Termodinamika - Persamaan Energi, Proses Adibiatik, Entalpi dan Siklus Carnot
MAKALAH
PERSAMAAN ENERGI,
PROSES ADIBIATIK, ENTALPI DAN SIKLUS CARNOT
Makalah Ini Disusun untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Teknk
Penulisan Karya Ilmiah yang Dibimbing oleh Bapak Supri Jayadi S.pd
DI SUSUN OLEH :
KHUSILA ZULHADI
(11.01.03.0496)
FISIKA A/ IV
FAKULTAS KEGURUAN
DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SAMAWA
SUMBAWA BESAR
TAHUN AKADEMIK
2012/2013
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan
kehadirat Allah SWT atas
anugerah taufik dan hidayah-Nya sehingga makalah kami yang berjudul “Persamaan Energi, Proses Adibiatik, Entalpi dan Siklus Carnot” dapat kami selesaikan. Makalah ini dilengkapi dengan
laporan eksperimen untuk menambah pemahaman pada materi tentang Dasar Termodinamika. Akhirnya, kami
haturkan terimakasih kepada bapak dosen pengampu mata kuliah Termodinamika, pak
Supri Jayadi, S.Pd, yang telah memberikan
bimbingan dan meluangkan waktunya, serta semua pihak yang telah membantu dalam
penyusunan makalah ini.
Tak
ada gading yang tak retak. Kami
menyadari, bahwa makalah ini belum sempurna. Oleh karena itu, kami mengharapkan
kritik dan saran yang sifatnya membangun dari semua pihak khususnya bapak dan
ibu dosen serta teman-teman mahasiswa guna penyempurnaan makalah ini pada tahap
berikutnya. Besar
pengharapan kami semoga makalah ini bermanfaat bagi para pembaca dan juga
sebagai pelengkap hasanah ilmu pengetahuan.
Sumbawa
Besar ,24 Mart 2013
Kelompok I
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Thermodinamika adalah ilmu yang membahas hubungan antara panas dengan
kerja. Hubungan ini didasarkan pada dua hukum-hukum dasar thermodinamika, yaitu
hukum thermodinamika pertama dan hukum thermodinamika kedua.
Termodinamika
adalah kajian tentang kalor (panas) yang berpindah. Kumpulan benda-benda yang
sedang ditinjau disebut sistem, sedangkan semua yang berada di sekeliling (di
luar) sistem disebut lingkungan.
Usaha
luar dilakukan oleh sistem, jika kalor ditambahkan (dipanaskan) atau kalor
dikurangi (didinginkan) terhadap sistem. Jika kalor diterapkan kepada gas yang
menyebabkan perubahan volume gas, usaha luar akan dilakukan oleh gas tersebut.
Usaha yang dilakukan oleh gas ketika volume berubah dari volume awal V1 menjadi
volume akhir V2 pada tekanan p konstan dinyatakan sebagai
hasil kali tekanan dengan perubahan volumenya.
Dalam
termodinamika kita akan banyak membahas tentang sistem dan lingkungan. Banyak
dari kita yang tidak begitu paham tentang termodinamika, terutama penggunaan
hukum termodinamika I. Dalam makalah ini akan membahas tentang penggunaan Hukum
Termodinamika I.
1.2 Rumusan Masalah
1.2.1 Apa
yang dimaksud dengan persamaan energy?
1.2.2 Bagaimana
proses adiabatic?
1.2.3 Apa
yang dimaksud dengan entalpi?
1.2.4 Bagaimana
proses melingkar karnot?
1.3 Tujuan
1.3.1 Untuk
mengetahui apa yang dimaksud dengan persamaan energy
1.3.2 Untuk
mengetahui bagaimana proses adiabatic
1.3.3 Untuk
mengetahui apa yang dimaksud dengan
entalpi
1.3.4 Untuk
mengetahui bagaimana proses melingkar
karnot
BAB
II
PEMBAHASAN
2.1.
Persamaan Energi
Penerapan
Hukum I Termodinamika berkaitan dengan hukum kekekalan energi untuk sebuah
sistem yang sedang melakukan pertukaran energy dengan lingkungan
dan memberikan hubungan antara kalor, energi dan kerja (usaha). Hukum I
Termodinamika menyatakn bahwa unntuk setiap proses, apabila kalor ditambahkan
ke dalam sistem dan sistem melakukan usaha, maka akan terjadi perubahan energi . jadi dapat
dikatakan bahwa Hukum I Termodinamika menyatakan adanya konsep kekekalan
energi.
Energi
dalam sistem merupakan jumlah total semua energi molekul pada sistem. Apabila
usaha dilakukan pada sistem atau sistem memperoleh kalor dari lingkungannya,
maka energi dalam sistem akan naik.
Sebaliknya energi dalam akan berkurang apabila sistem melakukan usaha pada lingkungan
atau sistem memberi kalor pada lingkungan. Dengan demikian, perubahan energi
dalam pada sistem yang tertutup merupakan selisih kalor yang diterima dengan
usaha yang dilakukan oleh sistem. Secara matematis Hukum I Termodinamika
ditulis sebagai berikut :
Q
= ∆U + W . . . . . (9 – 9)
Dengan
:
Q = Kalor yang diterima atau dilepaskan
sistem.
∆U
= U2 – U1 = perubahan energy dalam sistem.
W
= Usaha yang dilakukan sistem.
Perjanjian
tanda yang berlaku untuk persamaan (9 – 9) tersebut adalah sebagai berikut :
Jika
sistem melakukan kerja, maka nilai W berharga positif.
Jika
sistem menerima kerja maka nilai W berharga negatif.
Jika
sistem melepas kalor maka nilai Q berharga negatif.
Jika
sistem menerima kalor maka nilai Q berharga positif.
Jika kalor diberikan kepada sistem,
volume dan suhu sistem akan bertambah (sistem akan terlihat mengembang dan
bertambah panas). Sebaliknya, jika kalor diambil dari sistem, volume dan suhu
sistem akan berkurang (sistem tampak mengerut dan terasa lebih dingin). Prinsip
ini merupakan hukum alam yang penting dan salah satu bentuk dari hukum
kekekalan energi.
Sistem yang mengalami perubahan volume
akan melakukan usaha dan sistem yang mengalami perubahan suhu akan mengalami
perubahan energi dalam. Jadi, kalor yang diberikan kepada sistem akan
menyebabkan sistem melakukan usaha dan mengalami perubahan energi dalam.
Prinsip ini dikenal sebagai hukum kekekalan energi dalam termodinamika atau
disebut hukum I termodinamika. Secara matematis, hukum I termodinamika
dituliskan sebagai
Q = W + ∆U
Dimana Q adalah
kalor, W adalah usaha, dan ∆U adalah perubahan energi
dalam. Secara sederhana, hukum I termodinamika dapat dinyatakan sebagai
berikut.
Jika suatu benda (misalnya krupuk)
dipanaskan (atau digoreng) yang berarti diberi kalor Q, benda (krupuk) akan
mengembang atau bertambah volumenya yang berarti melakukan usaha W dan benda
(krupuk) akan bertambah panas (coba aja dipegang, pasti panas deh!) yang
berarti mengalami perubahan energi dalam ∆U.
∆U
= Q – W
Dimana
:
∆U = Perubahan energi dalam
Q = Kalor
W = Kerja
Persamaan ini berlaku untuk sistem
tertutup (Sistem tertutup merupakan sistem yang hanya memungkinkan pertukaran
energi antara sistem dengan lingkungan). Untuk sistem tertutup yang terisolasi,
tidak ada energi yang masuk atau keluar dari sistem, karenanya, perubahan
energi dalam = 0. Persamaan ini juga berlaku untuk sistem terbuka jika kita
memperhitungkan perubahan energi dalam sistem akibat adanya penambahan dan
pengurangan jumlah zat (Sistem terbuka merupakan sistem yang memungkinkan
terjadinya pertukaran materi dan energi antara sistem tersebut dengan
lingkungan).
Hukum pertama termodinamika merupakan
pernyataan Hukum Kekekalan Energi dan ketepatannya telah dibuktikan melalui
banyak percobaan (seperti percobaan om Jimi Joule). Perlu diketahui bahwa hukum
ini dirumuskan pada abad kesembilan belas, setelah kalor dipahami sebagai
energi yang berpindah akibat adanya perbedaan suhu.
Energi dalam merupakan besaran yang
menyatakan keadaan mikroskopis sistem. Besaran yang menyatakan keadaan
mikroskopis sistem (energi dalam) tidak bisa diketahui secara langsung. Yang
kita analisis dalam persamaan Hukum Pertama Termodinamika hanya
perubahan energi dalam saja. Perubahan energi dalam bisa diketahui akibat
adanya energi yang ditambahkan pada sistem dan energi yang dilepaskan sistem
dalam bentuk kalor dan kerja. Jika besaran yang menyatakan keadaan mikroskopis
sistem (energi dalam) tidak bisa diketahui secara langsung, maka besaran yang
menyatakan keadaan makroskopis bisa diketahui secara langsung. Besaran yang
menyatakan keadaan makroskopis adalah suhu (T), tekanan (p), volume (V)
dan massa (m) atau jumlah mol (n). Ingat ya, Kalor dan Kerja hanya
terlibat dalam proses perpindahan energi antara sistem dan lingkungan. Kalor
dan Kerja bukan merupakan besaran yang menyatakan keadaan sistem.
Aturan tanda untuk Kalor (Q) dan Kerja
(W)
Aturan tanda untuk Kalor dan Kerja
disesuaikan dengan persamaan Hukum Pertama Termodinamika. Kalor (Q) dalam
persamaan di atas merupakan kalor yang ditambahkan pada sistem (Q positif),
sedangkan Kerja (W) pada persamaan di atas merupakan kerja yang dilakukan
oleh sistem (W positif). Karenanya, jika kalor meninggalkan sistem,
maka Q bernilai negatif. Sebaliknya, jika kerja dilakukan pada
sistem, maka W bernilai negative.
Proses Isotermik
Suatu sistem dapat mengalami proses
termodinamika dimana terjadi perubahan-perubahan di dalam sistem tersebut. Jika
proses yang terjadi berlangsung dalam suhu konstan, proses ini dinamakan proses
isotermik. Karena berlangsung dalam suhu konstan, tidak terjadi perubahan
energi dalam (∆U = 0) dan berdasarkan hukum I termodinamika kalor yang
diberikan sama dengan usaha yang dilakukan sistem (Q = W).
Proses isotermik dapat digambarkan dalam
grafik p – V di bawah ini. Usaha yang dilakukan sistem dan
kalor dapat dinyatakan sebagai
Dimana V2 dan V1 adalah
volume akhir dan awal gas.
Proses Isokhorik
Jika gas melakukan proses termodinamika
dalam volume yang konstan, gas dikatakan melakukan proses isokhorik. Karena gas
berada dalam volume konstan (∆V = 0), gas tidak melakukan usaha (W =
0) dan kalor yang diberikan sama dengan perubahan energi dalamnya. Kalor di
sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada volume konstan QV.
QV = ∆U
Proses Isobarik
Jika gas melakukan proses termodinamika dengan
menjaga tekanan tetap konstan, gas dikatakan melakukan proses isobarik. Karena
gas berada dalam tekanan konstan, gas melakukan usaha (W = p∆V).
Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada tekanan konstanQp.
Berdasarkan hukum I termodinamika, pada proses isobarik berlaku
Sebelumnya telah
dituliskan bahwa perubahan energi dalam sama dengan kalor yang diserap gas pada
volume konstan
QV =∆U
Dari sini usaha gas dapat dinyatakan
sebagai
W = Qp − QV
Jadi, usaha yang dilakukan oleh gas (W)
dapat dinyatakan sebagai selisih energi (kalor) yang diserap gas pada tekanan
konstan (Qp) dengan energi (kalor) yang diserap gas pada volume konstan (QV).
2.2 Proses Adiabatik
Dalam proses adiabatik tidak ada kalor
yang masuk (diserap) ataupun keluar (dilepaskan) oleh sistem (Q = 0).
Dengan demikian, usaha yang dilakukan gas sama dengan perubahan energi dalamnya
(W = ∆U).
Jika suatu sistem berisi gas yang
mula-mula mempunyai tekanan dan volume
masing-masing p1 dan V1 mengalami proses adiabatik sehingga
tekanan dan volume gas berubah menjadi p2 dan V2, usaha yang
dilakukan gas dapat dinyatakan sebagai
Dimana γ adalah
konstanta yang diperoleh perbandingan kapasitas kalor molar gas pada tekanan
dan volume konstan dan mempunyai nilai yang lebih besar dari 1 (γ > 1).
Proses adiabatik dapat digambarkan dalam
grafik p – V dengan bentuk kurva yang mirip dengan
grafik p – V pada proses isotermik namun dengan
kelengkungan yang lebih curam.
Dalam proses
adiabatik, tidak ada kalor yang ditambahkan pada sistem atau meninggalkan
sistem (Q = 0). Proses adiabatik bisa terjadi pada sistem tertutup yang
terisolasi dengan baik. Untuk sistem tertutup yang terisolasi dengan baik,
biasanya tidak ada kalor yang dengan seenaknya mengalir ke dalam sistem atau
meninggalkan sistem. Proses adiabatik juga bisa terjadi pada sistem tertutup
yang tidak terisolasi. Untuk kasus ini, proses harus dilakukan dengan sangat
cepat sehingga kalor tidak sempat mengalir menuju sistem atau meninggalkan
sistem.
Apabila
sistem ditekan dengan cepat (kerja dilakukan terhadap sistem), maka kerja
bernilai negatif. Karena W negatif, maka U bernilai positif (energi dalam
sistem bertambah). Sebaliknya jika sistem berekspansi atau memuai dengan cepat
(sistem melakukan kerja), maka W bernilai positif. Karena W positif, maka U
bernilai negatif (energi dalam sistem berkurang).
Energi dalam
sistem (gas ideal) berbanding lurus dengan suhu (U = 3/2 nRT), karenanya jika
energi dalam sistem bertambah maka sistem juga bertambah. Sebaliknya, jika
energi dalam sistem berkurang maka suhu sistem berkurang.
Salah satu
contoh proses yang mendekati adiabatik terjadi pada mesin pembakaran dalam,
misalnya mesin diesel dan mesin motor yang pakai bensin. Pada mesin diesel,
udara dimasukan ke dalam silinder dan udara yang berada di dalam silinder
ditekan dengan cepat menggunakan piston (kerja dilakukan pada udara). Proses
penekanan adiabatik (pengurangan volume sistem) digambarkan melalui kurva
2-1. Karena ditekan dengan cepat secara adiabatik maka suhu udara naik
dengan cepat. Pada saat yang sama, solar disemprotkan ke dalam silinder lewat
injektor dan campuran terpicu seketika (terjadi proses pembakaran). Pada mesin
motor yang pakai bensin, campuran udara dan bensin dimasukkan ke dalam silinder
kemudian ditekan dengan cepat menggunakan piston.
2.3 Entalpi
Entalpy suatu sistem adalah penjumlahan dari energi dalam dengan hasil kali
tekanan dan volume sistem.
H = U + P.V
Q = H2 – H1
H2 – H1 = m.cp(T2 – T1)
h2 – h1 = cp(T2 – T1)
Entalpi (H)
adalah jumlah energi yang dimiliki sistem pada tekanan tetap. Entalpi (H)
dirumuskan sebagai jumlah energi yang terkandung dalam sistem (E) dan kerja
(W).
H = E + W
H = E + W
Dengan:
W = P × V
W = P × V
E = energy (joule)
W = kerja sistem (joule)
V = volume (liter)
P = tekanan (atm)
Hukum kekekalan energi menjelaskan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi hanya dapat diubah dari bentuk energi yang satu menjadi bentuk energi yang lain. Nilai energi suatu materi tidak dapat diukur, yang dapat diukur hanyalah perubahan energi (ΔE). Demikian juga halnya dengan entalpi, entalpi tidak dapat diukur, kita hanya dapat mengukur perubahan entalpi (ΔH).
ΔH = Hp – Hr
dengan:
ΔH = perubahan entalpi
Hp = entalpi produk
Hr = entalpi reaktan atau pereaksi
dengan:
ΔH = perubahan entalpi
Hp = entalpi produk
Hr = entalpi reaktan atau pereaksi
a.
Bila H produk > H reaktan, maka ΔH bertanda
positif, berarti terjadi penyerapan kalor dari lingkungan ke sistem.
b.
Bila H reaktan > H produk, maka ΔH bertanda
negatif, berarti terjadi pelepasan kalor dari sistem ke lingkungan.
Secara
matematis, perubahan entalpi (ΔH) dapat diturunkan sebagai berikut.
H = E + W (1)
Pada tekanan tetap:
H = E + W (1)
Pada tekanan tetap:
ΔH = ΔE + PΔV (2)
ΔE = q + W (3)
Wsistem = –PV (4)
Substitusi persamaan (3) dan (4) dalam persamaan (2):
H = (q + W) + PΔV
H = (q – PΔV) + PΔV
H = q
Jadi, pada tekanan tetap, perubahan entalpi (ΔH) sama dengan kalor (q) yang diserap atau dilepas.
Jenis-Jenis Perubahan Entalpi
Perubahan entalpi yang diukur pada suhu
25 oC dan tekanan 1 atm ( keadaan standar) disebutperubahan entalpi
standar ( dinyatakan dengan tanda DHo atau DH298 ).
Perubahan entalpi yang tidak merujuk
pada kondisi pengukurannya dinyatakan dengan lambangDH saja.
Entalpi molar = perubahan entalpi tiap
mol zat ( kJ / mol ).
Perubahan entalpi, meliputi :
a. Perubahan
Entalpi Pembentukan Standar ( DHf o ) = kalor pembentukan
Adalah
perubahan entalpi yang terjadi pada pembentukan 1 mol
senyawa dari unsur-unsurnya pada suhu dan tekanan standar (
25 oC, 1 atm ). Entalpinya bisa dilepaskan maupun diserap.
Satuannya adalah kJ / mol.
Bentuk
standar dari suatu unsur adalah bentuk yang paling stabil dari unsur itu
pada keadaan standar ( 298 K, 1 atm ).
Jika
perubahan entalpi pembentukan tidak diukur pada keadaan standar maka
dinotasikan dengan DHf
Contoh
:
Catatan
:
DHf
unsur bebas = nol
Dalam
entalpi pembentukan, jumlah zat yang dihasilkan adalah 1 mol.
Dibentuk
dari unsur-unsurnya dalam bentuk standar.
b. Perubahan
Entalpi Penguraian Standar ( DHd o )
Adalah
perubahan entalpi yang terjadi pada penguraian 1 mol senyawa menjadi
unsur-unsur penyusunnya pada keadaan standar.
Jika
pengukuran tidak dilakukan pada keadaan standar, maka dinotasikan
dengan DHd. Satuannya = kJ / mol.
Perubahan
entalpi penguraian standar merupakan kebalikan dari perubahan entalpi
pembentukan standar, maka nilainya pun akan berlawanan tanda.
Menurut Marquis
de Laplace, “ jumlah kalor yang dilepaskan pada pembentukan senyawa dari
unsur-unsur penyusunnya = jumlah kalor yang diperlukan pada penguraian senyawa
tersebut menjadi unsur-unsur penyusunnya. “ Pernyataan ini disebut Hukum
Laplace.
Contoh
:
Diketahui
DHf o H2O(l) = -286 kJ/mol, maka entalpi penguraian H2O(l) menjadi
gas hidrogen dan gas oksigen adalah +286 kJ/mol.
c. Perubahan Entalpi Pembakaran Standar (
DHc o )
Adalah
perubahan entalpi yang terjadi pada pembakaran 1 mol suatu zat secara
sempurna pada keadaan standar.
Jika
pengukuran tidak dilakukan pada keadaan standar, maka dinotasikan
dengan DHc. Satuannya = kJ / mol.
d. Perubahan
Entalpi Netralisasi Standar ( DHn o )
Adalah
perubahan entalpi yang terjadi pada penetralan 1 mol asam oleh basa atau 1
mol basa oleh asampada keadaan standar.
Jika
pengukuran tidak dilakukan pada keadaan standar, maka dinotasikan
dengan DHn. Satuannya = kJ / mol.
Contoh
:
DHn reaksi
= -200 kJ
DHn NaOH
= -200 kJ / 2 mol = -100 kJ/mol
DHn H2SO4 =
-200 kJ / 1 mol = -200 kJ/mol
e. Perubahan Entalpi Penguapan Standar ( DHovap)
Adalah
perubahan entalpi yang terjadi pada penguapan 1 mol zat dalam fase
cair menjadi fase gas pada keadaan standar.
Jika
pengukuran tidak dilakukan pada keadaan standar, maka dinotasikan dengan DHvap.
Satuannya = kJ / mol.
f. Perubahan
Entalpi Peleburan Standar ( DHofus )
Adalah
perubahan entalpi yang terjadi pada pencairan / peleburan 1 mol zat dalam
fase padat menjadi zat dalam fase cair pada keadaan standar.
Jika
pengukuran tidak dilakukan pada keadaan standar, maka dinotasikan
dengan DHfus. Satuannya = kJ / mol.
g. Perubahan
Entalpi Sublimasi Standar ( DHosub )
Adalah
perubahan entalpi yang terjadi pada sublimasi 1 mol zat dalam fase
padat menjadi zat dalam fase gas pada keadaan standar.
Jika
pengukuran tidak dilakukan pada keadaan standar, maka dinotasikan
dengan DHsub. Satuannya = kJ / mol.
h. Perubahan
Entalpi Pelarutan Standar ( DHosol )
Adalah
perubahan entalpi yang terjadi ketika 1 mol zat melarut dalam suatu
pelarut ( umumnya air ) pada keadaan standar.
Jika
pengukuran tidak dilakukan pada keadaan standar, maka dinotasikan
dengan DHsol. Satuannya = kJ / mol.
2.4 Proses Melingkar
Karnot
Siklus
Carnot diperkenalkan oleh seorang insinyur berkebangksaan Perancis bernama Sadi
Carnot (1796-1832) pada tahun 1824. Siklus ini terdiri dari empat proses
seperti pada
Keempat
proses itu adalah sebagai berikut.
(1) Proses
AB adalah pemuaian isotermal pada
suhu
T1 . Dalam proses ini, gas menyerap
kalor
Q1 dari reservoir bersuhu tinggi T1
dan
melakukan usaha WAB.
(2) Proses
BC adalah pemuaian adibatik.
Selama
proses ini suhu gas turun dari T1
menjadi
T2 sambil melakukan usaha WBC
(3) Proses
CD adalah pemampatan isotermal
pada
suhu T2, Dalam proses ini, gas
melepas
kalor Q2 ke reservoir bersuhu
rendah
T2 dan melakukan usaha WCD .
(4) Proses
akhir DA adalah pemampatan
adiabatik.
Suhu gas naik dari T2 ke T1
sambil
melakukan usaha WDA .
Siklus
Carnot merupakan dasar dari mesin ideal, yaitu mesin yang paling efisien, yang
selanjutnya diesbut mesin Carnot. Usaha total yang dilakukan oleh gas untuk
satu siklus sama dengan luas daerah di dalam siklus. Mengingat selama proses
siklus Carnot gas menerima kalor Q1 dari reservoir bersuhu tinggi dan melepas
kalor Q2 ke reservoir bersuhu rendah , maka usaha yang dilakukan oleh gas
sesuai dengan hukum I termodinamika adalah:
Q
= ∆U + W atau Q1 - Q2 = 0 + W
W
= Q1 – Q2
dengan:
Q1
= kalor yang diserap dari reservoir bersuhu tinggi (J)
Q2
= kalor yang dilepas ke reservoir bersuhu rendah (J)
Efisiensi
mesin
Dalam
menilai untuk kerja suatu mesin, efisiensi merupakan suatu faktor yang penting.
Untuk mesin kalor, efisiensi mesin (η) dapat dilihat dari perbandingan kerja
yang dilakukan terhadap kalor masukan yang diperlukan, yang secara matematis
dapat ditulis sebagai berikut:
η
= W/Q1 = Q1 – Q2 / Q1 = 1- Q2
/ Q1
Untuk
siklus Carnot berlaku hubungan Q2/Q1 = T2 / T1sehingga efisiensi siklus
Carnot
dapat dinyatakan sebagai:
η
= 1 (T2/T1)
dengan:
T1
= suhu reservoir bersuhu tinggi (K)
T2 = suhu reservoir bersuhu rendah (K)
Kerja pada proses ekspansi isothermal 1-2 :
Kerja pada proses ekspansi adiabatik 2-3 (dQ = 0 ; dW = - dU) :
Kerja pada proses kompresi isothermal 3-4 :
Kerja pada proses kompresi adiabatik 4-1 :
Pada proses
ekspansi isothermal 1-2 dan proses kompresi isothermal 3-4, energi dalam gas
ideal adalah konstan, maka :
W2 = Q2 ; W1
= Q1
Dengan demikian
kerja netto pada proses melingkar carnot
menjadi :
W = Q2 –
Q1
Efisiensi thermis dari lingkaran carnot adalah :
Dari kedua persamaan
diatas didapat hubungan :
2.5. Laporan Eksperimen
Termodinamika
A.
Tujuan
Untuk
membuktikan bahwa energi panas dapat berubah menjadi energi gerak
B.
Landasan
Teori
Hukum
I Termodinamika menyatakan bahwa untuk setiap proses apabila kalor ditambahkan
ke dalam sistem dan sistem melakukan usaha, maka akan terjadi perubahan energi.
Jadi, dappat dikatakan bahwa Hukum I Termodinamika menyatakan adanya konsep
kekekalan energi.
C.
Alat
dan Bahan
1.
1 Buah kompor
2.
Jagung
3.
Wajan
4.
Tutup wajan
5.
Mentega
D.
Langkah
Kerja
1.
Hal yang pertama kita nyalahkan kompor.
2.
Letakkan wajan diatas kompor yang telah
menyala.
3.
Masukkan mentega kedalam wajan yang
telah diletakkan diatas kompor yang menyala.
4.
Ketika mentega yang telah dimasukkan
kedalam wajan yang diletakkan diatas kompor yang menyala,mentega akan mencair
dan kita masukkan biji jagung kedalam wajan yang berisi mentega yang telah
meleleh,kemudian ditutup.
E.
Hasil
Penelitian
Jagung
menjadi popcorn
F.
Kesimpulan
Dari
ekperimen kami dapat menyimpulkan bahwa ketika kompor mati jagung itu masih
dalam keadaan diam sehingga biji jagung itu tidak memiliki kecepatan serta
tekanan, namun ketika kompornya dinyalakan biji jagung mulai mengalami
perubahan suhu, sehingga biji jagung itu dapat bergerak serta bentuknya pun
akan berubah. Kesimpilan yang dapat kita ambil bahwa semakin besar suhu yang
diberikan maka semakin besar pula tekanan yang di timbulkan namun tekanannya
berbanding terbalik dengan volumenya. Seperti yang kita ketahui ketika biji
jagung masih utuh volumenya masih kecil namun tekanan untuk bergerak keatas besar
akan tetapi ketika biji jangung berubah menjadi popcorn maka volumenya semakin
besar namun tekanannya kecil.
BAB III
PENUTUP
3.1 KESIMPULAN
Sistem yang mengalami perubahan volume
akan melakukan usaha dan sistem yang mengalami perubahan suhu akan mengalami
perubahan energi dalam. Jadi, kalor yang diberikan kepada sistem akan
menyebabkan sistem melakukan usaha dan mengalami perubahan energi dalam.
Prinsip ini dikenal sebagai hukum kekekalan energi dalam termodinamika atau
disebut hukum I termodinamika. Secara matematis, hukum I termodinamika
dituliskan sebagai
Q = W + ∆U
Dalam proses adiabatik, tidak ada kalor yang ditambahkan pada sistem atau
meninggalkan sistem (Q = 0). Proses adiabatik bisa terjadi pada sistem tertutup
yang terisolasi dengan baik. Untuk sistem tertutup yang terisolasi dengan baik,
biasanya tidak ada kalor yang dengan seenaknya mengalir ke dalam sistem atau
meninggalkan sistem. Proses adiabatik juga bisa terjadi pada sistem tertutup
yang tidak terisolasi. Untuk kasus ini, proses harus dilakukan dengan sangat
cepat sehingga kalor tidak sempat mengalir menuju sistem atau meninggalkan
sistem.
Entalpi (H)
adalah jumlah energi yang dimiliki sistem pada tekanan tetap. Entalpi (H)
dirumuskan sebagai jumlah energi yang terkandung dalam sistem (E) dan kerja
(W).
H = E + W
H = E + W
Siklus
Carnot merupakan dasar dari mesin ideal, yaitu mesin yang paling efisien, yang
selanjutnya diesbut mesin Carnot. Usaha total yang dilakukan oleh gas untuk
satu siklus sama dengan luas daerah di dalam siklus. Mengingat selama proses
siklus Carnot gas menerima kalor Q1 dari reservoir bersuhu tinggi dan melepas
kalor Q2 ke reservoir bersuhu rendah , maka usaha yang dilakukan oleh gas
sesuai dengan hukum I termodinamika adalah:
Q
= ∆U + W atau Q1 - Q2 = 0 + W
W
= Q1 – Q2
DAFTAR PUSTAKA
Komentar
Posting Komentar