TERMODINAMIKA

KERJA

Dalam termodinamika kerja umu

didefinisikan sebagai gaya kali jarak

(W = F.s). Terdapat berbagai jenis kerja

yang didefinisikan dengan persamaan-

persamaan :

Kerja mekanik DW = F. ds

Kerja ekspansi DW = p. dV

Kerja gravitasi DW = mgdh

Kerja permukaan DW = γ d A

Kerja listrik DW = € d q

Dimana:

F = gaya,

P = tekanan

m = massa

g = gaya gravitasi

γ = tegangan permukaan

€ = perbedaan potensial

V = volume sistem

h = ketinggian

A = luas permukaan

q = muatan listrik misal, arus x waktu =

I.dT

• Tanda yang akan digunakan

adalah :

- positif (+) bila sistem melakukan

kerja terhadap sekelilingnya

- negatif (-) bila sekelilingnya

melakukan kerja terhadap sistem

• Kerja total yang dilakukan sistem

dapat diperoleh dengan

mengintegrasikan persamaan di

atas , misalnya : kerja eskpansi

W = ∫ p dV

Latihan:• Berapa kerja yang dilakukan terhadap sistem jika gas

dikompresi melawan tekanan konstan 5 atm dan gas dikompresi dari 5 dm3 menjadi 1 dm3 pada 300 K. nyatakan W dalam kJ,

W = ∫ p dV

V2

W = ∫ p dV = p (V2 – V1 )

V1

Karena p konstan, maka :

W = 5 atm x (1-5) dm3 = - 20 atm . dm3

1 atm = 1,0132 .102 kN.m-2

= -20 atm . dm3 x 1,0132 .102 kN.m-2. atm-1 . dm-3

= -2.026 kJ

Latihan:• Satu mol gas ideal pada 3 atm dan 300 K diekspansi secara

isoterm menjadi dua kali volume semula melawan tekanan eksternal 1,5 atm, maka hitunglah kerjanya atau W:

V1 = RT/p = (0,082 dm3 atm K-1 mol-1) (300 K) (1 mol)

3 atm

= 8,2 dm3

V2 = p1V1/p2 = (3 atm) (8,2 dm3) = 16,4 dm3

1,5 atm

W = peks dV = (1,5 atm) (16,4 – 8,2) dm3

= 12,3 atm dm3 = 12,3 J

Karena kerja dilakukan oleh sistem maka nilainya positif

Latihan:

Satu mol gas ideal pada 3 atm dan 300 K diekspansi

secara isoterm dan reversibel menjadi dua kali

volume semula, maka hitunglah kerjanya atau W:

Karena ekspansi reversibel maka harga W adalah :

W = n RT ln V2/V1

= ( 1 mol ) ( 8,314 J K-1 mol-1) (300 K) ln 2 V1

V1

= = 1,72 x 103 J

Dibanding dengan soal diatas kerja ekspansi lebih

besar . Kerja yang dilakukan dalam ekspansi

reversiberl adalah maksimum

Latihan:

Berapa kerja yang dilakukan terhadap sistem jika satu mol gas

ideal pada 300 k dikompres secara isotermal dan reversibel

menjadi seperlima dari volume semula?

Diket : N= 1mol, T=300 k, V2=1/5

Jwb : w = nRT.in v2/v1

= ( 1 mol ) ( 8,314 J K-1mol-1)(300K) [in 1/5 v1/v1]

= 2494,2(-1,609)

= -4013,1678

KERJA YANG DILAKUKAN SISTEM

TERGANTUNG PADA PROSES YANG

BERSANGKUTAN, PROSES-PROSES

YANG TERJADI :

1. PROSES ISOVOLUME, PROSES PADA

VOLUME TETAP;v2

W = ∫ P. dv = 0v1

KARENA TIDAK ADA PERUBAHAN VOLUME MAKA dV = 0 SEHINGGA PERSAMAAN MENJADI :

dU = dQv atau dU = n Cv dT

Cv ADALAH KAPASITAS MOLAR PADA VOLUME TETAP. KARENA ENERGI DALAM SISTEM TIDAK TERGANTUNG PADA PROSES demikian juga dT sehingga berlakuuntuk semua proses.

2. PROSES ISOBARIS PROSES PADA TEKANAN TETAP ;

v2W = ∫ P. dv = 0

v1v2

W =P ∫ P. dv = P = (V2 – V1v1

KAPASITAS PANAS MOLAR PADA TEKANAN TETAP ADALAH Cp, MAKA;

dQ = n Cp dT

DAN KERJA PADA TEKANAN TETAP:

dW = P dV = nR dT

MAKA ; dU = dQ – dW

nCv dT = n Cp dT – nR dT

ATAU ; Cp – Cv R

R= konstanta gas umum

3. PROSES ISOTERMAL, PROSES PADA

TEMPERATUR TETAP;

W = n RT ln P1/P2

PADA PROSES ISOTERMAL dT = 0 SEHINGGA

;

dU = 0 dan dQ = dW

4. PROSES ADIABATIS, PROSES BERLANGSUNG

TANPA ADANYA ALIRAN PANAS YANG MASUK

ATAUPUN KELUAR, JADI;

dQ = 0

v2 v2

W = ∫ C. dv = C 1 V1 - γ

v1 Vγ γ – 1 v1

W = 1 (P2V2 –P1V1)γ – 1

5. PROSES REVERSIBERL, PROSES YANG

DAPAT KEMBALI KE KEADAAN SEMULA

TANPA ADANYA KALOR YANG BERPINDAH

DAN TANPA KERJA YANG DILAKUKAN,

ARTINYA TANPA ADANYA PERUBAHAN

APAPUN BAIK SISTEM ATAU

LINGKLUNGANNYA. PADA

KENYATAANNYA DI ALAM TIDAK ADA

PROSES INI YANG ADA PROSES

IRREVERSIBEL

Gas ideal monoatomik mula-mula mempunyai

tekanan P1, temperatur T1 dan volume V1. Gas ini

kemudian ditekan secara isoterm sehingga

tekanannya menjadi P2 = 3P1. selanjutnya pada

tekanan tersebut gas dibiarkan mengembang

secara isobaris sehingga volumenya menjadi

V3=2V2, dan akhirnya gas ini ditekan sehingga

semua besaran kembali pada keadaan semula.

Gambarkan proses-prses tersebut dalam diagram

P-V:

P

P2 2 3

P3 1

V2 V3

Keadaan mula-mula= 1

Proses isobaris = 2 3

Proses isovolume = 3 1

1 cm3 air bila diuapkan pada tekanan 1 atm akan menjadiuap dengan volume 1671 cm3 . Panas penguapan padatekanan ini adalah 539 kal/gram.hitunglah usaha luar danpenambahan tenaga dalamnya.

Jawab:

Karena proses ini tekanannya konstan, maka usaha luarnyaadalah :

W = p ( V2 – V1)

= 1,013 . 1016 (1671 – 1)

= 1,695 .109 erg

= 169,5 Jaoule = 41 kal

Massa 1 cm3 air adalah 1 gram. Jadi panas yang diperlukan untuk menguapkan air adalah:

Q= Ml=1 X 539 = 539 kali

Dari hukum termodinamika :

∆ U = Q –W

= 539 -41 = 498 kali

Hukum kedua termodinamika

Tidak mungkin membuat mesin kalor yang

bekerja secara siklis yang dapat

mengubah kalor yang diserap seluruhnya

menjadi tenaga mekanik. Tidak mungkin

membuat mesin pendingin yang hanya

menyerap panas dari wadah yang

bertemperatur rendah dan mengalirkannya

ke wadah bertemperatur tinggi tanpa kerja

dari luar.