TERMODINAMIKA PROSES-PROSES TERMODINAMIKA Proses Isobarik (1) Tekanan konstan Proses Isotermis (2) Temperatur kontan Proses Adiabatis (3) Tidak ada kalor yang.
Download
Report
Transcript TERMODINAMIKA PROSES-PROSES TERMODINAMIKA Proses Isobarik (1) Tekanan konstan Proses Isotermis (2) Temperatur kontan Proses Adiabatis (3) Tidak ada kalor yang.
TERMODINAMIKA
PROSES-PROSES TERMODINAMIKA
Proses Isobarik (1)
Tekanan konstan
Proses Isotermis (2)
Temperatur kontan
Proses Adiabatis (3)
Tidak ada kalor yang hilang
Proses Isokorik (4)
Volume konstan
HUKUM TERMODINAMIKA PERTAMA
Selisih antara Kalor yang diberikan dan kerja yang dilakukan
selalu sama untuk setiap proses
U Q W
U Uf Ui
Ui
= Energi dalam mula-mula
Uf
= Energi dalam akhir
U = Perubahan energi dalam sistem
Q
= Panas yang diberikan pada sistem
W = Kerja yang dilakukan oleh sistem
PROSES ISOKHORIK
KERJA :
Vf
W pdV
Vi
Vf Vi
W0
KALOR
Q nCV T nCV (Tf Ti )
PERUBAHAN ENERGI DALAM :
U Q W U nCV T
n
= Jumlah mol
CV
= Kapasitas panas volume konstan
PROSES ISOBARIK
KERJA :
Vf
W pdV p konstan
Vi
W p(Vf Vi ) p V
KALOR
Q nCP T nCP (Tf Ti )
PERUBAHAN ENERGI DALAM :
U Q W U nCP T pV
pV nRT pV nRT
CP CV R U nCP T nRT nCV T
R = Konstanta gas universal = 8.31 J/mol.K
CP = Kapasitas panas tekanan konstan
PROSES ISOTERMIS
KERJA :
Gas Ideal : pV nRT
nRT
T konst an p
V
Vf
W pdV
Vi
KALOR
Vf
nRT
Vf
W
dV nRT ln
V
Vi
Vi
PERUBAHAN ENERGI DALAM :
U nCV T
KALOR :
Vf
U Q W Q U W nCV T nRT ln
Vi
PROSES ADIABATIK
KERJA :
Adiabatik: pV konstan
C
p CV
V
Vf
Vf
Vi
Vi
W pdV CV dV
1
1 Vf
WC
V
Vi
1
C
Vf 1 Vi 1
1
pV C pi Vi p f Vf
WC
CP
1
CV
C
1
1
W
Vf Vi
1
pV C pi Vi pf Vf
1
1
1
1
pf Vf pi Vi
W
pf Vf Vf pi Vi Vi
1
1
PERUBAHAN ENERGI DALAM :
1
pf Vf pi Vi
Q 0 U Q W U W
1
U Q W
W
Isokhorik
0
Isobarik
p(Vf Vi )
Isotermis
Adiabatik
Vf
nRT ln
V1
1
pi Vi p f Vf
1
Q
nCV T
nCP T
Vf
nRT ln
V1
0
U
nCV T
nCV T
0
nCV T
TEORI KINETIK GAS
MOLEKUL
GAS
ENERGI
DALAM
CV
Monoatomik
He, Ne
Diatomik
O2, H2
Poliatomik
1.5 nRT
1.5 R
CV
J/mol.K
12.5
2.5 nRT
2.5 R
20.8
3 nRT
3R
24.9
NH4
29.0
CO2
29.7
MESIN-MESIN KALOR
W Q H QC
QC
W Q H QC
1
QH
QH
QH
= Efisiensi mesin kalor
MESIN-MESIN PENDINGIN
W QH QC
QC QC W QC
COP
1
W
W
W
COP = Coefficient Of Performance mesin pendingin
Contoh Soal No. 1
Pada gambar di bawah ini ditunjukkan siklus proses-proses yang
terjadi pada mesin diesel (gasoline internal combustion engine).
a). Tentukan tekanan dan temperatur pada setiap keadaan (titik)
dalam p1, V1 dan perbandingan panas jenis .
b). Hitung efisiensi dari mesin diesel ini
Jawab :
a).
p1V1 nRT1
Titik 1 :
p1V1
T1
nR
p1V1
p1 , V1 ,
nR
1 2 : Proses isokhorik
p1V1
nR konstan
T1
p1V1 p 2 V2
T1
T2
p 2 V2
T2
T1
p1V1
p 2 3p1 V2 V1
p1V1
T2 3T1 3
nR
Titik 2 :
p1V1
3p1 , V1 , 3
nR
1 2 : Proses adiabatik
p 2 V2 p 3 V3
T2
T3
2
3
p 2 V p3V
p 3 V3
T3
T2
p 2 V2
p 3 V2
p 2 V3
V2
V3 4V2 p 3 p 2
4V2
p 3 3(0.25) p1
V2 V3
3
p
V
12
(
0
.
25
)
p1V1
1 1
T3
T2 (0.25) (4)
nR
nR
V3 V2
p1V1
Titik 3 :
3(0.25) p1 , 4V1 , 12(0.25)
nR
3 4 : Proses isokhorik
p3V3 p 4 V4
T3
T4
V4 V3
p 4 V4
T4
T3
p3V3
p4
T4 T3
p3
4 1 : Proses adiabatik
V1
p 4 V p1V p 4 p1
V4
V4 4V1 p 4 (0.25) p1
4
1
(0.25) p1 12(0.25) p1V1
p1V1
T4
4(0.25)
3(0.25) p1
nR
nR
p3 3(0.25) p1
p1V1
Titik 4 : (0.25) p1 , 4V1 , 4(0.25)
nR
b).
Q41 Q23 0
Q12 nCV (T2 T1 ) Q34 nCV (T4 T3 )
p1V1
Titik 1 : p1 , V1 ,
nR
pV
Titik 2 : 3p1 , V1 , 3 1 1
nR
p1V1
Titik 3 : 3(0.25) p1 , 4V1 , 12(0.25)
nR
p1V1
Titik 4 : (0.25) p1 , 4V1 , 4(0.25)
nR
p1V1 p1V1
p1V1
Q12 nCV (T2 T1 ) nCV [3
] 2C V
nR
nR
R
p1V1
p1V1
p1V1
Q 34 nCV (T4 T3 ) nCV [4(0.25)
12(0.25)
] 8(0.25) C V
nR
nR
R
1
W12 W34 0 W23
(p3V3 p 2 V2 )
1
1
W41
(p1V1 p 4 V4 )
1
p1V1
Titik 1 : p1 , V1 ,
nR
Titik 2 : 3p1 , V1 , 3
p1V1
nR
p1V1
Titik 3 : 3(0.25) p1 , 4V1 , 12(0.25)
nR
p1V1
Titik 4 : (0.25) p1 , 4V1 , 3(0.25)
nR
1
1
p1V1
W23
(p3V3 p 2 V2 )
[3(0.25) p1 4V1 3p 1 V1 ]
[12(0.25) 3]
1
1
1
1
1
p1V1
W41
(p1V1 p 4 V4 )
[p1V1 (0.25) p 1 4V1 ]
[1 4(0.25) ]
1
1
1
p1V1
Wtotal W12 W23 W34 W41
[2 8(0.25) ]
1
p1V1 p1V1
p1V1
Q12 nCV (T2 T1 ) nCV [3
] 2C V
nR
nR
R
p1V1
p1V1
p1V1
Q 34 nCV (T4 T3 ) nCV [4(0.25)
12(0.25)
] 8(0.25) C V
nR
nR
R
p1V1
[2 8(0.25) ]
1
pV
Q 34 Q C 8(0.25) C V 1 1
R
Wtotal W12 W23 W34 W41
Q12 Q H 2C V
p1V1
R
p1V1
[2 8(0.25) ]
W
1 R
1
[2 8(0.25) ]
pV
QH
1 CV
2C V 1 1
R
[2 8(0.25) ] C p C V [2 8(0.25) ]
( 1) [2 8(0.25) ]
1
CV
1
1.4 2 8(0.25)1.4 0.85
Contoh Soal No. 2
Pada gambar di bawah ini ditunjukkan siklus mesin kalor yang
disebut mesin kalor Carnot. Mesin ini bekerja pada dua
temperatur TH dan TC. Nyatakan efisiensinya dalam TH dan TC
Jawab :
a b : Isotermis
Vb
Wab nRTH ln
Va
Vb
U 0 Q H nRTH ln
Va
c d : Isotermis
Vd
Wcd nRTC ln
Vc
Vd
U 0 QC nRTC ln
Vc
b c : Adiabatis
p b Vb p c Vc
p b Vb nRTH
nRTH
pb
Vb
p c Vc nRTC
nRTC
pc
Vc
nRTH nRTC
Vb
Vc
Vb
Vc
TH Vb 1 TC Vc 1
TH Vc 1
1
TC Vb
d a : Adiabatis
p d Vd p a Va
p d Vd nRTC
nRTC
pd
Vd
p a Va nRTH
nRTH
pa
Va
nRTC nRTH
Vd
Va
Vd
Va
TC Vd 1 TH Va 1
TH Vd 1
1
TC Va
TH Vc 1
1
TC Vb
Vc Vd
Vb Va
TH Vd 1
1
TC Va
Vc 1 Vd 1
1
1
Vb
Va
Vb Vc
Va Vd
Vb
Q H nRTH ln
Va
Vd
QC nRTC ln
Vc
Vd
nRTC ln
QC
Vc
TC
1
1
1
Vb
QH
TH
nRTH ln
Va
Efisiensi mesin Carnot
HUKUM TERMODINAMIKA KEDUA
• Tidak ada mesin kalor yang mempunyai efisiensi lebih
besar dari mesin kalor Carnot
• Tidak ada mesin pendingin yang mempunyai COP
lebih besar dari mesin pendingin Carnot
TC
C 1
TH
TC
COPC
TH TC
Contoh Soal No. 3
Sebuah turbin pada suatu steam power plant mengambil uap air
dari boiler pada temperatur 520oC and membuangnya ke
condenser pada temperatur 100oC. Tentukan efisiensi
maksimumnya.
Jawab :
Efisiensi maksimum = efisiensi Carnot
TC
373
1
1
0.53 53%
TH
793
Karena gesekan, turbulensi dan kehilangan panas
Efisiensi aktual dari turbin disekitar 40 %
Efisiensi teoritis dari mobil adalah disekitar 56 %.
Eefisiensi aktualnya hanya disekitar 25 %
Contoh Soal No. 4
Seorang inventor menyatakan bahwa ia telah mengembangkan
sebuah mesin kalor yang selama selang waktu tertentu
mengambil panas sebesar 110 MJ pada temperatur 415 K dan
membuang panas hanya sebesar 50 MJ pada temperatur 212K
sambil menghasilkan kerja sebesar 16.7kwh. Apakah saudara
akan menginvestasikan uang saudara ?
Jawab :
W 16.7(360)
0.55
6
QH 110x10
TC
212
C 1
1
0.49
TH
415
Efisiensinya > Efisiensi mesin Carnot Jangan investasi
Contoh Soal No. 5
Sebuah mobil yang efisiensinya 22 % beroperasi pada 95 c/s dan
melakukan kerja dengan daya sebesar 120 hp.
a). Berapa kerja yang dilakukan mesin tersebut setiap siklus ?
b). Berapa bayak kalor yang diserap dari reservoir setiap siklus ?
c). Berapa banyak kalor yang terbuang setiap siklus
Jawab :
a).
Kerja setiap siklus :
120 (746 )
W
942 J
95
b).
W
QH
W 942
QH
4282J
0.22
c).
QC QH W 4282 942 3340J