal:
P1 = 3 x 105 Pa
T1 = 300 K
V1 = 5 m3
• Proses isokhorik:
P2 = 5 x 105 Pa
V2 = V1
• Proses isobarik:
V3 = 8 m3
P3 = P2
Kapasitas Kalor• Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor
yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat sebesar 1 kelvin.
• Secara matematis ditulis:
atau
Kapasitas kalor untuk gas ada dua macam, yaitu untuk volume tetap (CV) dan untuk tekanan tetap (CP).
a. Kapasitas kalor untuk proses isokhorik:
atau
Sehingga:
b. Kapasitas kalor untuk proses isobarik
Sehingga diperoleh persamaan:
Besar volume tetap (CV) dan tekanan tetap (CP) untuk gas diatomik adalah sebagai berikut:
Pada suhu rendah (±250 K)
Pada suhu sedang (±500 K)
Pada suhu sedang (±1000 K)