20567092-Termodinamika

5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 1/36

Tugas : Individu

Dosen : Drs. M.A.Martawijaya, M. Pd

ANALISIS MATERI FISIKA SEKOLAH MENENGAH II

“ TERMODINAMIKA “

OLEH:

SRI WAHYUNI FIRDAUS041 204 024

B

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI MAKASSAR



2007

KERANGKA MATERI TERMODINAMIKA

1. Termodinamika, Sistem dan Lingkungan

• Pengertian termodinamika, sistem dan lingkungan

2. Usaha, Kalor dan Perubahan Energi Dalam

• Pengertian usaha, kalor dan perubahan Energi Dalam

• Formulasi Usaha, Kalor dan perubahan Energi Dalam

1. Beberapa Proses Termodinamika Gas

• Proses isothermal• Proses isobarik

• Proses Isokhorik

• Proses Adiabatik

1. Hukum I Termodinamika

• Pernyataan Hukum I Termodinamika

• Penerapan Hukum I termodinamika pada berbagai proses termodinamika

1. Kapasitas Kalor Gas

• Kalor jenis gas

• Kapasitas kalor gas

• Kapasitas kalor molar

1. Mesin kalor dan Hukum II Termodinamika

• Mesin kalor

• Hukum II Termodinamika

• Entropi

1. Siklus Termodinamika• Siklus Carnott

• Efisiensi Mesin Kalor

• Mesin Pendingin



Pembagian jam pelajaran :

No Pertemuan ke Materi

1 I • Termodinamika, sistem, dan lingkungan• Usaha, kalor, dan perubahan energi dalam

2 II • Beberapa proses termodinamika gas

3 III• Hukum I Termodinamika

• Kapasitas kalor gas

4 IV• Mesin kalor dan Hukum II Termodinamika

• Siklus Termodinamika

Nama Sekolah : SMA

Mata Pelajaran : Fisika

Kelas / Semester : XI / 2

Standar Kompetensi : Menerapkan konsep termodinamika dalam mesin kalor

Kompetensi Dasar : Menganalisis perubahan keadaan gas ideal dengan

menerapkan Hukum Termodinamika

Indikator:

1. Memahami pengertian termodinamika, sistem dan lingkungan

2. Menjelaskan tentang Usaha, Kalor dan perubahan Energi Dalam3. Menganalisis keadaan gas karena perubahan suhu, tekanan dan volume

4. Menggambarkan perubahan keadaan gas dalam diagram P – V

5. Memformulasikan Hukum I Temodinamika dan penerapannya

6. Memahami Hukum II Termodinamika

7. Menjelaskan defenisi Siklus Carnott

Alokasi Waktu : 8 jam pelajaran (4 x pertemuan)

TERMODINAMIKA

A. TERMODINAMIKA, SISTEM DAN LINGKUNGAN

1. Pengertian Termodinamika, Sistem dan Lingkungan



Termodinamika adalah: Cabang ilmu Fisika yang mempelajari hokum-

hukum dasar yang dipatuhi oleh kalor dan usaha. Termodinamika jugamerupakan ilmu yang mengatur perubahan energi dari satu bentuk ke bentuk

lainnya, pemanfaatan energi dalam bentuk kalor dan usaha. Dalam

termodinamika ada dua besaran yang sangat mendasar yaitu sistemdan

lingkungan

Sistem adalah: Sesuatu yang menjadi subjek pembahasan (fokus perhatian)

Lingkungan adalah: Segala sesuatu di luar sistem yang berhubungan dengan

sistem.

Dalam Termodinamika dikenal ada tiga jenis sistem yaitu:

1. Sistem Terbuka dimana terjadi perpindahan massa dan energi hingga

menembus batas sistem misal: tangki air yang terbuka

2. Sistem tertutup dimana tidak ada perpindahan massa melalui batas sistem

tetapi dapat terjadi perpindahan energi misal: Gas dalam balon

3. Sistem terisolasi dimana tidak ada perpindahan masssa dan energi misal:

termos yang beriesi air panas / dingin

B. USAHA, KALOR DAN PERUBAHAN ENERGI DALAM

1. Pengertian Usaha, Kalor Dan Perubahan Energi Dalam

Usaha yang dilakukan pada atau oleh sistem adalah ukuran energi yang

dipindahkan dari sistem ke lingkungan atau sebaliknya. Ketika melakukan usaha

pada suatu sistem, maka ada energi yang dipindahakan ke sistem.

Kalor sama dengan usaha yaitu muncul jika ada perpindahan energi dan kalor

muncul ketika energi dipindahkan akibat adanya perubahan suhu.



Perubahan Energi Dalam. Ketika suatu bergerak, suatu benda memiliki

energi kinetik sehingga dapat melakukan usaha. Bila bergantung pada ketinggian,memiliki energi potensial. Kedua energi ini disebut energi luar. Sebagai tambahan,

setiap benda memiliki energi yang tak nampak yaitu energi dalam yaitu jumlah

energi kinetik dan potensial oleh molekul zat.

Energi Dalam adalah sifat mikroskopik zat sehingga tidak dapat diukur

langsung tapi yang dapat diukur yaitu perubahannya ΔU = U 2- U 1.

2. Formulasi Usaha, Kalor dan perubahan Energi Dalam

✔ Usaha

Tinjau sistem yang terdiri atas gas dalam tabung yang dilengkapi piston yang

dapat bergerak bebas

Gambar 1 Gambar 2 Gambar 3



Udara atmosfer

silinder

piston

gas

V2



Keterangan:Pada gambar1 gas berada dalam tabung

Pada ganbar 2 dan 3 gas dipanaskan, piston bergerak ke atas sejauh ssehingga mencapai kesetimbangan baruPertanyaan yang Diajukan Jawaban yang Diinginkan

1. Pada gambar, mana yangtermasuk sistem danlingkungan ?

2. Apa yang menyebabkan pistondapat bergerak?

1. Sistem yaitu gas danlingkungan yaitu Piston dan perlengkapannya

2. Usaha yang dilakukan gasterhadap sistem

Besarnya usaha yang dilakukan sistem diperoleh dari persamnaan umum usaha:

s x F W =…… (1)

Gaya yang diberikan gas terhadap piston dapat diperoleh dari hubungan:

A x p F atau A

F p ==

…… (2)

Jika piston bergerak sejauh s, usaha yang dilakukan gas adalah;

s x F W =…… (3)

Jika persamaan (2) disubtitusi ke persamaan (3) diperoleh:

)()( s A pW atau s A pW ==……

(4)

A s adalah perubahan volume yang dialami oleh gas maka Persamaan (4) menjadi:

V pW ∆=……. (5)

Keterangan: W = Usaha (J)

P = Tekanan (N/m2)

ΔV = Perubahan Volume (m3)



✔ Kalor :

Kalor yang diserap oleh sistem gas diperoleh dari persamaan umum kalor

T C QatauT cmQ ∆=∆=

Keterangan: c = kalor jenis gas dan C = Kapasias kalor gas

✔ Energi Dalam

Telah diketahui bahwa energi dalam gas didefinisikan sebagai jumlah energi

kinetic seluruh molekul gas dalam wadah tertutup:Untuk gas monoatomik :

nRT NkT U 2

3

2

3==

Untuk gas Diatomik :

nRT NkT U 2

5

2

5==

Dimana: N = Jumlah seluruh molekul Gas

n = Jumlah mol gas

Untuk sistem yang mengalami perubahan suhu, maka ΔU menjadi:

Untuk gas monoatomik :

)(2

3

2

312 T T nRnRT −=

Untuk gas diatomic :

)(2

5

2

512 T T nRnRT −=

A. BEBERAPA PROSES TERMODINAMIKA GAS

Proses perubahan enegi menjadi energi lain, atau perubahan energi menjadi

usaha terjadi dalam berbagai bentuk proses termodinamika. Di antara berbagai proses

tersebut, ada 4 proses yang lebih khusus yaitu:



1. Proses,Usaha dan Grafik Pada Isotermal

Proses isothermal yaitu: proses perubahan tingkat keadaan suatu gas yang berlangsung pada suhu / temperatur yang konstan..

PERTANYAAN MENUNTUN KE PERSAMAAN USAHA PADA PROSES ISOTERMAL

Persamaan yang digunakan Pertanyaan menuntun Jawaban yang diinginkan• Secara umum, usaha

yang dilakukan gas

dinyatakan secara

integral yaitu:

∫ = 2

1

V

V dV pW

….. (1)

• Dari persamaan gas

ideal:

pV = nRT , diperoleh:

V

nRT p =

….. (2)

• Subtitusi pers. (2) ke

pes. (1)

• Karena nRT nilainya

tetap, maka

keluarkan faktor tesebut!

• Gunakan sifat

integral

x x

dxln=∫

sehingga

diperoleh persamaan usaha

dari isothermal!

•

dV V

nRT W

V

V ∫ =2

1

•

∫ = 2

1

V

V V

dV nRT W

•

[ ]

[

=

−=

=

1

2

2

ln

lnln

ln 2

1

V

V nRT W

V nRT W

V nRT W V

V

Persamaan keadaan gas ideal untuk proses isothermal (T tetap) adalah:

1122: V pV p sehinggaCT pV atauC T

pV ===

Diagram p-V untuk proses Isotermal

Gambar Pertanyaan yang diajukan Jawaban yang diinginkan



P

V

V1

V2

• Berbentuk apakahdiagram proses

isothermal?• Dengan berdasar pada tanda panah,termasuk kedalam usahaapakah grafik disamping? (positif/negative) dantuliskan persamaanusahanya!

• Hiperbola

• Usaha (W) negativePersamaan Usaha:

1

2lnV

V nRT W −=

1. Proses Isobarik

Proses Isobarik yaitu: Proses perubahan tingkat keadaan suatu gas yang

berlangsung pada tekanan konstan

PERTANYAAN MENUNTUN KE PERSAMAAN USAHA PADA PROSES ISOBARIK

Persamaan yang digunakan Pertanyaan menuntun Jawaban yang

diinginkan



p

V1

V2

V

p

• Secara umum,

usaha yang

dilakukan gas

dinyatakan secara

integral yaitu:

∫ = 2

1

V

V dV pW

…..

(1)

• Integralkan

persamaan (1)

sehingga

diperoleh

persamaan usaha

proses isobarik

•

)( 12 V V pW −=

Persamaan keadaan gas ideal untuk proses isobaric (p tetap) adalah:

1

1

2

2

T

V

T

V sehingga

p

C

T

V atauC

T

pV ===

Diagram p-V untuk proses Isobarik


• Berbentuk apakahdiagram prosesisobarik?

• Menunjukkan apakah

luas grafik disamping?

• Dengan berdasar pada tanda panah,termasuk ke dalamusaha apakah grafik di samping? (positif/negative) dan tuliskan persamaan usahanya!

• Berbentuk garis lurushorizontal

• Luas grafik

menyatakan besar usaha yang dilakukangas

• Usaha (W) positif Persamaan Usaha:

)( 12V V pW −=



1. Proses Isokhorik

Proses Isokhorik yaitu: Proses perubahan tingkat keadaan suatu gas yang

berlangsung pada volume konstan.

PERTANYAAN MENUNTUN KE PERSAMAAN USAHA PADA PROSES ISOKHORIK

Persamaan yang digunakan Pertanyaan menuntun Jawaban yang diinginkan

• Secara umum,

usaha yang

dilakukan gas

dinyatakan secara

integral yaitu:

∫ = 2

1

V

V dV pW

…..

(1)

• Integralkan

persamaan(1)

sehingga

diperoleh

persamaanusaha proses

isokhorik

•

)( 12V V pW −=

Pada isokhorik, volume

konstan V1= V2

sehingga W = 0

Persamaan keadaan gas ideal untuk proses isokhorik (V tetap) adalah:

V

C

T

patauC

T

pV ==

1' 1

2

2

T

p

T

patauC

T

p==

Diagram p-V untuk proses Isokhorik


• Berbentuk apakah • Berbentuk garis lurus



p

V1=V

2

V

p2

p1

diagram prosesisobarik?

• Karena Volumekonstan, makausahanya nol.Apa maksud pernyataan usahanol?

vertikal

• Makna usaha nolyaitu tidak ada usahayang dilakukan olehgas/ sistem

Catatan: Pada proses isokhorik, karena volum tetap, tekanan gas dalam wadah naik

dan gas melakukan gaya yang makin besar pada dinding. Walaupun gaya yang

sangat besar dibangkitkan dalam ruang tertutup, usaha sama dengan nol karena

dinding wadah tidak berpindah.

1. Proses Adiabatik

Proses adiabatik yaitu: Proses perubahan tingkat keadaan suatu gas dimana

selam proses terebut tidak ada kalor yang masuk atau keluar dari sistem (gas)



yaitu Q=0. Selama proses berlangsung, sistem diiisolasi secara isothermal. Untuk

mengisolasi sistem, maka semua aliran energi harus dicegah baik yang masuk

maupun yang keluar dari sistem.

Dalam proses adiabatik, tekanan (p) berbanding terbalik dengan volume yang

dipangkatkan γ yang merupakan sebuah konstanta.

γ V p

1=

maka

C pV =γ

(C= konstanta)

…… (1)

C V pV p == γ γ

2211

atauγ

=

2

1

1

2

V

V

p

p

…… (2)

Untuk gas ideal:

V

nRT p =

maka:

γ γ

2

2

2

1

1

1 V V

nRT V

V

nRT

=

1

2

1

1

21

22

1

11 :

−−−

==

γ

γ γ

V

V

T

T sehinggaV T V T

……

(3)

Berdasarkan persamaan (2) dan Persamaan (3) diperoleh:

11

1

2

1

2

1

1

2

2

1

−

=

=

γ

γ γ

p

p

T

T maka

p

p

V

V



p

V

V1

V2

p2

p1

Isotermal

Adiabatik

γ

γ 1

1

2

1

2

−

= p p

T T

……. (4)

PERTANYAAN MENUNTUN KE PERSAMAAN USAHA PADA PROSES ADIABATIK

Persamaan yang

digunakan

Pertanyaan

menuntunJawaban yang diinginkan

• Secaraumum,usaha yang

dilakukangasdinyatakansecaraintegralyaitu:

1) Per

sa

ma

an:

W

2)

pV =γ

• Subtitusinilai p pada persamaan

(2) ke pers.(1)• Karena nilai

C konstanmakakeluarkandari persamaan

• Laluintegralkansehinggadiperoleh

persamaanusaha untuk adiabatic

• Gunakan:

V pV p =γ

2211

•

dV V

C W

V

V ∫ = 2

1γ

•

dV V C W V

V ∫ −= 2

1

γ

•

2

1

1

1

1 V

V V C W γ

γ

−

−=

( )γ γ

γ

−− −−= 11

12

11 V V C W

•

( γ γ γ γ

γ

−− −−

= 1111

12221

1V V pV V pW

( )11221

1V pV pW −

−=

γ

Diagram p-V

untuk proses

Adiabatik



Diagram adiabatik mirip dengan isothermal, akan tetapi usaha yang berbeda

dilakukan dalam proses ini sebab Q = 0. Pada gambar di atas, proses adiabatik (garis

lengkung yang diberi tanda panah).

A. HUKUM I TERMODINAMIKA

Review : Prinsip dasar dalam termodinamika menyatakan bahwa zat

mempunyai energi yang bersifat kekal namun dapat diubah dari satu

bentuk energi menjadi bentuk energi lainnya.

1. Pernyataan Hukum I Termodinamika

Hukum I Termodinamika berhubungan dengan cara suatu sistem memperoleh

energi dari lingkungan atau kehilangan energi ke lingkungan.Jika suatu sistem memperoleh kalor Q dari lingkungan, maka akan digunakan

untuk menaikkan suhu T1 ke T2. Berdasarkan persamaan energi dalam

nRT U 2

3=

maka dapat dikatakan bahwa Karena T2 > T1, maka U2 >U1.

Kembali ke Hukum kekekalan energi maka ΔU = U2 - U1 = Q.

Energi Dalam sistem juga dapat berubah karena usaha. Jika suatu sistem

melakukan usaha ke lingkungan, maka suhunya berkurang (T2 < T1). Hal ini berarti

ΔU = U2 < U1. “ Jika suatu sistem memperoleh energi Q dalam bentuk kalor dan pada

saat yang sama kehilangan energi W dalam bentuk usaha, maka perubahan energi

dalam karena kedua faktor ini dinyatakan bahwa “ Perubahan Energi Dalam (ΔU)



suatu sistem sama dengan jumlah kalor yang diterima sistem dari lingkungan (Q)

dikurangi besarnya usaha yang dilakukan sistem ke lingkungan (W)”.

Secara Matematis :

W QU U U −=−=∆ 12

Ketentuan:

Q = Positif jika sistem menerima kalor dari lingkungan

Q = Negatif jika sistem melepas kalor lingkungan

W = Positif jika sistem melakukan kerja ke lingkungan

W = Negatif jika sistem menerima kerja dari lingkungan

ΔU = Negatif jika terjadi pengurangan energi dalamΔU = Positif jika terjadi peningkatan energi dalam

2. Penerapan Hukum I Termodinamika Pada Berbagai Proses

Termodinamika.

Hukum I Termodinamika pada proses termodinamika.

➢ Proses Isotermal (Suhu Konstan)

PERTANYAAN MENUNTUN KE PERUBAHAN HUKUM I TERMODINAMIKA PADA

ISOTERMAL

Persamaan yang mendasari Pertanyaan menuntun Jawaban yang diinginkan

• Secara umum,usaha yangdilakukan gas:

•

∫ = 2

1

V

V dV pW

• Hukum ITermodinamika

W QU −=∆

• Tuliskan persamaanUsaha padaProsesIsotermal!

• Karena Tkonstan makatentukan perubahanenergi dalam(ΔU)!

• Dari hasilyangdiperolehturunkanHukum ITermodinami

•

1

2lnV

V nRT W =

• ΔU= 0 karena dari persamaan:

nRT U 23=

• ΔU = Q – W

W Q −=0



ka padaisothermal

Q =

1

2

ln V

V

nRT W =

➢ Proses Isobarik (Tekanan Konstan)

Pertanyaan Menuntun ke perubahan Hukum I termodinamika pada Isobarik

Persamaan yang

mendasari

Pertanyaan

Menuntun

Jawaban yang diinginkan

• Secaraumum,usaha yangdilakukangas:

∫ =2

1

V

V dV pW


W QU −=∆

• Tuliskan persamaanUsaha padaProsesIsobarik

• Karena Vkonstan, makatentukan perubahanenergi dalam

(ΔU)!denganmasukkan persamaanusahanya!

• Dari hasilyangdiperolehturunkanHukum ITermodinamika pada

isothermaluntuk gasideal

•)( 12 V V pW −=

•

)( 12 V V pQU

V pQU

−−=∆∆−=∆

•

212 ()(2

V pT T nR f

U −−−=∆

➢ Proses Isokhorik (Volume Konstan)

Pertanyaan Menuntun ke perubahan Hukum I termodinamika pada Isokhorik


• Secara umum, • Tuliskan • Karena Volume



usaha yangdilakukan gas:


W QU −=∆

persamaanUsaha pada

ProsesIsokhorik!• Karena V

konstan maka,turunkanHukum ITermodinamika padaisokhorik!

• Jelaskan apamaksud persamaanyangdiperoleh!

konstan maka

0=∆V

,

sehingga

0=W

•

QU

QU

=∆−=∆ 0

• Jika kalor diberikan ke suatusystem padavolum tetap,seluruh kalor digunakan untuk menaikkanenergidalam

➢ Proses Adiabatik (Q=0)

Pertanyaan Menuntun ke perubahan Hukum I termodinamika pada Adiabatik



W QU −=∆

• Karena Q=0,makaturunkanHukum ITermodinamika padaAdiabatik!

• Karena Q= 0maka

W U −=∆

A. KAPASITAS KALOR GAS

Review: Kapasitas kalor gas didefinisikan sebagai jumlah kalor yang dibutuhkan

untuk menaikkan suhu zat cair sebesar 1 Kelvin (satu derajat Celcius).



Secara Matematis:

∆=∆ Τ=C Qatau

QC

Dengan : C = Kapasitas kalor (J/K)

Q = Jumlah Kalor (J)

ΔT = K

Pada dasarnya, kalor diberikan pada gas untuk menaikkan suhunya yang

dilakukan pada tekanan atau volum tetap sehingga gas memiliki dua jenis

kapasitas kalor yaitu:

➢ Kapasitas kalor pada tekanan konstan (Cp)

Defenisi: Kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat sebesar 1

Kelvin pada tekanan tetap. Dapat diartikan kalor yang diterima gas

untuk menaikkan energi dalam dan usahanya nol

Secara Matematis:∆=

∆ Τ= p p

p

p C QatauQ

C

T nRT nRT nR

nRT

T nR

T

QC T nRV P U W Q

p

p p

∆=∆+∆=

=∆

∆=

∆=∆+∆=∆+=

2

5

2

3

)1....(2

52

5

2

3

➢ Kapasitas kalor pada volume konstan (Cv)



Q1

Q2

Reservoir panas T1

Reservoir dingin T2

W

Mesinkalor

Defenisi: Kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat sebesar 1

Kelvin pada volume tetap. Dapat diartikan kalor yang diterima gasuntuk melakukan usaha dan menambah energi dalam gas.

Secara Matematis:

∆=∆ Τ

= vvv

v C QatauQ

C

monoatomik gasUntuk T nRU U W Qv ∆=∆+=∆+=2

30

Sehingga:

)2(............2

3

2

32

3

nRC nRT

T nR

T

QC v

vv ==

∆

∆=

∆=

Jika Cp dan Cv diperkurangkan, maka diperoleh hasil:nRCvCp =−

F. HUKUM II TERMODINAMIKA

➢ Mesin Kalor

Mesin kalor adalah alat untuk mengubah energi panas menjadi energi mekanik.

Pengubahan energi panas selalu disertai pengeluaran gas buang.

Diagram di samping

adalah “diagram mesin kalor”

Pada mesin kalor, mesin menyerap

sejumlah kalor Q1



dari reservoir panas melakukan usaha mekanik W dan

kemudian membuang kalor Q2 ke reservoir dingin.

Karena kerja melalui satu siklus, maka ΔU=0. Dengan demikian Hukum I

termodinamika memberikan bahwa usaha W yang dilakukan oleh mesin kalor sama

dengan kalor yang digunakan mesin. Berdasarkan gambar, maka diperoleh:

21 QQQ −=sehingga

21 QQW −=

Efisiensi kalor sebuah mesin kalor adalah nilai perbandingan antara usaha/

kerja yang dilakukan dan kalor yang diserap dari reservoir suhu tinggi selama satu

siklus. Secara matematis:

%1001

x

Q

W =η

➢ Hukum II Termodinamika dan Entropy

Hukum II Termodinamika dikemukakan dalam beberapa versi namun pada

hakikatnya, hukum ini dapat mengatur atau menjelaskan proses yang dapat

berlangsung dan yang tidak meskipun dalam Hukum I proses tersebut mungkin dapat

terjadi.

1. Hukum II Termodinamika versi Clausius

Berhubungan dengan aliran kalor secara konstan. Menurut Hukum ini, jika

dua benda dikontakkan, kalor akan mengalir secara spontan dari benda yang



sushunya lebih tinggi ke benda yang sushunya lebih rendah. Kalor tidak mungkin

mengalir secara spontan dari benda bersuhu lebih rendah.2. Hukum II Termodinamika versi Carnott

Menyangkut mesin kalor yang tidak dapat mengbah sejumlah kalor menjadi

kerja seluruhnya atau tidak ada mesin kalor yang berefisiensi 100%.

3. Hukum II Termodinamika berkaitan dengan Entropy

Entropy adalah: Ukuran tingkat keteraturan suatu system. Hukum II

Menyatakan bahwa, suatu proses hanya dapat terjadi jika tingkat keteraturan

suatu keadaan menuju ke tingkat ketidakteraturan yang makin besar (Entropi

meningkat). Jadi, semua proses di alam ini cenderung mengarah kepada

ketidakteraturan. Entropy semua proses selalu meningkat sehingga kemampuan

untuk melakukan kerja menjadi berkurang. Jadi, Hukum II mengharuskan adanya

perubahan entropy yaitu:

awal akhir S S S −=∆ Dimana:

0≥− awal akhir S S

➢ Siklus Termodinamika

1. Siklus Carnott

Sadi carnott merumuskan gagasan mengenai mesin kalor. Carnott

mengusulkan suatu mesin kalor ideal yang bekerja secara siklus (kembali ke

tempat semula) yang dikenal dengan “Siklus Carnott”



PemuaianIsotermal

Pemuaian Adiabatik

PemampatanAdiabatik

PemampatanIsotermal

Q1

Q2

T1

T2

A

B

D

C

Siklus Carnott terdiri atas dua psoses isothermal dan dua proses

adiabatik.

Gambar di samping “ Diagram proses siklus

Carnott”.



2. Efisiensi Carnott

Untuk mesin Carnott W= Q1-Q2. sehingga diperoleh:

%10011

2 xQ

Q−

Karena:

1

2

!

2

T

T

Q

Q=

maka :

−=1

21T

T η

Jadi, efisiensi hanya bergantung pada Suhu T2 dan T1. Menurut persamaan di

atas, efisiensi akan maksimum jika perbandingan kedua suhu lebih kecil.

3. Mesin Pendingin.

Mesin pendingin mengalirkan kalor dari benda dingin ke benda panas dengan

melakukan usaha/ kerja pada system. Sedangkan proses yang dialami yaitu: Proses

pendinginan.

Gambar di samping yaitu “Diagram Mesin

Pendingin” Arah anak panah berlawanan pada

mesin kalor. Secara Matematis:

W QQ += 21

Reservoir panas T1

Reservoir dingin T2

WPendingin



Daya guna mesin pendingin berdasarkan Ukuran kerja (koefisien performansi/

COP). COP (Coefficient of Performance) merupakan perbandingan antara jumlah

kalor yang diserap terhadap usaha yang diberikan. Secara Matematis:

W

QCOP 2=

Karena W = Q1- Q2 maka:

21

2

QQ

QCOP −=

atau

21

2

T T

T COP −=

Nilai dari COP berbeda dengan η pada mesin kalor yang harganya antara 0 – 1,

tetapi COP mempunyai harga 0 – tak terhingga.

CONTOH SOAL

A. URAIAN

1. Jelaskan apa yang Dimaksud:

a. Termodinamika

b. Usaha

c. Energi Dalam

1. Suatu gas dipanaskan dalam ruangan yang tekanannya dibuat tetap sehingga

volumenya bertambah 0,5 m3. Jika tekanan gas adalah 2,0 x 105 Pa dan volume

awal ruangan 1 m

3

, tentukan:a. Usaha yang dilakukan oleh gas tersebut?

b. Proses apakah yang terjadi? Serta gambarkan diagram proses tersebut!



1. Suatu gas ideal dimampatkan secara adiabatic (γ = 1,4) sehingga volumenya

menjadi

4

3

volume awal maka tentukan perbandingan tekanan akhir terhadap

tekanan awalnya!

2. Sebuah mesin Carnott mengambil kalor sebesar 6.750 J untuk melakukan usaha

2.025 J di setiap siklusnya. Jika suhu reservoir 627 0C dan 97 oC, tentukan:

a. Berapa efisiensi nyata mesin

b. Berapa efisiensi maksimum mesin tersebut?

1. Sebuah kulkas mempunyai nilai COP = 6. Jika suhu udara ruangan adalah 27 oC,

berapakah suhu udara dalam kulkas tersebut?

PEMBAHASAN

1. Yang dimaksud:

a. Termodinamika yaitu: : Cabang ilmu Fisika yang mempelajari hukum-hukum

dasar yang dipatuhi oleh kalor dan usaha, yang mengatur perubahan energidari satu bentuk ke bentuk lainnya, pemanfaatan energi dalam bentuk kalor

dan usaha

b. Usaha yaitu: Ukuran energi yang dipindahkan dari sistem ke lingkungan atau

sebaliknya

c. Energi Dalam yaitu: sifat mikroskopik zat sehingga tidak dapat diukur

langsung tapi yang dapat diukur yaitu perubahannya ΔU = U 2 - U 1.

1. Diketahui: V0 = 1m3 V1= 0,5 m3 p = 2,0 x 105 Pa

Ditanya: Usaha yang dilakukan gas dan diagram prosesnya ?

Solusi:

• Usaha yang dilakukan gas:

W = p ΔV= (2 x 105 N (N/m2) (0,5 m3) = 100.000 Joule = 100 kJ



p(105) Pa

1

2

V(m)3

2

1

2

W = luas daerah di bawah grafik • Diagram

proses:

1. Diketahui: γ = 1,4V2

= 3/4

V1

Ditanyakan: P2/P1 =

….?

Solusi:

5,1495,13

4

3

4

4

3

1

2

4,1

2

1

1

2

2

112

=⇒=

=

=

=⇒=

P

P

V

V

P

P

V

V V V

γ

2. Diketahui: Q = 6.750 J

W = 2.025 J

T1 = 627 + 273 = 900 K

T2 = 97 + 273 = 370 K

Ditanyakan: Efisiensi nyata dan efisiensi maksimum

Solusi:

a. Efisiensi nyata:



%30%1003.0

3.0750.6025.21

==

==

=

x

Q

W

η

η

b. Efisiensi maksimum:

%59%10059.0

59.041.01

900

3701

11

2

==

=−=−=

−=

x

T

T

η

η

5. Diketahui : COP (Coefficient Of Performance) = 6

Tudara= 27 + 273 = 300 K

Ditanyakan: Tkulkas = … ? Nyatakan dalam satuan Celcius

Solusi:

C T K T

T

T T

T

T

T T T COP

o16273257257

800.17

)(6800.1

3006

22

2

22

2

2

21

2

−=−=⇒=

==−

−=

−=

A. PILIHAN GANDA

1. Di bawah ini, adalah grafik hubungan antara tekanan (p) dan Volume (V) dari

suatu gas. Satuan p adalah N/m2 dan V adalah m3



p

1

2

V(m)3

4

Gbr. (1)

P

V

2

1

Gbr. (2)

p

1

2

V(m)3

4

Gbr. (3)

p

4

2

0

V

Gbr. (4)



Dari keempat grafik di atas, yang menghasilkan usaha gas yang paling besar ditunjukkan oleh grafik nomor …

A. (1) B. (2) C. (3) D (4) E. (1) dan (2)

Solusi:

V pW ∆== p (V2-V1) ditunjukkan oleh luas derah di bawah kurva p –V:

• Gambar (1); menggambarkan proses ekspansi gas pada tekanan tetap

W = 4(2-1) = 4 J (sistem melakukan usaha)

• Gambar (2); menggambarkan proses isothermal, sehingga kerja yang

dilakukannya < kerja yang dilakukan pada gambar (1).

• Gambar (3); menggambarkan proses penyusutan (kompresi) gas

pada tekanan tetap.

W = 4(1-2) = -4 J (kerja dilakukan terhadap sistem)

• Gambar (4); menggambarkan proses isokhorik yang berarti W = 0.

Jadi, usaha gas paling besar ditunjukkan oleh grafik nomor (1).

Jawaban : A2. Sebuah mesin carnot yang menggunakan reservoir suhu tinggi bersuhu 800 K

mempunyai efisiensi sebesar 40%. Agar efisiensinya naik menjadi 505, maka

suhu reservoir suhu tinggi dinaikkan menjadi …

A. 900 K B. 960 K C. 1.000 K D. 1.180 K E. 1.600

K



Solusi :

−=

1

21T T η

−=

80014,0 2T

T2 = 480 K

Berarti suhu reservoir suhu rendah = 480 K.

Agar efisiensi mesin menjadi 50%, maka suhu reservoir suhu tinggi (T1) harus

dinaikkan menjadi :

1

48015,0

T −=

T1 = 960 K

Jawaban : B

3. Entropy (S) suatu sistem tertutup termodinamika :

A. Tetap

B. Berubah dengan penambahan ΔS berharga positif

C. Berubah dengan penambahan ΔS berharga negatif

D. Dapat tetap atau berubah dengan harga ΔS positif

E. Dapat berubah dengan harga ΔS positif atau negatif tergantung dari macam

prosesnya.

Solusi :

Hukum II Termodinamika : “ Entropy suatu sistem tertutup tidak akan pernah

berkurang, sistem tersebut hanya dapat tetap atau bertambah”.Jawaban : D

4. “ Perubahan Energi Dalam (ΔU) suatu sistem sama dengan jumlah kalor yang

diterima sistem dari lingkungan (Q) dikurangi besarnya usaha yang dilakukan

sistem ke lingkungan (W)”. Pernyataan ini dikenal sebagai …

A. Hukum kekekalan energi



B. Hukum II Termodinamika

C. Hukum Clausius

D. Hukum Carnot

E. Hukum I Termodinamika

Solusi :

Hukum I Termodinamika : “ Perubahan Energi Dalam (ΔU) suatu sistem sama

dengan jumlah kalor yang diterima sistem dari lingkungan (Q) dikurangi

besarnya usaha yang dilakukan sistem ke lingkungan (W)”.

Jawaban : D

SISTEM PENILAIAN

A. URAIAN OBJEKTIF

Rubrik penilaian :

NO ASPEK SKOR

1. Menuliskan variable yang diketahui 3

2. Menuliskan persamaan yang akandigunakan dalam penyelesaian soal 3

3. Menyelesaikan soal dengan benar 4

SKOR 10



B. PILIHAN GANDA

Sistem Penilaian:

BENAR Skor: 1

SALAH Skor: 0

IDENTIFIKASI MATERI DALAM DAN LUAR KELAS

Materi yang DiajarkanCara Perolehan Siswa Terlaksana/

belumDalam Kelas Luar Kelas

A. Termodinamika, system,

dan lingkungan

• Pengertiantermodinamika,

sistem dan

lingkungan

B. Usaha, Kalor, dan

Perubahan Energi Dalam

√

√



• Pengertian usaha, kalor,

dan perubahan energi

dalam

• Formulasi usaha, kalor dan

perubahan energi dalam

A. Beberapa Proses

Termodinamika Gas

• Pengertian proses,

usaha dan grafik

pada Isotermal• Pengertian proses,

usaha dan grafik

pada Isobarik


usaha dan grafik

pada Isokhorik


usaha, dan grafik

pada Adiabatik

A. Hukum I Termodinamika

• Pernyataan Hukum I

Termodinamika

• Penerapan Hukum I

Termodinamika pada

proses termodinamika gas

✔ Proses Isotermal

✔ Proses Isobarik

✔ Proses Isokhorik

✔ Proses Adiabatik

A. Kapasitas Kalor Gas

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√



• Kapasitas Kalor pada

tekanan konstan

• Kapasitas kalor pada

volume konstan

A. Hukum II Termodinamika

• Mesin Kalor

• Hukum II Termodinamika

dan Entropy

✔ Pernyataan Clausius

✔ Pernyataan Carnott✔ Berkaitan dengan

Entropy

• Siklus Termodinamika

✔ Siklus Carnott

✔ Efisiensi Carnott

✔ Mesin Pendingin

√

√

√

√

√

√

Documents

20567092-Termodinamika