Kata Pengantar Daftar Isi

Kata Pengantar
Puja dan puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat dan
rahmat-Nya, Makalah Fisika yang berjudul “TERMODINAMIKA” ini dapat diselesaikan.
Makalah ini bertujuan untuk memberikan informasi tentang hukum-hukum termodinamika
dan serba-serbinya, sehingga diharapkan nantinya pembaca dapat lebih memahami materi
termodinamika dalam fisika.
Tentunya karya tulis ini selesai berkat bantuan dari berbagai pihak yang telah memberikan
kontribusi yang sangat berarti bagi penyusunan laporan ini, baik berupa moril maupun materiil.
Untuk itu, kami ucapkan terima kasih yang mendalam kepada :
1. Semua pihak yang tidak dapat kami sebutkan satu persatu yang telah memberikan bantuan
yang cukup besar dalam penyusunan makalah ini.
Makalah ini sangat jauh dari sempurna dan masih banyak terdapat kesalahan-kesalahan dalam
penyusunan makalah ini, maka dari itu, kami mohon maaf yang sebesar-besarnya. Selain itu, saran,
usul dan kritik yang sifatnya membangun sangat kami harapkan demi penyempurnaan di masa yang
akan datang.
Akhir kata, semoga makalah ini dapat berguna dan bermanfaat bagi semua pihak.
Daftar Isi
riskailham11.wordpress.com
Page 1
1. Kata pengantar……………………………………………………………...1
2. Daftar isi……………………………………………………………………2
3. BAB I Pendahuluan……………………………………………………….3
1.1 Latar belakang………………………………………….3
1.2 Tujuan…………………………………………………..3
4. BAB II Pembahasan……………………………………………………….4
2.1 Pengertian Termodinamika…………………………….4
a. System Termodinamika……………………………4
b. Pengertian Energi dalam…………………………...5
c. Formulasi Usaha, Kalor dan Energi Dalam………..5
d. Gas ideal …………………………………………6
e. Kapasitas Panas ……………………………………7
f. Entropi……………………………………............11
g. Pemuaian …………………………………………14
2.2 Proses Termodinamika………………………………15
a. Polytropic proses ………………………………..17
b. Proses isotermal ( suhu konstan ) ………………17
c. Isochoric proses ( volum konstan ) ………………20
d. Proses isobarik ( tekanan konstan ) ………………21
e. Proses adiabatik …………………………………24
f. Proses isentropik ………………………………...32
g. Isenthalpic proses …………………………….....34
h. Quasistatic proses ………………………………..35
2.3 Menentukan Usaha Luar Secara Grafik ……………..37
2.4 Hukum ke Nol Termodinamika………………………38
2.5 Hukum Pertama Termodinamika …………………….41
2.6 Hukum Kedua Termodinamika………………………44
2.7 Hukum Ketiga Termodinamika………………………47
2.8 Siklus Termodinamika ………………………………53
2.9 Tabel Persamaan Termodinamika …………………..60
5. BAB III Penutup …………………………………………………………74
3.1 Kesimpulan …………………………………………74
3.2 Daftar Pustaka ………………………………………75
3.3 Latihan soal ……………………………………..........76
BAB I
riskailham11.wordpress.com
Page 2
Pendahuluan
1.1
Latar Belakang
Setiap kali kita mengendarai kendaraan bermotor, menghidupkan AC atau pendingin
ruangan ataupun menggunakan peralatan elektronik lainnya, sebenarnya kita telah
memanfaatkan penerapan termodinamika. Di dalam termodinamika, nantinya kita akan
menemukan 3 hukum. Hukum ke nol termodinamika, kita mempelajari bagaimana
karakteristik-karakteristik berbagai benda ketika kita mengubah suhunya. Hukum pertama
termodinamika merupakan kelanjutan dari hukum kekekalan energi yang diperluas hingga
meliputi pertukaran energi, baik melalui perpindahan panas maupun kerja mekanik serta
memperkenalkan konsep energi dalam sebuah sistem. Hukum pertama termodinamika yang
akan kita pelajari ini memegang peranan yang sangat penting dalam berbagai aspek
kehidupan manusia sehari-hari.
Dalam kehidupan sehari-hari, banyak peristiwa yang berlangsung secara alami pada satu
arah tetapi tidak dapat berlangsung pada arah yang sebaliknya. Misalnya, panas selalu
mengalir dari suhu tinngi ke suhu rendah, tak pernah sebaliknya. Mengapa demikian? Kita
dapat mengubah seluruh energi mekanik menjadi panas dengan mudah, misalnya pada saat
kita menginjak rem untuk menghentikan kendaraan. Untuk arah sebaliknya, yaitu mengubah
panas menjadi energi mekanik, diperlukan peralatan yang cukup rumit. Misalnya, kita dapat
melihat contohnya pada mesin mobil. Bahkan, para ahli sekalipun belum berhasil
menciptakan mesin yang mampu mengubah seluruh panas menjadi energi mekanik.
Mengapa?
Jawaban kedua pertanyaan diatas berkaitan dengan arah proses dan merupakan salah satu
pokok pembahasan hukum kedua termodinamika. Hukum ini menjelaskan prinsip dasar
efisiensi mesin. Hukum ini juga mampu menjelaskan batas energi minimum yang diperlukan
untuk menjalankan mesin pendingin. Jadi, hukum kedua termodinamika selalu berkaitan
dengan persoalan praktis dalam kehidupan sehari-hari.
1.2
Tujuan






Adapun tujuan atau indikator dari materi ini adalah:
Dapat menganalisis keadaan gas karena perubahan suhu, tekanan dan volume.
Dapat menggambarkan perubahan keadaan gas dalam diagram p – V, V – T, dan p – T.
Dapat memformulasikan hukum I termodinamika dan penerapannya.
Dapat memformulasikan hukum II termodinamika dan penerapannya.
Dapat mengaplikasikan hukum I dan II termodinamika pada maslah fisika sehari-hari.
Dapat membedakan serta merumuskan proses reversible dan irreversible.
BAB II
Pembahasan
riskailham11.wordpress.com
Page 3
2.1
Pengertian Termodinamika
Ada beberapa pengertian dari Termodinamika:
1. Termodinamika adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari pertukaran energi dalam
bentuk kalor dan kerja, sistem pembatas (boundary) serta lingkungan.
2. Termodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara panas, kerja mekanik
serta aspek-aspek lain dari energi dan perpindahannya.
3. Termodinamika adalah suatu cabang ilmu fisika yang mempelajari hukum-hukum dasar
yang dipatuhi oleh kalor dan usaha.
Sistem Termodinamika
Dalam fisika, dikenal 3 macam sistem sebagai berikut:
1. Sistem Terbuka; ada pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungannya.
Contoh: lautan, tumbuh-tumbuhan.
2. Sistem Tertutup; ada pertukaran energi tetapi tidak terjadi pertukaran massa sistem
dengan lingkungannya. Contoh: Green house ada pertukaran kalor tetapi tidak terjadi
pertukaran kerja dengan lingkungan.
3. Sistem Terisolasi; tidak ada pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungan.
Contoh: tabung gas yang terisolasi.
Suatu sistem dapat berupa seperangkat mesin, refrigerant pada mesin pendingin, uap
air dalam turbin, jaringan otot makhluk hidup dan sebagainya. Jika pada sistem itu dapat
terjadi pertukaran energi dengan lingkungannya, misalnya melalui konduksi, maka sistem
itu disebut sebagai sistem termodinamika. Sebagai contoh, perhatikan sebuah panci tertutup
yang penuh berisi air. Ketika panci dipanaskan diatas kompor, energi diberikan ke dalam air
melalui peristiwa konduksi. Ketika air mendidih, air mampu mengangkat tutup panci.
Peristiwa ini dapat kita jumpai pada saat kita memanaskan air. Dalam peristiwa ini keadaan
air berubah, karena pada saat mendidih, volume, suhu dan tekanan berubah. Proses
semacam ini dikenal sebagai proses termodinamika. Dalam sistem termodinamika, kita
perlu mendefinisikan sistem dengan jelas. Misalnya, pada proses pemanasan air diatas, yang
dimaksud sistem adalah air, tetapi tidak termasuk panci, tutup dan kompor.
Dalam proses termodinamika, kita perlu mengetahui besarnya panas Q yang ditambahkan ke
sistem dan kerja W yang ditambahkan oleh sistem. Besaran Q dan W ini dapat bernilai
positif, negative atau nol. Nilai Q posistif melambangkan aliran panas yang masuk ke dalam
system, sedangkan Q negative melambangkan aliran panas yang keluar dari sistem. Nilai W
positif melambangkan kerja yang dihasilkan oleh ekspansi gas, dan berkaitan dengan energi
yang meningglkan sistem. Nilai W negative, seperti yang terjadi ketika gas mengalami
kompresi, dimana kerja diberikan terhadap gas oleh lingkungannya, melambangkan kerja
riskailham11.wordpress.com
Page 4
yang dilakukan terhadap sistem. Kita akan menggunakan perjanjian tanda ini secara
konsisten.
Pengertian Energi Dalam
Sebelum membahas lebih lanjut mengenai hukum pertama termodinamika kita harus
memahami terlebih dahulu mengenai usaha, kalor dan energi serta energi dalam. Karena
sebelumnya kita telah membahas mengenai usaha, kalor dan energi, maka yang perlu
dibahas sekarang adalah mengenai energi dalam.
Setiap benda memiliki energi yang tidak tampak dari luar. Energi ini disebut energi
dalam. Energi dalam berhubungan dengan aspek mikroskopik zat. Kita ketahui bahwa setiap
zat terdiri atas atom-atom atau molekul molekul yang bergerak terus-menerus. Dari gerakan
ini, zat memiliki energy kinetik. Antara molekul-molekul zat juga terdapat gaya yang
disebut gaya antarmolekul. Karena gaya antarmolekul ini, molekul-molekul memiliki energi
potensial. Jumlah energi kinetik dan energi potensial yang berhubungan dengan atom-atom
atau molekul-molekul zat disebut energi dalam. Untuk gas ideal, gaya antarmolekul dapat
diabaikan, sehingga energi potensial molekul-molekul adalah nol. Dengan demikian, energi
dalam hanyalah total energi kinetik dari seluruh molekul.
Energi dalam adalah suatu sifat mikroskopik zat, sehingga tidak dapat diukur secara
langsung. Yang dapat diukur secara tidak langsung adalah perubahan energi dalam (notasi
ΔU), yaitu ketika sistem berubah dari keadaan awal (diberi indeks 1) ke keadaan akhir
(diberi indeks 2).
Perubahan energi dalam :
ΔU = U2 – U1
Formulasi Usaha, Kalor dan Energi Dalam
a. Formulasi Usaha
Proses yang terjadi pada tekanan tetap disebut proses isobarik. Usaha W dapat
dihitung dari persamaan: W=F.s dengan F adalah besar gaya dan s adalah besar
perpindahan. Gaya F ditimbulkan oleh tekanan gas ρ yang bekerja pada bagian bawah
pengisap, yang besarnya F=p.A, sehingga usaha W dapat ditulis: W=(p.A).s. Karena As
sama dengan perubahan volum gas, ΔV=V2-V1, dengan V2 dan V1 adalah volum akhir dan
awal. Maka usaha W dapat dinyatakan oleh persamaan:
Usaha pada proses isobarik: W = p.ΔV = p(V2-V1)
Rumus W = p.ΔV pada persamaan diatas hanya dapat digunakan untuk menghitung usaha
gas pada tekanan tetap (proses isobarik). Jika tekanan gas berubah, usaha W harus dihitung
dengan cara integral. Secara umum, usaha dihitung dengan persamaan integral berikut:
Rumus umum usaha gas: W = ∫ p dV
Usaha diferensial dW yang dilakukan gas selama perpindahan :
dW = F.ds = ( pA )( ds ) = p ( A ds )
riskailham11.wordpress.com
Page 5
= p dV
b. Formulasi Kalor
Kalor yang diserap atau diberikan oleh sistem gas dapat dihitung dari rumus kalor:
Q = m.c.Δt atau Q = C.Δt
Dengan c adalah kalor jenis dan C adalah kapasitas kalor gas.
c. Formulasi Energi Dalam
Telah kita ketahui bahwa untuk gas ideal, energy dalam gas sama dengan total
energy kinetik dari seluruh molekul-molekul gas. Formulasi energy dalam adalah sebagai
berikut:
Gas monoatomik: U = 3/2 NkT = 3/2 nRT
Gas diatomik: U = 5/2 NkT = 5/2 nRT
Dengan n = jumlah molekul
N = besar mol
K = tetapan Boltzman (k = 1,38 x 1023 J/K)
R = tetapan umum gas (R = 8,31 J/mol = 8310 J/kmol).
Tentu saja perubahan energy dalam ΔU untuk system yang berubah dari suhu awal T1 ke
suhu akhir T2 dapat dinyatakan sebagai berikut:
Gas monoatomik: ΔU = 3/2 nRΔT = 3/2 nR(T2-T1)
Gas diatomic: ΔU = 5/2 nRΔT = 5/2 nR(T2-T1)
Dengan ΔU = U2 – U1.
Persamaan diatas dengan jelas menunjukkan bahwa perubahan energi dalam sistem hanya
bergantung pada suhu awal dan suhu akhir. Dengan kata lain, perubahan energi dalam ΔU hanya
bergantung pada keadaan awal dan akhir sistem, dan tidak bergantung pada lintasan yang ditempuh
sistem untuk mencapai keadaan itu. Karena itu, energi dalam termasuk fungsi keadaan.
Gas Ideal
Sebuah gas ideal adalah teori gas yang terdiri dari satu set bergerak-acak, non-berinteraksi
titik partikel . Konsep gas ideal berguna karena mematuhi hukum gas ideal, yang disederhanakan,
dan setuju untuk analisis dalam.
Pada kondisi normal seperti suhu dan tekanan standar, paling nyata gas berperilaku
kualitatif seperti gas ideal. Banyak gas seperti udara, nitrogen, oksigen, hidrogen, gas mulia, dan
beberapa gas yang lebih berat seperti karbon dioksida dapat diperlakukan seperti gas ideal dalam
toleransi yang wajar. Secara umum, gas berperilaku seperti gas ideal pada tinggi suhu dan rendah
density (yaitu lebih rendah tekanan), sebagai pekerjaan yang dilakukan oleh gaya antarmolekul
menjadi kurang signifikan dibandingkan dengan partikel ' energi kinetik, dan ukuran molekul
menjadi kurang signifikan dibandingkan dengan ruang kosong di antara mereka.
Model gas ideal cenderung gagal pada suhu rendah atau tekanan yang lebih tinggi, ketika
pasukan antarmolekul dan ukuran molekul menjadi penting. Hal ini juga gagal untuk gas berat
riskailham11.wordpress.com
Page 6
kebanyakan, seperti banyak refrigeran , dan untuk gas dengan pasukan antarmolekul yang kuat,
terutama uap air. Pada beberapa titik suhu rendah dan tekanan tinggi, gas nyata menjalani fase
transisi, seperti ke sebuah cairan atau padat. Model gas ideal, bagaimanapun, tidak menggambarkan
atau mengizinkan transisi fase. Ini harus dimodelkan dengan lebih kompleks persamaan umum.
Model gas ideal telah dieksplorasi di kedua dinamika newton (seperti dalam " teori kinetik")
dan dalam mekanika kuantum (sebagai " gas dalam kotak"). Model gas ideal juga telah digunakan
untuk model perilaku elektron dalam logam (dalam model yang drude dan model elektron bebas),
dan itu adalah salah satu model yang paling penting dalam mekanika statik.
Jenis-jenis gas ideal
Ada tiga kelas dasar gas ideal:



klasik atau Maxwell-Boltzmann gas ideal,
kuantum yang ideal Bose gas , terdiri dari boson , dan
kuantum yang ideal Fermi gas , terdiri dari fermion .
The gas ideal klasik dapat dipisahkan menjadi dua jenis: The gas ideal klasik termodinamika
dan gas kuantum yang ideal Boltzmann. Keduanya pada dasarnya sama, kecuali bahwa gas
termodinamika klasik yang ideal didasarkan pada klasik mekanika statistik , dan parameter
termodinamika tertentu seperti entropi hanya ditentukan ke dalam aditif belum ditentukan konstan.
Kuantum yang ideal Boltzmann gas mengatasi keterbatasan ini dengan mengambil limit dari
kuantum Bose gas dan kuantum gas Fermi dalam batas suhu tinggi untuk menentukan konstanta ini
aditif. Perilaku gas Boltzmann kuantum adalah sama seperti yang dilakukan oleh gas ideal klasik
kecuali untuk spesifikasi konstanta ini. Hasil dari gas Boltzmann kuantum digunakan dalam
sejumlah kasus termasuk persamaan Sackur-tetrode untuk entropi gas ideal dan ionisasi persamaan
Saha untuk lemah terionisasi plasma .
gas ideal klasik termodinamika
Sifat termodinamika The gas ideal dapat dijelaskan oleh dua persamaan: The persamaan
keadaan dari gas ideal klasik adalah hukum gas ideal
Persamaan ini berasal dari Hukum Boyle:
(Pada T konstan dan n); Hukum Charles:
(Pada P konstan dan n), dan Hukum Avogadro:
Dengan menggabungkan tiga hukum, itu akan menunjukkan bahwa
riskailham11.wordpress.com
(Pada T konstan dan P).
yang
Page 7
berarti bahwa
. Dalam kondisi ideal,
atau lebih tepatnya
. The energi internal gas ideal diberikan oleh:
dimana










P adalah tekanan
V adalah volume yang
n adalah jumlah zat gas (dalam mol)
R adalah konstanta gas (8,314 J · K -1 mol -1)
T adalah temperatur absolut
k adalah konstanta yang digunakan dalam Hukum Boyle
b adalah proporsionalitas konstan; sama dengan V / T
adalah proporsionalitas konstan; sama dengan V / n
U adalah energi internal
adalah berdimensi spesifik kapasitas panas pada volume konstan, ≈ 3/2 untuk gas
monoatomik , 5/2 untuk diatomik gas dan 3 untuk molekul yang lebih kompleks.
Jumlah gas di J · K -1 adalah
dimana


N adalah jumlah partikel gas
adalah konstanta Boltzmann (1.381 × 10 -23 J · K -1).
Distribusi probabilitas dari partikel dengan kecepatan atau energi yang diberikan oleh
distribusi Boltzmann .
Hukum gas ideal merupakan perpanjangan dari eksperimen menemukan hukum gas . Nyata
cairan di low density dan tinggi suhu mendekati perilaku gas ideal klasik. Namun, di bawah suhu
tinggi atau kepadatan , cairan nyata menyimpang kuat dari perilaku gas ideal, terutama karena
mengembun dari gas menjadi cair atau padat. Penyimpangan ini dinyatakan sebagai faktor
kompresibilitas .
Model gas ideal tergantung pada asumsi sebagai berikut:
riskailham11.wordpress.com
Page 8






Molekul-molekul gas yang bisa dibedakan, kecil, bola keras
Semua tumbukan elastis dan gerak semua gesekan (tanpa kehilangan energi dalam
gerakan atau tabrakan)
Hukum Newton berlaku
Jarak rata-rata antara molekul jauh lebih besar dari ukuran molekul
Molekul-molekul selalu bergerak dalam arah acak dengan distribusi kecepatan
Tidak ada kekuatan menarik atau tolak antara molekul atau lingkungan
Asumsi partikel berbentuk bola sangat diperlukan agar tidak ada mode rotasi diperbolehkan,
tidak seperti dalam gas diatomik. Berikut tiga asumsi yang sangat terkait: molekul sulit, tabrakan
yang elastis, dan tidak ada antar-molekul pasukan. Asumsi bahwa ruang antara partikel jauh lebih
besar daripada partikel itu sendiri adalah sangat penting, dan menjelaskan mengapa pendekatan gas
ideal gagal pada tekanan tinggi.
Kapasitas Panas
The kapasitas panas pada volume konstan nR = 1 J · K -1 gas apapun, termasuk gas ideal adalah:
Ini adalah kapasitas panas berdimensi pada volume konstan, yang umumnya merupakan fungsi dari
suhu karena gaya antarmolekul. Untuk suhu moderat, yang konstan untuk gas adalah monoatomic
sedangkan untuk gas diatomik adalah
. Hal ini terlihat bahwa pengukuran
makroskopik pada kapasitas panas memberikan informasi tentang struktur mikroskopis dari
molekul.
Kapasitas panas pada tekanan konstan 1 · K -1 gas J ideal adalah:
dimana
adalah entalpi gas.
Kadang-kadang, perbedaan dibuat antara gas ideal, di mana
dan
bisa bervariasi dengan
tekanan dan temperatur, dan gas yang sempurna , yang hal ini tidak terjadi.
Kapasitas kalor atau Harga air / Nilai air (H)
Kapasitas kalor suatu zat ialah banyaknya kalor yang diserap/dilepaskan untuk
menaikkan/menurunkan suhu 10 C
riskailham11.wordpress.com
Page 9
Jika kapasitas kalor/Nilai air = H maka untuk menaikkan/menurunkan suhu suatu zat
sebesar t diperlukan kalor sebesar :
Q = H . t
Q dalam satuan k kal atau kal
H dalam satuan k kal / 0C atau kal / 0C
t dalam satuan 0C
Kalor Jenis (c)
Kalor jenis suatu zat ialah : banyaknya kalor yang diterima/dilepas untuk
menaikkan/menurunkan suhu 1 satuan massa zat sebesar 10 C.
Jika kalor jenis suatu zat = c, maka untuk menaikkan/menurunkan suatu zat bermassa m,
sebesar t 0C, kalor yang diperlukan/dilepaskan sebesar :
Q = m . c . t
Q
m
c
t
dalam satuan k kal atau kal
dalam satuan kg atau g
dalam satuan k kal/kg 0C atau kal/g 0C
dalam satuan 0C
Dari persamaan di atas dapat ditarik suatu hubungan :
H . t = m . c . t
H=m.c
Rambatan Kalor.
Panas dapat dipindahkan dengan 3 macam cara, antara lain :
a. Secara konduksi (Hantaran)
b. Secara konveksi (Aliran)
c. Secara Radiasi (Pancaran)
a. KONDUKSI.
Pada peristiwa konduksi, atom-atom zat yang memindahkan panas tidak berpindah tempat tetapi
hanya bergetar saja sehingga menumbuk atom-atom disebelahnya, (Misalkan terdapat pada zat
padat) Banyaknya panas per satuan waktu yang dihantarkan oleh sebuah batang yang
panjangnya L, luas penampang A dan perbedaan suhu antara ujung-ujungnya t, adalah :
H=k.A.
k adalah koefisien konduksi panas dari bahan dan
besarnya tergantung dari macam bahan.
Bila k makin besar, benda adalah konduktor panas yang
baik.
Bila k makin kecil, benda adalah isolator panas.
b. KONVEKSI.
riskailham11.wordpress.com
Page 10
Pada peristiwa ini partikel-partikel zat yang memindahkan panas ikut bergerak. Kalor yang
merambat per satuan waktu adalah :
H = h . A . t
h = koefisien konveksi
misalkan pada zat cair dan gas.
c. RADIASI.
Adalah pemindahan panas melalui radiasi energi gelombang elektromagnetik. Energi panas
tersebut dipancarkan dengan kecepatan yang sama dengan gelombang-gelombang
elektromagnetik lain di ruang hampa (3 x 108 m/det)
Banyaknya panas yang dipancarkan per satuan waktu menurut Stefan Boltzman adalah :
W=e..T4
= Intensitas radiasi yang dipancarkan per satuan luas,
dinyatakan dalam : J/m2.det atau watt/m2
E = Emisivitas (Daya pancaran) permukaan
watt
–8
 = Konstanta umum = 5,672 x 10
4
2
m (K)
T = Suhu mutlak benda
Besarnya harga e tergantung pada macam permukaan benda 0  e  1
- Permukaan hitam sempurna (black body)
e=1
- Sebagai pemancar panas ideal.
- Sebagai penyerap panas yang baik.
- Sebagai pemantul panas yang jelek.
e=0
-
W
Terdapat pada permukaan yang lebih halus.
Sebagai pemancar panas yang jelek.
Sebagai penyerap panas yang jelek.
Sebagai pemantul yang baik.
Entropi
Entropi adalah properti dari sistem Thermodynamical. Sebuah sistem termodinamika
adalah setiap benda fisik atau wilayah ruang yang dapat dijelaskan oleh jumlah termodinamika
yang seperti temperatur , tekanan , Volume , dan kepadatan .
kita bisa mendefinisikan fungsi negara S, yang disebut entropi, yang memenuhi
Secara khusus, entropi adalah logaritma ukuran persamaan kepadatan :
riskailham11.wordpress.com
Page 11
di mana k B adalah konstanta Boltzmann , sama dengan 1.380 6 5 × 10 -23 JK -1. Penjumlahan adalah
atas semua microstates kemungkinan sistem, dan P i adalah probabilitas bahwa sistem ini dalam i th
microstate. Untuk sebagian besar tujuan praktis, ini dapat diambil sebagai definisi fundamental
entropi karena semua formula lainnya untuk S dapat matematis berasal darinya, namun tidak
sebaliknya. (Dalam beberapa situasi langka dan terpendam, generalisasi dari formula ini mungkin
diperlukan untuk menjelaskan koherensi kuantum efek, tetapi dalam setiap situasi di mana gagasan
klasik probabilitas masuk akal, persamaan di atas secara akurat menggambarkan entropi sistem.)
Dalam apa yang disebut asumsi dasar termodinamika statistik atau fundamental postulat dalam
mekanika statistik , pendudukan microstate pun diasumsikan sama kemungkinan (yaitu P i = 1 / Ω
Ω mana adalah jumlah microstates), asumsi ini . biasanya dibenarkan untuk sistem terisolasi dalam
kesetimbangan. Kemudian persamaan sebelumnya tereduksi menjadi:
perubahan Entropy
Ketika gas ideal mengalami perubahan, entropi yang juga bisa berubah. Untuk kasus-kasus di mana
panas spesifik tidak berubah dan baik volume, tekanan atau temperatur juga konstan, perubahan
entropi dapat dengan mudah dihitung.
Ketika panas spesifik dan volume yang konstan, perubahan entropi diberikan oleh:
.
Ketika panas spesifik dan tekanan yang konstan, perubahan entropi diberikan oleh:
.
Ketika panas spesifik dan suhu yang konstan, perubahan entropi diberikan oleh:
.
Dalam persamaan
adalah panas spesifik pada volume konstan,
adalah panas spesifik pada
tekanan konstan, adalah konstanta gas ideal , dan adalah jumlah mol gas.
Gas Ideal kuantum
Dalam persamaan Sackur-tetrode disebutkan di atas, pilihan terbaik dari konstanta entropi
ditemukan sebanding dengan kuantum panjang gelombang termal dari sebuah partikel, dan titik di
mana argumen logaritma menjadi nol kurang lebih sama dengan titik di mana jarak rata-rata antara
partikel menjadi sama dengan panjang gelombang termal. Bahkan, kuantum teori itu sendiri
riskailham11.wordpress.com
Page 12
memprediksi hal yang sama. Setiap gas berperilaku sebagai gas ideal pada suhu cukup tinggi dan
kepadatan cukup rendah, tetapi pada titik di mana persamaan Sackur-tetrode mulai rusak, gas akan
mulai berperilaku sebagai gas kuantum, terdiri dari baik boson atau fermion . (Lihat gas dalam
kotak artikel untuk derivasi dari gas kuantum yang ideal, termasuk gas Boltzmann yang ideal.)
Gas cenderung berperilaku sebagai gas ideal pada rentang yang lebih luas dari tekanan saat
suhu mencapai suhu Boyle .
Gas Ideal Boltzmann
Gas Boltzmann yang ideal menghasilkan hasil yang sama seperti gas termodinamika klasik,
tetapi membuat identifikasi berikut untuk Φ konstan ditentukan:
mana Λ adalah de Broglie panjang gelombang termal gas dan g adalah degenerasi negara.
Gas Ideal Bose dan Fermi
Ideal gas boson (misalnya gas foton ) akan diatur oleh Bose-Einstein statistik dan distribusi
energi akan dalam bentuk distribusi Bose-Einstein . Ideal gas fermion akan diatur oleh Fermi-Dirac
statistik dan distribusi energi akan berada dalam bentuk distribusi Fermi-Dirac .
Pemuaian
Pemuaian adalah bertambahnya ukuran suatu benda karena pengaruh perubahan suhu atau
bertambahnya ukuran suatu benda karena menerima kalor.
Pemuaian panjang
Secara matematis persamaan yang digunakan untuk menentukan pertambahan panjang benda
setelah dipanaskan pada suhu tertentu adalah
riskailham11.wordpress.com
Page 13
Pemuaian luas
Untuk menentukan pertambahan luas dan volume akhir digunakan persamaan sebagai
berikut :
Pemuaian volume
Persamaan yang digunakan untuk menentukan pertambahan volume dan volume akhir suatu benda
tidak jauh beda pada perumusan sebelum. Hanya saja beda pada lambangnya saja. Perumusannya
adalah
2.2 Proses Termodinamika
riskailham11.wordpress.com
Page 14
Sebuah proses termodinamika adalah pengembangan energik dari sistem termodinamika
melanjutkan dari keadaan awal ke keadaan akhir. Jalan melalui ruang variabel termodinamika
seringkali ditentukan dengan memegang variabel termodinamika tertentu konstan. Sebuah fungsi
negara adalah variabel termodinamika yang hanya bergantung pada keadaan saat ini dari sistem,
bukan jalan yang diambil untuk mencapai keadaan itu. Sebaliknya suatu fungsi proses tidak
bergantung pada jalan.
Ikhtisar
Contoh dari serangkaian proses termodinamika yang membentuk siklus Stirling
Sebuah proses termodinamika dapat divisualisasikan dengan grafis merencanakan
perubahan sistem variabel negara . Dalam contoh ini, empat proses yang akan ditampilkan. Setiap
proses memiliki awal yang terdefinisi dengan baik dan titik akhir dalam tekanan-volume ruang
keadaan . Dalam contoh khusus ini, proses 1 dan 3 adalah isotermal , sedangkan proses 2 dan 4
isochoric . The diagram PV adalah visualisasi sangat berguna dari sebuah proses, karena area di
bawah kurva dari sebuah proses adalah jumlah pekerjaan yang dilakukan oleh sistem selama proses
tersebut. Dengan demikian kerja dianggap sebagai variabel proses , seperti nilai eksaknya
tergantung pada jalan tertentu yang diambil antara titik awal dan akhir dari proses. Demikian pula,
panas dapat ditransfer selama proses, dan juga merupakan variabel proses. Sebaliknya, tekanan dan
volume (serta berbagai properti lainnya ) dianggap variabel negara karena nilai-nilai mereka hanya
bergantung pada posisi titik awal dan akhir, bukan jalur khusus di antara mereka.
Tekanan - Volume
Para pasangan konjugasi tekanan-volume berkaitan dengan transfer energi mekanik atau
dinamis sebagai hasil dari pekerjaan.

Sebuah proses isobarik terjadi pada tekanan konstan. Sebuah contoh akan memiliki piston
bergerak dalam silinder, sehingga tekanan dalam silinder selalu pada tekanan atmosfer,
meskipun terisolasi dari atmosfer. Dengan kata lain, sistem ini secara dinamis terhubung,
dengan batas bergerak, ke reservoir yang bertekanan konstan.
riskailham11.wordpress.com
Page 15

Sebuah proses isochoric adalah satu di mana volume tetap konstan, yang berarti bahwa
pekerjaan yang dilakukan oleh sistem akan menjadi nol. Oleh karena itu, untuk sistem yang
sederhana dari dua dimensi, setiap energi panas ditransfer ke sistem eksternal akan diserap
sebagai energi internal. Sebuah proses isochoric juga dikenal sebagai proses isometrik atau
proses isovolumetric. Sebuah contoh akan menempatkan kaleng tertutup dapat berisi udara
hanya ke dalam api. Untuk pendekatan pertama, bisa tidak akan berkembang, dan perubahan
hanya akan bahwa gas keuntungan energi internal, sebagaimana dibuktikan oleh
peningkatan dalam suhu dan tekanan. Secara matematis,
. Kita bisa mengatakan
bahwa sistem secara dinamis terisolasi, dengan batas yang kaku, dari lingkungan.
Suhu - entropi
Para pasangan konjugasi temperatur-entropi berkaitan dengan transfer energi panas akibat
pemanasan.

Sebuah proses isotermal terjadi pada suhu konstan. Sebuah contoh akan memiliki sistem
direndam dalam bak konstan suhu yang besar. Setiap pekerjaan yang dilakukan oleh energi
sistem akan hilang ke kamar mandi, tapi suhunya akan tetap konstan. Dengan kata lain,
sistem ini terhubung termal, dengan batas termal konduktif ke reservoir suhu konstan.

Sebuah proses adiabatik adalah proses di mana ada tidak ada energi ditambahkan atau
dikurangi dari sistem dengan pemanasan atau pendinginan. Untuk proses reversible, ini
identik dengan proses isentropik. Kita bisa mengatakan bahwa sistem termal terisolasi dari
lingkungannya dan bahwa batasnya adalah isolator termal. Jika sistem memiliki entropi
yang belum mencapai nilai kesetimbangan maksimum, entropi akan meningkat meskipun
sistem termal terisolasi. Dalam kondisi tertentu dua negara dari sistem dapat dianggap
adiabatik accesisble .

Sebuah proses isentropik terjadi pada konstan entropi . Untuk proses reversibel ini identik
dengan proses adiabatik. Jika sistem memiliki entropi yang belum mencapai keseimbangan
maksimum nilai, proses pendinginan mungkin diperlukan untuk mempertahankan bahwa
nilai entropi.
 Polytropic proses
Sebuah proses polytropic adalah proses termodinamika yang mematuhi hubungan:
di mana P adalah tekanan, V adalah volume, n adalah setiap bilangan real ("index polytropic"), dan
C adalah konstanta. Persamaan ini dapat digunakan untuk secara akurat menggambarkan proses
riskailham11.wordpress.com
Page 16
tertentu sistem , terutama kompresi atau ekspansi dari gas , tetapi dalam beberapa kasus, cairan dan
padatan .
 Proses isotermal ( suhu konstan )
Sebuah proses isotermal adalah perubahan dari suatu sistem, di mana suhu tetap konstan: Δ
T = 0. Hal ini biasanya terjadi ketika sistem berada dalam kontak dengan reservoir termal luar (
mandi panas ), dan perubahan terjadi perlahan-lahan cukup untuk memungkinkan sistem untuk
terus menyesuaikan diri dengan suhu reservoir melalui panas pertukaran. Sebaliknya, suatu proses
adiabatik adalah di mana sistem pertukaran panas dengan nya lingkungan (Q = 0). Dengan kata
lain, dalam proses isotermal, nilai Δ T = 0 tapi Q ≠ 0, sedangkan dalam proses adiabatik, Δ T ≠ 0
tapi Q = 0.
Detail untuk gas ideal
Beberapa isoterm gas ideal pada diagram PV
Untuk kasus khusus dari gas yang hukum Boyle berlaku, produk pV adalah konstan jika gas
disimpan pada kondisi isotermal. Namun kasus-kasus di mana produk pv adalah istilah
eksponensial ini tidak sesuai. Nilai dari konstan nRT, dimana n adalah jumlah mol gas hadir dan R
adalah konstanta gas ideal . Dengan kata lain, hukum gas ideal pV = nRT berlaku. Ini berarti bahwa
memegang. Keluarga kurva yang dihasilkan oleh persamaan ini ditunjukkan dalam grafik yang
disajikan di bagian bawah kanan halaman. Setiap kurva disebut isoterm. Grafik tersebut disebut
diagram indikator dan pertama kali digunakan oleh James Watt dan lain-lain untuk memantau
efisiensi mesin. Suhu yang sesuai untuk setiap kurva pada gambar meningkat dari kiri bawah ke
kanan atas.
Perhitungan pekerjaan
riskailham11.wordpress.com
Page 17
Daerah biru merupakan "pekerjaan" untuk perubahan isotermal
Dalam termodinamika, pekerjaan yang terlibat ketika perubahan gas dari negara A ke negara B
hanya
Untuk, isotermal reversibel proses, terpisahkan ini sama dengan daerah di bawah tekanan-volume
yang relevan isoterm, dan ditandai dengan warna biru pada gambar (di bagian bawah kanan
halaman) untuk gas ideal. Sekali lagi, p = nRT / V berlaku dan dengan T yang konstan (karena ini
adalah proses isotermal), kita memiliki:
Dengan konvensi, kerja didefinisikan sebagai sistem kerja yang tidak pada lingkungannya. Jika,
misalnya, sistem mengembang oleh piston bergerak ke arah gaya yang diterapkan oleh tekanan
internal gas, maka pekerjaan tersebut dihitung sebagai positif, dan sebagai pekerjaan ini dilakukan
dengan menggunakan energi internal sistem, hasilnya adalah bahwa energi internal berkurang.
Sebaliknya, jika lingkungan tidak bekerja pada sistem sehingga meningkatkan internal energi,
pekerjaan dihitung sebagai negatif.
Hal ini juga diperhatikan bahwa, untuk banyak sistem, jika suhu tetap konstan, energi internal
sistem juga konstan, dan sebagainya
. Dari Hukum Pertama Termodinamika ,
, Sehingga dapat dikatakan bahwa
untuk proses isotermal yang sama.
Ketika tidak ada panas mengalir ke atau keluar dari gas karena suhu konstan, maka tidak ada
pekerjaan yang dilakukan. Dengan demikian, bekerja = 0 yang berarti tekanan eksternal adalah nol.
Ini disebut ekspansi bebas .
riskailham11.wordpress.com
Page 18
 Isochoric proses ( volum konstan )
Sebuah proses isochoric, juga disebut proses konstan-volume, proses isovolumetric, atau
proses isometrik, adalah proses termodinamika yang selama itu jumlah dari sistem tertutup
menjalani proses tersebut tetap konstan. Sebuah proses isochoric dicontohkan oleh pemanasan atau
pendinginan isi wadah, disegel inelastis: Proses termodinamika adalah penambahan atau
penghapusan panas, isolasi isi wadah menetapkan sistem tertutup, dan ketidakmampuan kontainer
untuk merusak memaksakan kondisi konstan-volume.
Formalisme
Sebuah proses termodinamika isochoric ditandai dengan konstan Volume , yaitu,
. Proses ini tidak ada tekanan -volume kerja , karena pekerjaan tersebut didefinisikan oleh
,
di mana P adalah tekanan. Konvensi Tanda adalah sedemikian rupa sehingga kerja yang positif
dilakukan oleh sistem terhadap lingkungan.
Untuk proses reversibel , pada hukum pertama termodinamika memberikan perubahan dalam sistem
energi internal :
Mengganti bekerja dengan perubahan volume memberikan
Karena proses ini isochoric,
, Persamaan sebelumnya sekarang memberikan
Menggunakan definisi kapasitas panas spesifik pada volume konstan,
,
Mengintegrasikan kedua belah pihak menghasilkan
riskailham11.wordpress.com
Page 19
Dimana adalah kapasitas panas spesifik pada volume konstan,
final suhu . Kami menyimpulkan dengan:
adalah awal suhu dan
adalah
Isochoric Proses dalam diagram Volume Tekanan . Pada diagram ini, meningkatkan tekanan, tetapi
volume tetap konstan.
Pada diagram Volume tekanan , proses isochoric muncul sebagai garis vertikal lurus. Konjugat
termodinamika, sebuah proses isobaric akan muncul sebagai suatu garis horisontal.
Etimologi
The isochor benda dan kata sifat isochoric berasal dari kata Yunani ἴσος (isos) yang berarti
"sama", dan χώρος (Choros) yang berarti "ruang."
 Proses isobarik ( tekanan konstan )
Sebuah proses isobarik adalah proses termodinamika dimana tekanan tetap konstan. Istilah ini
berasal dari bahasa Yunani isos, (sama), dan barus, (berat). Panas ditransfer ke sistem tidak bekerja
tetapi juga mengubah energi internal sistem:
riskailham11.wordpress.com
Page 20
Daerah kuning merupakan kerja yang dilakukan
Menurut hukum pertama termodinamika , di mana W adalah kerja yang dilakukan oleh sistem, U
adalah energi internal, dan Q adalah panas. Tekanan-volume pekerjaan oleh sistem tertutup
didefinisikan sebagai:
di mana Δ berarti perubahan atas seluruh proses, sedangkan d menunjukkan sebuah diferensial.
Karena tekanan konstan, ini berarti bahwa
.
pada proses isobarik P = C. maka besarnya usaha adalah
W=∫
= P ( V2 – V1 ).
Menerapkan hukum gas ideal , ini menjadi
dengan asumsi bahwa jumlah gas tetap konstan, misalnya, tidak ada fase transisi selama reaksi
kimia . Menurut teorema equipartition , perubahan energi internal berkaitan dengan suhu sistem
dengan
,
dimana
adalah panas spesifik pada volume konstan.
Mengganti dua persamaan terakhir ke persamaan pertama menghasilkan:
,
dimana
adalah panas spesifik pada tekanan konstan.
kapasitas panas spesifik
riskailham11.wordpress.com
Page 21
Untuk menemukan kapasitas panas molar spesifik dari gas yang terlibat, persamaan berikut berlaku
untuk setiap gas umum yang calorically sempurna. Properti adalah baik disebut indeks adiabatik
atau rasio kapasitas panas . Beberapa sumber yang diterbitkan mungkin menggunakan k bukan .
Molar panas spesifik isochoric:
.
Molar panas spesifik isobaric:
.
Nilai-nilai untuk
adalah
untuk gas diatomik seperti udara dan komponen utamanya , dan
untuk gas monoatomik seperti gas mulia . Rumus untuk memanaskan spesifik akan
mengurangi dalam kasus khusus:
Monoatomik:
dan
Diatomik:
dan
Sebuah proses isobarik ditunjukkan pada diagram PV sebagai garis horizontal lurus,
menghubungkan negara termostatik awal dan akhir. Jika proses bergerak ke arah kanan, maka itu
adalah ekspansi. Jika proses bergerak ke arah kiri, maka itu adalah kompresi.
Mendefinisikan entalpi
Sebuah proses isochoric dijelaskan oleh persamaan
. Ini akan mudah untuk
memiliki persamaan yang sama untuk proses isobarik. Mengganti persamaan kedua ke dalam hasil
pertama
riskailham11.wordpress.com
Page 22
Kuantitas U + p V adalah fungsi keadaan sehingga dapat diberikan nama. Hal ini disebut
entalpi , dan dilambangkan dengan H. Oleh karena itu proses isobarik dapat lebih ringkas
digambarkan sebagai
.
Entalpi dan kapasitas panas spesifik isobaric konstruksi matematika sangat berguna, karena
ketika menganalisis proses dalam sebuah sistem terbuka , situasi kerja nol terjadi ketika cairan yang
mengalir pada tekanan konstan. Dalam sebuah sistem terbuka, entalpi adalah jumlah yang berguna
untuk menggunakan untuk melacak kandungan energi dari fluida.
 Proses adiabatik
Sebuah proses adiabatik adalah setiap proses yang terjadi tanpa masukan atau output dari
panas dalam suatu sistem (yaitu selama proses sistem ini termodinamika terisolasi-tidak ada
perpindahan panas dengan lingkungan). Ini adalah kebalikan dari proses diabatic, di mana ada
perpindahan panas. Sebuah konsep kunci dalam termodinamika , banyak yang cepat proses kimia
dan fisika yang dijelaskan atau didekati dengan cara ini. Proses tersebut biasanya diikuti atau
didahului oleh peristiwa yang melakukan melibatkan panas transfer (yaitu non-adiabatik).
Contohnya termasuk transfer elektron .
Proses adiabatik dapat terjadi jika wadah sistem memiliki dinding termal-terisolasi atau proses
yang terjadi dalam waktu yang sangat singkat, sehingga tidak ada kesempatan untuk pertukaran
panas yang signifikan. Meskipun istilah adiabatik dan isokalori seringkali dapat dipertukarkan,
Proses adiabatik dapat dianggap sebagai bagian dari proses isokalori , subset pelengkap sisa proses
isokalori menjadi proses di mana perpindahan panas bersih tidak menyimpang regional seperti
dalam kasus ideal dengan media konduktivitas termal terbatas atau tidak ada kapasitas termal.
Dalam proses ireversibel adiabatik, dQ = 0 tidak sama dengan TDS (TDS> 0) di mana Q
adalah energi panas, T adalah temperatur, dan S adalah entropi. dQ = TDS = 0 berlaku untuk proses
reversibel saja. Sebagai contoh, sebuah batas adiabatik adalah batas yang kedap perpindahan
panas dan sistem dikatakan adiabatik (atau termal) diisolasi, sebuah dinding terisolasi mendekati
suatu batas adiabatik. Contoh lain adalah temperatur nyala adiabatik , yang merupakan suhu yang
akan dicapai oleh api dengan tidak adanya kehilangan panas ke lingkungan. Sebuah proses
adiabatik yang reversibel juga disebut proses isentropik . Sebaliknya, proses adiabatik yang
ireversibel dan ekstrak pekerjaan tidak ada dalam isenthalpic proses, seperti tarik kental, maju
menuju perubahan non-negatif entropi.
Satu berlawanan ekstrim-yang memungkinkan perpindahan panas dengan lingkungan,
menyebabkan suhu tetap konstan-dikenal sebagai proses isotermal . Karena suhu termodinamika
konjugat ke entropi , proses isotermal adalah konjugasi untuk proses adiabatik untuk transformasi
reversibel.
riskailham11.wordpress.com
Page 23
Sebuah transformasi suatu sistem termodinamika dapat dianggap adiabatik ketika itu cukup
cepat bahwa tidak ada panas yang signifikan ditransfer antara sistem dan luar. Pada ekstrim yang
berlawanan, sebuah transformasi dari suatu sistem termodinamika dapat dianggap isotermal jika
cukup lambat sehingga suhu sistem tetap konstan dengan pertukaran panas dengan luar.
Istilah "adiabatik" secara harfiah berarti dilewati, berasal dari akar Yunani ἀ-("tidak"), διὰ("melalui"), dan βαῖνειν ("lulus"); etimologi ini sesuai di sini untuk ketiadaan perpindahan panas
Adiabatik pemanasan dan pendinginan
Perubahan adiabatik suhu terjadi karena perubahan tekanan dari gas sementara tidak
menambah atau mengurangi setiap panas . Sebaliknya, ekspansi bebas adalah isotermal proses
untuk gas ideal.
Pemanasan adiabatik terjadi ketika tekanan gas yang meningkat dari pekerjaan yang
dilakukan di atasnya oleh lingkungannya, misalnya piston . Mesin diesel mengandalkan pemanasan
adiabatik saat langkah kompresi untuk meningkatkan suhu cukup untuk menyalakan bahan bakar.
Pemanasan adiabatik juga terjadi di atmosfer bumi ketika massa udara turun, misalnya,
dalam angin katabatic atau Foehn atau chinook angin mengalir menurun selama pegunungan.
Ketika sebidang udara turun, tekanan pada peningkatan paket. Karena ini peningkatan tekanan,
volume paket ini menurun dan suhu yang meningkat, sehingga meningkatkan energi internal.
Pendinginan adiabatik terjadi ketika tekanan zat menurun karena tidak bekerja pada
sekitarnya. Pendinginan adiabatik terjadi di atmosfer bumi dengan mengangkat orografis dan
gelombang lee , dan ini dapat membentuk pileus atau awan lenticular jika udara didinginkan di
bawah titik embun . Ketika tekanan diterapkan pada sebidang menurun udara, udara dalam paket
diperbolehkan untuk memperluas, dengan meningkatnya volume, suhu turun dan energi internal
berkurang.
Pendinginan adiabatik tidak harus melibatkan cairan. Salah satu teknik yang digunakan
untuk mencapai suhu yang sangat rendah (seperseribu bahkan sepersejuta derajat di atas nol mutlak)
adalah demagnetisation adiabatik , di mana perubahan medan magnet pada bahan magnetik yang
digunakan untuk menyediakan pendinginan adiabatik. Juga, isi dari alam semesta yang
mengembang . (untuk urutan pertama) dapat digambarkan sebagai cairan pendingin adiabatik (Lihat
- kematian Panas alam semesta )
Magma naik juga mengalami pendinginan adiabatik sebelum letusan, sangat signifikan dalam kasus
magma yang naik dengan cepat dari kedalaman besar seperti kimberlites . [3]
Perubahan suhu tersebut dapat diukur dengan menggunakan hukum gas ideal , atau persamaan
hidrostatik untuk proses atmosfer.
riskailham11.wordpress.com
Page 24
Proses Tidak ada benar-benar adiabatik. Banyak proses yang dekat dengan adiabatik dan dapat
dengan mudah didekati dengan menggunakan asumsi adiabatik, tapi selalu ada beberapa kehilangan
panas, karena tidak ada isolator yang sempurna ada.
Ideal gas (proses reversible)
Untuk zat yang sederhana, selama proses adiabatik yang meningkat volume, energi internal dari
substansi kerja harus menurunkan
Persamaan matematika untuk gas ideal menjalani (yaitu, tidak ada generasi entropi) reversibel
proses adiabatik adalah
di mana P adalah tekanan, V adalah spesifik atau volume molar , dan
menjadi panas spesifik untuk tekanan konstan,
adalah indeks adiabatik , dan
untuk gas diatomik).
Untuk gas ideal monoatomik,
menjadi panas khusus untuk volume konstan,
adalah jumlah derajat kebebasan (3 untuk gas monoatomik, 5
, Dan untuk gas diatomik (seperti nitrogen dan oksigen ,
komponen utama dari udara )
. Perhatikan bahwa rumus di atas hanya berlaku untuk gas
ideal klasik dan tidak Bose-Einstein atau gas Fermi .
riskailham11.wordpress.com
Page 25
Untuk proses adiabatik reversibel, juga benar bahwa
di mana T adalah temperatur absolut.
Hal ini juga dapat ditulis sebagai
Penurunan rumus terus menerus untuk pemanasan dan pendinginan adiabatik
Definisi proses adiabatik adalah bahwa perpindahan panas ke sistem adalah nol,
Kemudian, menurut hukum pertama termodinamika ,
.
dimana dU adalah perubahan energi internal sistem dan δW adalah kerja yang dilakukan oleh
sistem. Setiap pekerjaan (δW) dilakukan harus dilakukan dengan mengorbankan U energi internal,
karena tidak ada δQ panas sedang dipasok dari sekitarnya. Tekanan-volume pekerjaan δW
dilakukan oleh sistem didefinisikan sebagai
Namun, P tidak tetap konstan selama proses adiabatik melainkan berubah bersama dengan V.
Hal ini diinginkan untuk mengetahui bagaimana nilai-nilai dan dP dV berhubungan satu sama lain
sebagai hasil proses adiabatik. Untuk gas ideal energi internal diberikan oleh
dimana adalah jumlah derajat kebebasan dibagi dua, R adalah konstanta gas universal dan n
adalah jumlah mol dalam sistem (konstan).
Persamaan Membedakan (3) dan penggunaan hukum gas ideal ,
, Hasil
Persamaan (4) sering dinyatakan sebagai
.
karena
Sekarang persamaan pengganti (2) dan (4) ke dalam persamaan (1) untuk mendapatkan
riskailham11.wordpress.com
Page 26
menyederhanakan:
dan membagi kedua sisi dengan PV:
Setelah mengintegrasikan sisi kiri dan kanan dari
masing-masing,
V ke dan dari
untuk p dan mengubah sisi
Exponentiate kedua belah pihak,
dan menghilangkan tanda negatif untuk memperoleh
Oleh karena itu,
dan
Penurunan rumus diskrit
Perubahan energi internal dari suatu sistem, diukur dari negara ke negara 1 2, sama dengan
riskailham11.wordpress.com
Page 27
Pada saat yang sama, kerja yang dilakukan oleh tekanan-perubahan volume sebagai akibat dari
proses ini, sama dengan
Karena kita memerlukan proses untuk menjadi adiabatik, persamaan berikut harus benar
Dengan derivasi sebelumnya,
Mengatur ulang (4) memberikan
Mensubstitusikan ini ke (2) memberikan
Mengintegrasikan,
Mengganti
,
Mengatur ulang,
riskailham11.wordpress.com
Page 28
Menggunakan hukum gas ideal dan dengan asumsi jumlah molar konstan (seperti yang sering
terjadi dalam kasus-kasus praktis),
Dengan rumus terus menerus,
Atau,
Mensubstitusikan ke dalam ekspresi sebelumnya untuk
,
Mengganti ungkapan ini dan (1) dalam (3) memberikan
Menyederhanakan,
Menyederhanakan,
Menyederhanakan,
riskailham11.wordpress.com
Page 29
Dalam proses adiabatik tidak ada kalor yang masuk (diserap) ataupun keluar (dilepaskan)
oleh sistem (Q = 0). Dengan demikian, usaha yang dilakukan gas sama dengan perubahan energi
dalamnya (W = ∆U).
Jika suatu sistem berisi gas yang mula-mula mempunyai tekanan dan volume masingmasing p1 dan V1 mengalami proses adiabatik sehingga tekanan dan volume gas berubah menjadi p2
dan V2, usaha yang dilakukan gas dapat dinyatakan sebagai
Dimana γ adalah konstanta yang diperoleh perbandingan kapasitas kalor molar gas pada tekanan
dan volume konstan dan mempunyai nilai yang lebih besar dari 1 (γ > 1).
 Proses isentropik
Dalam termodinamika , proses proses atau isoentropic isentropik (ισον = "sama" (Yunani),
εντροπία entropi = "gangguan" (Yunani)) adalah satu di mana untuk tujuan analisis teknik dan
perhitungan, seseorang dapat berasumsi bahwa proses berlangsung dari inisiasi sampai selesai tanpa
peningkatan atau penurunan entropi sistem, yaitu, entropi sistem tetap konstan. Hal ini dapat
dibuktikan bahwa setiap reversibel proses adiabatik adalah proses isentropik.
Penurunan hubungan isentropik
Untuk sistem tertutup, perubahan total energi dari sebuah sistem adalah jumlah dari pekerjaan yang
dilakukan dan panas yang ditambahkan,
Pekerjaan reversibel dilakukan pada sistem dengan mengubah volume,
dimana adalah tekanan dan
oleh,
riskailham11.wordpress.com
adalah Volume . Perubahan entalpi (
) Diberikan
Page 30
Kemudian untuk proses yang bersifat reversibel dan adiabatik (yaitu tidak ada perpindahan panas
terjadi),
, Dan sebagainya
. Semua proses adiabatik
reversibel yang isentropik. Hal ini menyebabkan dua pengamatan penting,
, Dan
Selanjutnya, banyak dapat dihitung untuk proses isentropik dari gas ideal. Untuk setiap transformasi
gas ideal, itu selalu benar bahwa
, Dan
.
Menggunakan hasil umum yang berasal di atas untuk
dan
, Kemudian
, Dan
.
Jadi untuk gas ideal, rasio kapasitas panas dapat ditulis sebagai,
Untuk gas ideal adalah konstan. Oleh karena itu pada mengintegrasikan persamaan di atas,
dengan asumsi gas yang sempurna, kita mendapatkan
yaitu
Menggunakan persamaan keadaan untuk gas ideal,
juga, untuk konstan
riskailham11.wordpress.com
,
(Per mol),
Page 31
dan
Jadi untuk proses isentropik dengan gas ideal,
Tabel hubungan isentropik untuk gas ideal
Berasal dari:
Dimana:

= Tekanan
riskailham11.wordpress.com
Page 32

= Volume

= Rasio spesifik memanaskan =
= Suhu
= Massa






= Gas konstan untuk gas tertentu =
= Konstanta gas Universal
= Berat molekul gas tertentu
= Density

= Panas spesifik pada tekanan konstan

= Panas spesifik pada volume konstan
 Proses Isenthalpic
Sebuah proses isenthalpic proses atau isoenthalpic adalah proses yang berlangsung tanpa
perubahan entalpi , H, atau entalpi spesifik , h.
Dalam proses tunak, steady-aliran, perubahan yang signifikan pada tekanan dan suhu dapat
terjadi pada cairan dan belum proses akan isenthalpic jika tidak ada transfer panas ke atau dari
lingkungan, tidak ada kerja yang dilakukan pada atau oleh lingkungan , dan tidak ada perubahan
energi kinetik dari cairan. (Jika proses tunak, steady-aliran dianalisis dengan menggunakan kontrol
volume segala sesuatu di luar kendali volume dianggap lingkungan. )
The Proses throttling adalah contoh yang baik dari proses isenthalpic. Pertimbangkan
pencabutan katup lega atau katup pengaman pada bejana tekan. Entalpi spesifik dari cairan di dalam
bejana tekan adalah sama dengan entalpi spesifik rumit karena lolos dari katup. [2] Dengan
pengetahuan tentang entalpi spesifik dari cairan, dan tekanan luar bejana tekan, itu adalah mungkin
untuk menentukan suhu dan kecepatan dari fluida melarikan diri.
Dalam proses isenthalpic:


Proses Isenthalpic pada gas ideal mengikuti isoterm sejak
.
 Proses Quasistatic
Dalam termodinamika , proses quasistatic adalah proses termodinamika yang terjadi jauh
perlahan-lahan. Namun, sangat penting untuk dicatat bahwa tidak ada proses yang sebenarnya
adalah quasistatic. Oleh karena itu dalam prakteknya, proses tersebut hanya dapat didekati dengan
melakukan mereka amat sangat lambat.
riskailham11.wordpress.com
Page 33
quasistatic dan reversibilitas
Sebuah proses quasistatic memastikan bahwa sistem akan pergi melalui urutan negara yang
amat dekat dengan keseimbangan (sehingga sistem tetap dalam keseimbangan quasistatic ), dalam
hal proses ini biasanya reversibel . Setiap proses reversibel adalah selalu satu quasistatic. Namun,
beberapa proses quasistatic yang ireversibel, jika ada panas yang mengalir (dalam atau keluar dari
sistem) atau jika entropi sedang dibuat dalam beberapa cara lain. Contoh dari proses quasistatic
yang tidak reversibel adalah kompresi terhadap sistem dengan piston tunduk gesekan - Meskipun
sistem selalu dalam kesetimbangan termal, gesekan memastikan generasi entropi disipatif, yang
secara langsung bertentangan dengan definisi reversibel. Sebuah contoh penting dari sebuah proses
yang bahkan tidak quasistatic adalah lambat pertukaran panas antara dua mayat di dua temperatur
finitely berbeda, di mana nilai tukar panas dikendalikan oleh kurang adiabatik partisi antara dua
badan (Sears dan Salinger, 1986) - di kasus ini, tidak peduli seberapa lambat proses berlangsung,
negara-negara dari dua mayat yang pernah amat dekat dengan keseimbangan, karena
kesetimbangan termal mensyaratkan bahwa dua mayat berada tepat pada suhu yang sama.
Beberapa ambiguitas ada dalam literatur mengenai perbedaan antara proses quasistatic dan
reversibel, karena ini kadang-kadang diambil sebagai sinonim ( Bernard H Lavenda , 1978).
Alasannya justru karena teorema terbukti bahwa setiap proses reversibel juga merupakan salah satu
quasistatic, meskipun kami juga telah menunjukkan bahwa Kebalikannya tidak benar. Hal ini
praktis tidak berguna untuk membedakan antara kedua karena insinyur pun akan ingat untuk
memasukkan gesekan ketika menghitung generasi entropi disipatif. Definisi di atas lebih dekat
dengan pemahaman intuitif dari kata "quasi-" (hampir) "statis", namun tetap secara teknis berbeda
dari proses reversibel .
PV-Work di berbagai kuasi-statis proses
1. Konstan tekanan: proses isobaric ,
2. Konstan volume: proses isochoric ,
3. Suhu konstan: proses isotermal ,
riskailham11.wordpress.com
Page 34
Hubungan dengan proses yang ideal
Untuk nilai-nilai tertentu dari indeks polytropic, proses akan identik dengan proses umum lainnya.
Beberapa contoh dampak dari berbagai nilai indeks diberikan dalam tabel.
Variasi indeks polytropic
Polytropic
indeks
Hubungan
Efek
-
Meskipun tidak berlaku untuk sistem sehari-hari, eksponen negatif
dapat berarti dalam beberapa kasus khusus yang tidak didominasi oleh
interaksi termal, seperti dalam proses plasma tertentu dalam astrofisika. [1]
(Konstan)
(Konstan)
-
Setara dengan proses isobarik (konstan tekanan )
Setara dengan proses isotermal (konstan suhu )
Sebuah proses kuasi-adiabatik seperti dalam mesin pembakaran
internal selama ekspansi, atau dalam refrigerasi kompresi uap selama
kompresi
-
adalah indeks adiabatik , menghasilkan suatu proses
adiabatik (tidak ada panas yang ditransfer)
-
Setara dengan proses isochoric (konstan Volume )
Ketika indeks n adalah antara dua nilai mantan (0, 1, gamma, atau tak terhingga), itu berarti bahwa
kurva polytropic [ klarifikasi diperlukan ] akan dibatasi oleh kurva dari dua indeks yang sesuai.
Perhatikan bahwa
, Karena
.
Sebuah solusi untuk persamaan Lane-Emden menggunakan cairan polytropic dikenal sebagai
polytrope .
2.3
Menentukan Usaha Luar Secara Grafik
riskailham11.wordpress.com
Page 35
Usaha luar yang dilakukan oleh gas pada tekanan tidak tetap dapat dinyatakan dalam diagram
p – V, yang besarnya sebanding dengan luas daerah di bwah kurva.
 Proses kearah kanan
V2 > V1, berarti W positif
W = p ( V2 – V1 )
 Proses kearah kiri
V2 < V1, berarti W negative
W = -p ( V2 – V1 )
 Proses berbentuk siklus
Proses 1 ke 2 > W 0
Proses 2 ke 3 > W positif
Proses 3 ke 4 > W 0
Proses 4 ke 1 > W negative
Wtotal =
= ( p2 – p1 ) . ( V2 – V1 )
2.4 Hukum Ke Nol termodinamika
The zeroth hukum termodinamika adalah prinsip generalisasi dari kesetimbangan termal
antara badan-badan, atau sistem termodinamika , kontak.
Hukum zeroth menyatakan bahwa jika dua sistem berada dalam kesetimbangan termal
dengan sistem ketiga, mereka juga dalam kesetimbangan termal dengan satu sama lain.
Sistem dikatakan berada dalam kesetimbangan termal jika mereka mampu mentransfer
panas antara satu sama lain (misalnya dengan konduksi atau radiasi) tetapi tidak melakukannya.
Sistem juga dapat dikatakan berada dalam kesetimbangan termal jika mereka tidak dapat
mentransfer panas ke satu sama lain, tetapi tidak akan melakukannya jika mampu. Hukum
menyiratkan bahwa keseimbangan termal antara sistem adalah hubungan transitif , yang
memberikan definisi parameter fisik yang empiris, yang disebut temperatur . Suhu adalah sama
untuk semua sistem dalam kesetimbangan termal. Hukum memungkinkan pembangunan
termometer untuk mengukur properti ini.
Hukum zeroth sebagai hubungan kesetaraan
Suatu sistem dikatakan berada dalam kesetimbangan termal ketika tidak mengalami
perubahan bersih energi panas. Jika A, B, dan C yang berbeda sistem termodinamika , hukum zeroth
dari termodinamika dapat dinyatakan sebagai:
Jika A dan C masing-masing dalam kesetimbangan termal dengan B, A juga dalam kesetimbangan
dengan C.
riskailham11.wordpress.com
Page 36
Pernyataan ini menegaskan bahwa kesetimbangan termal adalah hubungan Euclidean antara sistem
termodinamika. Jika kita juga mengakui bahwa semua sistem termodinamika berada dalam
kesetimbangan termal dengan diri mereka sendiri, maka kesetimbangan termal juga merupakan
hubungan refleksif . Hubungan yang baik refleksif dan Euclidean adalah hubungan kesetaraan .
Salah satu konsekuensi dari penalaran ini adalah bahwa kesetimbangan termal adalah hubungan
transitif : Jika A berada dalam kesetimbangan termal dengan B dan B berada dalam kesetimbangan
termal dengan C, maka A berada dalam kesetimbangan termal dengan C. Konsekuensi lain adalah
bahwa hubungan kesetimbangan simetris : Jika A berada dalam kesetimbangan termal dengan B,
maka B berada dalam kesetimbangan termal dengan A. Dengan demikian kita dapat mengatakan
bahwa dua sistem berada dalam kesetimbangan termal dengan satu sama lain, atau bahwa mereka
berada dalam kesetimbangan bersama. Secara implisit dengan asumsi kedua refleksivitas dan
simetri, hukum zeroth Oleh karena itu sering dinyatakan sebagai :
Jika dua sistem berada dalam kesetimbangan termal dengan sistem ketiga, maka mereka berada
dalam kesetimbangan termal dengan satu sama lain.
Sekali lagi, secara implisit dengan asumsi kedua refleksivitas dan simetri, hukum zeroth kadangkadang dinyatakan sebagai hubungan transitif: [4]
Jika A berada dalam kesetimbangan termal dengan B dan jika B berada dalam kesetimbangan termal
dengan C, maka A berada dalam kesetimbangan termal dengan C.
Thermal keseimbangan antara banyak sistem
Banyak sistem dikatakan dalam kesetimbangan jika, kecil pertukaran acak (karena gerak
Brown atau emisi foton , misalnya) di antara mereka tidak menyebabkan perubahan bersih pada
total energi dijumlahkan seluruh sistem. Contoh sederhana ini menggambarkan mengapa hukum
zeroth diperlukan untuk melengkapi deskripsi ekuilibrium.
Pertimbangkan sistem N di adiabatik terisolasi dari seluruh alam semesta, yaitu tidak ada pertukaran
panas di luar kemungkinan dari sistem N, yang semuanya memiliki volume konstan dan komposisi,
dan yang hanya dapat bertukar panas dengan satu sama lain.
Hukum Pertama dan Kedua gabungan berhubungan fluktuasi energi total,
ke-i,
dan entropi fluktuasi dalam sistem th i,
, Dengan suhu sistem
sebagai berikut:
.
The adiabatic isolasi sistem dari alam semesta yang tersisa mensyaratkan bahwa jumlah total dari
fluktuasi entropi hilang, atau:
riskailham11.wordpress.com
Page 37
Artinya, entropi hanya dapat dipertukarkan antara sistem N. Kendala ini dapat digunakan untuk
mengatur ulang ekspresi untuk fluktuasi energi total dan mendapatkan:
dimana
adalah suhu setiap j sistem kita dapat memilih untuk keluar tunggal antara sistem N.
Akhirnya, ekuilibrium memerlukan fluktuasi total energi menghilang, dalam hal:
yang dapat dianggap sebagai lenyapnya produk dari suatu matriks antisimetrik
fluktuasi entropi
dan vektor
. Agar solusi non-sepele untuk eksis,
Artinya, determinan dari matriks yang dibentuk oleh
harus menghilang untuk semua
pilihan N. Namun, menurut teorema Jacobi , determinan dari N x N antisimetrik matriks selalu nol
jika N aneh, meskipun untuk N bahkan kami menemukan bahwa semua entri harus lenyap,
, Dalam rangka untuk mendapatkan penentu menghilang. Karenanya
pada
kesetimbangan. Ini hasil non-intuitif berarti bahwa ganjil sistem selalu dalam ekuilibrium terlepas
dari suhu dan fluktuasi entropi, sementara kesetaraan suhu hanya diperlukan antara jumlah bahkan
sistem untuk mencapai keseimbangan dengan adanya fluktuasi entropi.
Hukum zeroth memecahkan paradoks ini aneh vs bahkan, karena dapat dengan mudah digunakan
untuk mengurangi sistem ganjil ke nomor bahkan dengan mempertimbangkan tiga dari sistem N
dan menghilangkan satu per penerapan prinsip, dan karenanya mengurangi masalah bahkan untuk N
yang kemudian mengarah ke kondisi ekuilibrium yang sama yang kita harapkan dalam setiap kasus,
yaitu,
. Hasil yang sama berlaku untuk fluktuasi dalam jumlah yang ekstensif, seperti
volume (menghasilkan kondisi tekanan yang sama), atau fluktuasi massa (yang mengarah ke
kesetaraan kimia potensi). Oleh karena itu hukum zeroth memiliki implikasi bagi banyak lebih dari
suhu saja. Secara umum, kita melihat bahwa hukum zeroth istirahat jenis tertentu asimetri hadir
dalam Hukum Pertama dan Kedua.
Hukum zeroth menetapkan keseimbangan termal sebagai hubungan kesetaraan. Sebuah
hubungan kesetaraan pada set (seperti set sistem termal disetimbangkan) membagi set yang menjadi
riskailham11.wordpress.com
Page 38
koleksi himpunan bagian yang berbeda ("disjoint subset") di mana setiap anggota himpunan adalah
anggota dari satu dan hanya satu bagian tersebut. Dalam kasus hukum ke nol, ini terdiri dari subset
sistem yang berada dalam kesetimbangan bersama. Partisi ini memungkinkan setiap anggota subset
untuk menjadi unik "ditandai" dengan label mengidentifikasi subset mana ia berasal. Meskipun
label mungkin cukup sewenang-wenang, [5] suhu adalah seperti proses pelabelan yang
menggunakan sistem bilangan real untuk penandaan. Hukum zeroth membenarkan penggunaan
sistem termodinamika cocok sebagai termometer untuk memberikan seperti pelabelan, yang
menghasilkan sejumlah kemungkinan skala temperatur empiris , dan membenarkan penggunaan
hukum kedua termodinamika untuk memberikan mutlak, atau suhu termodinamika skala. Skala
temperatur tersebut membawa kelangsungan tambahan dan memesan (misalnya, "panas" dan
"dingin") properti dengan konsep temperatur.
Dalam ruang parameter termodinamika, zona suhu konstan membentuk permukaan, yang
menyediakan tatanan alam dari permukaan di dekatnya. Satu Oleh karena itu dapat membangun
fungsi suhu global yang menyediakan pemesanan terus menerus negara. The dimensi dari
permukaan suhu konstan adalah salah satu kurang dari jumlah parameter termodinamika, dengan
demikian, untuk gas ideal digambarkan dengan tiga parameter termodinamika P, V dan n, itu adalah
dua- dimensi permukaan.
Misalnya, jika dua sistem gas yang ideal berada dalam kesetimbangan, maka P 1 V 1 / N 1 = P 2 V 2 /
N 2 di mana P i adalah tekanan dalam sistem ke-i, V i adalah volume, dan N i adalah jumlah (dalam
mol , atau hanya jumlah atom) gas.
Permukaan PV / N = const mendefinisikan permukaan suhu termodinamika yang sama, dan satu
dapat label T mendefinisikan sehingga PV / N = RT, di mana R adalah beberapa konstan. Sistem ini
sekarang dapat digunakan sebagai termometer untuk mengkalibrasi sistem lain. Sistem tersebut
dikenal sebagai "termometer gas ideal".
2.5 Hukum I Termodinamika
a. Pernyataan Hukum I Termodinamika
Hukum pertama termodinamika berhubungan dengan cara suatu sistem memperoleh
energi dalam dari lingkungan atau kehilangan energi dalam ke lingkungan. Jika suatu sistem
memperoleh energi Q dalam bentuk kalor dan pada saat yang sama kehilangan energi W
dalam bentuk usaha, perubahan energi dalam karena kedua faktor ini dinyatakan oleh
persamaan: ΔU = U2 – U1 = Q – W. Jadi, hukum pertama termodinamika adalah prinsip
kekekalan energi yang diaplikasikan pada kalor, usaha, dan energi dalam.
Hukum pertama termodinamika:
Energi dalam suatu system berubah dari nilai awal U1 ke nilai akhir U2 sehubungan
dengan kalor Q dan usaha W:
ΔU = U2 – U1 = Q – W
riskailham11.wordpress.com
Page 39
(perubahan energi dalam (ΔU) sistem = kalor (Q) yang ditambahkan ke sistem dikurangi
dengan kerja yang dilakukan oleh sistem)
Q adalah usaha positif jika sistem memperoleh kalor dan negatif jika kehilangan
kalor. Usaha W positif jika usaha dilakukan oleh sistem dan negatif jika usaha dilakukan
pada sistem.
Beberapa sumber lain menuliskan hukum pertama termodinamika sebagai berikut:
ΔQ = ΔU + ΔW
ΔQ = kalor yang masuk / keluar sistem
ΔU = perubahan energi dalam
ΔW = usaha luar.
b. Hukum I pada Berbagai Proses Termodinamika Gas
 Proses Isotermal
Pada proses isothermal, suhu awal gas T1 sama dengan suhu akhir gas T2 (atau T2 =
T1).
Dengan demikian, ΔU = 3/2 nRT = 0. Hukum pertama termodinamika memberikan:
ΔU = Q – W; 0 = Q – W atau Q = W
Pada proses isothermal: ΔU = 0 dan Q = W
 Proses Isokhorik
Pada proses isokhorik, volum gas tetap (V1 = V2 atau ΔV = 0), sehingga usaha W =
0.
Hukum pertama termodinamika memberikan:
ΔU = Q – W; ΔU = Q – 0 atau ΔU = Q
Pada proses isokhorik: W = 0 dan ΔU = Q
 Proses Adiabatik
Pada proses adiabatik, Q = 0, sehingga hukum pertama memberikan:
ΔU = Q – W; ΔU = 0 – W atau ΔU = -W
Pada proses adiabatik: Q = 0 dan ΔU = -W
Karena  Q = 0 maka O =  U +  W
U2 -U1 = -  W
Bila  W negatif ( -W = sistem ditekan ) usaha dalam sistem (  U ) bertambah. Sedangkan
hubungan antara suhu mutlak dan volume gas pada proses adibatik, dapat dinyatakan dengan
persamaan :
T.V-1 = konstan atau T .V1-1 = T .V -1
1
2
2
Usaha yang dilakukan pada proses adiabatik adalah :
W = m . cv ( T1 - T2 )
atau
W=
P1 .V1
1
( V2-1 - V1-1 )
Juga berlaku persamaan : P1.V1 = P2.V2
riskailham11.wordpress.com
Page 40

Proses Isobarik
Pada proses isobarik: Q = ΔU + p.ΔV
Kapasitas Kalor Gas
a. Pengertian Kapasitas Kalor
Ada tiga besaran yang umum digunakan untuk menghitung kalor yang diterima atau
dilepaskan oleh suatu gas: kalor jenis, kapasitas kalor dan kapasitas kalor molar. Ketiga
besaran ini saling berhubungan, sehingga jika rumus salah satu rumus besaran diketahui,
maka rumus kedua besaran lainnya dapat diperoleh.
Kapasitas kalor suatu zat (C) adalah banyaknya kalor (Q) yang diperlukan untuk menaikkan
suhu suatu zat sebesar 1 kelvin.
C = Q/ΔT atau Q = C.ΔT
Satuan SI untuk kapasitas kalor adalah J/K atau J.K-1.
Kapasitas kalor gas pada tekanan tetap, Cp, didefinisikan sebagai kalor yang
diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat 1 kelvin pada tekanan tetap.
Kapasitas kalor pada tekanan tetap: Cp = Qp/ΔT atau Qp = Cp.ΔT
Kapasitas kalor gas pada volum tetap, CV, didefinisikan sebagai kalor yang
diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat 1 kelvin pada volum tetap.
Kapasitas kalor pada volum tetap: CV = QV/ΔT atau QV = CV.ΔT
Hubungan Cp dan Cv adalah sebagai berikut:
Cp – Cv = nR
Dengan n adalah banyak zat dalam mol dan R adalah tetapan umum gas.
b. Nilai Kapasitas Kalor dan Tetapan Laplace
Untuk gas monoatomik : Cv = 3/2 nR
Cp = 5/2 nR
Untuk gas diatomik
: Cv = 5/2 nR
Cp = 7/2 nR
Tetapan Laplace (notasi γ) didefinisikan sebagai nilai perbandingan antara kapasitas
kalor pada tekanan tetap dengan kapasitas kalor pada volum tetap:
γ = Cp/Cv
Perhatikan, Cp > Cv maka pastilah γ > 1.
Untuk gas monoatomik: Cp = 5/2 nR dan Cv = 3/2 nR, sehingga:
γ = 5/2 nR : 3/2 nR = 5/3 = 1,67
Untuk gas diatomik: Cp = 7/2 nR dan Cv = 5/2 nR, sehingga:
γ = 7/2 nR : 5/2 nR = 7/5 = 1,4
c. Kapasitas Kalor Molar
riskailham11.wordpress.com
Page 41
Selain besaran kapasitas kalor yang digunakan di fisika, dalam kimia lebih sering
digunakan besaran kapasitas kalor molar. Kapasitas kalor molar (notasi Cm) adalah kapasitas
kalor per mol.
Kapasitas kalor molar: Cm = C/n atau C = n.Cm
Dengan demikian dapat kita tulis:
Kalor pada tekanan tetap Qp = Cp . ΔT ; Qp = n . Cp,m . ΔT
Kalor pada volum tetap
Qv = Cv . ΔT ; Qv = n . Cv,m . ΔT
2.6 Hukum II Termodinamika
Hukum kedua termodinamika mengatakan bahwa aliran kalor memiliki arah.
Dengan kata lain, tidak semua proses di alam adalah reversible (arahnya dapat dibalik). Jika
kita berbaring di atas tumpukan salju, kalor dari tubuh kita akan dapat mencairkan salju,
tetapi kita tidak dapat mengambil energi dari salju untuk menghangatkan tubuh kita. Dengan
demikian, aliran energi kalor memiliki arah, yaitu dari panas ke dingin. Satu aplikasi penting
dari hukum kedua termodinamika adalah studi tentang mesin kalor (carnot), seperti
misalnya mesin bensin pada mobil dan prinsip-prinsip yang membatasi efisiensinya.
a. Mesin Carnot
Mesin Carnot merupakan mesin panas yang didefinisikan sebagai mesin yang dapat
mengubah energi panas menjadi energi mekanik.
Selain mesin Carnot, terdapat mesin-mesin lain yang digolongkan ke dalam mesin panas,
antara lain mesin uap, mesin diesel, dan mesin jet.
Jika suatu gas yang mengalami siklus Carnot menerima kalor Q1 dari reservoir bersuhu
tinggi, dan melepas kalor Q2 ke reservoir yang bersuhu rendah, usaha yang dilakukan oleh
gas sesuai dengan hukum Termodinamika I sebagai berikut:
Q = ΔU + W, untuk proses siklus ΔU = 0.
Dengan demikian, Q = 0 + W atau W = Q1 – Q2
atau W = Q1 (1 - T2/T1 )
Siklus Carnot
Siklus Carnot dibatasi oleh garis lengkung isotherm dan dua garis lengkung adiabatik. Hal ini
memungkinkan seluruh panas yang diserap ( input panas ) diberikan pada satu suhu panas yang
tinggi dan seluruh panas yang dibuang ( panas output ) dikeluarkan pada satu suhu rendah.
p
P1
AB=pemuaian/pengembang
A
an/ekspansi isotermis
Q1
riskailham11.wordpress.com
BC = pemuaian / ekspansi
adiabatik
CD = penampatan/kompresi
isotermis
Page 42
P2
P4
P3
B
D
Q2
C
V1
V4
V2
V3 V
Siklus Carnot bekerja dengan mengubah kalor panas (heat) dan membuangnya dalam bentuk kalor
dingin (cold)
Mesin Pemanas
Mesin yang menggunakan siklus ini misalnya seperti mesin pemanas ruang dalam rumah seperti di
negara-negara sub tropis pada musim dingin.
Gambar: Skema siklus Carnot
Disini kalor panas (QH) sebagai Q1, dan kalor dingin (QC) sebagai Q2.
W = Q1 – Q2
Daya guna /efisiensi mesin kalor
W
  x 100%
Q1

Q1  Q2
x 100%
Q1
 =1
Q2
x 100%
Q1
 =1
T2
x 100%
T1
atau
Untuk mesin Carnot ideal efisiensinya selalu maksimum.
Mesin Pendingin
riskailham11.wordpress.com
Page 43
Mesin pendingin seperti air conditioner (AC) maupun kulkas/refrigerator menggunakan proses yang
berbeda dengan proses mesin pemanas yang menggunakan siklus Carnot. Mesin pendingin
menyerap kalor dingin sebagai sumber dan membuangnya dalam bentuk kalor panas.
Gambar mesin kulkas
Gambar mesin AC
Gambar: Skema mesin pendingin
Di sini kalor panas (QH) sebagai Q1, dan kalor dingin (QC) sebagai Q2.
Berlaku pula
W = Q1 – Q2
Efisiensi mesin pendingin sebagai berikut.
Daya guna /efisiensi mesin pendingin:
W
x 100%

Q2

Q1  Q2
x 100%
Q2
=
Q1
Q2
 1 x 100%
riskailham11.wordpress.com
atau
Page 44
=
T1
T2
 1 x 100%
Koefisien Performance mesin pendingin / koefisien daya guna sebagai berikut.
1
K=

Q2
W
Q2
K=
Q1  Q2
K=
Hukum kedua termodinamika dapat dinyatakan dengan dua formulasi sebagai berikut:
1.
Formulasi Kelvin-Planck
Tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus
yang semata-mata mengubah energy panas yang diperoleh dari suatu sumber pada suhu
tertentu seluruhnya menjadi usaha mekanik.
T
  ( 1  2 )  100%
T1
2. Formulasi Clausius
Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam satu siklus, mengambil kalor
dari suatu reservoir rendah dan memberikannya ke reservoir suhu tinggi tanpa dilakukan
usaha dari luar.
2.7 Hukum Ketiga termodinamika
Hukum ketiga termodinamika terkadang dinyatakan sebagai berikut:
The entropi dari sempurna kristal di nol mutlak adalah persis sama dengan nol.
Pada nol kelvin sistem harus dalam keadaan dengan kemungkinan minimal energi , dan pernyataan
dari hukum ketiga berlaku jika kristal yang sempurna hanya memiliki satu keadaan energi
minimum . Entropi berkaitan dengan jumlah microstates mungkin, dan dengan hanya satu
microstate tersedia di nol kelvin, entropi adalah persis nol.
riskailham11.wordpress.com
Page 45
Sebuah bentuk yang lebih umum dari hukum ketiga berlaku untuk sistem seperti kacamata yang
mungkin memiliki lebih dari satu keadaan energi minimum:
Entropi dari suatu sistem mendekati nilai konstan karena suhu mendekati nol.
Nilai konstan (tidak selalu nol) disebut entropi sisa dari sistem.
Secara fisik, hukum menyiratkan bahwa tidak mungkin untuk prosedur apapun untuk membawa
sistem ke nol mutlak suhu dalam jumlah terbatas langkah.
Pernyataan Hukum Ketiga Termodinamika :
•
•
•
Suatu kristal sempurna pada temperatur nol mutlak mempunyai keteraturan sempurna →
entropinya adalah nol.
Entropi suatu zat yang dibandingkan dengan entropinya dalam suatu bentuk kristal
sempurna pada nol mutlak, disebut Entropi Mutlak
Makin tinggi temperatur zat, makin besar entropi mutlaknya
Penjelasan
Dalam istilah sederhana, menyatakan hukum ketiga bahwa entropi dari kristal sempurna
mendekati nol sebagai suhu mendekati nol mutlak. Undang-undang ini memberikan titik acuan
mutlak untuk penentuan entropi. Entropi ditentukan relatif terhadap titik ini adalah entropi mutlak.
Secara matematis, entropi mutlak sistem apapun pada suhu nol adalah log alami dari jumlah B
konstanta k tanah negara kali Boltzmann.
Entropi dari suatu kisi kristal yang sempurna seperti yang didefinisikan oleh teorema Nernst
ini adalah nol asalkan keadaan dasar adalah unik, karena ln (1) = 0.
Sebuah contoh dari sistem yang tidak memiliki keadaan dasar yang unik adalah salah satu
yang mengandung setengah-bulat berputar , yang waktu pembalikan simetri memberikan dua
merosot keadaan dasar. Untuk sistem tersebut, entropi pada suhu nol setidaknya ln (2) k B (yang
diabaikan pada skala makroskopis). Beberapa sistem kristal menunjukkan frustrasi geometris , di
mana struktur kisi kristal mencegah munculnya keadaan dasar yang unik. Ground-state helium
(kecuali di bawah tekanan) tetap cair.
Selain itu, gelas dan solusi yang solid mempertahankan entropi besar di 0K, karena mereka
adalah koleksi besar negara hampir merosot, di mana mereka menjadi terperangkap keluar dari
keseimbangan. Contoh lain yang solid dengan banyak hampir-degenerate keadaan dasar,
terperangkap keluar dari keseimbangan, adalah es Ih , yang memiliki "gangguan proton" .
Untuk entropi nol mutlak untuk menjadi nol, momen magnetik dari kristal sempurna
memerintahkan harus diri mereka sempurna memerintahkan, memang, dari perspektif entropis, ini
riskailham11.wordpress.com
Page 46
dapat dianggap sebagai bagian dari definisi "kristal sempurna". Hanya feromagnetik ,
antiferromagnetik , dan diamagnetik bahan dapat memenuhi kondisi ini. Bahan yang tetap
paramagnetik pada 0K, sebaliknya, mungkin memiliki keadaan dasar banyak hampir-merosot
(misalnya, dalam kaca spin ), atau dapat mempertahankan gangguan dinamis (a cairan berputar ).
formulasi Matematika
Pertimbangkan sebuah sistem tertutup dalam keseimbangan internal. Karena sistem berada dalam
kesetimbangan tidak ada proses ireversibel sehingga produksi entropi adalah nol. Selama gradien
suhu panas pasokan yang dihasilkan dalam materi, namun produksi entropi terkait dapat disimpan
cukup rendah jika panas diberikan perlahan-lahan. Kenaikan entropi karena δ panas tambah Q
kemudian diberikan oleh
(1)
Kenaikan suhu δ T karena δ panas Q ditentukan oleh kapasitas panas C (T, X) sesuai dengan
(2)
The X Parameter adalah notasi simbolis untuk semua parameter (seperti tekanan, medan magnet,
cair / padat fraksi, dll) yang dijaga konstan selama pasokan panas. Misalnya jika volume konstan
kita mendapatkan kapasitas panas pada volume konstan C V. Dalam kasus fase transisi dari cair ke
padat, atau dari gas ke cair X parameter dapat menjadi sebagian kecil dari salah satu dari dua
komponen. Menggabungkan hubungan (1) dan (2) memberikan
(3)
Integrasi persamaan. (3) dari suhu acuan T 0 ke suhu T sewenang-wenang memberikan entropi pada
suhu T
(4)
Kita sekarang sampai pada formulasi matematis dari hukum ketiga. Ada tiga langkah:
1:. Dalam batas T 0 0 → integral di Persamaan (4) adalah terbatas. Sehingga kita dapat mengambil
T 0 = 0 dan menulis
riskailham11.wordpress.com
Page 47
(5)
2. nilai S (0, X) adalah independen dari X. Dalam bentuk matematika
(6)
Jadi persamaan. (5) dapat lebih disederhanakan
(7)
Persamaan (6) juga dapat dirumuskan sebagai
(8)
Dengan kata: pada nol mutlak semua proses isotermal yang isentropik. Persamaan. (8) adalah
formulasi matematis dari hukum ketiga.
3: sebagai salah satu bebas untuk memilih nol entropi akan lebih mudah untuk mengambil
(9)
sehingga persamaan. (7) tereduksi menjadi bentuk akhir
(10)
Makna fisik Persamaan. (9) adalah lebih dari sekedar pilihan yang nyaman dari nol entropi. Hal ini
karena urutan yang sempurna nol kelvin seperti yang dijelaskan sebelumnya.
Konsekuensi dari hukum ketiga
riskailham11.wordpress.com
Page 48
Gambar 1 Sisi Kiri: Absolute nol dapat dicapai dalam jumlah terbatas langkah-langkah jika S (0, X
1) ≠ S (0, X 2). Kanan: Sebuah jumlah tak terbatas langkah ini diperlukan karena S (0, X 1) = S (0, X 2).
Hukum ketiga adalah setara dengan pernyataan bahwa
"Tidak mungkin dengan prosedur apapun, tidak peduli seberapa ideal, untuk mengurangi
suhu sistem apapun ke nol suhu dalam jumlah terbatas operasi terbatas".
Alasan bahwa T = 0 tidak dapat dicapai sesuai dengan hukum ketiga dijelaskan sebagai berikut:
Misalkan suhu suatu zat dapat dikurangi dalam proses isentropik dengan mengubah parameter X
dari X 2 X 1. Salah satu bisa memikirkan multistage demagnitization nuklir setup dimana medan
magnet dihidupkan dan dimatikan dengan cara yang terkontrol. [8] Jika akan ada perbedaan entropi
pada nol mutlak T = 0 dapat dicapai dalam jumlah terbatas langkah. Namun, pada T = 0 tidak ada
perbedaan entropi sehingga jumlah tak terbatas langkah akan diperlukan. Proses ini diilustrasikan
dalam Gambar 1.
panas spesifik
Misalkan bahwa kapasitas panas dari sampel di wilayah LT dapat didekati dengan C (T, X) = C 0 T
α,
maka
(11)
Integral terbatas untuk T
pada nol mutlak
0
→ 0 jika α> 0. Jadi kapasitas panas dari semua zat harus pergi ke nol
riskailham11.wordpress.com
Page 49
(12)
Panas spesifik molar pada volume konstan dari gas ideal monoatomik klasik, seperti helium pada
suhu kamar, diberikan oleh C V = (3/2) R dengan R molar gas ideal konstan. Pergantian dalam Pers.
(4) memberikan
(13)
Dalam batas T 0 0 → ini menyimpang ekspresi. Jelas kapasitas panas konstan tidak memenuhi
persamaan. (12). Ini berarti bahwa gas dengan kapasitas panas yang konstan sepanjang jalan ke nol
mutlak melanggar hukum ketiga termodinamika.
Konflik diselesaikan sebagai berikut: Pada suhu tertentu sifat quantum dari materi mulai
mendominasi perilaku. Partikel Fermi mengikuti Fermi-Dirac statistik Bose dan partikel mengikuti
statistik Bose-Einstein . Dalam kedua kasus kapasitas panas pada suhu rendah tidak lagi suhu
independen, bahkan untuk gas ideal. Untuk gas Fermi
(14)
dengan temperatur Fermi T F diberikan oleh
(15)
Berikut N adalah bilangan Avogadro, V m volume molar, dan M massa molar.
Untuk gas Bose
(16)
dengan T B diberikan oleh
(17)
riskailham11.wordpress.com
Page 50
Spesifik memanaskan diberikan oleh Persamaan (14) dan. (16) keduanya memenuhi persamaan.
(12).
Tekanan uap
Cairan hanya dekat nol mutlak adalah ³ Dia dan ⁴ Dia. Panas mereka penguapan memiliki nilai
membatasi diberikan oleh
(18)
dengan L 0 dan C konstanta p. Jika kita menganggap wadah, sebagian diisi dengan cairan dan
sebagian gas, entropi dari campuran cairan-gas
(19)
di mana S l (T) adalah entropi cairan dan x adalah fraksi gas. Jelas perubahan entropi selama masa
transisi cair-gas (x dari 0 ke 1) divergen dalam batas T → 0. Ini melanggar Persamaan. (8). Alam
memecahkan paradoks ini sebagai berikut: pada suhu di bawah sekitar 50 mK tekanan uap yang
sangat rendah sehingga kepadatan gas lebih rendah dari vakum terbaik di alam semesta. Dengan
kata lain: di bawah 50 mK ada cukup gas di atas cairan.
Laten panas mencair
Kurva pencairan dari ³ Dia dan ⁴ Dia baik memperpanjang turun ke nol mutlak pada tekanan
terbatas. Pada tekanan mencair cair dan padat berada dalam kesetimbangan. Hukum yang ketiga
menuntut bahwa entropi dari padat dan cair yang sama pada T = 0. Akibatnya panas laten pencairan
adalah nol dan kemiringan kurva leleh mengekstrapolasikan untuk nol sebagai hasil dari persamaan
Clausius-Clapeyron .
koefisien ekspansi termal
Koefisien ekspansi termal didefinisikan sebagai
(20)
Dengan hubungan Maxwell
riskailham11.wordpress.com
Page 51
(21)
dan persamaan (8) dengan X = p. terlihat bahwa
(22)
Jadi koefisien ekspansi termal dari semua bahan harus pergi ke nol nol kelvin.
2.8 Siklus Termodinamika
Sebuah siklus termodinamika terdiri dari serangkaian proses termodinamika mentransfer
panas dan kerja, sementara memvariasikan tekanan, temperatur, dan variabel negara lainnya,
akhirnya mengembalikan sistem ke keadaan awal. Dalam proses melalui siklus ini, sistem dapat
melakukan bekerja pada sekitarnya, sehingga bertindak sebagai mesin panas .
Jumlah negara tergantung hanya pada keadaan termodinamika , dan variasi kumulatif sifat
tersebut menambahkan hingga nol selama siklus. Proses kuantitas (jumlah atau path), seperti panas
dan kerja adalah proses tergantung, dan panas kumulatif dan pekerjaan non-nol. The hukum
pertama termodinamika menyatakan bahwa masukan panas yang bersih adalah sama dengan output
kerja bersih atas setiap siklus. Sifat mengulangi dari jalur proses memungkinkan untuk terus
beroperasi, membuat siklus konsep penting dalam termodinamika . Siklus termodinamika sering
menggunakan proses quasistatic untuk model kerja dari perangkat yang sebenarnya.
Panas dan bekerja
Dua kelas utama siklus termodinamika adalah kekuatan siklus dan siklus pompa panas.
Siklus Power siklus yang mengubah beberapa masukan panas menjadi kerja mekanik output,
sedangkan siklus panas pompa mentransfer panas dari rendah ke suhu tinggi menggunakan
masukan kerja mekanik. Siklus seluruhnya terdiri dari proses quasistatic dapat beroperasi sebagai
kekuatan atau siklus pompa panas dengan mengendalikan arah proses. Pada diagram Volume
tekanan atau diagram temperatur entropi , yang searah jarum jam dan berlawanan arah
menunjukkan kekuasaan dan siklus pompa panas, masing-masing.
Hubungan dengan bekerja
riskailham11.wordpress.com
Page 52
Contoh diagram PV dari siklus termodinamika.
Karena variasi bersih properti negara selama siklus termodinamika adalah nol, membentuk loop
tertutup pada diagram PV. Sebuah diagram PV sumbu Y menunjukkan tekanan (P) dan sumbu X
menunjukkan volume (V). Daerah tertutup oleh loop adalah kerja (W) yang dilakukan oleh proses:
Pekerjaan ini sama dengan keseimbangan panas (Q) ditransfer ke dalam sistem:
Persamaan (2) membuat proses siklus mirip dengan proses isotermal : meskipun perubahan energi
internal selama proses siklik, ketika proses siklik selesai energi sistem adalah sama dengan energi
itu ketika proses dimulai.
Jika proses siklus bergerak searah jarum jam di sekitar loop, maka W akan positif, dan itu
merupakan mesin panas . Jika bergerak berlawanan, maka W akan negatif, dan itu merupakan
pompa panas .
Kekuatan siklus
Diagram Panas mesin.
Siklus kekuasaan Termodinamika merupakan dasar untuk pengoperasian mesin panas, yang
memasok sebagian besar dunia tenaga listrik dan menjalankan sebagian besar kendaraan bermotor .
riskailham11.wordpress.com
Page 53
Siklus daya dapat dibagi sesuai dengan tipe mesin panas mereka berusaha untuk model. Yang
paling umum bahwa model siklus mesin pembakaran internal adalah siklus Otto , yang model
mesin bensin dan siklus Diesel , yang model mesin diesel . Siklus bahwa model mesin pembakaran
eksternal meliputi siklus Brayton , yang model turbin gas , dan siklus Rankine , yang model turbin
uap .
Siklus termodinamika searah jarum jam ditunjukkan oleh panah menunjukkan bahwa siklus
merupakan mesin panas. Siklus ini terdiri dari empat negara (titik ditunjukkan oleh salib) dan
proses termodinamika empat (baris).
Misalnya tekanan-volume kerja mekanik dilakukan dalam siklus mesin panas, terdiri dari 4
proses termodinamika, adalah:
Jika tidak ada perubahan volume yang terjadi dalam proses 4 -> 1 dan 2 -> 3, persamaan (3)
disederhanakan menjadi:
siklus pompa panas
riskailham11.wordpress.com
Page 54
Siklus panas Termodinamika pompa adalah model untuk pompa panas dan lemari es . Perbedaan
antara keduanya adalah bahwa pompa panas dimaksudkan untuk menjaga tempat yang hangat saat
lemari es dirancang untuk mendinginkannya. Siklus refrigerasi yang paling umum adalah siklus
kompresi uap , yang model sistem yang menggunakan refrigeran yang fase perubahan. The siklus
refrigerasi absorpsi merupakan alternatif yang menyerap refrigeran dalam larutan cair daripada
menguap itu. Gas siklus refrigerasi termasuk siklus Brayton terbalik dan siklus Hampson-Linde .
Regenerasi dalam pendingin gas memungkinkan untuk pencairan gas .
Pemodelan sistem nyata
Contoh sistem nyata dimodelkan dengan proses ideal: PV dan TS diagram siklus Brayton dipetakan
ke proses aktual dari mesin turbin gas
Siklus termodinamika dapat digunakan untuk model perangkat nyata dan sistem, biasanya
dengan membuat serangkaian asumsi. asumsi penyederhanaan sering diperlukan untuk mengurangi
masalah ke bentuk yang lebih mudah dikelola. Sebagai contoh, seperti yang ditunjukkan pada
gambar, perangkat seperti turbin gas atau mesin jet dapat dimodelkan sebagai siklus Brayton .
Perangkat yang sebenarnya terdiri dari serangkaian tahap, masing-masing itu sendiri dimodelkan
sebagai proses termodinamika ideal. Meskipun setiap tahap yang bekerja pada fluida kerja adalah
perangkat nyata yang kompleks, mereka dapat dimodelkan sebagai proses ideal yang mendekati
perilaku nyata mereka. Asumsi selanjutnya adalah bahwa gas buang akan diteruskan kembali
melalui inlet dengan kerugian yang sesuai panas, sehingga menyelesaikan siklus ideal.
Perbedaan antara siklus ideal dan performa sebenarnya dapat menjadi signifikan. [2] Sebagai contoh,
gambar berikut menggambarkan perbedaan dalam output kerja diprediksi oleh ideal siklus Stirling
dan kinerja aktual dari mesin Stirling:
riskailham11.wordpress.com
Page 55
Ideal Stirling siklus
Realisasi kinerja
Aktual dan ideal dilapis,
menunjukkan perbedaan
dalam output kerja
Sebagai hasil kerja diwakili oleh interior siklus, ada perbedaan yang signifikan antara output kerja
prediksi siklus ideal dan output kerja yang sebenarnya ditunjukkan oleh mesin nyata. Hal ini juga
dapat diamati bahwa proses individu nyata menyimpang dari rekan-rekan ideal mereka, misalnya,
ekspansi isochoric (proses 1-2) terjadi dengan beberapa perubahan volume aktual.
siklus termodinamika terkenal
Dalam prakteknya, sederhana siklus termodinamika ideal biasanya terbuat dari empat proses
termodinamika . Setiap proses termodinamika dapat digunakan. Namun, ketika siklus ideal
dimodelkan, seringkali proses di mana satu variabel negara dipertahankan konstan digunakan,
seperti proses isotermal (suhu konstan), proses isobaric (tekanan konstan), proses isochoric (volume
konstan), proses isentropik (entropi konstan) , atau proses isenthalpic (entalpi konstan). Seringkali
proses adiabatik juga digunakan, di mana tidak ada panas yang dipertukarkan.
Beberapa siklus termodinamika contoh dan proses konstituen mereka adalah sebagai berikut:
Proses 2-3
Proses 4-1
Proses 1-2
Proses 3-4
Sepeda
(Penambahan
(Penolakan
(Compression)
(Ekspansi)
Panas)
Panas)
Catatan
Daya siklus normal dengan pembakaran eksternal - atau siklus pompa panas:
Bell
adiabatik
Coleman
isobarik
adiabatik
Carnot isentropik
isotermal
isentropik isotermal
Ericsson isotermal
isobarik
isotermal
riskailham11.wordpress.com
isobarik
isobarik
Sebuah Brayton siklus
terbalik
kedua Ericsson siklus dari
Page 56
1853
Rankine adiabatik
isobarik
adiabatik
isobarik
Scuderi adiabatik
variabel
tekanan
dan volume
adiabatik
isochoric
Stirling isotermal
isochoric
isotermal
isochoric
Stoddard adiabatik
isobarik
adiabatik
isobarik
Mesin uap
Daya siklus normal dengan pembakaran internal :
Brayton adiabatik
isobarik
adiabatik
isobarik
adiabatik
isobarik
adiabatik
isochoric
Disel
Lenoir
isobarik
Minyak
adiabatik
mawar
isochoric
adiabatik
isochoric
adiabatik
Mesin jet
versi pembakaran eksternal
siklus ini dikenal sebagai
pertama siklus Ericsson dari
1.833
Pulse jet
(Catatan: Proses 1-2
menyelesaikan keduanya
penolakan panas dan
kompresi)
isochoric
Bensin / mesin
Siklus Ideal
Sebuah ilustrasi dari sebuah mesin panas siklus yang ideal (panah searah jarum jam).
Sebuah siklus yang ideal dibangun dari:
riskailham11.wordpress.com
Page 57
1. TOP dan BOTTOM dari loop: sepasang proses isobaric paralel
2. KIRI dan KANAN dari loop: sepasang proses paralel isochoric
Carnot siklus
The Siklus Carnot adalah siklus terdiri dari benar-benar proses reversibel dari isentropik
kompresi dan ekspansi dan isotermal Selain panas dan penolakan. The Efisiensi termal dari siklus
Carnot hanya bergantung pada suhu mutlak dari dua waduk di mana perpindahan panas
berlangsung, dan untuk siklus daya:
dimana
adalah suhu terendah siklus dan
koefisien kinerja untuk pompa panas adalah:
tertinggi. Untuk siklus Carnot listrik dengan
dan untuk kulkas koefisien kinerja adalah:
Hukum kedua termodinamika membatasi efisiensi dan COP untuk semua perangkat siklik ke
tingkat pada atau di bawah efisiensi Carnot. The Siklus Stirling dan siklus Ericsson adalah dua
siklus reversibel lainnya yang menggunakan regenerasi untuk mendapatkan perpindahan panas
isotermal.
Stirling siklus
Siklus Stirling adalah seperti siklus Otto, kecuali bahwa adiabats diganti dengan isoterm. Hal ini
juga sama dengan siklus Ericsson dengan proses isobaric diganti untuk proses volume konstan.
1. TOP dan BOTTOM dari loop: sepasang kuasi-paralel proses isotermal
2. KIRI dan KANAN sisi loop: sepasang proses paralel isochoric
Panas mengalir ke loop melalui isoterm atas dan isochore kiri, dan beberapa dari panas ini mengalir
kembali keluar melalui isoterm bawah dan isochore yang tepat, tetapi sebagian besar aliran panas
adalah melalui sepasang isoterm. Hal ini masuk akal karena semua pekerjaan yang dilakukan oleh
siklus dilakukan oleh sepasang proses isotermal, yang dijelaskan oleh Q = W. Hal ini menunjukkan
bahwa semua panas bersih masuk melalui isoterm atas. Bahkan, semua panas yang datang melalui
riskailham11.wordpress.com
Page 58
isochore kiri keluar melalui isochore yang tepat: karena isoterm atas adalah semua pada suhu yang
lebih hangat yang sama
dan isoterm bawah adalah semua pada temperatur dingin yang sama
, Dan karena perubahan dalam energi untuk isochore suatu sebanding dengan perubahan suhu, maka
semua panas yang masuk melalui isochore kiri dibatalkan tahu persis oleh panas akan keluar
isochore yang tepat.
2.9 Tabel persamaan termodinamika
jumlah pokok Umum
Kuantitas (Nama umum / s)
(Umum) Simbol /
s
N
SI Unit
Dimensi
berdimensi
berdimensi
mol
[N]
T
K
[Θ]
Panas Energi
Q, q
J
[M] [L] 2 [T] -2
Laten Panas
QL
J
[M] [L] 2 [T] -2
Jumlah molekul
Jumlah mol
n
Suhu
jumlah berasal Umum
Kuantitas (Nama
umum / s)
(Umum)
Mendefinisikan Persamaan
Simbol / s
SI Unit
Dimensi
J -1
[T] 2 [M] -1
[L] -2
S
JK -1
[M] [L] 2 [T]
-2
[Θ] -1
Negentropy
J
JK
-1
[M] [L] 2 [T]
-2
[Θ] -1
Energi internal
U
J
Entalpi
H
J
Partisi Fungsi
Z
berdimensi berdimensi
Termodinamika beta
β
suhu, Inverse
Entropi
Energi bebas Gibbs G
J
[M] [L] 2 [T]
-2
[M] [L] 2 [T]
-2
[M] [L] 2 [T]
-2
Kimia potensial (dari
komponen i dalam
campuran)
riskailham11.wordpress.com
μi
J
[M] [L] 2 [T]
-2
(N i, S, V semua harus
Page 59
konstan)
Energi bebas
Helmholtz
Sebuah F,
Landau potensial ,
Ω
Landau Gratis
Energy
Potensi besar
Massieu Potensi,
Helmholtz gratis
entropi
[M] [L] 2 [T]
J
-2
[M] [L] 2 [T]
J
-2
[M] [L] 2 [T]
ΦG
J
Φ
JK -1
[M] [L] 2 [T]
-2
[Θ] -1
-1
[M] [L] 2 [T]
-2
[Θ] -1
Planck potensial,
Ξ
Gibbs bebas entropi
JK
-2
Thermal sifat materi
Kuantitas (Umum)
(nama umum simbol /
/ s)
s
Umum panas
/ kapasitas C
termal
Mendefinisikan persamaan
SI unit
Dimensi
-1
[M] [L] 2
[T] -2 [Θ] -1
JK -1
[M] [L] 2
[T] -2 [Θ] -1
Kapasitas
panas spesifik C mp
(isobarik)
J kg -1 K -1
[L] 2 [T] -2
[Θ] -1
Molar
kapasitas
C np
panas spesifik
(isobarik)
[M] [L] 2
JK -1 mol -1 [T] -2 [Θ] -1
[N] -1
Kapasitas
panas
(isobarik)
Cp
Kapasitas
panas
CV
(isochoric /
volumetrik)
Kapasitas
panas spesifik C mV
(isochoric)
riskailham11.wordpress.com
JK
JK -1
[M] [L] 2
[T] -2 [Θ] -1
J kg -1 K -1
[L] 2 [T] -2
[Θ] -1
Page 60
Molar
kapasitas
C nV
panas spesifik
(isochoric)
[M] [L] 2
JK -1 mol -1 [T] -2 [Θ] -1
[N] -1
Spesifik
L
panas laten
J kg -1
Rasio
isobarik
terhadap
kapasitas
panas
γ
isochoric,
panas rasio
kapasitas
indeks,
adiabatik
berdimensi berdimensi
[L] 2 [T] -2
Thermal transfer
(Umum)
simbol / s
Kuantitas (nama umum / s)
Suhu gradien
Mendefinisikan
persamaan
Tidak ada
simbol
standar
K m -1 [Θ] [L] -1
Konduksi termal tingkat,
termal saat ini, termal /
P
panas fluks , transfer daya
termal
Thermal intensitas
SI unit Dimensi
W = J s [M] [L] 2
-1
[T] -2
W m -2 [M] [T] -3
Saya
Termal / panas kerapatan
fluks (vektor analog
q
intensitas termal di atas)
W m -2 [M] [T] -3
Persamaan
Fase transisi
Fisik Situasi
Persamaan
Adiabatik transisi
riskailham11.wordpress.com
Page 61
Isotermal transisi
Untuk gas ideal
p 1 = p 2, p = konstanta
Isobarik transisi
V 1 = V 2, V = konstan
Isochoric transisi
Adiabatik ekspansi
Gratis ekspansi
Proses
Pekerjaan dilakukan oleh gas memperluas
Kerja Bersih Selesai dalam Proses Cyclic
Teori Kinetic
Ideal gas persamaan
Fisik Situasi
Tata nama



Ideal gas
hukum




Tekanan gas
ideal

Persamaan
p = tekanan
V = volume kontainer
T = temperatur
n = jumlah mol
N = jumlah molekul
k = konstanta
Boltzmann
m = massa satu
molekul
M m = massa molar
riskailham11.wordpress.com
Page 62
gas Ideal
Kuant
Isobarik Isochoric
Persamaan Umum
itas
Δp=0
ΔV=0
Isoterm
al
ΔT=0
Adiabatik
Beker
ja
W
Panas
Kapas (Seperti untuk gas
nyata)
itas
C
(Untuk
(Untuk
gas ideal gas ideal
monoato monoatom
mik)
ik)
Energ
i
intern
al
ΔU
Ental
pi
ΔH
Entro
pi
ΔS
[1]
Konst
an
Entropi


, Di mana k B adalah konstanta Boltzmann , dan Ω menunjukkan volume
macrostate di ruang fase atau probabilitas termodinamika dinyatakan disebut.
, Untuk proses reversibel hanya
riskailham11.wordpress.com
Page 63
Statistik fisika
Di bawah ini adalah hasil yang bermanfaat dari distribusi Maxwell-Boltzmann untuk gas ideal, dan
implikasi dari jumlah Entropy. Distribusi ini berlaku untuk atom atau molekul merupakan gas yang
ideal.
Fisik Situasi
Tata nama



MaxwellBoltzmann
distribusi

Persamaan
v = kecepatan
atom / molekul,
m = massa setiap
molekul (semua
molekul adalah
identik dalam
Non-relativistik kecepatan
teori kinetik),
γ (p) = Faktor
Lorentz sebagai
fungsi dari
momentum (lihat
di bawah)
Relativistik kecepatan (Maxwell-Juttner
Rasio termal
distribusi)
untuk beristirahat
massa-energi
setiap molekul:
K 2 adalah Modifikasi
fungsi Bessel jenis
kedua.

Entropi
Logaritma dari
kepadatan
negara

P i = probabilitas
sistem di
microstate i
Ω = jumlah
di mana:
microstates
Entropi
perubahan
Entropik
riskailham11.wordpress.com
Page 64
kekuatan
Rata-rata energi kinetik per derajat kebebasan
Equipartition
teorema

d f = derajat
kebebasan
Energi internal
Kololari dari distribusi non-relativistik Maxwell-Boltzmann di bawah.
Fisik Situasi
Tata nama
Persamaan
Berarti kecepatan
Root mean
kecepatan persegi
Modal kecepatan


Berarti jalan bebas

σ = penampang Efektif
n = Volume kepadatan
jumlah partikel sasaran
ℓ = jalan bebas Rata-Rata
proses Kuasi-statis dan reversibel
Untuk kuasi-statis dan reversibel proses, hukum pertama termodinamika adalah:
di mana δ Q adalah panas yang dipasok ke sistem dan δ W adalah kerja yang dilakukan oleh sistem.
potensi Termodinamika
Energi berikut ini disebut potensi termodinamika ,
Nama
Simbol
Rumus
Natural variabel
Energi internal
riskailham11.wordpress.com
Page 65
Energi bebas Helmholtz
Entalpi
Energi bebas Gibbs
Landau Potensi (potensial Grand)
,
dan terkait hubungan termodinamika mendasar atau "persamaan master" [2] adalah:
Potensi
Diferensial
Energi internal
Entalpi
Energi bebas Helmholtz
Energi bebas Gibbs
hubungan Maxwell
Empat yang paling umum hubungan Maxwell adalah:
Fisik Situasi
Tata nama

=
internal energi

Termodinamika
potensi sebagai fungsi
dari variabel alami
mereka
Persamaan
=
Entalpi

=
energi bebas
Helmholtz

=
energi bebas
Gibbs
Hubungan mencakup berikut ini.
riskailham11.wordpress.com
Page 66
Persamaan diferensial lainnya adalah:
Nama
H
U
G
GibbsHelmhol
tz
persama
an
Quantum properti


Dibedakan Partikel
di mana N adalah jumlah partikel, h adalah konstanta Planck , I adalah momen inersia , dan Z
adalah fungsi partisi , dalam berbagai bentuk:
Derajat kebebasan
Partisi Fungsi
Terjemahan
Getaran
Rotasi
riskailham11.wordpress.com
Page 67



di mana:
σ = 1 ( molekul heteronuklir )
σ = 2 ( homonuclear )
Thermal sifat materi
Koefisien
Persamaan
JouleThomson
koefisien
Kompresibilit
as (suhu
konstan)
Koefisien
ekspansi
termal
(tekanan
konstan)
Kapasitas
panas
(tekanan
konstan)
Kapasitas
panas (volume
konstan)
Derivasi dari kapasitas panas (tekanan konstan)
Sejak
riskailham11.wordpress.com
Page 68
Derivasi dari kapasitas panas (volume konstan)
Sejak
(Di mana δ W rev adalah kerja yang dilakukan oleh sistem),
Thermal transfer
Fisik Situasi
Tata nama

Net intensitas emisi /
penyerapan



Energi internal dari
suatu zat


Meyer persamaan
riskailham11.wordpress.com

Persamaan
T = temperatur eksternal
eksternal (di luar sistem)
T = sistem internal yang
suhu (dalam sistem)
ε = emmisivity
C V = isovolumetric
kapasitas panas dari
substansi
Δ T = perubahan suhu zat
C p = kapasitas panas
isobarik
C V = isovolumetric
kapasitas panas
Page 69

n = jumlah mol
Seri

Efektif termal
konduktivitas

λ i = konduktivitas termal
zat i
λ bersih konduktivitas termal
= setara
Paralel
efisiensi termal
Fisik Situasi
Tata nama



Termodinamika
mesin



Persamaan
η = efisiensi
W = kerja yang
dilakukan oleh mesin
Q H = energi panas
Termodinamika Mesin:
pada reservoir suhu
tinggi
Q C = energi panas
pada reservoir suhu
Carnot mesin efisiensi:
yang lebih rendah
T H = suhu suhu yang
lebih tinggi. waduk
T C = suhu suhu yang
lebih rendah. waduk
Pendinginan kinerja

Pendinginan
K = koefisien kinerja
pendinginan
Carnot pendingin kinerja


v
t
riskailham11.wordpress.com
Page 70

e
Cabang fisika

Divisi

Eksperimental fisika
Teoritis fisika

Klasik mekanika
o
o
o

Energi
dan gerak



Inti





Gelomba
ng dan
bidang




Fisik ilmu
dan
Terapa
matemati
n
ka
Continuum mekanik
Celestial mekanika
Mekanika statistika
Termodinamika
Mekanika zat cair dan
gas
Biomekanika
Mekanika kuantum
Gravitasi
Elektromagnetisme
Quantum teori medan
Kenisbian
o
o









Newtonian mekanik
Lagrangian
mekanika
Hamiltonian
mekanik
Relativitas khusus
Relativitas umum
Akustik
Fisika perbintangan
Atom, molekul, dan
optik fisika
Atom fisika
Kimia fisika
Komputasi fisika
Publikasi materi fisika
Tinggi fisika energi
Matematika fisika
Optik
Fisika plasma
riskailham11.wordpress.com
Page 71

Biofisika
o
o
Biologi ,
geologi ,
ekonomi
Medis fisika
Neurophysics

Agrophysics

Atmosfer fisika
Econophysics
Geofisika
o


Tanah fisika
Diperoleh dari "
http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Table_of_thermodynamic_equations&oldid=517291259
"
BAB III
Penutup
3.1 Kesimpulan
Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika, yaitu:

Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika
Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka
ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya.

Hukum Pertama Termodinamika
Hukum ini terkait dengan kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan energi dalam dari
suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke
dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem.

Hukum kedua Termodinamika
Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa total entropi
dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan
meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya.
riskailham11.wordpress.com
Page 72

Hukum ketiga Termodinamika
Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa
pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi
sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda
berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.
3.2 Daftar Pustaka
HALLIDAY, RESNICK, WALKER. “ DASAR – DASAR FISIKA “
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/firlaw.html
http://thermodynamicslaw.blogspot.com/2011/12/about-thermodynamics-2.html
http://bowlesphysics.com/images/AP_Physics_B_-_Thermodynamics.ppt
http://en.wikipedia.org/wiki/Thermodynamic_process
http://www.transtutors.com/physics-homework-help/thermal-physics/thermodynamic-process.aspx
http://www.britannica.com/EBchecked/topic/591572/thermodynamics/258543/Isothermal-andadiabatic-processes
http://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=id&langpair=en|id&rurl=translate.g
oogle.co.id&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Carnot%27s_theorem_%28thermodynamics%29&usg=
ALkJrhhjGR0dbJfOPksDTa28M7Vb3TQ7TA
http://en.wikipedia.org/wiki/Thermodynamics
http://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=id&langpair=en|id&rurl=translate.g
oogle.co.id&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Pressure&usg=ALkJrhhXCqhmEjd0Yfm_ej3yZy0v_S9nA
http://www.fisikanet.lipi.go.id/utama.cgi?cetakartikel&1112756344
http://didot4com.wordpress.com/animasi-fisika/
http://subkioke.wordpress.com/download/download-animasi-flash/
http://blogfisikaku.wordpress.com/category/animasi-fisika/
http://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=6&hl=id&langpair=en|id&rurl=translate.g
oogle.com&twu=1&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Entropy&usg=ALkJrhiWhhcRmymmctC6nuX
AZgzmds97XQ
http://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=6&hl=id&langpair=en|id&rurl=translate.g
oogle.com&twu=1&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Free_entropy&usg=ALkJrhiD5ZCpKZSFYSij
DSWQuVVlNMW3YQ
http://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=6&hl=id&langpair=en|id&rurl=translate.g
oogle.com&twu=1&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Entropy_%28classical_thermodynamics%29&u
sg=ALkJrhio3ebSUjZj1zB7FLgwzw48hN0ugA
riskailham11.wordpress.com
Page 73
Latihan Soal
Soal No. 1
Suatu gas memiliki volume awal 2,0 m3 dipanaskan dengan kondisi isobaris hingga volume
akhirnya menjadi 4,5 m3. Jika tekanan gas adalah 2 atm, tentukan usaha luar gas tersebut!
(1 atm = 1,01 x 105 Pa)
Pembahasan
Data :
V2 = 4,5 m3
V1 = 2,0 m3
P = 2 atm = 2,02 x 105 Pa
Isobaris → Tekanan Tetap
W = P (ΔV)
W = P(V2 − V1)
W = 2,02 x 105 (4,5 − 2,0) = 5,05 x 105 joule
Soal No. 2
1,5 m3 gas helium yang bersuhu 27oC dipanaskan secara isobarik sampai 87oC. Jika tekanan gas
helium 2 x 105 N/m2 , gas helium melakukan usaha luar sebesar….
A. 60 kJ
B. 120 kJ
C. 280 kJ
D. 480 kJ
E. 660 kJ
(Sumber Soal : UMPTN 1995)
Pembahasan
Data :
V1 = 1,5 m3
T1 = 27oC = 300 K
riskailham11.wordpress.com
Page 74
T2 = 87oC = 360 K
P = 2 x 105 N/m2
W = PΔV
Mencari V2 :
V
V
2/T2 = 1/T1
V
V2 = ( 1/T1 ) x T2 = ( 1,5/300 ) x 360 = 1,8 m3
W = PΔV = 2 x 105(1,8 − 1,5) = 0,6 x 105 = 60 x 103 = 60 kJ
Soal No. 3
2000
/693 mol gas helium pada suhu tetap 27oC mengalami perubahan volume dari 2,5 liter menjadi 5
liter. Jika R = 8,314 J/mol K dan ln 2 = 0,693 tentukan usaha yang dilakukan gas helium!
Pembahasan
Data :
n = 2000/693 mol
V2 = 5 L
V1 = 2,5 L
T = 27oC = 300 K
Usaha yang dilakukan gas :
W = nRT ln (V2 / V1)
W = (2000/693 mol) ( 8,314 J/mol K)(300 K) ln ( 5 L / 2,5 L )
W = (2000/693) (8,314) (300) (0,693) = 4988,4 joule
Soal No. 4
Mesin Carnot bekerja pada suhu tinggi 600 K, untuk menghasilkan kerja mekanik. Jika mesin
menyerap kalor 600 J dengan suhu rendah 400 K, maka usaha yang dihasilkan adalah….
A. 120 J
B. 124 J
C. 135 J
D. 148 J
E. 200 J
(Sumber Soal : UN Fisika 2009 P04 No. 18)
Pembahasan
η = ( 1 − Tr / Tt ) x 100 %
Hilangkan saja 100% untuk memudahkan perhitungan :
η = ( 1 − 400/600) = 1/3
η = ( W / Q1 )
1
/3 = W/600
W = 200 J
Soal No. 5
Diagram P−V dari gas helium yang mengalami proses termodinamika ditunjukkan seperti gambar
berikut!
riskailham11.wordpress.com
Page 75
Usaha yang dilakukan gas helium pada proses ABC sebesar….
A. 660 kJ
B. 400 kJ
C. 280 kJ
D. 120 kJ
E. 60 kJ
(Sumber Soal : UN Fisika 2010 P04 No. 17)
Pembahasan
WAC = WAB + WBC
WAC = 0 + (2 x 105)(3,5 − 1,5) = 4 x 105 = 400 kJ
Soal No. 6
Suatu mesin Carnot, jika reservoir panasnya bersuhu 400 K akan mempunyai efisiensi 40%. Jika
reservoir panasnya bersuhu 640 K, efisiensinya…..%
A. 50,0
B. 52,5
C. 57,0
D. 62,5
E. 64,0
(Sumber Soal : SPMB 2004)
Pembahasan
Data pertama:
η = 40% = 4 / 10
Tt = 400 K
Cari terlebih dahulu suhu rendahnya (Tr) hilangkan 100 % untuk mempermudah perhitungan:
η = 1 − (Tr/Tt)
4
/ 10 = 1 − (Tr/400)
(Tr/400) = 6 / 10
Tr = 240 K
Data kedua :
Tt = 640 K
Tr = 240 K (dari hasil perhitungan pertama)
η = ( 1 − Tr/Tt) x 100%
η = ( 1 − 240/640) x 100%
η = ( 5 / 8 ) x 100% = 62,5%
riskailham11.wordpress.com
Page 76
Soal No. 7
Perhatikan gambar berikut ini!
Jika kalor yang diserap reservoir suhu tinggi adalah 1200 joule, tentukan :
a) Efisiensi mesin Carnot
b) Usaha mesin Carnot
c) Perbandingan kalor yang dibuang di suhu rendah dengan usaha yang dilakukan mesin Carnot
d) Jenis proses ab, bc, cd dan da
Pembahasan
a) Efisiensi mesin Carnot
Data :
Tt = 227oC = 500 K
Tr = 27oC = 300 K
η = ( 1 − Tr/Tt) x 100%
η = ( 1 − 300/500) x 100% = 40%
b) Usaha mesin Carnot
η = W/Q1
4
/10 = W/1200
W = 480 joule
c) Perbandingan kalor yang dibuang di suhu rendah dengan usaha yang dilakukan mesin Carnot
Q2 = Q1 − W = 1200 − 480 = 720 joule
Q2 : W = 720 : 480 = 9 : 6 = 3 : 2
d) Jenis proses ab, bc, cd dan da
ab → pemuaian isotermis (volume gas bertambah, suhu gas tetap)
bc → pemuaian adiabatis (volume gas bertambah, suhu gas turun)
cd → pemampatan isotermal (volume gas berkurang, suhu gas tetap)
da → pemampatan adiabatis (volume gas berkurang, suhu gas naik)
Soal No. 8
riskailham11.wordpress.com
Page 77
Suatu gas ideal mengalami proses siklus seperti pada gambar P − V di atas. Kerja yang dihasilkan
pada proses siklus ini adalah….kilojoule.
A. 200
B. 400
C. 600
D. 800
E. 1000
Pembahasan
W = Usaha (kerja) = Luas kurva siklus = Luas bidang abcda
W = ab x bc
W = 2 x (2 x 105) = 400 kilojoule
riskailham11.wordpress.com
Page 78