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
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 2/36
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
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 3/36
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
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 4/36
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.
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 5/36
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
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 6/36
Udara atmosfer
silinder
piston
gas
V2
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 7/36
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)
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 8/36
✔ 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:
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 9/36
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
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 10/36
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
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 11/36
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
Gambar Pertanyaan yang diajukan Jawaban yang diinginkan
• 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 −=
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 12/36
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
Gambar Pertanyaan yang diajukan Jawaban yang diinginkan
• Berbentuk apakah • Berbentuk garis lurus
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 13/36
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)
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 14/36
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
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 15/36
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
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 16/36
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)
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 17/36
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
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 18/36
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
• Hukum ITermodinamika
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
Persamaan yang mendasari Pertanyaan menuntun Jawaban yang diinginkan
• Secara umum, • Tuliskan • Karena Volume
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 19/36
usaha yangdilakukan gas:
• Hukum ITermodinamika
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
Persamaan yang mendasari Pertanyaan menuntun Jawaban yang diinginkan
• Hukum ITermodinamika
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).
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 20/36
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)
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 21/36
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
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 22/36
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
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 23/36
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”
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 24/36
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”.
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 25/36
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
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 26/36
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
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!
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 27/36
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
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 28/36
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:
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 29/36
%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
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 30/36
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)
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 31/36
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
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 32/36
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
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 33/36
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
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 34/36
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
√
√
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 35/36
• 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
• Pengertian proses,
usaha dan grafik
pada Isokhorik
• Pengertian proses,
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
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
5/12/2018 20567092-Termodinamika - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/20567092-termodinamika 36/36
• 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
√
√
√
√
√
√