Termodinamika

Termodinamika merupakan cabang ilmu fisika yang mempelajari hokum – hokum dasar yang di patuhi oleh kalor dan usaha. Dalam termodinamika gas dipelajari tentang perubahan energi dalam suatu gas dan factor – factor yang mempengaruhi energi dalam. Temodinamika juga melibatkan usaha yang di lakukan dan kalor yang disuplai atau hilang dari suatu gas.

1. Hokum Pertama Termodinamika adalah bentuk lain dari hokum kekekalan energi yag diaplikasikan pada perubahan energi dalam yang dialami oleh suatu system menurut hokum pertama, energi dalam suatu zat dapat ditingkatkan dengan menambahkan kalor ke zat atau dengan melakukan usaha pada zat.

Energi dalam suatu system perubahan dari nilai awal U1 ke nilai akhir U2 berhubungan dengan kalor Q dan usaha W:

U = V2 – V1= Q – W

Catatan            : Q positif jika system memperolaeh (menerima) kalor, Q negative jika system kehilangan atau memberi kalor.

W positif jika usaha dilakukan oleh system dan negative jika usaha di lakukan pada system.

2. Hokum Kedua Temodinmika mengatakan bahwa memiliki arah atau tidak semua proses di alam adalah reversible (arahna dapat dibalik). Dengan demikian hokum kedua termodinamika dinyatakan        :

1. Formula Kelvin – Planck: “Tak mungkin untuk membuat mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata – mata mengubah energi panas yang di peroleh dari suatu sumber pada suhu tertentu seluruhnya menjadi mekanik”.
2. Formula Claucius: “Tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalm suatu siklus yang semata – mat amemindahkan energi panas dari suatu benda dingin ke benda panas”.

3.      Usaha

Usaha W dapat dihitung dengan persamaan

W = F. s

F = P. A

V = A. s

Ket :

F = Besar gaya

P = Tekanan

A = Luas permukaan

V = Volume

s = Besar perpindahan

W = Usaha

Rumus – rumus usaha gas

W =  dV

4.      Energi

Energi dalam merupakan jumlah energi kinetik dan energi potensial yang berhubungan dengan atom – atom atau molekul – molekul zat. Untuk gas ideal gaya anatar molekul dapat diabaikan sehingga energi potensial molekul – molekul adalah nol. Dengan demikian, energi dalam hanyalah total energi kinetic dari seluruh molekul.

Perubahan energi dalam

U = U2 – U1

Formulasi energi dalam :

Gas monoatomik: U = 3/2 NkT = 3/2 nRT

U = 3/2 nRT = 3/2 nR( T2 – T1 )

Diatomic

a)Suhu mendidih 100 K.

U = 3/2 NkT = 3/2 nRT

b) Suhu Sedang 500 K

U = 5/2 NkT = 5/2 nRT

c) Suhu Tertinggi 1000 K

U = 7/2 NkT = 7/2 nRT

5.      Kalor

Q = m.c. T atau Q = c. T

Tetapan Laplace

Y = c.P/c.V                 kapasitas kalor molar: c.m = c/n

Kalor pada tekanan tetap Q.P = c.P. T atau Q.P = n.C.P.m. T

Kalor pada volume tetap Q.V = C.v. T atau Q.V = n.C.V.m. T

6.      Proses – Proses Termodinamika Gas

è Proses Isobarik adalah proses prubahan keadaan gas pada tekanan tetap.

Usaha W = P  V = P (V2 – V1)

Persamaan keadaan Isobarik

V/T = C atau V1/T1 = V2 / T2 atau V – T = n.R/P

è Proses Isokhorik adalah proses perubahan gas pada volume tetap.

Usaha W = 0 dan U = Q

Persamaan keadaan Isokhorik

P/T = C atau P1 / T1 = P2 / T2 atau P/ T = n.R/V

è Proses Isotermal adalah proses perubahan keadaan gas pada suhu tetap.

U = 0 dan W = Q

Persamaan keadaan Isotermal

P.V  = C atau P1.V1 = P2. V2 atau P.V = n.RT

è Proses adiabatic adalah perubahan gas dimana tidak ada aliran kalor yang masuk kedalam system atau keluar dari system.

Q = 0 dan U = - W

Persamaan keadaan adiabatic

P1.V1=P2.V2 atau P.V = nRT

Persamaan keadaan adiabatic untuk gas ideal

T1.V1 = T2.V2

7.      Mesin Kalor

Adalah suatu alat yang mengubah energi panas menjadi energi mekanik.

Efisiensi mesin kalor

 =

8. Siklus Karnot

Diagram P – V untuk Siklus Karnot

W = Q1 – Q2

Setiap mesin tidak memungkinkan kalor yang diserap diubah semua menjadi usaha maka timbul efisiensi :

 =

Atau

 = 1 -

Atau

 = 1 -

Keterangan      :

 = efisiensi (%)

W = usaha

Q1 = kalor yang diserap (kalori )

Q2 = kalor yang dilepas (kalori)

T1 = suhu reservoit tinggi (K)

T2 = suhu reservoit rendah (K)

9. Mesin Pendingin

Koefisien performansi mesin pendingin karnot:

C.P = Q2/W