The Laws of Thermodynamics

Slide2HUKUM I TERMODINAMIKAHUKUM I TERMODINAMIKA  Energy and matter cannot be created or destroyed nor produced or consumed.  There are no sources or sinks for energy and matter.  Energy and matter can only be converted into different forms.

Slide4HUKUM II TERMODINAMIKAHUKUM II TERMODINAMIKA  Energi dan benda dapat diubah ke bentuk lain dengan mengkonsumsi KUALITAS energi/benda tersebut.  Kualitas dapat ditingkatkan; akan tetapi hal ini hanya dapat dilakukan dengan “biaya” besar yang berupa penurunan kualitas yang lebih besar di tempat lain.  Menurut Hukum II Termodinamika, kualitas energi selalu menurun setiap energi digunakan dalam suatu proses.  “Kualitas energi” disebut EKSERGI.

Slide5Eksergi  suatu  sistem  adalah  jumlah  maksimum  energi yang  dapat  diubah  menjadi  usaha/kerja  hingga  sistem tersebut  mencapai  keadaan  keseimbangan  dengan lingkungan.  Menurut  Hukum  II  Termodinamika,  energi  termal tidak  dapat  digunakan  sepenuhnya   /  tidak  dapat diubah  100%  menjadi  usaha   karena  kita  berada  di lingkungan  dengan  tekanan  dan  temperatur atmosferis .

Slide8eksergi diukur secara relatif terhadap keadaan kese- imbangan dimana tidak ada gradien apapun  ( temperatur, tekanan, density, komposisi kimia, medan gravitasi dan elektro-magnetik ) . Eksergi diukur secara relatif terhadap keadaan kese - imbangan dimana tidak ada gradien apapun  ( temperatur, tekanan, density, komposisi kimia, medan gravitasi dan elektro-magnetik ) . E ksergi dari suatu subsistem adalah ukuran seberapa besar “jarak”-nya dari keseimbangan E ksergi dari suatu subsistem adalah ukuran seberapa besar “jarak”-nya dari keseimbangan • Eksergi mekanik  = E K • E ksergi termal  = Q • Eksergi mekanik  = E K • E ksergi termal  = Q Konsep ini sangat penting dalam perancangan mesin- mesin yang efisien energinya Konsep ini sangat penting dalam perancangan mesin- mesin yang efisien energinya

Slide9Gambar bahan bakar yang terbakar

Slide10Untuk senyawa bukan bahan bakar, eksergi kimiamerupakan suatu ukuran untuk membedakannya dengan lingkungan sekeliling. Bahan tambang kualitas tinggi memiliki kandungan eksergi lebih tinggi daripada yang kualitasnya rendah, sehingga diperlukan energi untuk meningkatkan kualitasnya. P anas pembakaran (enthalpy) dari bahan bakar kurang lebih sama dengan kandungan ekserginya

Slide11eksergi juga merupakan suatu konsep yang penting untukmemahami proses-proses yang terjadi dalam kehidupan. Struktur-struktur yang sudah mati akan berubah menjadi struktur yang terorganisir dan dapat berkembang (hidup) dengan cara mengubah dan menghancurkan sebagian eksergi Alam menciptakan keadaan yang jauh dari keadaan keseimbangan di Bumi melalui design ulang tanpa henti terhadap lingkungan dengan tenaga yang berasal dari eksergi sinar matahari Eksergi merupakan selisih enthalpy bebas (energi Gibbs) antara pembawa energi dengan senyawa referensi di lingkungan alam

Slide14Air laut memiliki U  ataupun  H  yang luar biasa besar, akan tetapi kita tidak bisa memanfaatkannya karena berada dalam keseimbangan dengan  lingkungan alam. afinitas air laut terhadap lingkungan bumi  = 0 S enyawa pada  T > T atm   atau T < T atm  mengandung sejumlah energi yang dapat diubah menjadi kerja, sehingga  E > 0 Gas pada  P > P atm   atau P < P atm      E > 0 E air laut  = 0

Slide15energi dari alam semesta selalu konstan, tetapi eksergi selaluberkurang. Hal ini dapat digambarkan dengan tube pasta gigi.

Slide16jika kita membeli energi dari pln, sebenarnya yang kitabeli adalah eksergi. Kita tidak bisa mengambil kembali energi panas dari ruangan dan mengembalikannya ke PLN untuk ditukar dengan uang. Kalau lampu listrik yang kita nyalakan cukup besar, maka lama kelamaan ruangan akan terasa hangat .

Slide17KONSUMSI EKSERGI DI ALAMKONSUMSI EKSERGI DI ALAM

Slide18Matahari menyinari seluruh permukaan bumi dengan intensitas yang sama.  Berbagai tempat di permukaan bumi memiliki kualitas biologis yang berbda-beda, sehingga sifat- sifatnyapun berbeda-beda.  Hal ini berakibat pada perbedaan konsumsi eksergi.

Slide25HUKUM II TERMODINAMIKA PADA HEAT ENGINE HUKUM II TERMODINAMIKA PADA  HEAT ENGINE

Slide27EKSERGI SUATU SENYAWAEKSERGI SUATU SENYAWA Eksergi fisik Eksergi fisik Eksergi kimiawi Eksergi kimiawi Berhubungan dengan: •  perubahan temperatur (ekergi termal) • perubahan tekanan (eksergi tekanan, eksergi dinamis) • perubahan konsentrasi (eksergi pencampuran Berhubungan dengan perubahan komposisi kimiawi senyawa

Slide28EKSERGI DAN PANASEKSERGI DAN PANAS Q Q Q Q Q 0 Q 0 Sumber panas pada temperatur tinggi T Lingkungan pada temperatur rendah T 0 Kerja yang dilakukan: Konversi panas Q menjadi kerja W rev  melalui suatu  reversible heat engine  antara temperatur tinggi T dan temperatur lingkungan T 0

Slide29Energi termal, Q0  = Q – E = Q (T 0 /T), yang dilepaskan dari mesin ke sekeliling pada temperatur T 0  tidak dapat dimanfaatkan, dan itu disebut anergi: Energi termal, Q 0  = Q – E = Q (T 0 /T), yang dilepaskan dari mesin ke sekeliling pada temperatur T 0  tidak dapat dimanfaatkan, dan itu disebut anergi: Anergi = Energi –  Eksergi Anergi = Energi –  Eksergi Efisiensi dari  het engine  yang beroperasi secara reversibel,   rev (= W rev /Q), menyatakan  energy availability    Q  dari sejumlah panas Q pada temperatur T: Efisiensi dari  het engine  yang beroperasi secara reversibel,   rev (= W rev /Q), menyatakan  energy availability    Q  dari sejumlah panas Q pada temperatur T:

Slide30Jika heat engine  beroperasi secara irreversibel, maka jumlah kerja, W irr , yang diperoleh dari sejumlah energi termal Q lebih kecil daripada jumlah maksimum kerja, W rev , dan tentu saja lebih kecil daripada eksergi (E) dari energi termal Q pada temperatur T : Jika  heat engine  beroperasi secara irreversibel, maka jumlah kerja, W irr , yang diperoleh dari sejumlah energi termal Q lebih kecil daripada jumlah maksimum kerja, W rev , dan tentu saja lebih kecil daripada eksergi (E) dari energi termal Q pada temperatur T :

Slide31EKSERGI DAN TEKANANEKSERGI DAN TEKANAN V     P V 0       P 0 P 0 Kerja yang dilakukan adalah melawan tekanan atmosferis P 0 , yaitu kerja untuk me - mindahkan sejumlah ter - tentu gas atmosferis. Kerja ini tidak dapat diguna - kan, sehingga  available work ekivalen dengan eksergi E dan lebih kecil daripada W rev

Slide32Tekanan PTemperatur T 0 Tekanan lingkungan P 0  dan temperatur T 0 Eksergi dari gas pada tekanan tinggi  P  yang mengalami ekspansi ke tekanan rendah  P 0  pada temperatur konstan T 0

Slide33Jika P >> P 0        W rev     E P V =  n RT 0 Persamaan gas ideal pada temperatur konstan T 0 : Eksergi molar dari gas yang mengalami proses perubahan tekanan adalah: P dV + V dP = 0