Fisika Umum (MA-301)

TopikTopik harihari iniini

Kalor

dan

Hukum Termodinamika

KalorKalor

HukumHukum KeKe NolNol TermodinamikaTermodinamika

Jika benda A dan B secara terpisah beradadalam kesetimbangan termal dengan bendaketiga C, maka A dan B dalam kesetimbangantermal satu sama lain

Memungkinkan untuk memperkenalkan konsep temperatur

SkalaSkala TemperaturTemperatur

►►TermometerTermometer dapatdapat didi kalibrasikalibrasi dengandengan

menempatkannyamenempatkannya dalamdalam kontakkontak termaltermal

dengandengan suhusuhu lingkunganlingkungan yang yang dijagadijaga

konstankonstan..

�� LingkunganLingkungan bisabisa berupaberupa campurancampuran eses dan air dan air

dalamdalam kesetimbangankesetimbangan termaltermal

�� JugaJuga bisabisa digunakandigunakan air dan air dan uapuap dalamdalam

kesetimbangankesetimbangan termaltermal

SkalaSkala Celsius Celsius

►►SuhuSuhu daridari campurancampuran eses dan air dan air ditetapkanditetapkanpadapada 0º C0º C

�� NilaiNilai iniini adalahadalah titiktitik bekubeku airair

►►SuhuSuhu campurancampuran air dan air dan uapuap ditetapkanditetapkan padapada100º C100º C�� NilaiNilai iniini adalahadalah titiktitik didihdidih airair

►►SelangSelang antaraantara titiktitik--titiktitik iniini dibagidibagi menjadimenjadi100 100 bagianbagian

SkalaSkala KelvinKelvin

►►KetikaKetika tekanantekanan gas gas menujumenuju nolnol, , suhunyasuhunya

adalahadalah ––273.15273.15º Cº C

►►SuhuSuhu iniini disebutdisebut nolnol mutlakmutlak

►►TitikTitik iniini merupakanmerupakan titiktitik nolnol daridari skalaskala KelvinKelvin

�� ––273.15273.15º C = 0 Kº C = 0 K

►►UntukUntuk mengubahmengubah: : TTC C = T= TKK –– 273.15273.15

BeberapaBeberapa SuhuSuhu

KelvinKelvin

►► BeberapaBeberapa mewakilimewakili

suhusuhu Kelvin Kelvin

►► CatatanCatatan, , skalaskala iniini

logaritmiklogaritmik

►► NolNol mutlakmutlak tidaktidak

pernahpernah tercapaitercapai

SkalaSkala FahrenheitFahrenheit

►►SkalaSkala yang yang banyakbanyak digunakandigunakan dalamdalam USAUSA

►►SuhuSuhu titiktitik bekubeku adalahadalah 3232ºº

►►SuhuSuhu titktitk didihdidih adalahadalah 212212ºº

►►TitiknyaTitiknya dibagidibagi menjadimenjadi 180 180 bagianbagian

PerbandinganPerbandingan SkalaSkala SuhuSuhu

273.15

932

5

9

5

C K

F C

F C

T T

T T

T T

= −

= +

∆ = ∆

PemuaianPemuaian TermalTermal

►► PemuaianPemuaian termaltermal sebuahsebuah bendabenda adalahadalahkonsekuensikonsekuensi daridari perubahanperubahan jarakjarak ratarata--rata rata antaraantaraatom atom atauatau molekulmolekul

►► PadaPada suhusuhu kamarkamar, , molekulmolekul bervibrasibervibrasi dengandenganamplitudoamplitudo yang yang kecilkecil

►► DenganDengan pertambahanpertambahan suhusuhu, , amplitudoamplitudo pun pun bertambahbertambah�� Hal Hal iniini menyebabkanmenyebabkan seluruhseluruh bagianbagian bendabenda memuaimemuai

PemuaianPemuaian Linier (Linier (LuasLuas, Volume), Volume)

►► UntukUntuk perubahanperubahan suhusuhu yang yang kecilkecil

►► KoefisienKoefisien pemuaianpemuaian linier, linier, αα, , bergantungbergantung padapada

bahanbahan

►► DalamDalam duadua dimensidimensi ((luasluas pemuaianpemuaian))

►► dan dan dalamdalam tigatiga dimensidimensi (volume (volume pemuaianpemuaian))

tLL o ∆=∆ α

αγγ 2, =∆=∆ tAA o

αααα====ββββ∆∆∆∆ββββ====∆∆∆∆ 3padatzat untuktVV o ,

ContohContoh

Sebuah kabel telepon yang terbuat dari tembaga memilikipanjang 35.0 m pada musim dingin ketika temperaturnya–20.0°C. Berapa pertambahan panjangnya ketika beradadalam musim panas yang temperaturnya 35.0°C? Asumsikan koefisien muai panjang konstan.

AnomaliAnomali AirAir

►► PadaPada saatsaat suhusuhu air air meningkatmeningkat daridari 00ºC ºC sampaisampai 4 ºC, air 4 ºC, air

menyusutmenyusut dan dan kerapatannyakerapatannya bertambahbertambah

►► DiatasDiatas 4 ºC, air 4 ºC, air menunjukanmenunjukan pemuaianpemuaian yang yang sesuaisesuai dengandengan

peningkatanpeningkatan suhusuhu

►► KerapatanKerapatan maksimummaksimum daridari air air adalahadalah 1000 kg/m1000 kg/m33 padapada 4 ºC 4 ºC

EnergiEnergi dalamdalam ProsesProses TermalTermal

EnergiEnergi Internal vs. Internal vs. KalorKalor

►► EnergiEnergi internalinternal, U, , U, adalahadalah energienergi yang yang diasosiasikandiasosiasikan dengandengan komponenkomponen mikroskopikmikroskopik daridarisistemsistem�� TermasukTermasuk energienergi kinetikkinetik dan dan potensialpotensial diasosiasikandiasosiasikandengandengan gerakgerak translasitranslasi, , rotasirotasi dan dan vibrasivibrasi acakacak daridariatom atom atauatau molekulmolekul

�� JugaJuga termasuktermasuk energienergi potensialpotensial interaksiinteraksi antarantar molekulmolekul

►► KalorKalor adalahadalah energienergi yang yang ditransferditransfer antaraantara sistemsistemdan dan lingkunganlingkungan karenakarena perbedaanperbedaan suhusuhu antaraantarakeduanyakeduanya�� SimbolSimbol kalorkalor adalahadalah QQ

SatuanSatuan daridari KalorKalor

►► KaloriKalori

�� SebuahSebuah satuansatuan historishistoris, , sebelumsebelum hubunganhubungan antaraantaratermodinamikatermodinamika dan dan mekanikamekanika dikenaldikenal

�� SatuSatu kalorikalori adalahadalah jumlahjumlah energienergi yang yang diperlukandiperlukan untukuntukmenaikkanmenaikkan suhusuhu 1 gram air 1 gram air daridari 14.5° C 14.5° C menjadimenjadi 15.5° C .15.5° C .

►►SatuSatu KaloriKalori ((kalorikalori makananmakanan) ) adalahadalah 1000 1000 kalkal

►► JouleJoule

�� 1 1 kalkal = 4,186 J= 4,186 J

�� IniIni dinamakandinamakan KalorKalor EkivalenEkivalen MekanikMekanik

►► BTUBTU (US Customary Unit)(US Customary Unit)

�� BTU BTU singkatansingkatan daridari British Thermal UnitBritish Thermal Unit

�� SatuSatu BTUBTU adalahadalah energienergi yang yang diperlukandiperlukan untukuntuk menaikkanmenaikkansuhusuhu 1 1 ponpon (lb) air (lb) air daridari 63° F 63° F menjadimenjadi 64° F 64° F

�� 1 BTU = 252 1 BTU = 252 kalkal = 1,054 kJ= 1,054 kJ

KaloriKalori ((kalkal))CGSCGS

SatuanSatuan

BTU (BTU (btubtu))USA & UKUSA & UK

Joule (J)Joule (J)SISI

KalorKalor JenisJenis

►► SetiapSetiap zatzat memerlukanmemerlukan sejumlahsejumlah energienergi per per satuansatuan

massamassa yang yang berbedaberbeda untukuntuk mengubahmengubah suhunyasuhunya

sebesarsebesar 11° C° C

�� BerbandingBerbanding luruslurus dengandengan massamassa ((jadijadi, per , per satuansatuan

massamassa))

►► KalorKalor JenisJenis, c,, c, daridari suatusuatu zatzat adalahadalah ukuranukuran daridari

jumlahjumlah iniini

Tm

Qc

∆=

Kalori/gKalori/g °C (°C (kal/gkal/g °C )°C )CGSCGS

SatuanSatuan

Joule/kg °C (J/kg °C)Joule/kg °C (J/kg °C)SISI

CatatanCatatan: : KalorKalor dan dan KalorKalor JenisJenis

►►Q = m c ∆TQ = m c ∆T

�� ∆T ∆T adalahadalah suhusuhu akhirakhir dikurangidikurangi suhusuhu awalawal

�� KetikaKetika suhusuhu naiknaik, ∆T dan , ∆T dan ∆Q ∆Q adalahadalah positifpositif

makamaka energienergi masukmasuk keke sistemsistem

�� KetikaKetika suhusuhu turunturun, ∆T dan , ∆T dan ∆Q ∆Q adalahadalah

negatifnegatif makamaka energienergi keluarkeluar sistemsistem

KonsekuensiKonsekuensi daridari PerbedaanPerbedaan

KalorKalor JenisJenis►► AirAir memilikimemiliki kalorkalor jenisjenisyang yang lebihlebih tinggitinggidibandingkandibandingkan daratandaratan

►► PadaPada harihari yang yang panaspanas, , udaraudara didi atasatas daratandaratanpanaspanas lebihlebih cepatcepat

►► UdaraUdara panaspanas mengalirmengalirkeke atasatas dan dan udaraudarayang yang dingindingin bergerakbergerakmenujumenuju pantaipantai

CkgJc

CkgJc

OH

Si

o

o

4186

700

2=

=

Apa yang terjadi pada malam hari?

AirPantai

PertanyaanPertanyaan

Apa yang terjadi pada malam hari?

a. samab. kebalikanc. bukan keduanya

Bagaimana menentukan kalor jenis?

AirPantai

KalorimeterKalorimeter

►►Cara Cara untukuntuk menentukanmenentukan kalorkalor jenisjenis suatusuatu

zatzat dinamakandinamakan KalorimetriKalorimetri

►►KalorimeterKalorimeter adalahadalah sebuahsebuah wadahwadah yang yang

terbuatterbuat daridari bahanbahan isolator yang isolator yang baikbaik yang yang

memungkinkanmemungkinkan kesetimbangankesetimbangan termaltermal

terjaditerjadi antaraantara zatzat tanpatanpa adanyaadanya energienergi

yang yang hilanghilang keke lingkunganlingkungan

KalorimetriKalorimetri

►► AnalisisAnalisis yang yang dilakukandilakukan dengandengan menggunakanmenggunakan

kalorimeterkalorimeter

►► KekekalanKekekalan energienergi diaplikasikandiaplikasikan padapada sistemsistem tertutuptertutup

►► EnergiEnergi yang yang keluarkeluar daridari zatzat yang yang lebihlebih panaspanas sama sama

dengandengan energienergi yang yang diserapdiserap oleholeh airair

QQpanaspanas = = --QQdingindingin

MetodeMetode Transfer Transfer KalorKalor

►►DiperlukanDiperlukan untukuntuk mengetahuimengetahui lajulaju energienergiyang yang ditransferditransfer

►►DiperlukanDiperlukan untukuntuk mengetahuimengetahui mekanismemekanismeyang yang bertanggungjawabbertanggungjawab padapada prosesprosestransfertransfer

►►MetodenyaMetodenya meliputimeliputi

�� KonduksiKonduksi

�� KonveksiKonveksi

�� RadiasiRadiasi

1. 1. KonduksiKonduksi

►►ProsesProses transfer transfer dapatdapat ditinjauditinjau padapada skalaskala

atomatom

�� PertukaranPertukaran energienergi antaraantara partikelpartikel--partikelpartikel

mikroskopikmikroskopik akibatakibat tumbukantumbukan

�� PartikelPartikel yang yang energinyaenerginya lebihlebih rendahrendah

memperolehmemperoleh tambahantambahan energienergi selamaselama prosesproses

tumbukantumbukan daridari partikelpartikel yang yang energinyaenerginya lebihlebih

besarbesar

►►LajuLaju konduksikonduksi bergantungbergantung padapada sifatsifat zatzat

ContohContoh konduksikonduksi

►► VibrasiVibrasi molekulmolekul disekitardisekitar

posisiposisi kesetimbangankesetimbangan

►► PartikelPartikel yang yang lebihlebih dekatdekat

dengandengan apiapi bervibrasibervibrasi

dengandengan amplitudoamplitudo yang yang

lebihlebih besarbesar

►► MenumbukMenumbuk partikelpartikel

tetanggatetangga dan dan mentransfermentransfer

energienergi

►► AkhirnyaAkhirnya, , energienergi menjalarmenjalar

keke seluruhseluruh batangbatangKonduksiKonduksi dapatdapat terjaditerjadi hanyahanya jikajikaterdapatterdapat perbedaanperbedaan suhusuhu antaraantara duaduabagianbagian daridari medium medium pengkonduksipengkonduksi

KonduksiKonduksi ((lanjutanlanjutan))

►► PadaPada lempenganlempengan

memungkinkanmemungkinkan energienergi

mengalirmengalir daridari daerahdaerah

bersuhubersuhu tinggitinggi keke

daerahdaerah yang yang bersuhubersuhu

lebihlebih rendahrendah

L

TTkA

t

QP ch −

==

Aliran kalor Konduktivitas termal

KonduksiKonduksi ((lanjutanlanjutan))

►► A A adalahadalah luasluas penampangpenampang

►► L = ∆x L = ∆x adalahadalah ketebalanketebalan lempenganlempengan atauatau

panjangpanjang batangbatang

►► P P dalamdalam Watt, Q Watt, Q dalamdalam Joule dan t Joule dan t dalamdalam

sekonsekon

►► k k adalahadalah konduktivitaskonduktivitas termaltermal daridari materialmaterial

�� KonduktorKonduktor yang yang baikbaik memilikimemiliki nilainilai k yang k yang tinggitinggi

dan dan isulatorisulator yang yang baikbaik memilikimemiliki nilainilai k yang k yang rendahrendah

2. 2. KonveksiKonveksi

►►Transfer Transfer energienergi akibatakibat pergerakanpergerakan daridari zatzat

�� KetikaKetika pergerakanpergerakan dihasilkandihasilkan daridari perbedaanperbedaan

kerapatankerapatan, , disebutdisebut konduksikonduksi alamialami

�� KetikaKetika pergerakanpergerakan didorong/dipaksadidorong/dipaksa oleholeh

““gayagaya”, ”, disebutdisebut konveksikonveksi terpaksaterpaksa

ContohContoh konveksikonveksi

►► UdaraUdara didi atasatas apiapi

dipanaskandipanaskan dan dan

mengembangmengembang

►► KerapatanKerapatan udaraudara

menurunmenurun

►►MassaMassa daridari udaraudara

memanasimemanasi tangantangan

►► AplikasiAplikasi::

�� RadiatorRadiator

�� MesinMesin pendinginpendingin mobilmobil

3. 3. RadiasiRadiasi

►►RadiasiRadiasi tidaktidak memerlukanmemerlukan kontakkontak fisikfisik

►►SemuaSemua bendabenda meradiasikanmeradiasikan energienergi secarasecarakontinukontinu dalamdalam bentukbentuk gelombanggelombangelektromagnetikelektromagnetik akibatakibat daridari vibrasivibrasi termaltermalmolekulmolekul

►►LajuLaju radiasiradiasi diberikandiberikan oleholeh HukumHukum StefanStefan

ContohContoh RadiasiRadiasi

►► GelombangGelombang elektromagnetikelektromagnetik membawamembawa energienergi

daridari apiapi keke tangantangan

►► TidakTidak adaada kontakkontak fisikfisik yang yang diperlukandiperlukan

AplikasiAplikasi daridari RadiasiRadiasi

►► PakaianPakaian

�� KainKain hitamhitam merupakanmerupakan absorperabsorper yang yang baikbaik

�� KainKain putihputih merupakanmerupakan reflektorreflektor yang yang baikbaik

►► TermograpiTermograpi

�� JumlahJumlah energienergi yang yang diradiasikandiradiasikan oleholeh bendabenda dapatdapat

diukurdiukur menggunakanmenggunakan termograptermograp

►► SuhuSuhu BadanBadan

�� TermometerTermometer radiasiradiasi mengukurmengukur intensitasintensitas daridari radiasiradiasi

infra infra merahmerah daridari gendanggendang telingatelinga

PertanyaanPertanyaan

Penggunaan sekat fiberglas di dinding luar sebuah gedungdimaksudkan untuk meminimalisasi transfer kalor yang melalui proses….

a. konduksib. radiasic. konveksid. penguapan

PenghambatPenghambat Transfer Transfer EnergiEnergi

►► TermosTermos

►► DidisainDidisain untukuntuk meminimalisasimeminimalisasitransfer transfer energienergi

►► RuangRuang antaraantara dindingdinding--dindingdinding didikosongkankosongkan untukuntuk mengurangimengurangikonduksikonduksi dan dan konveksikonveksi

►► PermukaanPermukaan perakperak untukuntukmengurangimengurangi radiasiradiasi

►► UkuranUkuran leherleher termostermos didi reduksireduksi

PemanasanPemanasan GlobalGlobal

►►ContohContoh GreenhouseGreenhouse

�� CahayaCahaya tampaktampak diabsorpsidiabsorpsi dan dan diemisikandiemisikan

kembalikembali sebagaisebagai radiasiradiasi infra infra merahmerah

�� ArusArus konveksikonveksi dicegahdicegah oleholeh kacakaca

►►AtmosferAtmosfer bumibumi jugajuga merupakanmerupakan transmitertransmiter

yang yang baikbaik bagibagi cahayacahaya tampaktampak dan dan absorperabsorper

yang yang baikbaik bagibagi radiasiradiasi infra infra merahmerah

TransisiTransisi FasaFasa

ESESES AIRAIRAIR UAPUAPUAP

Tambah

panas

TambahTambah

panaspanasTambahpanas

TambahTambah

panaspanas

Tiga jenis keadaan materi (plasma adalah jenis yang lain)TigaTiga jenisjenis keadaankeadaan materimateri (plasma (plasma adalahadalah jenisjenis yang lain)yang lain)

PerubahanPerubahan FasaFasa

►►PerubahanPerubahan fasafasa terjaditerjadi ketikaketika sifatsifat fisisfisis

daridari zatzat berubahberubah daridari bentukbentuk yang yang satusatu

keke bentukbentuk yang lainyang lain

►►PerubahanPerubahan fasafasa diantaranyadiantaranya::

�� PadatPadat keke caircair –– mencairmencair

�� CairCair keke gas gas –– menguapmenguap

►►PerubahanPerubahan fasafasa termasuktermasuk perubahanperubahan

energienergi internalinternal, , tapitapi suhusuhu tidaktidak berubahberubah

KalorKalor LatenLaten

►► SelamaSelama perubahanperubahan fasafasa, , jumlahjumlah kalorkalor yang yang dilepaskandilepaskan adalahadalah

�� Q = m LQ = m L

►► L L adalahadalah kalorkalor latenlaten daridari zatzat�� LatenLaten artinyaartinya tersembunyitersembunyi

►► PilihPilih tandatanda positifpositif jikajika menambahkanmenambahkan energienergi padapadasistemsistem dan dan tandatanda negatifnegatif jikajika energienergi dipindahkandipindahkan daridarisistemsistem

►► KalorKalor latenlaten peleburanpeleburan digunakandigunakan untukuntuk pencairanpencairanatauatau pembekuanpembekuan

►► KalorKalor latenlaten penguapanpenguapan digunakandigunakan untukuntuk penguapanpenguapanatauatau pengembunanpengembunan

GrafikGrafik PerubahanPerubahan daridari Es Es menjadimenjadi UapUap

EvaporasiEvaporasi dandan KondensasiKondensasi

►► EvaporasiEvaporasi adalahadalah perubahanperubahan keadaankeadaan zatzat daridari

wujudwujud caircair menjadimenjadi wujudwujud gas gas dimanadimana terjadinyaterjadinya

padapada permukaanpermukaan zatzat caircair

�� EvaporasiEvaporasi adalahadalah prosesproses pendinginanpendinginan

►► KondensasiKondensasi adalahadalah kebalikankebalikan daridari prosesproses

evaporasievaporasi, , yaituyaitu perubahanperubahan keadaankeadaan zatzat daridari

wujudwujud gas gas menjadimenjadi wujudwujud caircair

�� KondensasiKondensasi adalahadalah prosesproses pemanasanpemanasan

TermodinamikaTermodinamika

HukumHukum PertamaPertama TermodinamikaTermodinamika

►► BerdasarkanBerdasarkan KonservasiKonservasiEnergiEnergi dalamdalam prosesproses termaltermal, , makamaka::�� QQ

►► panaspanas

►► PositifPositif jikajika energienergi berpindahberpindah kekedalamdalam sistemsistem

�� WW►► UsahaUsaha

►► PositifPositif jikajika usahausaha yang yang dilakukandilakukan oleholeh sistemsistem padapadasekitarnyasekitarnya. .

�� UU►► EnergiEnergi dalamdalam

►► PositifPositif jikajika temperaturtemperatur naiknaik. .

∆U

Q Positif W Positif

Panas masuk Usaha keluar

∆∆∆∆U = Q – W

Q = ∆∆∆∆U + W

HukumHukum PertamaPertama TermodinamikaTermodinamika

►►HubunganHubungan antaraantara U, W, U, W, dandan Q Q dapatdapatdinyatakandinyatakan sebagaisebagai berikutberikut

∆U = U∆U = Uff –– UUii = Q + (= Q + (-- W)W)

Q = ∆U + WQ = ∆U + W

►►PanasPanas netoneto yang yang ditambahkanditambahkan padapada suatusuatusistemsistem samasama dengandengan perubahanperubahan energienergidalamdalam sistemsistem ditambahditambah usahausaha yang yang dilakukandilakukan oleholeh sistemsistem..

AplikasiAplikasi hukumhukum PertamaPertama

TermodinamikaTermodinamika

1. 1. SistemSistem TerisolasiTerisolasi

►►SebuahSebuah sistemsistem terisolasiterisolasi tidaktidak dapatdapat

berinteraksiberinteraksi dengandengan sekitarsekitar. .

►►TidakTidak adaada perpindahanperpindahan energienergi yang yang

terjaditerjadi dandan tidaktidak adaada usahausaha yang yang

dilakukandilakukan. .

►►OlehOleh karenakarena ituitu energienergi dalamdalam padapada

sistemsistem terisolasiterisolasi menjadimenjadi konstankonstan. .

AplikasiAplikasi HukumHukum PertamaPertama

TermodinamikaTermodinamika

2. 2. ProsesProses SiklusSiklus

►►ProsesProses siklussiklus adalahadalah suatusuatu prosesproses dimanadimana

keadaankeadaan awalawal dandan keadaankeadaan akhirakhir samasama. .

UUff = U= Uii dandan Q = Q = --WW

►►JumlahJumlah usahausaha yang yang dikerjaandikerjaan oleholeh gas gas padapada

setiapsetiap siklussiklus samasama dengandengan luasluas area area didi

dalamdalam kurvakurva tertutuptertutup yang yang digambarkandigambarkan

padapada diagram PV. diagram PV.

3. 3. ProsesProses IsotermalIsotermal

►► IsotermalIsotermal berartiberarti temperaturtemperaturkonstankonstan

►► SilinderSilinder Dan Gas Dan Gas beradaberada dalamdalamkontakkontak termaltermal dengandengan sumbersumberenergienergi yang yang besarbesar. .

►► DenganDengan demikiandemikian melaluimelaluipemanasanpemanasan energienergi akanakanberpindahberpindah keke dalamdalam gas.gas.

►► EkspansiEkspansi gas gas dandan menurunanmenurunantekanantekanan akanakan mempertahankanmempertahankantemperaturtemperatur tetaptetap konstankonstan. .

►► UsahaUsaha yang yang dilakukandilakukan adalahadalahnegatifnegatif seiringseiring dengandenganbertambahnyabertambahnya panaspanas. .

4.4. ProsesProses AdiabatikAdiabatik

►► PertukaranPertukaran energienergi yang yang diakibatkandiakibatkan oleholeh panaspanas

samasama dengandengan nolnol. .

►► UsahaUsaha yang yang dilakukandilakukan samasama dengandengan perubahanperubahan

energienergi dalamdalam sistemsistem..

►►JikaJika suatusuatu prosesproses tidaktidak adaada pertukaranpertukaran

panaspanas akanakan terjaditerjadi sangatsangat cepatcepat

►► DiDi dalamdalam suatusuatu ekspansiekspansi adiabatikadiabatik, , usahausaha

yang yang dilakukandilakukan adalahadalah negatifnegatif dandan energienergi

dalamdalam akanakan berkurangberkurang

5. 5. ProsesProses IsovolumIsovolum

►►TidakTidak terjaditerjadi perubahanperubahan volume, volume, sehinggasehingga

tidaktidak adaada usahausaha yang yang bekerjabekerja. .

►►PernambahanPernambahan energienergi keke dalamdalam sistemsistem

menyebabkanmenyebabkan energienergi dalamdalam naiknaik. Dan . Dan

temperaturtemperatur akanakan naiknaik. .

HukumHukum PertamaPertama dandan

MetabolismeMetabolisme TubuhTubuh ManusiaManusia

►► HukumHukum pertamapertama termodinamikatermodinamika dapatdapat diaplikasikandiaplikasikanpadapada metabolismemetabolisme tubuhtubuh manusiamanusia. .

►► EnergiEnergi dalamdalam yang yang disimpandisimpan tubuhtubuh manusiamanusia diubahdiubahbentuknyabentuknya sesuaisesuai dengandengan kebutuhankebutuhan organ organ tubuhtubuh kitakitayaituyaitu untukuntuk melakukanmelakukan usahausaha berupaberupa panaspanas. .

►► LajuLaju metobolismemetobolisme (∆U / ∆T) (∆U / ∆T) adalahadalah berbandingberbanding lurusluruslajulaju pengkonsumsianpengkonsumsian oksigenoksigen terhadapterhadap volume. volume.

�� TingkatTingkat lajulaju metabolismemetabolisme ((untukuntuk memeliharamemelihara dandanmenjalankanmenjalankan organ/ organ/ bagianbagian badanbadan, , dlldll.) .) adalahadalahsekitarsekitar 80 W.80 W.

VariasiVariasi LajuLaju MetabolismeMetabolisme

Fig. T12.1, p. 369

Slide 11

MESIN PANASMESIN PANAS

►►MesinMesin panaspanas adalahadalah suatusuatu alatalat yang yang

mengkonversimengkonversi energienergi internal internal menjadimenjadi

bentukbentuk lain yang lain yang bermanfaatbermanfaat, , sepertiseperti

elektrikelektrik atauatau dayadaya mekanismekanis..

►► SuatuSuatu mesinmesin panaspanas membawamembawa unsurunsur untukuntuk

bekerjabekerja melaluimelalui suatusuatu prosesproses siklussiklus..

MesinMesin PanasPanas

►► EnergiEnergi ditransferditransfer daridari

suatusuatu sumbersumber padapada suatusuatu

temperaturtemperatur tinggitinggi ( ( QQhh))

►► PekerjaanPekerjaan dilaksanakandilaksanakan

oleholeh mesinmesin/motor /motor tersebuttersebut

( ( WWengeng))

►► EnergiEnergi dibuangdibuang keke suatusuatu

temperaturtemperatur yang yang lebihlebih

rendahrendah ( Q( Qcc))

MesinMesin PanasPanas

►► SelamaSelama prosesnyaprosesnya berupaberupasiklussiklus, , makamaka

∆U = 0∆U = 0

�� EnergiEnergi dalamdalam awalawal samasamadengandengan energienergi dalamdalamakhirakhir. .

►► makamaka, Q, Qnetnet = W= Wengeng

►► UsahaUsaha yang yang dilakukandilakukan oleholehmesinmesin kalorkalor samasama dengandenganjumlahjumlah energienergi yang yang diserapdiserapoleholeh mesinmesin. .

►► UsahaUsaha adalahadalah saasaa dengandenganluasluas didi daladala kurvakurva tertutuptertutuppadapada diagram PV. diagram PV.

EfisiensiEfisiensi TermalTermal padapada sebuahsebuah

MesinMesin PanasPanas►► EfisiensiEfisiensi termaltermal didefinisikandidefinisikan sebagaisebagai rasiorasio antaraantara

kerjakerja yang yang dilakukandilakukan oleholeh mesinmesin terhadapterhadap energienergi

yang yang diserapdiserap oleholeh mesinmesin padapada temperaturtemperatur tinggitinggi. . ηη

►► e (e (ηη) = 1 () = 1 (efisiensiefisiensi 100%) 100%) hanyahanya jikajika QQcc = 0= 0

�� TidakTidak adaada energienergi yang yang dibuangdibuang keke reservoir reservoir dingindingin. .

h

c

h

ch

h

eng

Q

Q

Q

QQ

Q

W−=

−== 1 e

HukumHukum KeduaKedua TermodinamikaTermodinamika

►►TidakTidak mungkinmungkin bagibagi sebuahsebuah mesinmesinpanaspanas yang yang bekerjabekerja secarasecara siklissiklis untukuntuktidaktidak menghasilkanmenghasilkan efekefek lain lain selainselainmenyerapmenyerap panaspanas daridari suatusuatu tandontandon dandanmelakukanmelakukan sejumlahsejumlah usahausaha yang yang ekivalenekivalen. .

�� ArtinyaArtinya QQcc tidaktidak samasama dengandengan nolnol►►SebagianSebagian QQcc harusharus dibuangdibuang keke lingkunganlingkungan..

�� DenganDengan demikiandemikian ηη tidaktidak samasama dengandengan100%100%

PompaPompa PanasPanas dandan LemariLemari EsEs

►►MesinMesin panaspanas dapatdapat bekerjabekerjakebalikannyakebalikannya�� MasukkanMasukkan energienergi

�� EnergiEnergi disadapdisadap daridari reservoir yang reservoir yang dingindingin

�� EnergiEnergi ditransferditransfer keke reservoir yang reservoir yang panaspanas

►► ProsesProses mesinmesin panaspanas iniini bekerjabekerja sebagaisebagaipompapompa panaspanas..�� LemariLemari eses merupakanmerupakan salahsalah satusatu conthconth pompapompapanaspanas

�� ContohContoh lainnyalainnya adalahadalah alatalat pendinginpendingin (AC)(AC)

EntropiEntropi

►► VariabelVariabel keadaankeadaan yang yang berhubunganberhubungan dengandengan

HukumHukum keduakedua termodinamikatermodinamika adalahadalah EntropiEntropi. .

►► PerubahanPerubahan entropientropi dinyatakandinyatakan dengandengan ∆S, ∆S, yaituyaitu

panaspanas yang yang harusharus ditambahkanditambahkan padapada sistemsistem dalamdalam

suatusuatu prosesproses reversibelreversibel untukuntuk membawanyamembawanya daridari

keadaankeadaan awalnyaawalnya keke keadaankeadaan akhirnyaakhirnya QQrr dibagidibagi

dengandengan temperaturtemperatur absolutabsolut T T padapada sistemsistem dalamdalam

interval interval tersebuttersebut. .

EntropiEntropi

►► SecaraSecara matematismatematis

►► PersamaanPersamaan iniini hanyahanya dapatdapat diterapkanditerapkan padapadabagianbagian prosesproses yang yang reversibelreversibel, , walaupunwalaupunpadapada kenyataannyakenyataannya sistemsistem merupakanmerupakanirreversibelirreversibel. . �� UntukUntuk menghitungmenghitung besarnyabesarnya entropientropi untukuntuk prosesprosesirreversibelirreversibel dimodelkandimodelkan sebagaisebagai prosesproses reversibelreversibel. .

►► KetikaKetika energienergi diserapdiserap, Q , Q berhargaberharga positifpositif dandanentropientropi akanakan naiknaik. .

►► KetikaKetika energienergi dibuangdibuang, Q , Q akanakan berhargaberharganegatifnegatif dandan entropientropi akanakan turunturun..

T

QS r=∆

BeberapaBeberapa TambahanTambahan MengenaiMengenai EntropiEntropi

►► HukumHukum keduakedua TermodinamikaTermodinamika dinyatakandinyatakandalamdalam entropientropi: “: “SuatuSuatu prosesproses alamalam brubahbrubah daridarikeadaankeadaan seimbangseimbang mulamula--mulamula keke kedaankedaanseimbangseimbang yang lain, yang lain, berlangsungberlangsung dalamdalam araharahyang yang menyebabkanmenyebabkan entropientropi alamalam ituitu naiknaik””

►► ProsesProses yang yang terjaditerjadi secarasecara alamiahalamiah disebutdisebutprosesproses spontanspontan..

►► ContohnyaContohnya, , besibesi berkaratberkarat, air , air engalirengalir keke tempattempatyang yang lebihlebih rendahrendah, , dandan bendabenda jatuhjatuh keke bawahbawah..

►► ProsesProses yang yang sebaliknyasebaliknya tidaktidak pernahpernah terjaditerjadi. . TidakTidak mungkinmungkin air air mengalirmengalir daridari tempattempat rendahrendahkeke tempattempat yang yang tinggitinggi. . UntukUntuk mengalirkannyamengalirkannyamemerlukanmemerlukan energienergi..

BeberapaBeberapa TambahanTambahan MengenaiMengenai EntropiEntropi

►► EntropiEntropi menyatakanmenyatakan ukuranukuran ketidakteraturanketidakteraturan suatusuatu

sistemsistem..

►►MisalnyaMisalnya suatusuatu gas gas dalamdalam sebuahsebuah tabungtabung, ,

molekulmolekul--molekulnyamolekulnya bergerakbergerak secarasecara acakacak, , besarbesar

dandan araharah kecepatankecepatan molekulmolekul tidaktidak beraturanberaturan. .

MakinMakin tidaktidak teraturteratur kecepatankecepatan molekulmolekul--molekulmolekul

gas, gas, makinmakin tinggitinggi entropientropi gas gas ituitu. . KalauKalau suatusuatu gas gas

dipanaskandipanaskan, , entropinyaentropinya naiknaik, , dandan kalaukalau gas gas ituitu

didinginkandidinginkan entropinyaentropinya turunturun..