View
35
Download
1
Category
Preview:
DESCRIPTION
BAB 4. PERSAMAAN FUNDAMENTAL. Hukum II Termodinamika. Statement 1: - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
BAB 4
PERSAMAANFUNDAMENTAL
Statement 1: Tidak ada satupun alat yang dapat beroperasi sedemikian rupa sehingga satu-satunya efek (bagi sistem dan sekelilingnya) adalah mengubah semua panas yang diserap oleh sistem menjadi kerja yang dilakukan oleh sistem.
Statement 1a:Dalam satu proses siklis, tidak mungkin mengubah semua panas yang diserap oleh sistem menjadi kerja yang dilakukan oleh sistem.
Hukum II Termodinamika
Statement 2: Tidak ada satupun proses yang mungkin yang hanya terdiri dari pemidahan panas dari satu level temperatur ke level lain yang lebih tinggi.
HEAT ENGINES
Yang terjadi di dalam pembangkit tenaga uap adalah:1. Air pada temperatur kamar dipompa ke dalam boiler
bertekanan tinggi.2. Panas dari bahan bakar ditransfer ke air dalam boiler
sehingga air berubah menjadi uap bertekanan tinggi..3. Energi ditransfer sebagai shaft work dari uap ke
sekeliling dengan menggunakan alat seperti turbin, dimana uap mengalami ekspansi sehingga tekanan dan temperaturnya turun.
4. Uap yang keluar dari turbin dikondensasikan dengan cara mentransfer panas ke sekeliling, sehingga terbentuk air yang selanjutnya dikembalikan lagi ke boiler, yang berarti prosesnya lengkap menjadi satu proses siklis.
Hukum I Termodinamika:
CH QQW (4.1)
Efisiensi termal didefinisikan sebagai:
diserap yangpanasnettokerjaoutput
(4.2)
Dengan menggabung persamaan (4.1):
H
CH
H QQQ
QW
H
C
H QQ
1QW
Skala Temperatur Gas Ideal: Persamaan Carnot
Siklus Carnot terdiri dari 4 langkah reversibel:
1. A B : kompresin adiabatis hingga temperatur naik dari TC menjadi TH.
2. B C : ekspansi isotermal sampai sebarang titik C dengan menyerap panas sebesar QH.
3. C D : ekspansi adiabatis hingga temperatur turun menjadi TC.
4. D A : kompresi isotermal hingga mencapai keadaan awal dengan cara melepaskan panas sebesar QC.
Langak B C dan D A adalah proses isotermal:
B
CHH V
VlnRTQ dan
A
DCC V
VlnRTQ
Sehingga:
ADC
BCH
C
H
VVlnRTVVlnRT
AD
BC
C
H
C
H
VVlnVVln
TT
(4.3)
Untuk proses adiabatis berlaku persamaan:
Langak A B adalah proses adiabatis:
VdV
TdT
RCV
B
A
H
C
V
V
T
T
V
VdV
TdT
RC
A
BV
V
T
T
V
VV
lnV
dVT
dTRC B
A
H
C
B
AT
T
V
VV
lnT
dTRCH
C
(4.4)
Langak C D adalah proses adiabatis:
D
C
C
H
V
V
T
T
V
VdV
TdT
RC
C
DV
V
T
T
V
VV
lnV
dVT
dTRC D
C
H
C
(4.4)
Ruas kiri pers. (4.3) dan (4.4) adalah sama sehingga:
C
D
B
A
VV
lnVV
ln atauD
A
C
B
VV
lnVV
ln
Persamaan (4.3) menjadi
C
H
C
H
TT
Persamaan untuk efisiensi termal menjadi
H
C
H TT
1QW
(4.5)
(4.6)
ENTROPYPersamaan (4.4) dapat ditulis sebagai
C
C
H
H
TQ
TQ
Jika referensi untuk panas adalah mesin (bukan reservoir), maka nilai QH adalah positif sementara QC adalah negatif. Oleh karenanya persmaan (If the heat quantities refer to the engine (4.7) menjadi:
(4.7)
C
C
H
H
TQ
TQ
0TQ
TQ
C
C
H
H (4.8)
• Tiap siklus Carnot memiliki sepasang proses isotermal pada TH dan TC dengan panas yang menyertai adalah QH dan QC.
• Jika kurva adiabatis kecil sekali, atau dengan kata lain jarak antar dua proses isotermal menjadi infinitisimal, maka panas yang menyertai adalah dQH dan dQC.
0T
dQT
dQ
C
C
H
H
0T
dQ
H
rev (4.9)
Entropy:
H
revt
TdQ
dS (4.10)
Dengan St adalah entropy total dari sistem.Persamaan (4.10) dapat pula ditulis sebagai:
trev dSTdQ (4.11)
Untuk proses irreversibel:
trev dSTdQ (4.12)
PERSAMAAN DASARHukum I Termodinamika untuk sistem homogen tertutup
dWdQdU
dVPdSTdU
Untuk proses reversibel:
Untuk sistem yang terdiri dari n mol:
nVdPnSdTnUd (4.13a)
(4.13)
EnthalpyDefinisi:
PVUH (4.14)
Deferensiasi pers. (4.14):
dPVdVPdUdH
dPVdVPdVPdSTdH
dPVdSTdH (4.15)
Energi Bebas HelmholtzDefinisi:
TSUA (4.16)
Deferensiasi pers. (4.16):
dTSdSTdUdA
dTSdSTdVPdSTdA
dVPdTSdA (4.17)
Energi Bebas GibbsDefinisi:
PVAG (4.18)
Deferensiasi pers. (4.18):
dPVdVPdAdG
dPVdVPdVPdTSdG
dPVdTSdG (4.19)
dVPdTSdA
dVPdSTdU (4.13)
dPVdSTdH (4.15)
dVPdTSdA (4.17)
dPVdTSdG (4.19)
Persamaan MaxwellJika F = F(x, y) maka diferensial total dari F adalah:
dyyF
dxxF
dFxy
dyNdxMdF
dengan
yxF
M
xy
FN
dan
Diferensiasi lebih lanjut
yxF
yM 2
x
yxF
xN 2
y
yx x
NyM
Jadi dari persamaan:
(4.20)dyNdxMdF
Akan diperoleh:
yx xN
yM
(4.21)
Dari persamaan (4.13), (4.15), (4.17), dan (4.19) dapat diperoleh:
VS SP
VT
(4.22)
PS SV
PT
(4.23)
VT TP
VS
(4.24)
PT TV
PS
(4.25)
Recommended