mirza.staff.ugm.ac.idmirza.staff.ugm.ac.id/termo/TERMODINAMIKA.docx · Web viewf x =f x 0 + df dx...

Click here to load reader

  • date post

    15-Mar-2018
  • Category

    Documents

  • view

    236
  • download

    6

Embed Size (px)

Transcript of mirza.staff.ugm.ac.idmirza.staff.ugm.ac.id/termo/TERMODINAMIKA.docx · Web viewf x =f x 0 + df dx...

TERMODINAMIKA

Secara umum termodinamika mempelajari sistem banyak partikel, mengenai perlakuan/rerata dari partikel.

(Sistem banyak partikel) (termodinamika)

Sifat-sifat sistem yang ditinjau adalah sifat makroskopiknya.

(makroskopis : V, P, T, U)

(Besaran)

(mikroskopis : posisi () momentum ())

Variabel keadaan : beberapa besaran keadaan yang cukup untuk menggambarkan keadaan sistem.

(PV = n R T) persamaan keadaan

gas ideal

P, V dan T adalah besaran keadaan variabel keadaan

Keadaan Setimbang Termodinamika (termal)

dalam waktu yang cukup lama, besaran-besaran keadaan makroskopisnya tidak berubah.

Di dalam termodinamika tidak ada konsep fungsi waktu. Apabila sudah setimbang termal maka tidak ada kaitanya dengan fungsi waktu.

Sistem: suatu yang ditinjau, ada batasnya.

(sistem)batas

lingkungan

(sistem ) homogen : bagian makroskopisnya sama

heterogen : bagian makroskopisnya berbeda

(sistem )terisolasi : tidak ada energi dan partikel yang keluar

tertutup : partikelnya tidak bisa keluar, energi dapat keluar masuk

terbuka : energi dan partikel bisa keluar masuk

pada sistem tertutup

(Ts)

Tl Ts = Tl (kesetimbangan termal)

suhunya sama: berkaitan dengan energinya

E

pada sistem terbuka

(Ts)Tl

(potensial kimianya sama)

Eberkaitan dengan jumlah partikel yang

keluar masuk

N

(besarankeadaan )Ekstensif: bergantung pada jumlah materi/partikel

N, n (jumlah mol), V, E, S (entropi, derajat kekacauan)

Intensif: tidak bergantung pada jumlah materi

P, T, c (kalor jenis)

Bisa juga

Hukum Termodinamika ke-0

tentang temperatur (hanya dalam termodinamika), terkait dengan kesetimbangan termal

(A) (B)

A, B masing-masing setimbang termal

( A B)

Jika berubah maka

Kemudian akan setimbang termal

A B , A C (A setimbang termal dengn B, A setimbang termal dengan C)

B C (B setimbang termal dengan C)

A B C (A setimbang termal dengan B dan C)

Hukum termodinamika ke nol (tentang konsep kesetimbangan termal antara benda) tidak dapat digunakan untuk menunjukkan adanya suhu nol mutlak. Hukum termodinamika ke nol hanya dapat digunakan untuk menunjukkan adanya besaran yang menunjukkan kondisi kesetimbangan termal, yaitu digunakan untuk mendefnisikan temperatur.

Temperatur

Temperatur hanya labelisasi untuk sistem yang setimbang termal.

P = 1 atmkondisi mendidih: ketika ada

dua fase, air fase cair, fase gas-gas

di seluruh bagiannya.

T seimbang = 100oC

skala oC, oF, dan oR masih relatif

Air raksa: pada suhu kamar berbentuk cair, oleh karena itu digunakan sebagai parameter/pengukur suhu. Diasumsikan, perubahan volume air raksa terhadap suhu berubah linier.

Suhu mutlak

Temperatur gas

gas real pada mendekati gas ideal

gas ideal: kumpulan partikel-partikel yang tidak saling berinteraksi satu sama lain.

Pada suhu mutlak tidak ada nilai negatif, sesuai dengan energi kinetik. Energi kinetik pun tidak memiliki nilai negatif.

Titik 0 suhu mutlak satuan kelvin (K)

Gas Ideal

Gas pada kerapatan rendah,

Boyle menemukan:T konstan PoVo = PV

Gay Lusac : P konstan

Hukum Boyle - Gay Lusac

Persamaan Gas Ideal NA = bil. Avogadro

Teori Kinetik Gas

Untuk memahami konsep temperatur.

gas ideal

arah x

N A

Partikel menabrak

Dinding dengan vx > 0

diasumsikan sebagai sistem anggap probabilitasnya

homogen, setimbang termal

tidak ada pengaruh dari luarbergantung dengan besarnya

kecepatan

jumlah seluruh probabilitasnya

maka partikelnya

dengan N jumlah partikel

Vx dt

( v)

A

Partikel lenting sempurna, jadi momentumnya

T1 Cv

Setimbang Termal

T1< T2

( C1 C2)

Tf : suhu akhir

Persamaan Keadaan bukan untuk Gas (mis: zat padat)

dibuat pendekatan

= koefisien serapan termal

= koefisien kompresibilitas

Proses dalam Termodinamika

Dalam proses ini semua besaran termodinamik dapat terdefinisi dengan baik.

(dalam keadaan setimbang dinamik)

hanya ada pada keadaan awal dan akhir, proses ini

disebut proses irreersibel. Di alam proses ini banyak terjadi. Panas yang hilang tidak dapat balik. Apabila dapat balik, maka melanggar hukum kelestarian energi.

Contoh kasus

V V2V

Cara 1 batas digeser pelan-pelan, sehingga ada usaha

Cara 2 dinding dipecahkan (langsung ireversible). Pada keadaan ini usahanya tidak dapat dirumuskan dengan:

Dari kedua cara tersebut, menghasilkan hasil akhir yang sama yaitu 2V.

Bergantung pada proses (tanda diferensial: )

(Besaran termodinamika) Contoh: usaha (W), panas (Q)

Tidak bergantung pada proses

Contoh: P, V, N, T, E

Walaupun prosesnya berbeda-beda, tetapi tetap tidak mempengaruhi hasil akhir.

Perubahan Siklik

A

B

lewat A lewat B

Diferensial Eksak

Z = f(x,y)

Deret Taylor

Apabila hasilnya 0 maka F adalah diferensial eksak, maka

P-V-T Surface an Ideal Gas

Hasil berbeda diferensial non eksak, bergantung pada lintasan

Hasil sama diferensial eksak, tidak bergantung pada lintasan

Dalam matematika jika diferensial non eksak bisa diubah ke bentuk diferensial eksak maka dapat dikalikan dengan suatu fungsi:

Bergantung pada ybergantung pada x

1.

2.

........................1

........................2

........................3

Substitusi persamaan 1 & 2

Hukum Termodinammika 1

Kelestarian energi, menyatakan juga energi dalam serta besaran keadaan

(E) Eout

Q (+) sistem menerima panas

Q (-) sistem membuang panas

Ein (bisa usaha, panas)

Proses pada proses adiabatik

Panas: energi mikroskopik partikel-partikel

Proses-proses dalam Termodinamika

1. Isotermal dT = 0

2. Isokorik dV = 0

3. Isobar dP = 0

4. Adiabatik/isoentropik tidak ada perubahan panas pada sistem dQ = 0

dQ = 0

Persamaaan adiabatik untuk gas ideal

energi jenis (energi/partikel)

Perubahan energi hanya bergantung pada bergantung pada perubahan suhu:

Siklus Carnot

Luas yang dibatasi adalah usahanya

Proses 1 (isotermik, 1 2) dE = 0

Proses 2 (adiabatik. 23)

Proses 3 isotermik (3 4) dE = 0

Proses 4 adiabatik (4 1)

2-3 adiabatik,

3-4 isotermal,

4-1 adiabatik,

Sama pada relasi

Mesin panas Carnot

Mesin diartikan sebagai sesuatu yang menghasilkan usaha.

Efisiensi

(efisiensi) dari Carnot mesin

dari wadah panas

T dalam suhu mutlak

dari wadah dingin

Entropi

diferensial eksak , tidak bergantung pada proses

dalam 1 siklus = 0

Hukum I termodinamika yang lebih lengkap, memakai entropi

S ( E,V,N )

Contoh : Mencari entropi dari gas ideal.

1.

Bernilai 1

Pada proses adiabatik, entropi tetap

Ada persamaan keadaan

untuk semua gas, tidak hanya gas ideal

N tetap

Proses Adiabatik

Entalpi

P konstan

Suhu Campuran

reversibleB

hanya untuk reversible

irreversible

A (setimbang termal)

>

Sistem Terisolasi dapat Balik

A Bsemua proses yang terisolasi

1. Sistem terisolasi yang menglami proses dapat balik setimbang termodinamika ( S dianggap maximum pada keadaan setimbang termodinamika pada sistem terisolasi

2. Sistem yang mengalami proses tidak dapat balik

3. Proses reversible bisa tapi untuk tidak yang terisolasi.

Dari suhu

Tidak pernah terjadi, kalor selalu mengarah dari Tbesar ke Tkecil

Pernyataan Clausius

Tidak ada proses dari suhu rendah ke suhu tinggi

Pernyataan Planck Kelvin

Tidak ada proses yang mungkin berupa aliran panas pada suatu proses seluruhnya menjadi usaha.

Mesin Termodinamika

Bertentangan dengan Kelvin Planck

Konsekuensinya

= efisiensi

Hukum termodinamika I

Ekstensif

=

Ekspansi deret Taylor

Relasi Gibbs duhem bisa untuk mencari potensial kimia gas ideal

contoh :

proses I,

Hanya bergantung pada keadaan awal

Differensial eksak

Proses tidak dapat balik

wadah

panas

Ada aliran panas dari tinggi ke randah proses tak dapat balik. Kemudian dicari proses reversiblenya dengan cara

diberikan panas sedikit-sedikit sampai mencapai suhu Tr.

Maka entropinya :

Misal :

Wadah terisolasi

( Gas Vakum V V)

Tidak ada usaha, karena vakum

Batas dilepas / dihilangkan, pasti ireversible

( 2 V)

entropinya meningkat

Differensial eksak

asumsi N tetapindependen

V

gas ideal

=

=

ENTALPI

`

P

T

Tekanan konstan ( adiabatik )volume konstan ( adiabatik )

dari

Keseluruhan hasil perumusan dS dapat digunakan untuk mempermudah perhitungan

Misal :

Jika diketahui maka dapat dilihat nya

P

V

Dari entropi bisa dibawa ke

1

2

3

persamaan 2

;

Mencari kompresibilitas adiabatik

bisa dipakai untuk mengukur kompresibilitas pada

gelombang suara

kompresibilitas pada entropi tetap / adiabatik

SUMMARY

Keadaan setimbang : dalam waktu yang cukup lam, besaran besaran makropisnya tidak berubah.

Sistem Terisolasi : tidak ada pertukaran energi dan partikel antara sistem dan

Lingkungan

Tertutup : partikel tidak dapat bertukar, energi dapat bertukar antara

sistem dan lingkungan

Terbuka : energi dan partikel dapat bertukar.

Besaran termodinamika : - Ekstensif : bergantung pada jumlah partikel

- Intensif : tidak bergantung pada jumlah partikel .

Hukum termodinamika ke 0

1. Temperature

Temperature temperatur mutlak : temperatur gas pada V konstan dengan satuan Kelvin (K).

Gas ideal

2. Perpindahan panas : konduksi, radiasi, konveksi.

3. Teori kinetik gas

suhu adalah rata rata EK

per partikel.

4. Persamaan keadaan :

Gas ideal

Van der waals

Definisi

5. Differensial eksak

Differensial tidak eksak differensial eksak

( g df)

Faktor terintegrasi

6. Proses dapat balik isotermal T konstan

Setengah dapat balikisokorik V konstan

Tidak dapat balikisobarik P konstan

Isoentropik / adiabatik

Hukum termodinamika ke I

1. Kelestarian energi

Ada lagi energi : energi panas

Energi kinetik partikel yang bergerak

2. Siklus : proses yang kembali ke keadaan awal

Hukum termodinamika ke II

Irev rev

energi lestari, entropi tidak dapat dimusnahkan tapi dapat diproduksi. Alam selalu memberikan positif ke arah maksimum.

Gabungan hukum I dan II

Persamaan Euler

Gibs duhem relation dari hukum termodinamika II

Gabungan dan seterusnya ...........