TERMODINAMIKA

Izv

. p

rof.

dr.

sc.

Rajk

a J

urd

an

a Š

ep

ić

F

IZIK

A 1

Mengapa mempelajaritermodinamika?

Untuk mempelajari suatu sistem dan lingkungannya.

Apa kah Termodinamika itu?

Termodinamika mempelajari hubungan antara panas, kerja dan energi serta perubahan-perubahan

yang diakibatkannya terhadap sistem.

Sistem dalam Termodinamika Hukum I TermodinamikaHukum II TermodinamikaIstilah-istilah Dalam TermodinamikaSifat Kesetimbangan Termodinamika

Sistem thermodinamika adalah suatu masa atau daerah yang dipilih, untuk dijadikan obyek analisis.

Istilah – istilah penting dalam termodinamika :

Lingkungan : bagian diluar sistem yang yang masih berpengaruh atau dipengaruhi oleh sistem.

Batas (boundary) : bagian yang memisahkan sistem dengan lingkungan.

3 Macam Sistem Termodinamika :

1. SISTEM TERBUKA :Dalam sistem ini, massa dari suatu sistem yang dianalisis

adalah tetap, tidak ada massa yang keluar ataupun masuk dari sistem, namun volumenya bisa berubah.

Yang bisa keluar masuk sistem adalah energi panas maupun kerja.

Misalnya: lautan, tumbuh-tumbuhan, balon udara.

2. SISTEM TERTUTUP : Ada pertukaran energi tetapi TIDAK terjadi pertukaran massa sistem dengan lingkungannya.

Misalnya: Green House ada pertukaran kalor tetapi tidak terjadi

pertukaran kerja dengan lingkungan.

3. SISTEM TERISOLASI :TIDAK ada pertukaran massa dan energi sistem

dengan lingkungan.

Misalnya: Tabung gas yang terisolasi.

“Energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan, namun demikian energi tersebut dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain  menjadi

kerja”

Misalnya dalam termodinamika ini, energi yang diubah adalah panas menjadi kerja.

Bagaimana Bunyi Hukum 1 Thermodinamika?

Untuk setiap proses, apabila kalor Q diberikan kepada sistem dan sistem melakukan usaha W, maka akan terjadi perubahan energi U dalam :

U = Q – W

Perjanjian tanda untuk W dan Q:

1. W (+) → sistem melakukan usaha terhadap lingkungan

2. W (–) → sistem menerima usaha dari lingkungan

3. Q (+) → sistem menerima kalor dari lingkungan

4. Q (–) → sistem melepas kalor pada lingkungan

“Kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam

arah kebalikannya.”

Bagaimana Bunyi Hukum 1 Thermodinamika?

“Tidak mungkin membuat suatu mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata menyerap kalor dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi usaha luar.”

“Total Entropi semata tidak berubah ketika proses reversibel terjadi dan bertambah ketika proses irreversibel.”

PROPERTIAdalah karakteristik yang menentukan sifat dari

sistem.Contohnya seperti tekanan P, temperatur T,

volume V, Massa m, viskositas, konduksi panas, dan lain-lain.

Selain itu ada juga property yang disefinisikan dari property yang lainnya seperti, berat jenis, volume spesifik, panas jenis, dan lain-lain.

State = Tingkat KeadaanAdalah kondisi suatu sistem pada setiap instan

waktu yang dinyatakan oleh beberapa sifatnya.

Suatu sistem dapat berada pada suatu kondisi yang tidak berubah, apabila masing-masing jenis property sistem tersebut dapat diukur pada semua bagiannya dan tidak berbeda nilainya.

ProsesApabila ada 2 atau lebih State yang identik dan

ada perubahan sistem thermodinamika dari keadaan seimbang satu menjadi keadaan seimbang lain.

CycleSistem tersebut menjalani rangkaian beberapa

proses, dengan keadaan akhir sistem kembali ke keadaan awalnya.

Lintasan Rangkaian keadaan diantara keadaan awal dan akhir.

Fasa Sejumlah zat yang homogen dalam komposisi kimia dan

struktur fisiknya.Fasa dibatasi oleh batas fasaZat murni dapat mengalami perubahan fasa pada keadaan

yang berbeda-beda, tergantung kepada kondisi property nya.

Zat murni zat yang komposisi kimianya seragam dan tidak

berubah pada semua bagian.Dapat terdiri dari beberapa fasa tapi komposisi

kimianya harus tetap samaContoh zat murni misalnya, air, nitrogin, helium,

CO2, udara, dan lain -lain.

TemperaturUkuran temperatur berfungsi untuk

mengindikasikan adanya energi panas pada suatu benda padat, cair, atau gas.

Hukum Zeroth yaitu apabila dua benda dalam keadaan seimbang thermal dengan benda ketiga maka dua benda tersebut juga dalam keadaan seimbang thermal walaupun tidak saling bersentuhan.

Equilibrium Yang berarti adalah kesetimbangan merupakan

kondisi yang ditentukan berdasarkan nilai dari sifat termodinamikanya.

Ada 3 Sistem kesetimbangan dalam Termodinamika :

1. Kesetimbangan termal2. Kesetimbangan mekanik3. Kesetimbangan kimia

ReversibilitiesKemampuan untuk menghilangkan efek dari

sebuah sistem. Atau dengan kata lain membuat keadaan menjadi seperti semula.

Proses reversibel (Proses dapat balik )adalah suatu proses yang berlangsung sedemikian hingga setiap bagian yang mengalami perubahan dikembalikan pada keadaan semula tanpa menyebabkan suatu perubahan lain.

Proses irreversibelitasProses termodinamik yang berlanggsung secara

alami seluruhnya dan tidak dapat dibalik arahnya disebut proses ireversibel (irreversibel process).

Contohnya : kalor berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah.

Keseimbangan MassaPerubahan massa terhadap waktu adalah sama

dengan jumlah massa input dikurangi massa output. Rumusnya :

dm/dt : perubahan terhadap waktu dari massa

m˙i : laju aliran massa pada port inletm˙e : laju aliran massa pada port keluar

Keseimbangan energiEnergi dapat ditransfer oleh usaha, melalui

transfer panas, dan denganmateri yang mengalir. Jumlah total energi kekal dalam semua transformasi dan transfer.

Jadi jumlah energi tidak akan berubah atau seimbang.

Dimana, U = energi internal KE = energi kinetik PE = potensial gravitasi

Pada prinsipnya tingkat keseimbangan energi sistem tertutup dapat diintegrasikan untuk proses antara dua keadaan untuk memberikan keseimbangan energi sistem tertutup.

Dimana, U = energi internal KE = energi kinetik PE = potensial gravitasi Q = jumlah energi W = kerja

Keseimbangan EntropyEntropi adalah ukuran banyaknya energi atau kalor yang

tidak dapat diubah menjadi usahaSeperti massa dan energi, entropi dapat disimpan dalam

sistem dan ditransfer melintasi batas-batas sistem.Namun, tidak seperti massa dan energi, entropi tidak kekal, tetapi dihasilkan

Perubahan entropy terhadap waktu adalah pengurangan antara entropy yang dtransfer dan entropy yang dihasilkan.

Kesetimbangan ExergyExergy memberikan alternatif untuk entropi untuk

menerapkan hukum kedua. Ketika konsep exergy digabungkan

Thermoeconomics memungkinkan sumber nyata biaya untuk diidentifikasi: biaya investasi modal, biaya operasi dan pemeliharaan, dan biaya yang terkait dengan kerusakan dan kehilangan exergy.

Thermoeconomic = minimalisasi biaya exergy-aided

Apa toh Exergy itu?

Exergi didefinisikan sebagai potensi kerja maksimum dalam bentuk

materi atau energi dalam berinteraksi dengan lingkungannya

dan membawa sistem ke kesetimbangan. Potensi kerja ini

diperoleh melalui proses reversibel. 

Transfer Exergy dan Exergy DestructionExergy dapat ditransfer dengan 3 cara

1.Transfer exergy dengan pekerjaan.2.Transfer exergy dengan perpindahan panas.3.Transfer exergy dengan masalah masuk dan keluar volume kontrol.

Semua transfer exergy tersebut dievaluasi relatif terhadap lingkungan digunakan untuk mendefinisikan exergy.

Exergy juga dihancurkan oleh irreversibilities dalam sistem atau volume kontrol.

Karena pentingnya untuk berbagai aplikasi, keseimbangan tingkat exergy untuk volume kontrol pada steady state disajikan sebagai alternatif

Rumus utama :

Tingkat kerusakan exergy berkaitan dengan tingkat generasi entropi :

Secara spesifik energi dinyatakan :

PH = exergy fisikKN = exergy kinetikPT = exergy potensi CH = exergy kimia

Langkah pertama adalah mengevaluasi 3 komponen energi tersebut sebagai berikut:

Thank You

Kingsoft OfficeMake Presentation much more fun