TUGAS MANDIRI

TERMODINAMIKA I

“RUMUS – RUMUS TERMODINAMIKA”

Disusunoleh :

Kurnia Iqbal Aprilino

(21030113060038)

2013 A

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA

PROGRAM DIPLOMA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG

2014

1. Energi Internal ( U )

U2 – U1 = ΔU = Q – W

Dapatdituliskankembalidalambentuk :

Q = ΔU + W

Dimana : U1 : energidalampadakeadaanawal (joule)

U2 :energidalampadakeadaanakhir (joule)

Q :panas (joule)

W :kerja (joule)

2. Entalpi ( H )

H = E + W

Dimana : H = entropi

E = energi (joule)

W = kerjasistem (joule)

3. Entropi ( S )

S = ∆ HT

Dimana : S = entropi

∆H = perubahanentalpi

T = suhu / temperature

4. Energi Gibbs ( G )

G  = H  -  TS

Dimana : G = energi Gibbs

H = entropi

T = temperature absolut

S = entropi

5. Energi Helmholts ( A )

A = U – TS

Dimana : A = energiHelmholts

U = energi internal

T = temperature

S = entropi

6. Kalor ( Q )

Q = m.c.(t2 – t1)

Dimana : Q =kalor (J)

m =massabenda (kg)

c =kalorjenis (J/kgC)

(t2-t1) =perubahansuhu (°C)

7. Kerja ( W )

W = F s Untukgaya (F) yang membentuksudutterhadapperpindahan s, usaha yang diperlukan:W = F s cosDimana : W = usaha yang dilakukanpadabenda( Nm = Joule )

F = gaya yang searahdenganperpindahan( N )s = perpindahanbenda( m ) = sudutantaragaya F danperpindahan s

8. EnergiKinetik ( Ek )

Ek = 12 mv2

Dimana : Ek = energikinetik( Joule )m = massabenda (kg)v = kecepatanbenda (m/s)

9. EnergiPotensial ( Ep )Ep = m g hDimana : Ep = energipotensial( Joule )

m = massabenda( kg )g = percepatangravitasi( m/s2 )h = kedudukanbenda (m)

10. Proses isobarik

W = p ( V2 – V1 )

U = 32

n R T

Q = U + p V

11. Proses isotermik

W = n R T lenV 2V 1

U = 0Q = W

12. Proses isokhorik

W = 0

U = 32

n R T

Q = U

13. Proses isentropikDalam proses adiabatik, d’Q = 0, dan dalam proses adaibatik ireversibel d’Q r = 0. Oleh karena itu dalam proses adibatik reversibel, ds = 0 atau ini berarti bahwa entropi S tetap. Proses demikian ini disebut pula sebagai proses insentropik. Jadi:

d’Qr = 0 dan dS = 0

14. Proses adiabatik

W = - 32

n R T

U = - WQ = 0

15. Rumus proses Reversible dan Irreversible

Pertimbangkansistem yang samasepertisebelumnya: sejumlah gas berada di

dalamsilinderdengansuhukonstan T. Kita mengekspansi gas darikeadaanT, P1,

V1menjadikeadaanT, V2, P2,dankemudiankitakompresi gas tersebutkekeadaansemula.

Gas ini telah mengalami perubahan siklik kembali dari keadaan akhir kekeadaan

awal.Misalkan kita melakukan siklus ini oleh dua proses yang berbeda dan menghitung

pengaruh kerja Wcy untuk setiap proses.

Proses I. Ekspansi satu tahap dengan Pop = p2; kemudian kompresi satu tahap Pop =

p1. Kerja yang dihasilkan dari ekspansi dengan pers. (4.4)

                                         Wexp = P2(V2 - V1)

Ketikakerja yang dihasilkanolehkompresisebesar

                                  Wcomb = P1(V1 - V2)

Rangkaianpengaruhkerjapadasiklusadalahpenjumlahandarikeduapersamaan di atas

                          Wcy = P2(V2 - V1) + P1(V1 - V2) = (P2 - P1) - (V2 - V2)

Sejak V2–V1 adalah positif, dan P2–P1 adalah negatif, Wcy adalah negatif. Rangkaian

kerja telah hilang dalam siklus ini. Sistem telah dikembalikan kekeadaan awal, tetapi

lingkungannya belum; massa akan lebih rendah di lingkungan setelah siklus ini.

Proses II. Pembatasan ekspansi multi tahap dengan Pop=p; kemudian pembatasan

kompresi multi tahap dengan Pop = p.

Dengan pers. (4.5), kerja yang dihasilkan dalam ekspansi adalah

(Perubahantandadalam integral keduadipengaruhiolehpertukaranbatas integral).

Jika perubahan dilakukan dengan metode kedua system dikembalikan kekeadaan

awal, dan lingkungan juga dikembalikan kekondisi awalnya, karena tidak ada pengaruh

rangkaian kerja yang dihasilkan. Misalkan suatu system mengalami perubahan keadaan

melalui urutan tertentu dari keadaan intermediate dan kemudian dikembalikan kekeadaan

semula dengan urutan yang sama melintasi keadaan dalam urutan terbalik. Kemudian jika

lingkungan juga dikembalikan kekeadaan aslinya, perubahan kearah sebaliknya adalah

reversibel. Proses berhubungan adalah proses reversibel. Jika lingkungan tidak dikembalikan

kekeadaan semula setelah siklus, perubahandan proses adalahirreversibel.

  Jelaslah bahwa proses kedua yang baru saja dijelaskan adalah proses yang reversibel,

sedangkan proses yang pertamaa dalah irreversibel. Terdapat karakteristik penting lain dari

proses reversible dan ireversibel. Dalam proses ireversibel yang baru saja dijelaskan, satu

massa ditempatkan pada piston, penahan dilepaskan, dan piston di gerakkan keatas dan

berada di posisiakhir. Pada posisi tersebut, terjadi keseimbangan internal gas, arus konveksi

ditetapkan, dan suhu berubah-ubah. Sebuah rentang waktu tertentu dibutuhkan gas untuk

setimbang di bawah kondisi baru. Situasi yang sama berlaku pada kompresi irreversible. Sifat

ini kontras dengan ekspansi reversible yang pada setiap tahap tekanan berlawanan hanya

berbeda sangat kecil dari tekanan kesetimbangan dalam sistem, dan volume meningkat sangat

kecil. Dalam proses reversibel yang keseimbangan internal gas berubah sangat kecil dan di

dalam batas tidak berubah sama sekali.

Oleh karena itu, pada setiap tahap dalam perubahan reversibel, system tidak berawal

dari kesetimbangan oleh jumlah lebih dari jumlah yang sangat kecil. Jelaslah, kita tidak bisa

benar- benar melakukan perubahan reversibel. Suatu rentang waktu takterbatas akan

diperlukan jika peningkatan volume pada setiap tahap benar-benar sangat kecil. Proses

reversible bagaimanapun juga bukanlah proses nyata, tetapi proses ideal. Prosesnya takselalu

ireversibel. Dengan kesabaran dan keterampilan, reversibilitas dapat didekati, tetapi tidak

dapat dicapai. Proses reversible sangat penting karena pengaruh kerja terkait dengan proses

tersebut yang menggambarkan nilai maksimum atau minimum. Jadi limit ditetapkan pada

kemampuan perubahan tertentu untuk menghasilkan kerja, dalam kenyataan nyakita akan

mendapatkan lebih sedikit, dan kita tidak boleh berharap untuk mendapatkan lebih banyak

kerja yang dihasilklan.

Pada siklus isoterm yang dijelaskan di atas, kerja yang dihasilkan pada siklus

irreversible bernilai negatif, yaitu kerja yang telah hilang. Ini merupakan karakteristik

mendasar setiap perubahan ireversibel dan juga setiap perubahan siklus isothermal yang

nyata. Jika system dikondisikan pada suhu konstan dan mengalami perubahan siklik oleh

proses ireversibel (proses nyata), sejumlah kerja dihilangkan dilingkungannya. Hal ini

sebenarnya pernyataan hukum kedua termodinamika. Pengaruh kerja terbesar akan dihasilkan

dalam siklus isothermal reversibel,dan ini, sebagaimana telah kita lihat, Wcy=0. Oleh karena

itu kita tidak dapat berharap untuk mendapatkan jumlah positif kerja dilingkungan dari

perubahan siklus sistem yang dikondisikan pada suhu konstan.

Pemeriksaanargumen yang disajikan di atas menunjukkan bahwa kesimpulan umum

yang dicapai tidak bergantung pada fakta bahwa system dipilih untuk ilustrasi yang terdiri

dari gas, kesimpulan adalah valid terlepas dari bagaimana system dibentuk. Oleh karena itu

untuk menghitung kerja ekspansi yang dihasilkan dalam perubahan dari system apapun kita

menggunakan pers. (4.4), dan untuk menghitung kerja yang dihasilkan dalam perubahan

reversibel, kita menetapkan Pop = p dan menggunakan pers. (4.5).

Dengan modifikasi sesuai argumen, kesimpulan umum yang bisa dicapai ditampilkan

dengan benar untuk setiap jenis kerja: kerja listrik, kerja yang dilakukan terhadap medan

magnet, dan sebagainya. Untuk menghitung jumlah dari jenis lain dari kerja kita tidak akan

menggunakan integral dari tekanan terhadap volume, melainkan integral darigaya yang

timbul dalam perpindahan.

reversibel

isoterm

4

3

CONTOH SOAL :

1. Persamaan keadaan untuk suatu gas nyata di berikan sebagai :P (V−nb )=n . R .T

Teruskan persamaan untuk kerja yang dilakukan, jika gas ini dimampatkan secara isoterm dan reversible dari volume Va ke volume Vb

A BPenyelesaian :

dW =−P . dV W =−∫va

vb

P .dV

P (V−nb )=n . R .T P=n . R .TV −nb

W =−∫va

vbn. R . TV−nb

dV

¿−n . R . T∫va

vbdV

V−nb

¿−n . R . Ta lnVb−VaVa−Vb

Vb > Va jadi lnVb−VaVa−Vb

< 0

Sehingga W > 0

2. n mol gas ideal mengalami perubahan secara reversible dari keadaan A ke keadaan B dengan 4 cara yang dinyatakan dengan 1, 2, 3, 4. Untuk proses 4 berlaku T, V = tetap. Tentukan kerja yang dilakukan oleh gas dinyatakan dengan Pa, Pb, Va, Vb dalam ke empat proses tersebut !

Jawab:

Gas nyata Va Pa Ta

Vb Pb Ta = Tb

A 2

A 2

B

Pa

Pb

II

I

II

Sistem = n mol gas ideal Keadaan = keadaan awal A = Pa,Va,Ta

Keadaan akhir B = Pb,Vb,Tb

Proses : Ekspansi Reversibel dari Va Vb

Melalui 4 proses yang berbeda 1,2,3,4

Ditanyakan : W1,W2,W3 dan W4...?

Gas ideal P. V = n. R.T

Reversibel dW = -P.dV

|W|= luas dibawah kurva pada diagram PV

Proses 4 = TV tetap

1 |W 1| =luas dibawah garis I

= luas I + luas II

= 12

(Va-Vb)(Pa-Pb) + Pb(Vb-Va)

= 12

(Pa+Pb)(Vb-Va)

|W 2| = luas dibawah garis 2

= Pa(Vb-Va)

A

B

I

A

B

2

2

Va Vb

I

II

|W 3| = luas didaerah garis 3

= luas I + luas II

= (Pa-Pb)(12

Va+ 12

Vb−Va)+ Pb(Vb-Va)

=12

(Pa−Pb)(Vb-Va) + Pb (Vb-Va)

=(Pa+Pb)(Vb-Va)

|W 4| = −∫Vo

Vb

P . dV

= −∫Vo

Vbn . R . α

VdV =n . R . α ( 1

Va− 1

Vb)

=n .R . Pb .Vb2

n . R .Vb−n . R . Pa .Va2

n . R .Va

W4 = Pb.Vb – Pa.Va

Tv = a = tetap T =αV

Pv = n. R.T P =n .R . T

V=n . R . a

V 2

α =Pa = n .R . a

V 2 α= Pa.Va2

n .R

Pb = n .R . a

Vb2 a=Pa . Vb2

n .R

B

A

3

DAFTAR PUSTAKA

http://id.wikibooks.org/wiki/Rumus-Rumus_Fisika_Lengkap/Termodinamika

http://cintaoktavia.blogspot.com/

http://andikachibi.blogspot.com/2011/03/energi-internal.html

http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia_sma1/kelas-2/entalpi-dan-perubahan-entalpi-%CE%B4h/

http://heruhernandezt.blogspot.com/2012/06/prinsip-reaksi-kimia.html

http://id.swewe.com/word_show.htm/?65482_1&Helmholtz|energi|bebas

http://alljabbar.wordpress.com/2008/03/23/kalor/

http://id.wikibooks.org/wiki/Rumus-Rumus_Fisika_Lengkap/Energi

http://xinyouwanz.blogspot.com/2013/11/termodinamika-kerja-reversibel-dan.html