KONSEP TEMPERATUR, PANAS DAN TERMODINAMIKA

1. KONSEP TEMPERATUR
2
Temperatur adalah derajat panas suatu benda. Dua benda dikatakan
berada dalam keseimbangan termal apabila temperaturnya sama.
Kalor (heat) adalah energi yang mengalir dari benda yang
bertemperatur tinggi ke benda yang bertemperatur rendah.
Menurut hukum ke Nol Termodinamika :
Jika benda A berada dalam keseimbangan termal dengan benda B,
sedang B setimbang termal dengan benda C, maka ketiga benda
dalam keseimbangan termal satu terhadap lainnya.
SKALA TEMPERATUR
3
Untuk mengukur temperatur digunakan termometer yang
memanfaatkan sifat bahan tertentu yang memuai jika
temperaturnya naik, misalkan bahan Air Raksa (Hg)
Skala temperatur ditentukan oleh dua suhu referensi.
1. Titik Beku Air
Suhu dimana air membeku pada tekanan satu atmosfer (1
atm).
2. Titik Didih Air
Suhu dimana air mendidih pada tekanan satu atmosfer (1
atm).

Beberapa Skala Temperatur
4
Celcius
Titik didih air
Titik beku air
Fahrenheit
Kelvin
Rankin
100
212
373
672
0
32
273
492
Konversi Skala Temperatur
5

Skala temperatur merupakan skala linier, sehingga hubungan antara
penujukan suhu benda menurut masing-masing Termometer merupakan
hubungan linier.

Satuan suhu menurut sistem satuan internasional adalah kelvin (K).

T2 = a T1 + b
Berdasarkan data titik beku dan titik didih air, dapat diperoleh nilai a dan
b.

Sebagai suatu contoh :
K = C + 273
F = 1,8 C + 32
RK = 1,8 C + 492
Tugas Tidak Wajib
6
1. Suhu suatu zat cair diukur menggunakan termometer X dan termometer
berskala Celcius. Ketika Celcius menunjukkan 20, termometer X
menunjukkan 68. Sedangkan ketika Celcius menunjukkan 60, termometer X
menunjukkan 140. Berdasarkan skala manakah termometer-X tersebut
dibuat ?
2. Ubahlah pernyataan berikut ke dalam satuan internasional : Benda yang
suhuhnya 27 oC dipanaskan hingga suhunya naik 27 oC menjadi 54 oC.
1. Dari gambar diatas, isilah tabel di bawah ini.
Termometer
C
K
F
R
Titik lebur es Titik didih air
( ttb )
( tta )
...
...
…
…
...
...
…
…
Pembagian
skala
( tta – ttb )
...
...
…
…
2. Berdasarkan tabel diatas, maka:
0°C = … K
= … °F
= … °R
3. Menentukan hubungan antara C, K, F,
dan R.
a. Hubungan antara C dengan K.
c
k
C 0
K  273


atau 100  0
...
d
...
C= …
atau
sehingga
K= ….
4. Tentukan hubungan antara dua skala suhu yang lain
Ekspansi termal dari benda padat dan cair
 Fenomena terjadinya peningkatan volume dari suatu materi karena
peningkatan temperatur disebut dengan ekspansi termal.
 Ekspansi termal adalah konsekuensi dari perubahan average
separation antar atom dalam suatu materi.
11
2.1 Muai Panjang
Ukuran suatu benda akan beubah bila suhunya dinaikkan. Kebanyakan benda
berekspansi jika dipanaskan dan menyusut bila didinginkan. Jika Lo adalah panjang
benda mula-mula pada suhu To, berekspansi secara linier pada waktu T dan panjang
L. Maka pertambahan panjangnya L akan sebanding dengan panjang mula-mula Lo,
yaitu
L =  Lo T
, atau : L = Lo (1 +  T )
 = koefisien muai panjang dengan satuan K -1.
Misalnya jika harga  tembaga 17 x 106 /C0 artinya batang tembaga pada 0oC
panjangnya 1 cm, kalau dipanaskan sampai 1oC akan bertambah panjangnya
0,000017 cm.
Pada tingkat mikroskopik, ekspansi termal pada
zat padat ada penambahan jarak pemisahan rataLo
rata di antara atom-atom di dalam zat.
To
L
Untuk bahan isotropik, perubahan panjang untuk
T
sebuah perubahan temperatur adalah sama untuk
L
semua garis di dalam zat.
Contoh:

Suatu penggaris besi dikalibrasi pada suhu 20 °C. Hitung error
dalam pengukuran jika penggaris tersebut digunakan untuk
mengukur sepanjang 500 mm pada temperatur 45 °C. besi=
1,2x10-5 C-1
L/L =  T
L = L  T
L = 500 x10-3 m x 1,2 x10-5 C-1 x 25 °C
L = 1,5x10-4 m = 0,15 mm
13
2.2. Muai Luas
Jika suhu suatu bidang bertambah T, maka luas bidang tersebut
akan bertambah sebedar A,
A =  Ao T
dimana  : koefisien muai luas dengan satuab K
padat isotropik  ≈ 2  )
-1
, (untuk benda
2.3. Muai Volume
Jika suhu suatu bidang bertambah T, maka volume benda akan
bertambah V yang memenuhi hubungan :
V =  Vo T
dimana  : koefisien muai volume dengan satuan K
padat isotropik  ≈ 3  )
-1
, (untuk benda
• Setiap sisi panjang berubah dari L
menjadi L+L = L + L T
• Volume awal = L3
• Volume baru (V+V)
= (L +L)3 = (L + L T)3
= (L (1+ T))3
= L3 (1+  T)3
= V [1+ 3 T+ 3( T) 2 +( T)3]
L L
Ekspansi Volume (lanjutan)
• V+V = V [1+ 3 T+ 3( T) 2 +( T)3]
V / V = [3 T+ 3( T) 2 +( T)3]
• Karena  T < 1 untuk nilai T < 100 °C
maka nilai 3( T) 2 dan ( t )3 dapat
diabaikan. Sehingga:
V / V = 3 T
V = 3 V T
• 3   → V =  V T
L L
Tugas tidak wajib
16
1.
2.
3.
Sebuah lempeng berbentuk lingkaran dipanaskan sehingga
diameternya bertambah 1 %. Berapa % kah pertambahan luasnya
?
Jika digambarkan hubungan antara pertambahan panjang
terhadap suhu untuk suatu benda yang koefisie muainya konstan
(dalam interval yang sangat besar), akan diperoleh kurva garis
lengkung. Tentukan fungsi kelengkungan tersebut ?
Sebuah cincin berongga berupa sebuah
pelat berongga seperti ditunjukkan oleh
gambar di samping ini. Jika cincin
dipanasi, maka ukuran rongganya akan :
a. makin besar
b. makin kecil
c. tetap
3. KALOR DAN PERPINDAHAN KALOR
3.1. Kuantitas Kalor
17
Kalor adalah energi termal yang mengalir dari benda bertemperatur
tinggi ke benda bertemperatur rendah. Satuan kalor adalah Joule, kalori dan
BTU (British Thermal Unit), dimana 1 Kal = 4,186 Joule
Satu kilogram kalori adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk
menaikkan suhu 10 C untuk 1 kilogram air.
Kapasitas kalor C adalah banyaknya kalor yang diserap benda untuk
menaikkan suhu satu satuan suhu (SI = 1 K)
C = Q/T
C = dQ/dT
dimana satuan kapasitas panas (C) adalah kal/oC, Joule/kelvin.
Untuk memperoleh suatu harga kapasitas yang khas didefinisikan
kapasitas kalor spesifik (kalor jenis) c, yaitu kalor yang diperlukan untuk
menaikkan suhu benda per satuan massa per satuan suhu.
c = C/m
c = Q/(m T)
dimana satuan kapasitas panas jenis (c) adalah kal/gram. oC atau J kg-1 K-1.
18
Jumlah kalor yang harus diberikan kepada sebuah benda bermassa m
dan mempunyai kalorjenis c, untuk menaikan temperaturnya adalah :
Tf
Q = m  c dT
Ti
Persamaan ini digunakan dalam prinsip kerja Kalorimeter. Kalorimeter
digunakan untuk mengukur jumlah kalor. Ada dua jenis kalorimeter yaitu
kalorimeter air dan kalorimeter arus kontinu.
Berdasarkan prinsip bahwa kalor yang diberikan sama dengan kalor
yang diterima, maka persamaan yang berlaku adalah :
mL cL (TL - Tw) = (ma ca + mk ck ) (Tw - Tak)
dimana : L = logam tertentu, a = air, k = kalorimeter, w = keadaan akhir
a.
19
3.2. Perpindahan Kalor
Konduksi
Konduksi panas/hantaran adalah perpindahan energi termal atau kalor
dalam molekul zat yang berdekatan tanpa perubahan molekul itu sendiri,
akibat perbedaan temperatur.
H ≡ Q / t
A
T2  T1
H = - k A (dT/dx)
H = k A (T2-T1) / L
T2
T1
dimana :
H = Arus Kalor [joule/s]
k = konduktivitas termal zat
L
[(kkal/detik.m).oC ; J/s.m.K]
b.Konveksi
Konveksi adalah perpindahan panas dari suatu tempat ketempat yang lain
yang dibawa oleh fluida panas itu. Jika fluida yang dipanaskan itu dipompa
/didorong oleh bahan lain disebut konveksi paksa, kalau fluida mengalir
karena perbedaan kerapatan disebabkan perbedaan temperatur disebut
konveksi alamiah/bebas
Laju aliran panas konveksi dinyatakan oleh :
H = hc A t
hc ; koefisien konveksi
c.Radiasi
20
Radiasi
adalah
perpindahan
energi
melalui
gelombang
elektromagnetik. Pemancaran energi ini tidak memerlukan media
material penghantar. Energi ini disebut energi radiasi dalam bentuk
gelombang elektromagnetik, tetapi dengan intensitas berbeda. Benda
hitam (Black Body) adalah benda yang mampu menyerap hampir
seluruh energi radiasi yang menimpanya. Jumlah energi radiasi yang
dipancarkan persatuan waktu persatuan luas oleh benda hitam adalah
I = e  A T4
dimana :
I : daya yang dipancarkan ke satu satuan luas = dP/dA
e : daya pancar permukaan bahan (emisivitas); 0<e<1
 : Konstanta radiasi Stefan-Boltzman (5,67 x 10-8 Watt/ m2.K4 )
T : temperatur (Kelvin)
4. GAS IDEAL DAN TEORI KINETIK
4.1 Hukum-Hukum Gas
21
Hasil eksperimen Boyle menunjukan jika gas temperaturnya dibuat tetap
maka perubahan volume sistem akan diikuti dengan perubahan tekanan.
Sehingga hasil kali volume dan tekanannya tetap .
V1/P
PV = konstan, atau
P1V1 = P2V2 (Hukum Boyle)
Persamaan ini tepat untuk gas ideal yaitu gas yang energi ikat antar
molekulnya dapat diabaikan.
Charles melakukan pendekatan untuk tekanan yang konstan, maka volume
gas akan berbanding lurus terhadap temperatur absolut (273,15 oC). Hasil
yang didapat adalah
VT
Gay-Lussac mengukur koefisien muai ruang pada tekanan konstan. Hasil
percobaannya menunjukkan tekana gas berbanding lurus dengan
temperatur absolut:
PT
4.2. Persamaan Tingkat Keadaan Gas Ideal
Tingkat keadaan sistem dinyatakan sebagai kondisi fisis sistem.
Keadaan sistem bermassa m ditunjukkan oleh besaran P, V, T
[Tekanan, Volume dan Temperatur]. Hubungan ketiga besaran ini
disebut Persamaan Tingkat Keadaan Gas Ideal, yaitu
PV
 konstan
T
(Hukum Boyle-Gay Lussac)
22
Teori Kinetik Gas
23
Model Mikroskopis Gas Ideal
1.
Gas ideal terdiri dari zarah yang jumlahnya amat besar
2.
Zarah-zarah itu tersebar merata dalam sluruh ruang yang tersedia
3.
Zarah-zarah itu senantiasa bergerak secara acak ke segala arah
4.
Jarak antar zarah jauh lebih besar daripada ukuran zarah
5.
Tidak ada gaya interaksi antar zarah kecuali saat terjadi tumbukan
6.
Semua tumbukan bersifat elastis sempurna
7.
Hukum-hukum Newton tentang gerak berlaku.
Secara mikroskopik tekanan gas dicari dengan teori kinetik, dimisalkan sebuah
kotak berisi N partikel.
24
y
l




z
A


x
Seandainya partikel tidak saling bertumbukan,
dan hanya akan bertumbukan pada dinding
kotak
Perubahan momentum untuk satu tumbukan :
(mv) = mvx - (-mvx) = 2 mvx
Selang waktu antara dua kali tumbukan pada
dinding sebesar t = 2l/vx
Gaya rata-rata untuk beberapa tumbukan :
(mv)
2 mvx
mvx 2
F = ——— = ——— = ——
t
2l/vx
l
Gaya pada dinding untuk N partikel
m
m
_
F = — ( vx1 2 + vx2 2 + ….. + vxN 2 ) = — N vx 2
l
l
25
_
_
_
_
_
_
_
dimana v 2 = vx 2 + vy 2 + vz 2 , dan vx 2 = vy 2 = vz 2
_
_
atau v 2 = 3 vx 2
Hasil substitusi diperoleh
_
m
v2
F=— N—
l
3
Tekanan pada dinding menjadi,
_
_
1 Nmv 2 1 Nmv 2
P = F/A = — —— = — ———
3 Al
3
V
dapat ditulis lebih jelas :
2
_
PV = — N ( ½ mv 2 )
3
P V = 2/3 Ek
Teori Ekipartisi Energi
26

Energi Kinetik rata-rata setiap partikel gas ideal per derajat
kebebasasn adalah :
Ek = ½ kT
dengan k merupakan konstanta Boltzmann : k = 1,38 . 10-23 J/K


Gas ideal monoatomik memiliki 3 derajat kebebasan, yaitu kebebasan
translasi, sehingga Ek = 3 x ½ kT. Dengan demikian PV = NkT
Gas ideal diatomik
Pada suhu randah derajat kebebasannya 3 (translasi) sehingga :
Ek = 3 x ½ kT.
Pada suhu sedang, derajat kebebasannya 5 [3 translasi, 2 rotasi]
sehingga :
Ek = 5 x ½ kT.
Pada suhu tinggi, derajat kebebasannya 7 [3 translasi, 2 rotasi, 2
vibrasi] sehingga :
Ek = 7 x ½ kT.
Persamaan Umum Gas Ideal
27

Untuk Gas ideal monoatomik maupun diatomik dengan fsuhu rendah
berlaku :
PV=NkT
atau
PV=nRT
Dengan :
n = N/NA menyatakan jumlah mol gas.
NA = bilangan Avogadro = 6,023 x 1023 partikel/mol
k = konstanta Boltzmann = 1,38 . 10-23 J/K
R = k NA = 8,413 J/K = tetapan Umum Gas Ideal
ENERGI DALAM GAS
28


Energi dalam gas merupakan jumlah seluruh energi kinetik gas.,
sehingga untuk gas ideal, energi dalam hanya bergantung suhu gas.
Untuk gas ideal monoatomik :
U = 3/2 nRT

Gas ideal diatomik
Pada suhu randah derajat kebebasannya 3 (translasi) sehingga :
Ek = 3/2 nRT.
Pada suhu sedang, derajat kebebasannya 5 [3 translasi, 2 rotasi]
sehingga :
Ek = 5/2 nRT.
Pada suhu tinggi, derajat kebebasannya 7 [3 translasi, 2 rotasi, 2
vibrasi] sehingga :
Ek = 7/2 nRT.
A. Permukaan P, V, T untuk Gas Ideal ( PV = n RT)
29
P
V3
V1 < V2 < V3
P T1
T2 T
3
T1 < T2 < T3
V2
V
P1
P2
P3
V1
V
T
Proses Isochorik
Proses Isotermis
T
Proses Isobarik
B. Permukaan P, V, T untuk Substansi Riil
Substansi mendekati gas ideal pada P rendah, dan menjauhi gas ideal pada P
30
tinggi dan T rendah. Substansi dapat berubah dari fase gas ke cair/padat.
Pada massa tetap/konstan grafik P, V, T dapat digambarkan sbb :
P(atm)
Titik Kritis
padat
P
Cair
Gas
gas
c
cair
uap
Padat
Uap
cair-uap
padat-uap
T(oC )
Titik Tripel
V
padat-cair
C. Titik Tripel dan Titik Kritis
Titik Tripel adalah titik dimana substansi berada dalam kesetimbangan tiga fase,
untuk air : T = 273,16 oK = 0,01 oC, dan P = 6,03 . 10-3 atm.
Titik Kritis adalah titik dimana substansi berada dalam kesetimbangan dua fase,
untuk air : T = 647,4 oK = 374 oC, dan P = 218 atm.
4.5. Kerja
31
Jika piston dalam suatu silinder digerakkan dengan tekanan p pada luas
penampang A maka gaya pada piston itu adalah pA. Jika piston bergerak sejauh
ds maka kerja yang dilakukan piston adalah :
A
PA
dW = F . ds = P A ds = P dV
ds
dimana : A ds = dV
Pada umumnya tekanan tidak akan konstan selama pergeseran.
vf
Jika tekanan berkurang dengan bertambahnya volume maka :W =  dW =  p dV
1
P
pi
pf
vi
(W12 ) a tidak sama dengan (W12 ) b
Besar W12 = daerah di bawah kurva P-V,
dimana kerja bergantung pada tingkat keadaan
awal dan akhir, juga pada lintasan proses
W = + , bila berekspansi
W = - , bila dikompresi
a
b
vi
Proses isobaris
Proses isochoris
Proses isotermis
2
vf
V
: W = P (V2 - V1)
:W=0
2
: W =  p dV =  (mRT/V) dV = mRT ln (V2/V1) : untuk gas ideal
1
Tugas tidak wajib
32
Sejumlah gas monoatomik yang tekanannya 106 pacal, volumenya 2
liter. Gas tersebut mengalami ekspansi isobarik hingga volumeya 3
liter.
a. Berapa Usaha yang dilakukan oleh gas tersebut !
b. Berapa Kenaikan energi dalam gas tersebut !
2. Sejumlah gas monoatomik yang tekanannya 106 pacal, volumenya 2
liter. Gas tersebut mengalami ekspansi isotermik hingga volumeya 3
liter.
a. Berapa Usaha yang dilakukan oleh gas tersebut !
b. Berapa Kenaikan energi dalam gas tersebut !
3. Sejumlah gas monoatomik yang tekanannya 106 pacal, volumenya 2
liter. Gas tersebut mengalami proses pada volume tetap hingga
tekanannya 3 x 106 pacal.
a. Berapa Usaha yang dilakukan oleh gas tersebut !
b. Berapa Kenaikan energi dalam gas tersebut !
1.
5. HUKUM KE-1 TERMODINAMIKA
33
Termodinamika mempelajari fenomena panas, energi dan kerja
yang dilakukan pada suatu proses termodinamika. Dalam hal ini
benda menjadi fokus perhatian disebut sistem, sedang yang lainnya
disekitarnya disebut lingkungan. Sistem dipisahkan dari lingkungan
oleh dinding pembatas (Boundary).
Proses termodinamika terjadi
pada sistem yang bergerak dari suatu keadaan kesetimbangan ke
kesetimbangan lainnya, dengan berinteraksi dengan lingkungan.
Bila suatu zat diubah dari keadaan 1 ke 2 kemudian panas (Q)
dan kerja (W) yang dilakukan diukur, ternyata selisih Q-W sama
untuk semua lintasan yang menghubungkan 1 dengan 2,
Selisih Q-W menyatakan perubahan energi dalam zat tersebut. Jadi :
dQ = dU + dW
Q = U + W
Q - W = U2 - U1
W
Q
U
34
Besarnya harga Q dan W tergantung pada lintasan sedangkan U
tidak ter
gantung pada lintasan (jenis proses) dan hanya
bergantung
pada
keadaan
awal dan akhir sistem.
Persamaan diatas menyatakan hukum ke-1 Termodinamika, dengan
perjanjian :
Q (+) bila kalor masuk sistem/gas
Q (-) bila kalor keluar sistem/gas
W (+) bila sistem/gas melakukan kerja
W(-) bila sistem/gas dikenai kerja
∆U (+) energi dalam sistem/gas naik
∆U (-) energi dalam sistem/gasturun
Semua besaran harus dinyatakan dengan satuan yang sama
Kapasitas kalor dan Kalor Jenis Gas Ideal
35
Kapasitas kalor gas didefinisikan sebagai C = dQ/dT.
Untuk proses yang terjadi pada volume tetap (proses isokhorik),
didefinisikan kapasitas kalor pada volume tetep :
Cv = dQ/dT
Karena pada proses isokhorik dV = 0, maka dU = dQ sehingga :
Cv = dU/dT atau dU = Cv dT
Sedangkan pada proses isobarik, didefinisikan kapasitas kalor pada
tekanan tetap sebagai :
Cp = dQ/dT
Cp = (dU + dW)/dt
= dU/dT + p dV/dT
= Cv
+ nR
Didefinisikan pula tetapan Laplace : γ = Cp/Cv

Untuk Proses Adiabatik
Proses yang terjadi pada suatu sistem dimana tidak ada panas yang
masuk
maupun keluar, (Q = 0), yaitu jika sistem diisolasi dari
pengaruh panas. Dalam hal ini berlaku persamaan :
U = U2 - U1 = - W
Kerja W yang dilakukan terhadap zat berubah semua menjadi
penurunan energi dalam U
dU = -dW
Cv dT
= - p dV
C v dT 
nRT
dV
V
C v dT
dV
nR T
V
Jika kedua ruas diintehral, diperoleh :
C v  T2 
V
n   - n 2 
 V1 
nR  T1 
36
Dengan mengganti T dengan PV/nR diperoleh :
P1V1γ = P2V2γ atau PVγ = konstan
37

Untuk Proses Isochorik
Proses yang terjadi pada sistem dengan volume konstan
(V=0, maka W=0).
Q = U = U2 - U1
Semua kalor Q yang masuk digunakan untuk menaikan energi
dalam dU = Cv dT

Untuk Proses Isotermik
Proses yang terjadi pada sistem dengan temperatur T
konstan (kasus tertentu pada gas ideal).
U = U2 - U1 = 0 ; Q = W = p (V2 - V1)

38
Untuk Proses Isobarik
Proses yang terjadi pada suatu sistem dengan tekanan P
konstan
Dalam hal ini berlaku persamaan :
dQ = dW + dU
dimana : dQ = n cp dT
dW = P dV = nR dT
sehingga, n cp dT - nR dT = n cv dT
c p - R = cv
 = cp / cv = tetapan Laplace
Untuk :
gas monoatomik,  = 1,67
gas dwiatomik,  = 1,4
SIKLUS
39



Siklus merupakan beberapa proses yang dialami oleh sejumlah gas
secara berulang-ulang. Suatu siklus dapat tersusun dari tiga langkah,
empat langkah, bahkan lebih dari itu.
Pentingnya siklus ini dibicarakan karena kita menginginkan terciptanya
suatu mesin yang dapat bekerja secara terus menerus.
Siklus-siklus berikut ini berturut-turut terdiri dari 3 langkah, 4 langkah
dan 4 langkah.
P
P
V
P
V
V
EFISIENSI MESIN KALOR
Jika suatu mesin kalor setiap siklusnya menyerap kalor sebesar Q dan
melakukan usaha sebesar W, maka Efisiensi mesin tersebut
didefinisukan sebagai :
W
η
Q
Jika dinyatakan dalam prosen, efisiensi tersebut dinyatakan sebagai :
η
W
x 100 %
Q
40
Tugas tidak wajib
41
1.
2.
Sejumlah gas dalam ruang tertutup volumenya 1 liter. Gas tersebut
dipanaskan pada tenanan tepat hingga suku mutlaknya menjadi dua
kali semula. Berapa usaha yang dilakukan gas, kenaikan sergi
dalamnya, dan energi yang diperlukannya ? γ = 5/3
Seperti soal nomor-1 tetapi prosesnya berlangsung pada volume
tetap ?
3.
Seperti soal nomor-1 untuk proses adiabatik ?
4.
Tentukan efisiensi mesin kalor yang siklusnya sebagai berikut :
P(KPc)
20
10
V(liter)
2
4
6. HUKUM KEDUA TERMODINAMIKA
Dari proses isotermis diperoleh bahwa seluruh kalor yang diserap menjadi
usaha. Tetapi karena ada keterbatasan harga volume, dimana proses harus
berhenti. Maka sistem harus dikembalikan kekeadaan semula agar kalor berubah kembali menjadi kerja. Hal ini sulit terjadi.
42
Untuk itu dibuat proses siklus, agar keadaan sistem kembali kekeadaan semula
dimana energi dalam sistem sama dengan semula.
P
P
T1
isotermik
Q3
Q+W
V
Q2
Q1
Siklus
- isotermik
- isobarik
- isokhorik
V
Hukum Ke-Dua Termodinamika :

KELVIN-PLANCK
Tidak mungkin sistem melakukan proses dari satu reservoir dan mengubah
seluruh panas itu menjadi kerja, dan berakhir pada keadaan yang sama seperti
pada awal proses.

CLAUSIUS
Tidak mungkin membuat mesin pendingin yang dapat mentransfer panas dari
benda dingin ke benda yang lebih panas, tanpa adanya kerja.
6.1. Contoh Penerapan Hukum Kedua Termodinamika :
43
Jika sistem mengalami proses, berubah dari keadaan awal dan akhir dimana
sistem dapat kembali kekeadaan awal, tanpa adanya kalor yang berpindah dan
tiada kerja yang dilakukan, maka proses dikatakan Reversibel. Dan proses
kebalikan dari reversibel adalah Ireversibel.
Kebanyakan energi diperoleh dari proses perpindahan panas, maka diperlukan
alat yang dapat menyerap panas dari sumber dan menkonversikannya menjadi
energi mekanik yang disebut Mesin Panas
Mesin yang bekerja kebalikan dari mesin panas adalah Mesin Pendingin
(refrigerator)
A. Mesin Panas
Reservoir Panas
TH
QH
W
QC
Reservoir Dingin
TC
Q=W
QH - |QC| = W
W QH - |QC|
|QC|
Efisiensi  = — = ———— = 1 - ——
QH
QH
QH
B. Mesin Pendingin
44
Cara kerja mesin pendingin merupakan kebalikan proses kerja mesin panas
Pada proses ini kerja diberikan pada reservoir suhu rendah
Reservoir Panas
Q=W
|QH| = QC + W
TH
QH
W
QC
QC
TC
Koefisien Kerja CP = — = ———— = ———
W QH - QC
TH - TC
QC
Reservoir Dingin
TC
CP = Coefisien Performance
CP >> mesin makin baik
45
C. Mesin Carnot
Mesin Carnot mewakili ungkapan pertama hukum II termodinamika.
Dalam mesin ini bekerja dua proses yaitu isotermis dan adiabatik
Daya guna mesin ini dihitung sebagai berikut :
Kerja yang dihasilkan
Efisiensi =
____________________________
Panas yang diberikan
 = W / QH
= (QH - QC) / QH
 = 1 - ( QC/QH )
Atau :
 = 1 - ( TC /TH )
P
QH
TH
W
QC
TC
V
7. ENTROPI
Entropi adalah property Fisis suatu sistem yang dapat diukur, dapat
dinyatakan dalam angka dan satuan.
46
Jika sebuah sistem yang terisolasi dari lingkungan dapat berada dalam dua
keadaan yang mempunyai energi yang sama. Bagaimana cara perpindahannya,
antara keadaan 1 dengan keadaan 2 dan dapat dijelaskan dengan Entropi.
Entropi (S) dapat diinterpretasikan sebagai ketidakteraturan sistem, dimana
entropi dapat bertambah atau tetap.
Apabila sistem menyerap kalor Q pada suhu mutlak T, maka perubahan Entropi
yang dialami sistem :
Q
dS =
—
T
Perubahan entropi dari keadaan 1 (awal) ke keadaan 2 (akhir) dalam proses
reversibel :
2 Q
S = S2 - S1 =  —
1 T
Dalam proses reversibel dan adiabatik : Q = 0 ; S = 0 [proses Isentropik]
47
Dalam proses reversibel dan isotermal : S = Q / T
Dalam proses reversibel dan siklus :
Q
S =
 —
=0
T
Dalam proses reversibel untuk gas ideal :
2
S = 
1
Q
2
dT
2
dV
— =  n cv — +  nR —
T
1
T
1
V
S = n cv ln (T2 /T1 ) + nR ln (V2 / V1 )