Hukum Pertama Termodinamika

USAHADalam mekanika dikenal bahwa besar usaha oleh suatu gaya pada suatu benda = hasil kali komponen gaya pada arah jalan dg panjang jalan tersebut.Diasumsikan lintasan gaya tak terhingga kecil (ds) sehingga gaya dianggap tetap dW = F cos ds

USAHAF cos adalah komponen gaya F pada arah jalan ds dan adalah sudut antara F dan ds. Jika benda bergerak melalui jalan yang terhingga, misalnya dari s1 ke s2 maka besarnya usaha adalah :

USAHAKita juga mengenal bahwa besar usaha oleh suatu gaya pada suatu benda = perubahan tenaga kinetiknya dW =dEkJika benda bergerak dari tempat 1 ke tempat 2 maka besar usaha

Atau W = Ek2 - Ek1

USAHAJika gaya yang bekerja pada benda itu konservatif, besar usahanya W = (Ep2 - Ep1)Ep tenaga potensial bendaJadi untuk gaya konservatif Ek2 - Ek1 = (Ep2 - Ep1), atau Ek1 + Ep1 = (Ek2 + Ep2)

USAHAJika pada benda itu, kecuali gaya konservatif bekerja pula gaya non konservatif, maka usaha oleh gaya yg nonkonservatif = perubahan tenaga mekanik totalnya

Wnk = E2 - E1 = (Ek2 + Ep2) - (Ek1 + Ep1)

USAHADalam termodinamika perngertian usaha pertukaran tenaga antara sistem dg lingkunganUsaha dpt dilakukan oleh sistem dapat pula dilakukan terhadap sistemEx Gas dalam silinder mobil yang mendorong pengisap (piston)Ex Udara yg dipompakan ke dalam ban mobil

Gbr. 4.1, Gas di dalam suatu sistem melakukan usaha:

USAHA Pada Perubahan VolumePada gambar tersebut sistem terdiri dari sejumlah gas di dalam bejana yg dilengkapi dg penghisap A, besar gaya F = p.AJika penghisap bergesar ke atas sejarak dh, maka usaha oleh gaya itu adalah dW = p.A dh cos Tetapi A dh adalah perubahan volumedV dan (sudut antara F dgn dh) = 0.

USAHA Perubahan VolumeJika proses berlangsung dari keadaan 1 ke keadaan 2 atau dari volume V1 ke volume V2, maka besar usaha yang dilakukan oleh sistem adalah

(4.11)

Umumnya p tidak tetap tdk bisa keluar dari tanda integral

USAHA Perubahan VolumePerjanjian tanda untuk usaha W :Usaha dilakukan oleh sistem (+)Jika terhadap sistem (-)Tidak semua buku mempunyai perjanjian tanda yg samaJika pers.4-11 dibagi jumlah massa atau jumlah mol dalam sistem ditulis dg huruf kecil dw = p.dv (4.12)

USAHA Perubahan VolumeGbr 4-2 Hubungan tekanan dan volum sistem dalam suatu proses reversibel...Jika proses berputar kembali ke keadaan awal, maka proses disebut siklis dan dinyatakan :

4-13

W bukan fungsi keadaan atau dW bukan diferensial eksak, maka rumus 4-13 0

USAHA Perubahan Volume, IsometrikPada proses isometrik (isochorik) V konstanMaka dV = 0, sehingga W = 0 (tidak ada usaha yang dilakukan oleh/terhadap sistem)

4-15

Pers. 4-15 dapat ditulis dg bentuk lain Isotermal p1V1 = p2V2 =nRT =C atau

4-16

Jika 4-15 dan 4-16 digabungkan

Usaha Konfigurasi & DisipasiUsaha dalam proses reversibel dapat dinyatakan sebagai hasil perkalian variabel intensif, Y (p, H, , ) dg variabel ekstensif, X (V, M, Z, A)

dW = y1 .dX1 + y2 .dX2 = ... = y dX

Variabel ekstenif X adalah penentu konfigurasi sistem y dX (usaha), adalah usaha konfigurasi

Usaha Konfigurasi & DisipasiContoh usaha Disipatif:Suatu sistem terdiri dari zat alir dan pengaduknyaJika zat alir tdk diaduk, usaha oleh momen gaya luar selalu negatif karena usaha selalu dilakukan terhadap sistemUsaha disipatif dalam suatu proses tak dapat dinyatakan sbg perubahan sifat sistem yg dikenai usahaUsaha disipatif dalam proses apapun adalah ireversibelUmumnya usaha konfigurasi maupun disipatif dapat terjadi pada proses yg samaSyarat proses reversibel Proses harus kuasistatik dan Usaha disipatif harus = 0

Tenaga DakhilTenaga dakhil suatu sistem, U besar tenaga yg dimiliki suatu sistem dalam keadaan seimbang (berupa besaran keadaan/variabel), satuan joule (J).dU diferensial eksak (tiap keadaan seimbang mempunyai nilai U tertentu, proses perubahan U tdk ditentukan jalan yg dilalui)Tenaga dakhil sistem, misalnya sistem pVT, adalah jumlah tenaga kinetik dan tenaga potensial molekul-molekulnya.Gas sempurna didefinisikan sebagai gas yang molekul-molekulnya tdk tarik menarik tdk punya tenaga potensial, tapi punya tenaga potensial kinetikSehingga tenaga dakhil gas sempurna t.a. tenaga potensial kinetik dan tenaga potensial molekul-molekulnyaKarena berkaitan dg gerakan, tenaga kinetik molekul-molekul gas merupakan fungsi suhuT >>>>, TK >>>>

Arus PanasJika sistem seimbang, lalu tenaga panas Q dimasukkan ke sistem sistem ada perubahanPerubahan juga terjadi bila panas dikeluarkan dari sistem, dengan sifat yg berlawanan dg sebelumnyaQ bukan besaran/variabel keadaan (berbeda dg U)Pada sistem seimbang TIDAK dapat dinyatakan berapa besar tenaga panas di dalam suatu sistemPengertian tsb dapat timbul bila terjadi suatu proses atau perubahan dari satu keadaan seimbang ke keadaan seimbang yang lain.Besar Q tergantung pada proses atau jalan yg dilaluidQ bukan diferensial eksak

Hukum Pertama TermodinamikaDidalam termodinamika juga dikenal hukum kekekalanJika suatu sistem mengalami perubahan p, V, dan T, maka tenaga dakhilnya juga berubah (dU)Karena volum berubah, sistem melakukan usaha, namakan usaha itu dWSesuai dg hukum kekekalan, panas yg masuk sistem harus = perubahan yg timbulsehingga dQ = dU + dW 4-32Jika panas yg masuk terhingga, namakan Q, maka persamaan 4-32 menjadi

4-33

Hukum Pertama TermodinamikadQ = dU + dW dan

Hukum kekekalan tenaga dg bentuk pers 4-32 & 4-33 disebut hukum pertama termodinamikaPada proses siklis (keadaan akhir identik dg kedaan awal) U1 =U2 U2 - U1 = 0 , krn U adalah fungsi keadaan dan dalam keadaan sama nilai U juga samaPada proses siklis dimungkinkan adanya panas yg keluar sistemSehingga panas netto yg masuk ke dalam sistem seluruhnya dipakai utk melakukan usaha

Kapasitas Panas & Panas JenisKapasitas panas suatu zat banyaknya panas yg diperlukan utk menaikkan suhu zat itu dg 1 KJika suhu zat itu naik dg dT dan kapasitas panas jenis itu C panas yg diperlukan dQ = C dTJadi kapasitas panas zat itu C = dQ/dTPada umumnya kapasitas panas C berubah dg suhu T, C fungsi TBerarti kenaikan suhu dari 273 K menjadu 274 K diperlukan panas yg berbeda dg kenaikan dari 300 K ke 301 K. Kapasitas rata-rata dpt dirumuskan

Kapasitas Panas & Panas Jenis....Sistem yg mempunyai kapasitas panas sanagt besar yg walaupun ada panas yg keluar / masuk sistem, tetapi fluktuasi suhunya kecil /relatif tidak berubah dsb reservoir panas

Panas Transformasi Entalpi

Bentuk Umum Hukum PertamaHukum pertama termodinamika dapat dirumuskan sbg U = Q WU perubahan tenaga dakhil sistemQ panas yg masuk/keluar dari sistemW Usaha yg dilakukan thp sistemTenaga dakhil jumlah tenaga kinetik dan tenaga potensial molekul-molekulnya (pada gas sempurna molekulnya tdk tarik-menarik)Perumusan di atas tdk meninjau kemungkinan sistem yg bergerak nisbi thp lingkungan

Bentuk Umum Hukum PertamaMekanika Ek = W (tenaga kinetik benda = usaha yg dilakukan thp sistem)Termodinamika W-nya (-) Ek = -WPada suatu proses, tenaga kinetik maupun tenaga dakhil dapat berubah yg disebabkan oleh arus panas ataupun usahaSehingga hukum pertama dapat ditulis :

Wt Usaha total (usaha sistem sendiri, juga gaya-gaya yg lainUsaha tersebut karena gaya konservatif maupun nonkonservatif Wt = Wk + WnkU + Ek = Q Wt

Bentuk Umum Hukum PertamaRumus hukum pertama termodinamika menjadi Menurut mekanika besar usaha oleh gaya konservatif, misalnya gaya gravitasi Wk = -Ep, pada termodinamika menjadi Wk = Ep Jika Wk dalam pers. 4-47 dibawa ke ruas kiri hasilnya adalahU + Ek + EP = Q Wnk

Persamaan Tenaga Utk Arus Tetap

************************