Upload
falik-setiawan
View
248
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
7/24/2019 Bab 2 Thermodinamika
1/19
Energi dan Hukum Pertama Termodinamika
Energi adalah konsep dasar termodinamika dan salah satu aspek yang paling
signifkan dari analisis rekayasa. Dalam thischapter kita membahas energi dan
mengembangkan persamaan untuk menerapkan prinsip konservasi energi.
Presentasi saat ini terbatas pada sistem tertutup. Dalam Chap. 4 diskusi
diperpanjang untuk mengontrol volume.
Energi adalah gagasan akrab, dan Anda sudah tahu banyak tentang hal itu. Dalam
bab ini beberapa aspek penting dari konsep energi dikembangkan. eberapa ini
Anda temui sebelumnya. !de dasarnya adalah bah"a energi dapat disimpan dalam
sistem dalam berbagai bentuk. Energi juga dapat dikonversi dari satu bentuk ke
bentuk lainnya dan ditrans#er antara sistem. $ntuk sistem tertutup, energi dapat
ditrans#er oleh kerja dan trans#er panas. %umlah total energi adalah kekal dalam
semua konversi dan trans#er.
&ujuan dari bab ini adalah untuk mengatur ide'ide tentang energi ke dalam bentuk
yang cocok untuk analisis rekayasa. Presentasi dimulai dengan revie" dari konsep
energi dari mekanik. (onsep termodinamika energi ini kemudian diperkenalkan
sebagai ane)tension dari konsep energi mekanik.
2.1 Konsep Teknik dari Energi
*embangun kontribusi dari +alileo dan lain'lain, e"ton merumuskan tion deskripsi
umum dari gerakan benda'benda di ba"ah pengaruh kekuatan diterapkan. -ukum
+erak e"ton, yang memberikan dasar untuk mekanika klasik, menyebabkankonsep kerja, energi kinetik, dan energi potensial, dan ini akhirnya menyebabkan
konsep memperluas energi. Pembahasan ini dimulai dengan penerapan hukum
kedua e"ton tentang gerak.
2.1.1 Kerja Dan Energi Kinetik
+aris melengkung pada +ambar. ./ merupakan jalur tubuh massa m 0sistem
tertutup1 mengeset relati# terhadap )'y koordinat bingkai ditampilkan. (ecepatan
pusat massa tubuh dilambangkan dengan 2./ &ubuh bertindak oleh gaya resultan 3,
yang mungkin berbeda dalam besarnya dari lokasi ke lokasi sepanjang jalan. +aya
resultan diselesaikan menjadi 3s komponen sepanjang jalan dan komponen 3nnormal jalan. E#ek dari
7/24/2019 Bab 2 Thermodinamika
2/19
komponen 3s adalah mengubah besarnya kecepatan, sedangkan e#ek dari'
komponen nen 3n adalah untuk mengubah arah kecepatan. eperti yang
ditunjukkan pada +ambar. ./, s adalah posisi sesaat dari tubuh diukur sepanjangjalan dari beberapa titik tetap dilambangkan dengan 5. (arena besarnya 3 dapat
bervariasi dari lokasi ke lokasi sepanjang jalan, besaran 3s dan 3n, secara umum,
#ungsi s.
*ari kita perhatikan tubuh ketika bergerak dari s6 s/, di mana besarnya
kecepatannya adalah 2/, untuk s/ 7 s, di mana kecepatannya adalah 2.
Asumsikan untuk diskusi ini bah"a satu'satunya interaksi antara tubuh dan
sekitarnya melibatkan kekuatan 3. ecara hukum kedua e"ton tentang gerak,
besarnya 3s komponen terkait dengan perubahan dalam besarnya 2 oleh
*enggunakan aturan rantai, ini dapat ditulis sebagai
di
mana 2 7 ds8 dt. *enata ulang Persamaan. . dan mengintegrasikan dari s/ ke smemberikan
7/24/2019 Bab 2 Thermodinamika
3/19
!ntegral di sebelah kiri Persamaan. .9 dievaluasi sebagai berikut
(uantitas adalah energi kinetik, (E, dari tubuh. Energi kinetik adalah :uantum
skalar
tity. Perubahan energi kinetik,
!ntegral di sebelah kanan Persamaan. .9 adalah karya gaya 3s sebagai tubuh
bergerak dari s/ ke s sepanjang jalan. Pekerjaan juga kuantitas skalar. Dengan
Persamaan. .4, Persamaan. .9 menjadi
di mana ekspresi untuk pekerjaan telah ditulis dalam hal produk skalar 0dot product1
dari 3 vektor gaya dan vektor perpindahan ds. Persamaan .; menyatakan bah"a
karya gaya resultan pada tubuh sama dengan perubahan energi kinetiknya. (etika
tubuh akselerogra# erated oleh gaya resultan, kerja yang dilakukan pada tubuh
dapat dianggap sebagai trans#er energi untuk tubuh, di mana disimpan sebagai
energi kinetik.
Energi kinetik dapat ditugaskan nilai hanya mengetahui massa tubuh dan nitude
*agma dari kecepatannya relati# seketika ke ditentukan berkoordinasi bingkai,
tanpa memperhatikan bagaimana kecepatan ini dicapai.
7/24/2019 Bab 2 Thermodinamika
4/19
Persamaan .; merupakan hasil utama dari bagian sebelumnya. erasal dari hukum
kedua e"ton, persamaan memberikan hubungan antara dua konsep didefnisikan=
energi kinetik dan bekerja. Pada bagian ini digunakan sebagai titik tolak untuk
memperluas konsep energi. $ntuk memulai, lihat +ambar. ., yang menunjukkan
tubuh m massa yang bergerak secara vertikal dari ketinggian >/ ke ketinggian >
relati# terhadap permukaan bumi. Dua pasukan yang ditampilkan bekerja padasistem itu= gaya ke ba"ah karena gravitasi dengan besarnya mg dan gaya vertikal
dengan magnitude ? me"akili resultan dari semua kekuatan lain yang bekerja pada
sistem.
Pekerjaan masing'masing gaya yang bekerja pada tubuh ditunjukkan pada +ambar.
. dapat ditentukan dengan menggunakan defnisi yang diberikan sebelumnya.
&otal kerja adalah jumlah aljabar dari nilai'nilai individual tersebut. esuai dengan
Persamaan. .;, total pekerjaan sama dengan perubahan energi kinetik. !tu adalah
ebuah tanda minus diperkenalkan sebelum masa jabatan kedua di sebelah kanan
karena gaya gravitasi diarahkan ke ba"ah dan > diambil sebagai positi# ke atas.
!ntegral pertama di sebelah kanan Persamaan. .@ merupakan kerja yang dilakukan
oleh gaya ? pada tubuh ketika bergerak secara vertikal dari >/ ke . !ntegral kedua
dapat dievaluasi sebagai berikut
7/24/2019 Bab 2 Thermodinamika
5/19
di mana percepatan gravitasi telah diasumsikan konstan dengan elevasi. Dengan
incor' porating Persamaan. .B ke Persamaan. ,@ dan menata ulang
(uantitas *+ adalah energi potensial gravitasi, PE. Perubahan energi potensial
gravitasi adalah
$nit untuk energi potensial dalam sistem unit adalah sama dengan yang untuk en'
ergy kinetik dan bekerja.
Energi potensial dikaitkan dengan gaya gravitasi dan karena itu adalah atribut dari
suatu sistem yang terdiri dari tubuh dan bumi bersama'sama. amun,
mengevaluasi kekuatan ity grav' sebagai mg memungkinkan energi potensial
gravitasi yang akan ditentukan untuk nilai tertentu g hanya mengetahui massa
tubuh dan elevasi. Dengan pandangan ini, energi potensial dianggap sebagai
properti yang luas dari tubuh. epanjang buku ini diasumsikan bah"a perbedaan
elevasi cukup kecil bah"a gaya gravitasi dapat dianggap konstan. (onsep energi
potensial gravitasi dapat dirumuskan untuk memperhitungkan variasi gaya gravitasi
dengan ketinggian, namun.
$ntuk memberikan nilai pada energi kinetik atau energi potensial dari sebuah
sistem, perlu untuk menganggap datum dan menentukan nilai untuk kuantitas di
datum. ilai energi kinetik dan potensial yang kemudian ditentukan relati# terhadap
pilihan se"enang'"enang ini datum dan nilai re#erensi. amun, karena hanya
perubahan energi kinetik dan potensial antara dua negara diperlukan, spesifkasi ini
re#erensi se"enang'"enang membatalkan.
(etika sistem mengalami proses di mana ada perubahan kinetik dan potensial en'
ergy, pera"atan khusus diperlukan untuk mendapatkan satu set konsisten unit.
6 sebagai contoh.. . untuk menggambarkan penggunaan yang tepat dari unit dalam
perhitungan istilah seperti, mempertimbangkan sistem yang memiliki massa / kg
yang kecepatannya meningkat dari / m8s menjadi 95 m 8 s sedangkan elevasi
menurun sebesar /5 m di lokasi di mana g7,@ m 8 s. (emudian
7/24/2019 Bab 2 Thermodinamika
6/19
(onservasi Energi Di *ekanika
Persamaan . menyatakan bah"a total pekerjaan semua gaya yang bekerja pada
tubuh dari temuan surround', dengan pengecualian dari gaya gravitasi, sama
dengan jumlah perubahan dalam energi kinetik dan potensial dari tubuh. (etika
gaya resultan menyebabkan elevasi yang akan meningkat, tubuh akan dipercepat,
atau keduanya, kerja yang dilakukan oleh gaya dapat dianggap
trans#er energi untuk tubuh, di mana disimpan sebagai energi potensial gravitasi
dan 8 atau energi kinetik. +agasan bah"a energi adalah kekal mendasari pena#siran
ini.
Pena#siran Persamaan. , sebagai ungkapan konservasi prinsip energi dapat
diperkuat dengan mempertimbangkan kasus khusus dari tubuh yang satu'satunya
kekuatan akting adalah bah"a karena gravitasi, untuk kemudian sisi kanan
persamaan lenyap dan persamaan tereduksi menjadi
Dengan kondisi tersebut, jumlah dari energi kinetik dan potensial gravitasi tetap
konstan. Persamaan .// juga menggambarkan bah"a energi dapat dikonversi dari
satu bentuk ke bentuk lainnya an'= $ntuk benda jatuh di ba"ah pengaruh gravitasi
saja, energi potensial akan menurun dengan meningkatnya energi kinetik dengan
jumlah yang sama.
7/24/2019 Bab 2 Thermodinamika
7/19
2.1.3 Penutupan
Presentasi sejauh ini berpusat pada sistem yang diterapkan pasukan hanya
mempengaruhi kecepatan mereka secara keseluruhan dan posisi. amun, sistem
bunga rekayasa biasanya berinteraksi dengan lingkungan sekitar mereka dengan
cara yang lebih rumit, dengan perubahan si#at lain juga. $ntuk menganalisis sistem
seperti ini, konsep energi kinetik dan potensial saja tidak cukup, juga tidak
konservasi dasar prinsip energi diperkenalkan di bagian ini. Dalam dinamika
thermo' konsep energi diperluas untuk memperhitungkan perubahan yang diamati
lainnya, dan prinsip konservasi energi yang diperluas untuk mencakup berbagai
cara di mana sistem berinteraksi dengan lingkungan sekitar mereka. Dasar
generalisasi tersebut adalah bukti eksperimental. Ekstensi ini dari konsep energi
dikembangkan dalam sisa bab ini, mulai di bagian depan dengan pembahasan yang
lebih lengkap dari pekerjaan.
2.3 Energi Bagian Dari Sistem
(ami melihat di ec. Aku bah"a energi potensial kinetik dan gravitasi dari suatu
sistem dapat diubah sebagai hasil dari kerja karena kekuatan eksternal. Defnisi
kerja diperpanjang di ec. . untuk memasukkan berbagai interaksi antara sistem
dan yang Pada bagian ini, konsep kerja diperpanjang digunakan untuk memperoleh
pemahaman yang lebih luas dari energi dari sistem A peran sentral dimainkan
dalam pertimbangan ini b hukum pertama temuan eksperimental
2.3.1 Hukum Pertama Termodinamika
Untuk mengenalkan hukum termudinamika ,kita pilih antara semua proses dengan sebuah sistem tertutup
yg dapat diambil dari salah satu kesetimbangan state untuk sistem yang lain yang hanya melibatkan
interaksi kerja antara sistem dan yang mengelilinginya.semua proses tersebut akan proses
adiabatik.perkembangan berikut menegaskan bahwa pemakaian saat ini dari proses masa adiabatik adalah
sepenuhnya sesuai dengan konsep perkenalan di bagian 1.5.1
Banyak proses adiabatik yang memungkinkan antara memberi sepasang pasangan di setiap ujung bagian
namun itu dapat ditemukan dengan penelitian untuk semua proses adiabatik antara di setiap ujung nilai
jaringan kerja diselesaikan dengan sistem.hal ini di nilai dari bagian jaringan kerja yang diselesaikan
dengan sistem tertutup mengalami sebuah proses adiabatik diantaranya di beri dua nama bagian yang
hanya mengandalkan dari bagian yang terakhir dan tidak dalam perincian dari sistem adiabatik.
Pernyataan sebelumnya di buat atas dasar dari bukti percobaan ,awalnya dengan percobaan dari joule
dalam bagian permulaan dari abad kesembilan belasan.karena tidak dapat dihindarkan dari percobaan
yang berubah-ubah,hal ini tidak mungkin di buktikan dengan ukuran bahwa jaringan ini adalah cukup
7/24/2019 Bab 2 Thermodinamika
8/19
sama untuk semua proses abiabatik diantaranya sama dengan bagian terakhir.bagaimanapun jumlah yang
lebih besar dari percobaan bantuan temuan ini menyimpulkan ,jadi mengambil prinsip pokok supaya kerja
yang sesungguhnya adalah sama.prinsip ini,dijuluki hukum 1 termodinamika ,bagaimanapun juga
pemakaian dari jenis interaksi kerja atau sifat dari sistem tertutup.
2.3.2 Defnisi Perubaan Energi
Defnisi umum dari perubahan energi dari sistem tertutup antara dua e:uilib rium
negara diperkenalkan di bagian ini dengan menggunakan hukum pertama
termodinamika, bersama'sama dengan tes untuk properti diberikan dalam ec. /..
(arena kerja bersih adalah sama untuk semua proses adiabatik dari sistem tertutup
antara sepasang diberikan negara akhir, dapat disimpulkan dari tes properti bah"a
kerja bersih untuk proses tersebut mendefnisikan perubahan di beberapa properti
dari sistem. Properti ini disebut energi. *emilih simbol E untuk menunjukkan energi
dari sebuah sistem. perubahan energi antara dua negara didefnisikan oleh
E ' EF 7 '!ad 0.@1
di mana !ad menunjukkan kerja bersih untuk setiap proses adiabatik antara kedua
negara. &anda minus sebelum masa kerja di Persamaan. ,@ sesuai dengan tanda
konvensi sebelumnya menyatakan untuk bekerja.
(arena setiap nilai se"enang'"enang E, dapat ditugaskan untuk energi dari sistem
di negara tertentu /. tidak ada makna khusus dapat melekat pada nilai energi di
negara l atau negara lain. -anya perubahan energi dari suatu sistem memiliki
makna.
Persamaan .@ memberikan perubahan energi dari sistem sebagai akibat dari
pekerjaan yang dilakukan oleh, atau di atasnya, selama proses adiabatik adalah
ekspresi dari prinsip konservasi energi untuk jenis proses. Persamaan .; dan .,
memperkenalkan perubahan energi kinetik dan energi potensial gravitasi, masing'
masing adalah kasus khusus dari Persamaan. .@
perubahan energi kinetik dan gravitasi pot kasus khusus dari Persamaan. ,@
2.3.3 Energi internal
imbol E diperkenalkan di atas menunjukkan total energi dari sebuah sistem.Energi total termasuk energ kinetik energi potensial gravitasi, dan bentuk lain dari
energi. Contoh'contoh untuk mengikuti menggambarkan beberapa bentuk'bentuk
energi. anyak contoh lain dapat diberikan yang memperbesar pada yang sama ide
musim semi.
(etika saat pekerjaan dilakukan untuk kompres mata air, energi storcd dalam
baterai terisi, energi yang tersimpan di dalamnya meningkat. Dan "her gas 0atau
7/24/2019 Bab 2 Thermodinamika
9/19
cair1 a"alnya pada keadaan setimbang dalam, kapal terisolasi tertutup diaduk
semangat menerus dan dii>inkan untuk datang ke ekuilibrium akhir sta energi gas
meningkat dalam proses Dalam masing'masing contoh perubahan energi sistem
tidak dapat dikaitkan dengan perubahan kinetik atau gravitasi potensial sistem
Perubahan energi dapat acccun ed dalam C!* dari energi internal, namun
Dalam termodinamika rekayasa perubahan total energi dari sistem dianggap terdiri
dari tiga kontribusi makroskopik. alah satunya adalah perubahan energi, terkait
dengan gerakan sistem secara keseluruhan relati# terhadap koordinat bingkai
eksternal. Gain adalah perubahan energi potensial gravitasi, terkait dengan posisi
sistem secara keseluruhan dalam gravitasi bumi yang disatukan dalam energi
internal sistem. eperti energi kinetik dan energi potensial gravitasi, energi internal
adalah milik luas dari sistem, seperti total energy
i internal energ di"akili oleh simbol $. dan perubahan $! energi internal. Energi
internal spesifk dilambangkan dengan u atau masing'masing, tergantung pada
apakah itu dinyatakan pada satuan massa atau per basis mol Perubahan energitotal sistem adalah
emua jumlah dalam Persamaan. ,B yang dinyatakan dalam satuan energi yang
sebelumnya diperkenalkan
!dentifkasi energi internal sebagai bentuk makroskopik energi merupakan langkah
cant signifkan dalam pengembangan ini, untuk itu menetapkan konsep energi
dalam thermody namics selain itu mekanika. Dalam Chap. 9 kita akan belajar
bagaimana untuk mengevaluasi perubahan energi internal untuk kasus'kasus
praktis penting yang melibatkan gas, cairan dan padatan dengan menggunakan
data empiris .
$ntuk lebih pemahaman kita tentang energi internal, mempertimbangkan
sistem kami akan sering menemukan di bagian berikutnya dari buku ini, sistem
yang terdiri dari gas yang terkandung dalam tangki. *ari kita berpikir tentang
energi dikaitkan dengan gerakan dan konfgurasi dari individu molekul, atom, dan
partikel subatom yang membentuk materi dalam sistem. *olekul gas bergerakmenemui molekul lain atau dinding "adah. agian dari energi internal gas adalah
energi kinetik translasi molekul. (ontribusi lain untuk energi internal meliputi energi
kinetik karena rotasi dari molekul relati# terhadap pusat'pusat mereka dari massa
dan energi kinetik terkait dengan gerakan vibrasi dalam molekul. elain itu, energi
yang tersimpan dalam ikatan kimia antara yang membentuk molekul penyimpanan
energi pada tingkat atom termasuk energi yang berkaitan dengan elektron orbital
7/24/2019 Bab 2 Thermodinamika
10/19
negara, spin, dan pasukan mengikat dalam inti. gas, cairan, dan padatan, gaya
antarmolekul memainkan peran penting dalam mempengaruhi energi internal
2.3." Konser#asi Prinsip Energi Sistem Tertutup
ejauh ini. kami telah dianggap secara kuantitati# hanya mereka interaksi antara
sebuah sistem dan sekitarnya yang dapat digolongkan sebagai pekerjaan. amun,
sistem tertutup juga dapat berinteraksi dengan lingkungan sekitar mereka dengan
cara yang tidak dapat dikategorikan sebagai pekerjaan. Contoh disediakan oleh gas
0atau cair1 yang terkandung dalam "adah tertutup menjalani proses sementara di
kontak dengan api pada suhu lebih besar dari gas. %enis interaksi disebut interaksi
panas, dan proses dapat disebut sebagai proses nonadiabatic. Perubahan energi
sistem dalam proses nonadiabatic tidak dapat dipertanggungja"abkan dari segi
Alore kerja.
7/24/2019 Bab 2 Thermodinamika
11/19
ekspresi ini dapat ditulis kembali sebagai
E ' EF 7 K M I 0,1
yang menyatakan bah"a perubahan energi sistem sama dengan perpindahan
energi bersih ke sistem, seperti disimpulkan di atas Persamaan . sumnari>es
konservasi prinsip energi untuk sistem tertutup dari semua jenis . ukti
eksperimental yang melimpah mendukung pernyataan ini. Penerapan persamaan ini
dibahas di ec. .9 setelah trans#er energi dilambangkan dengan K ccnsidered lebih
detai di bagian berikutnya.
2.$ %era&a Energiuntuk Sistem Tertutup
Diskusi kami sebelumnya menunjukkan, satu'satunya energi "aysthe dari sistem
tertutup dapat diubah adalah melalui trans#er energi oleh kerja atau oleh panas.
elanjutnya, berdasarkan percobaan %oule dan lain'lain, aspek #undamental dari
konsep energi adalah bah"a energi adalah kekalH kita sebut ini hukum pertama
termodinamika. persamaan ini dirangkum dalam kata'kata sebagai berikut=
Pernyataan kata ini bah"a persamaan . hanya keseimbangan akuntansi untuk
energi, keseimbangan energi. -al ini membutuhkan bah"a dalam setiap proses
sistem tertutup energi meningkat sistem atau penurunan dengan jumlah yang sama
dengan jumlah bersih energi ditrans#er di batasnya.
$ngkapan jumlah bersih yang digunakan dalam laporan frman keseimbangan
energi harus dita#sirkan secara hati'hati, untuk mungkin ada panas atau bekerja
trans#er energi di berbagai tempat di batas sistem. Di beberapa lokasi trans#er
energi mungkin ke dalam sistem, sedangkan pada orang lain mereka keluar dari
sistem. Dua istilah di akun sisi kanan untuk hasil bersih semua trans#er energi oleh
panas dan kerja, masing'masing, yang terjadi selama interval "aktu yang
dipertimbangkan.
(eseimbangan energi dapat dinyatakan dalam simbol'simbol sebagai
7/24/2019 Bab 2 Thermodinamika
12/19
yang menunjukkan bah"a trans#er energi di seluruh hasil batas sistem dalam
perubahan dalam satu atau lebih dari bentuk'bentuk energi makroskopik= energi
kinetik, energi potensial gravitasi, dan energi internal. emua re#erensi sebelumnya
untuk energi sebagai jumlah dilestarikan dimasukkan sebagai kasus khusus dari
pers. .9.
Perhatikan bah"a tanda'tanda aljabar sebelum panas dan kerja persyaratan pers.
,9 berbeda. !ni mengikuti dari konvensi tanda diadopsi sebelumnya. ebuah
tanda minus muncul sebelum I karena perpindahan energi oleh kerja dari sistemke lingkungan diambil untuk menjadi positi#. ebuah tanda plus muncul sebelum K
karena dianggap menjadi positi# ketika trans#er panas dari energi ke dalam sistem
dari lingkungan.
2.$.1 Bentuk Dari Energi Balan&e
erbagai bentuk khusus dari keseimbangan energi dapat ditulis. *isalnya,
keseimbangan energi dalam bentuk di#erensial adalah
dimana dE di#erensial energi, properti. ejak K dan I tidak si#at, perbedaan mereka
ditulis sebagai , masing'masing.
entuk tingkat "aktu sesaat dari keseimbangan energi adalah
entuk tingkat keseimbangan energi dinyatakan dalam kata'kata adalah
7/24/2019 Bab 2 Thermodinamika
13/19
(arena laju perubahan energi diberikan oleh dE
Persamaan .9@ dapat dinyatakan sebagai alternati#
Persamaan .9 melalui .9B memberikan alternati# bentuk keseimbangan energi
yang mungkin menjadi titik a"al yang mudah ketika menerapkan prinsip konservasi
energi untuk sistem tertutup. Dalam Chap. 4 konservasi prinsip energi dinyatakan
dalam bentuk yang cocok untuk analisis volume control. (etika menerapkan
keseimbangan energi di berbagai bentuknya, itu adalah im' portant untuk berhati'
hati tentang tanda'tanda dan unit dan untuk membedakan dengan hati'hati antara
harga dan jumlah. elain itu, penting untuk mengenali bah"a lokasi batas sistem
dapat relevan dalam menentukan apakah trans#er energi tertentu dianggap sebagai
panas atau bekerja.
. . pertimbangkan +ambar. ./4, di mana tiga sistem alternati# yang akan
ditampilkan yang mencakup kuantitas gas 0atau cair1 dalam kaku, baik'terisolasi
"adah. Pada +ambar. ./4a, gas itu sendiri adalah sistem. ebagai arus mengalir
melalui pelat tembaga, ada trans#er energi dari plat tembaga untuk gas. ejak
perpindahan energi ini terjadi sebagai akibat dari perbedaan suhu antara piring dan
gas, itu adalah rahasia sebagai perpindahan panas. erikutnya, lihat +ambar.
./4b, di mana batas ditarik untuk menyertakan plat tembaga. !ni mengikuti dari
defnisi termodinamika pekerjaan yang trans#er energi yang terjadi saat ini sebagaimelintasi batas sistem ini harus dianggap sebagai pekerjaan. Akhirnya, pada
+ambar. ./4c, batas terletak sehingga tidak ada energi yang ditrans#er di atasnya
oleh panas atau bekerja.
7/24/2019 Bab 2 Thermodinamika
14/19
. ejauh ini, kita telah berhati'hati untuk menekankan bah"a jumlah simbolisboli>ed oleh Iand K di terdahulu persamaan rekening untuk trans#er energi dantidak trans#er kerja dan panas, masing'masing. yarat bekerja dan panasmenunjukkan cara yang berbeda dimana en' ergy ditrans#er dan bukan apa yangditrans#er. amun, untuk mencapai ekonomi berekspresi dalam diskusi berikutnya,I dan K sering disebut hanya sebagai pekerjaan dan perpindahan panas, masing'masing. !ni cara yang kurang #ormal berbicara umumnya digunakan dalam praktekrekayasa.
2.$.2 'lustrasi
Contoh untuk mengikuti memba"a keluar banyak ide penting tentang energi dan
keseimbangan energi. *ereka harus dipelajari dengan hati'hati, dan pendekatanyang sama harus digunakan saat memecahkan akhir'o#'bab masalah.
Dalam teks ini, sebagian besar aplikasi dari keseimbangan energi tidak akan
melibatkan perubahan energi kinetik atau potensial signifkan. Dengan demikian,
untuk mempercepat solusi dari banyak contoh berikutnya dan akhir'o#'bab masalah,
kami menunjukkan dalam pernyataan masalah bah"a perubahan tersebut dapat
negative lected. %ika ini tidak dibuat eksplisit dalam sebuah pernyataan masalah,
7/24/2019 Bab 2 Thermodinamika
15/19
Anda harus memutuskan atas dasar masalah yang dihadapi bagaimana cara terbaik
untuk menangani hal energi kinetik dan potensial dari keseimbangan energi.
contoh .
ebuah sistem tertutup mulanya terletak di atas permukaan bumi mengalami
sebuah proses yang mana di sana energi bersih di kirim sistem dengan gaya
sebesar 55tu . selama proses disana terjadi perpindahan panas energi dari
sistem kelingkungan sebesar 95 tu di akhir proses sistem mempunyai kecepatan
55 3t8s pada ketinggian 553t. *asa sistem 5 Gb dan kecepatan graftasi di
daerah tersebut adalah 9 3t8s . tentukan Perubahan energi dalam sistem untuk
proses tersebut dalam tu
Penyelesaian
Diketahui = sebuah sistem diketahui masanya mengalamai sebuah proses dengan
agaya dan perpindahan panas yang diketahui , a"al dan akhir kecepatan juga
diketahui
Pertanyaan tentukan perubahan energi dalam sistem
istematika dan data yang diketahui
+ambar
Asumsi
/. istem tertutup dalam pertimbangan. Pada akhir proses sitem bergerak pada ketinggian yang sama
9. +aya graftasi pada daerah tersebut adalah konstan pada 9 3t8s
Analisa(eseimbangan energi untuk sitem tertutup di ambil dalam bentuk(ELPEL$7K'IDimana perubahan energi genetik dan potensial dapat ditunjukan masing'masing
sebagai berikut =(E7 /N * 02'2/1PE7 *+0'/1
7/24/2019 Bab 2 Thermodinamika
16/19
Penyelesaian untuk $
?$*$ ....*asukan nilainya
(onto 2."
masalah
Empat kilogram gas tertentu yang terkandung dalam perakitan piston silinder. +as
mengalami proses yang hubungan tekanan'volume
&ekanan a"al 9 bar, volume a"al 5,/ m9, dan volume akhir adalah 5, m9.
Perubahan energi internal spesifk gas dalam proses adalah . &idakada perubahan signifkan dalam energi kinetik atau potensial. *enentukan
perpindahan panas bersih untuk proses, di k%.
solusi
Dikenal= ebuah gas dalam perakitan piston silinder mengalami proses ekspansi
yang hubungan tekanan'volume dan perubahan energi internal spesifk ditentukan.
Cari= &entukan perpindahan panas bersih untuk proses.
kema dan *engingat Data=
Asumsi=
/. gas adalah sistem tertutup.
. Proses ini dijelaskan oleh p2/.6 konstan.
7/24/2019 Bab 2 Thermodinamika
17/19
9. &idak ada perubahan dalam energi kinetik atau potensial dari sistem.
Analisis= ebuah keseimbangan energi untuk sistem tertutup mengambil bentuk
di mana istilah energi kinetik dan potensial drop out oleh asumsi 9. (emudian,menulis6 $ dalam hal strategi'ener' internal yang spesifk, keseimbangan energimenjadi
di mana m adalah massa sistem. Pemecahan untuk K
ilai pekerjaan untuk proses ini ditentukan dalam larutan untuk bagian 0a1 dari
Contoh ./= . Perubahan energi internal diperoleh dengan menggunakan
data yang diberikan sebagai
*engganti nilai'nilai
(omentar
&anda minus untuk nilai K berarti bah"a jumlah bersih energi telah dipindahkan darisistem untuk pembulatan kelangsungan sebesar perpindahan panas.
-ubungan diberikan antara tekanan dan volume memungkinkan proses yang akan
di"akili oleh jalur ditampilkan pada menemani diagram. Daerah di ba"ah kurva
me"akili pekerjaan. (arena mereka tidak properti, nilai'nilai pekerjaan dan
perpindahan panas tergantung pada rincian dari proses dan tidak dapat ditentukan
dari negara akhir saja.
Gihat komentar 9 dari contoh ./
(onto 2.$
Gaju perpindahan panas antara motor listrik tertentu dan sekitarnya bervariasi
dengan "aktu sebagai
dimana t dalam detik dan K di kI. Poros motor berputar pada kecepatan konstan "
7 /55 rad 8 s 0sekitar revolusi per menit, atau ?P*1 dan menerapkan torsi
7/24/2019 Bab 2 Thermodinamika
18/19
konstan ke beban eksternal. *otor menarik konstan input daya listrik
sebesar ,5 kI. $ntuk motor, plot dan, masing'masing dalam kI, dan perubahan
energi OE, di k%, sebagai #ungsi
tions "aktu dari t 7 5 ke t 7 /5 s. Diskusikan.
olusi
Dikenal= ebuah motor beroperasi dengan input daya listrik konstan, kecepatan
poros, dan torsi diterapkan. &ingkat "aktu bervariasi dari perpindahan panas antara
motor dan sekitarnya diberikan.
Cari= Plot K dan E terhadap "aktu, Diskusikan6.
kema dan *engingat Data=
Asumsi= istem ditampilkan dalam sketsa yang menyertainya adalah sistem
tertutup.
Analisis= laju perubahan energi sistem
I merupakan daya bersih dari sistem= jumlah kekuatan yang berhubungan dengan
memutar poros, poros, dan kekuasaan terkait dengan aliran listrik,
&ingkat diketahui dari pernyataan masalah= , di mana tanda
negati# diperlukan karena energy diba"a ke sistem dengan pekerjaan listrik. !stilah
dapat dievaluasi dengan Persamaan. .5 sebagai
7/24/2019 Bab 2 Thermodinamika
19/19
(arena energi keluar sistem sepanjang poros berputar, kecepatan trans#er energi ini
adalah positi#. kesimpulan
di mana tanda minus berarti bah"a input daya listrik lebih besar dari kekuatan
ditrans#er sepanjang poros. Dengan hasil tersebut di atas untuk I dan ekspresi
yang diberikan untuk K, keseimbangan tingkat energi menjadi
(omentar