PANAS, USAHA DAN KERJA

ESAI TERMODINAMIKA

Kelompok 5 kelas kimia C

a. M. Toha hasan (210603110062)

b. Ulya fadhila (210603110084)

c. Masrurotul Ilmi (210603110073)

PANAS, USAHA, dan KERJA

PANAS (KALOR)

Adalah suatu bentuk energy yang didefinisikan berdasarkan temperature. Energi panas merupakan bentuk energi yang terbentuk di dalam kerak bumi. Namun, energi panas dapat Anda peroleh dari berbagai sumber. Misalnya, sumber energi panas yang berasal dari matahari, panas bumi, api, listrik, atau gesekan dari dua benda. Energi panas yang bisa berpindah-pindah disebut sebagai energi kalor. Energi ini biasanya akan berpindah dari tempat yang memiliki suhu lebih tinggi ke tempat yang mempunyai suhu lebih rendah.

Usaha untuk mengubah kalor jadi energi, termasuk proses dari aliran energi tersebut dan akibat yang dihasilkan oleh perpindahan energi tersebut adalah. Konsep ilmu termodinamika atau bisa disebut ilmu termodinamika mempelajari tentang panas dan temperatur, termasuk hubungan keduanya pada energi dan gerak. Konsepnya, energi dihasilkan oleh sistem yang dibatasi oleh kenyataan. Di mana sistem tersebut memungkinkan untuk terbagi lagi menjadi sub-sistem atau membentuk sistem-sistem lainnya menjadi sistem yang lebih besar. Dan sistem yang tidak termasuk dalam pertimbangan digolongkan sebagai lingkungan.

Berdasarkan sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan, kalor dan entropi antara sistem dan lingkungan, sistem pada termodinamika dibagi menjadi 3, yaitu:

1. Sistem Terbuka

Termodinamika sistem terbuka adalah sistem yang ada atau terjadi karena pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungannya. Contoh termodinamika sistem terbuka biasanya sering kita temui pada fenomena alam, seperti samudra, lautan dan tumbuh-tumbuhan.

2. Sistem Tertutup

termodinamika sistem tertutup yaitu adanya pertukaran energi namun tidak terjadi pertukaran massa sistem dengan lingkungannya. Contoh Penerapan dalam kehidupan sehari-hari sistem tertutup adalah Green House. Karena pada Green House terjadi pertukaran kalor, namun tidak terjadi pertukaran kerja terhadap lingkungan. Untuk membedakan sebuah sistem tertutup mengalami pertukaran energi yaitu panas atau kerja atau keduanya tergantung sistem pembatasnya:

a. Pembatas Adiabatik, tidak terjadi atau tidak memperbolehkan pertukaran kalor antara sistem dan lingkungan

b. Pembatas Rigid, tidak terjadi atau tidak memperbolehkan pertukaran kerja dari sistem ke lingkungan maupun sebaliknya.

3. Sistem Terisolasi

Tidak terjadi pertukaran, baik pertukaran energi maupun pertukaran massa sistem dengan lingkungan, itulah mengapa sistem ini bernama sistem terisolasi. Contoh termodinamika sistem terisolasi dalam kehidupan sehari-hari adalah tabung gas yang terisolasi. Hukum Termodinamika yang menyatakan perubahan kalor Hukum dasar yang berlaku dalam sistem thermodinamika, yaitu:

1. Hukum Awal (Zeroth Law)

Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiganya, maka sistem ketiga tersebut dalam keadaan yang juga setimbang satu sama lain. Yang artinya apapun zat atau materi benda akan memiliki kesetimbangan termal satu sama lain, atau bisa dikatakan kesetimbangan termal berlaku secara universal.

2. Hukum Termodinamika I (Kekekalan Energi)

Hukum 1 termodinamika menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan, dan hanya bisa diubah bentuk energinya saja. Oleh karena itu, dalam hukum ini didapat persamaan 

∆U=Q-W

Yang artinya perubahan energi dalam (U) sistem merupakan jumlah energi kalor (Q) dalam sistem yang dikurangi dengan kerja (W) yang dilakukan oleh sistem. Perlu diperhatikan bahwa,

• Q bertanda positif (+) jika sistem menyerap kalor
• Q bertanda negatif (-) jika sistem melepas kalor
• W bertanda positif (+) jika sistem melakukan kerja
• W bertanda negatif (-) jika sistem diberikan kerja
• ∆U bertanda positif (+) jika sistem mengalami kenaikan suhu
• ∆U bertanda negatif (-) jika sistem mengalami penurunan suhu
• Pada sistem terisolasi, Q=0 dan W=0, sehingga tidak ada perubahan energi.

Contoh soal

Berapa besar kalor yang dibutuhkan jika terdapat perubahan energy sebesar 1000 joule dengan kerja sebesar 2000 joule?

Diketahui

W= 2000 joule

U= 1000 joule

Q=….?

Jawab

U=Q-W

Q=U+W = 1000 J +2000 J=3000 J

ENERGI

Energi dalam (U) adalah total energi yang dikandung dalam sebuah sistem dengan mengecualikan energi kinetik (Ek) pergerakan sistem sebagai satu kesatuan dan energi potensial (Ep) sistem akibat gaya-gaya dari luar. Oleh karena itu energi dalam bisa dirumuskan dengan persamaan E = Ek +Ep. Namun karena besar energi kinetik dan energi potensial pada sebuah sistem tidak dapat diukur, maka besar energi dalam sebuah sistem juga tidak dapat ditentukan, yang dapat ditentukan adalah besar perubahan energi dalam suatu sistem.

Berdasarkan hukum termodinamika I“Perubahan energi dalam (∆U) dari sebuah sistem hanya tergantung pada transfer panas ke dalam sistem (Q) dan kerja yang dilakukan oleh sistem (W) dan tidak tergantung pada proses yang terjadi.”

Ketika panas Q ditambahkan ke sistem sebagian dari energi yang ditambahkan tetap tinggal dalam system, mengubah energy dalam sebesar ∆U; sisanya meninggalkansistem melakukan kerja. Pada sistem terdapat : isotermal, isokhorik, isobarik, dan adiabatik

• Proses Isotermal

Pada keadaan ini temperatur (T) tetap, berarti ∆T = 0

 U = (3/2) nRT → ∆U = 0

Sehingga :

Q = W → W = nRT ln(V2/V1)

Proses Isokhorik

Pada keadaan ini Volum (V) tetap, berarti ∆T= 0, W = P ∆V → W = 0

Sehingga : ∆U = Qv → ∆U = U2 - U1

Proses Isobarik

Pada keadaan ini Tekanan (P) tetap, dengan kata lain tidak terjadi perubahan dalam sistem

W = P ∆V dan Qp = n Cp ∆T

 Sehingga :

∆U = Qp - W atau ∆U = U2 - UU

Proses Adiabatik

Pada keadaan ini tidak terjadi transfer panas yang masuk dan keluar sistem, maka Q = 0

∆U = Q - W → ∆U = - W

Sehingga :

∆U = Qp - W atau ∆U = U2 - U1

Contoh soal :

Suatu gas memuai dari 7,0 L menjadi 8,2 L pada tekanan tetap 2,5 bar (1 bar = 105 Pa). Selama pemuaian 500 J kalor ditambahkan. Tentukan perubahan energi dalam gas.

Diket :

p = 2,5 bar = 2,5 x 105 Pa

V₁ = 7,0 L = 7,0 x 10-3 m³

V₂ = 8,2 L = 8,2 x 10-3 m³

Ditanya : ∆U?

Jawab :

W = p(V2 - V₁)

W = 2,5 x 105 Pa (8,2-7,0) x 10-3 m³ = 300 J

Q = W + ∆U

∆U = Q - W

 =500 J- 300 J = 200 J

KERJA

Termodinamika berasal dari usaha manusia mengubah panas menjadi kerja mekanik dengan se-efesien mungkin. Kerja sendiri di definisikan sebagai interaksi antara dua system hingga apa yang terjadi pada system permukaan batas interaksinya dapat diulangi efek tunggal di luar tiap system berupa perubahan tinggi suatu beban dalam medan potensial gravitasi. Jika kita perhatikan, naiknya suatu beban dimungkinkan ada suatu gaya yang bekerja pada suatu jarak tertentu. Dari definisi di atas sebenarnya tidak mengharuskan naiknya beban, tetapi efek tunggal di luar system dapat diganti dengan perubahan tinggi beban.

Sehingga 𝑊 = ∫¹2 𝐹. 𝑑𝑥 

sehingga dapat dihitung kerja untuk menaikkan beban, merenggangkan kawat, dll. Kerja yang diakukan oleh system dianggap kerja positif dan sebalikknya, jika kerja yang dilakukan terhadap system dinamakan kerja negatif. Definisi kerja juga dapat dilihat dari suatu system dibawah ini.

Dari gambar di atas kita dapat melihat bahwa pada gambar a, kipas digerakkan oleh motor. Untuk melihat apakah terjadi kerja melewati batas system maka kipas diganti dengan suatu beban pada gambar b. Pada saat motor berputar, beban akan naik sehingga apa yang terjadi dipermukaan system dapat diulangi dengan efek tunggal diluar siste yang berupa perubahan tinggi suatu beban.

Jika batas sistemnya diganti dengan hanya menyelubuhi baterai seperti gambar diatas, kita akan meninjau apakah energy listrik yang mengalir melalui batas system merupakan sebuah kerja. Factor rendeman motor adalah penghalang dalam mencapai efek tunggal diluar system berupa naiknya beban. Ketika kerugian bantalan ataupun kerugian listrik dapat lebih rendah maka dapat tercapau suatu batas yang memenuhi kriterium motor yang lebih efisien. Sehingga yang terjadi di batas system dapat diulangi berupa pengaliran energy listrik dengan efek tunggal di luar system yakni perubahan tinggi beban.

Bila batas system pada gambar di atas meliputi seluruh perlengkapan yang tergambar disana, maka kerja menjadi nol karena tidak ada efek luar terhadap system ini. Kerja timbul selama terjadi interaksi antara suatu system engan lingkungannya, atau antara system dengan yang lainnya tetapi tidak timbul sebelum atau sesudah interaksi.

Jika piston dalam wadah ditekan, akan ada 2 kemungkinan yakni gas (sistem) akan termampatkan seperti gambar sisi kiri dan gas (sistem) akan mengembang seperti gambar sisi kanan. Sehingga pada sisi kiri akan dihasilkan kerja (W) +, keadaan dimana system dikenai kerja. Dan W menjadi – ketika system melakukan kerja. Usaha/ kerja juga dapat dituliskan dengan persamaan berikut yakni , 𝑤 = 𝑝. ∆𝑉 = 𝑝((𝑉2 − 𝑉1

Lat.soal terkait :

Jika 2m3gas helium bersuhu 27derajat celcius dipanaskan secara isobaric sampai 77 derajat celcius, jika tekanannya 3x105 n/m2 maka usaha yang dilakukan gas adalah ?

Jawaban :

Diketahui

V1 =2m2

T1= 27C =300K

T2= 77C=350K

P= 3x105 n/m2

Menentukan v2 pada proses isobaric

𝑣1 : 𝑡1 = 𝑣2 : 𝑡2

2 : 300 = 𝑣 : 350

𝑣2 = 7/3 𝑚2

Menentukan usaha yang dilakukan gas

𝑊 = 𝑃. ∆𝑉

𝑊 = (3x105)(𝑉2 − 𝑉1)

𝑊 = (3x105) ((7:3)− 2)

𝑊 = (3x105)(13)

𝑊 = 100.000𝐽

𝑊 = 100 𝐾𝐽

DAFTAR PUSTAKA

• G.J. Van Wylen and R.E. Sonntag (1985), Fundamentals of Classical Thermodynamics, John Wiley & Sons, Inc., New York ISBN 0-471-82933-1
• Cengel, Yunus; Michael A. Boels (2011). Thermodynamics An Engineering Approach. NewYork, NY: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-352932-5.
• Suryantari., R. (2013). Problem Solving dengan Metode Identifikasi Variabel berdasarkan Skema: Tinjauan terhadap Formulasi Hukum Pertama Termodinamika. Jurnal Fisika Indonesia.No: 49, Vol XVII.
• Sianturi., A. T. 2020. ANALISA PIPA HEAT EXCHANGER (COOLING TUBE) BERVARIASI PADA TURBINE GUIDE BEARING PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR SIGURAGURA. Jurnal NOSTEJ vol.01 no. 01
• Tjokorda.2014.Jurnal Energi Manufaktur. Vol.7 No.2

Link penjelasan YouTube : https://youtu.be/KeaVeYNaTBE