Understanding Thermodynamics and Forms of Energy

Slide11

Slide2TERMODINAMIKA adalah satu sains yangmempelajari tentang penyimpanan ( storage ), pengubahan ( transformation ), dan pemindahan ( transfer ) energi TERMODINAMIKA adalah satu sains yang mempelajari tentang penyimpanan ( storage ), pengubahan ( transformation ), dan pemindahan ( transfer ) energi 2

Slide3STORED ENERGYInternal Energy (U) Kinetic Energy (EK ) Potential Energy (EP ) Chemical Energy ENERGY IN TRANSIT Heat (Q) Work (W) FORMS OF ENERGY FORMS OF ENERGY 3

Slide4Dalam termodinamika, kita akanmenyusun persamaan matematis yang menghubungkan transformasi dan transfer energi dengan variabel- variabel makroskopis, seperti temperatur, volume, dan tekanan, yang menggambarkan sistem termodinamis. Hukum-hukum Termodinamika Hukum-hukum Termodinamika 4

Slide5Hukum-hukum Termodiamika:1. Hukum ke-0 : mendefinisikan temperatur (T) 2. Hukum ke-1 : mendefinisikan energi (U) 3. Hukum ke-2  : mendefinisikan entropy (S) 4. Hukum ke-3 : mendefinisikan nilai S pada 0 K 5

Slide6SISTEM TERMODINAMISSISTEM TERMODINAMIS Sistem termodinamis adalah bagian dari semesta yang menjadi perhatian / sekumpulan senyawa yang terdiri dari partikel-partikel atom dan molekul SISTEM SEKELILING BOUNDARY 6

Slide7TERISOLASITERISOLASI TERTUTUP TERTUTUP TERBUKA TERBUKA TERISOLASI TERTUTUP TERBUKA Transfer massa Tidak ada Tidak ada Ada Transfer panas dan/atau kerja Tidak ada Ada Ada 7

Slide88

Slide9PROPERTY DAN KEADAAN SISTEMSISTEM HOMOGEN HETEROGEN  Minuman kopi  Udara  Air teh + es 9

Slide10Fasa adalah sejumlah material yango Memiliki komposisi seragam/homogen o Dapat dibedakan secara fisik dengan fasa lainnya o Dapat dipisahkan secara mekanik dari fasa lainnya Contoh sistem satu fasa (   = 1) : o Air murni o Udara (N 2 , O 2 , Ar, CO 2 ) Contoh sistem 2 fasa: o Es dalam air o Susu (butiran lemak dalam larutan air) 10

Slide1111

Slide12Property adalah besaran yang digunakan untuk menggambarkan suatu sistem pada keadaan kese- imbangan. State/keadaan  suatu sistem adalah kondisi dari sistem tersebut sebagaimana dinyatakan dengan nilai dari propertynya pada suatu saat tertentu. Property yang umum digunakan untuk menggambar- kan suatu sistem adalah tekanan (P), temperatur (T), volume (V), internal energy (U), enthalpy (H), entropy (S), jumlah mol (n i ), massa (m), kecepatan (u), dan posisi. 12

Slide13Property memiliki nilai unik apabila suatu sistemberada dalam keadaan tertentu, dan nilainya tidak tergantung pada jalannya proses, hanya tergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir dari sistem. Secara matematis: diferensial eksak Perubahan property ketika sistem berubah dari keadaan 1 ke keadaan 2 13

Slide1414V = 1,012 cc/g V = 1,003 cc/g V = 1,091 cc/g 50  C

Slide15EKSTENSIFEKSTENSIF INTENSIF INTENSIF (vol. spesifik) (vol. molar) 15

Slide1616Massa (m) Massa (m) Jumlah mol (n) Jumlah mol (n) Volume total (V t ) Volume total (V t )

Slide17KESEIMBANGAN TERMODINAMIK: PROSESKeseimbangan adalah suatu keadaan yang statis, tidak ada perubahan, bahkan tidak ada kecenderung- an untuk berubah. Suatu sistem berada dalam keseimbangan termo- dinamik apabila propertynya (T dan P) konstan dari satu titik ke titik lainnya dan tidak ada kecenderung- an untuk berubah dengan waktu. 17

Slide18Apabila temperatur sebagian boundary darisistem tiba-tiba naik, maka akan terjadi redistribusi spontan sampai semua bagian sistem memiliki temperatur yang sama. Ketika suatu sistem berubah dari satu keadaan keseimbangan ke keadaan keseimbangan lainnya, maka lintasan yang dilalui sistem tersebut  dinamakan  proses. 18

Slide1919Jika dalam perjalanannya dari satu keadaan ke keadaan lainnya, sistem melewati keadaan yang hanya sedikit sekali (infinitisimal) menyimpang dari keseimbangan, maka dikatakan bahwa sistem mengalami proses  quasiequilibrium , dan setiap keadaan dalam tahapan proses tersebut dapat dianggap sebagai keadaan keseimbangan. Proses kompresi dan ekspansi gas dalam internal combustion engine dapat didekati dengan proses quasiequilibrium.

Slide2020Proses reversibel adalah proses yang arahnya dapat dibalik karena adanya perubahan infinitisimal ( extremely small ) dari kondisi eksternal.

Slide21•Tanpa friksi • Perubahannya dari keadaan keseimbangan adalah kecil sekali (infinitesimal) • Melewati serangkaian keadaan keseimbangan • Disebabkan oleh ketidakseimbangan gaya yang besarnya infinitesimal • Arahnya dapat diubah di sebarang titik oleh adanya perubahan eksternal yang besarnya infinitesimal • Jika arahnya dibalik, maka akan melewati jalur semula dan akan kembali ke keadaan sistem dan sekeliling mula-mula. RESUME: PROSES REVERSIBEL 21

Slide2222. . . . . . P 1 V 1 P 2 V 2 P n V n Diagram  PV Diagram  PV Dilakukan percobaan pada temperatur tetap

Slide2323P V • • • • • P 1 P 2 P n V 1 V 2 V n

Slide2424KERJA/WORK (W) dl F Gaya yang dikenakan oleh piston terhadap fluida dalam silinder: F  =  P A Pergeseran piston: (1.2) (1.1)

Slide2525F searah dengan pergeseran piston ( dl )     menurut pers. (1.1)   W  positif. Volume gas dalam silinder mengecil     dV t   negatif. Penggabungan pers. (1.1) dan (1.2) menghasilkan: dl F Karena A konstan maka: (1.3)

Slide262626 P V t P 1 d V t Ini adalah luas di bawah kurva yang diarsir, dengan lebar -  dV t dan tinggi antara P 1  dan P 1 ’. P 1 ’

Slide272727 27 P V t P 1 d V t Jika proses berubah dari P 1  ke P 2 dengan melalui serangkaian proses reversibel, maka usaha total adalah jumlah dari semua segmen-segmen luasan kecil. P 2 (1.4) V 1 t V 2 t

Slide2828EKSPERIMEN JOULE

Slide2929• Ada hubungan kuantitatif antara kerja dan panas, sehingga dapat disimpulkan bahwa panas merupakan salah satu bentuk energi. • Dalam percobaan Joule, energi yang ditambahkan ke dalam fluida  adalah kerja, sedangkan yang ditransfer dari fluida ke reservoir adalah panas. • Apa yang terjadi pada energi tersebut di antara waktu penambahan ke dalam fluida dan transfer dari fluida ke reservoir? • Konsep rasional tentang hal ini adalah bahwa energi disimpan di dalam fluida dalam bentuk lain, yaitu internal energy.

Slide3030INTERNAL ENERGY (U) 30 30 INTERNAL ENERGY ENERGI KINETIK Sebagai akibat gerakan molekul (translasi, rotasi dan vibrasi) ENERGI POTENSIAL Berhubungan dengan ikatan kimia dan juga elektron bebas pada logam

Slide313131 GAS MONOATOMIK GAS POLIATOMIK Energi kinetik akibat gerakan translasi linier dari atom tipe "hard sphere" GAS Energi kinetik akibat gerakan translasi, rotasi, dan vibrasi

Slide323232 32 32 • Energi kinetik akibat adanya gerakan translasi, rotasi, dan vibrasi. • Energi potensial akibat adanya gaya tarik antar molekul. CAIRAN

Slide3333

Slide343434 34 PANAS (HEAT)

Slide353535 35 Transfer energi

Slide3636Energi ditransfer dalam bentuk kerja: tumbukan antar partikel Energi ditransfer dalam bentuk kerja: tumbukan antar partikel Secara makroskopis tak teramati Secara makroskopis tak teramati Harus ada satu besaran makroskopis yang mewakili transfer energi dalam skala mikroskopis Harus ada satu besaran makroskopis yang mewakili transfer energi dalam skala mikroskopis TEMPERATUR TEMPERATUR