IR. STEVANUS ARIANTO 1

8/7/2017

DEFINISI GAS IDEAL DISTRIBUSI KECEPATAN KECEPATAN GAS IDEAL

PROSES ISOBARIK PROSES ISOKHORIK PROSES ISOTERMIK PROSES ADIABATIK

KALOR JENIS GAS HUKUM TERMODINAMIKA I PENGERTIAN SIKLUS

HUBUNGAN TEKANAN DAN KECEPATAN

HUKUM TERMODINAMIKA II

PERSAMAAN GAS IDEAL

SIKLUS MESIN BAKAR/OTTO

SIKLUS MESIN CARNOT

HUBUNGAN TEMPERATUR DAN KECEPATAN PARTIKEL

SIKLUS MESIN DIESEL SIKLUS MESIN UAP MESIN PENDINGIN

CONTOH SOAL 1

IR. STEVANUS ARIANTO

CONTOH SOAL 2

CONTOH SOAL 3

CONTOH SOAL 4

CONTOH SOAL 5

1

8/7/2017

Created by : Ir. Arianto, Guru Fisika SMAK. St. Louis 1

DEFINISI GAS IDEAL 1. Gas ideal terdiri atas partikel-partikel (atom-atom ataupun molekul-molekul ) dalam jumlah yang besar sekali. 2. Partikel-partikel tersebut senantiasa bergerak dengan arah random/sebarang. 3. Partikel-partikel tersebut merata dalam ruang yang kecil. 4. Jarak antara partikel-partikel jauh lebih besar dari ukuran partikel-partikel, sehingga ukuran partikel dapat diabaikan. 5. Tidak ada gaya antara partikel yang satu dengan yang lain, kecuali bila bertumbukan. 6. Tumbukan antara partikel ataupun antara partikel dengan dinding terjadi secara lenting sempurna, partikel dianggap sebagai bola kecil yang keras, dinding dianggap licin dan tegar. 7. Hukum-hukum Newton tentang gerak berlaku.

v ras

3kT m


DISTRIBUSI KECEPATAN

sepertiga jumlah atom bergerak sejajar sumbu x, sepertiga jumlah atom bergerak sejajar sumbu y dan sepertiga lagi bergerak sejajar sumbu z. Kecepatan bergerak tia-tiap atom dapat ditulis dengan bentuk persamaan :

v

ras

3 kT m

vras = kecepatan tiap-tiap atom, dalam m/det k = konstanta Boltzman k = 1,38 x 10-23 joule/atom oK T = suhu dalam oK m = massa atom, dalam satuan kilogram.


2

8/7/2017


KECEPATAN GAS IDEAL M dan k N

Karena : m

R N0

Maka kecepatan gas ideal :

v ras

3RT M

M = massa gas per mol dalam satuan kg/mol R = konstanta gas umum = 8,317 joule/mol oK Pada suhu yang sama, untuk 2 macam gas kecepatannya dapat dinyatakan :

v ras 1 : v ras 2

M

2

:

M1

Pada gas yang sama, namun suhu berbeda dapat disimpulkan :

v ras 1 : v ras

T1 :

2

T2


HUBUNGAN

TEKANAN DAN KECEPATAN Tiap kali tumbukan atom dengan permukaan dinding kubus kecepatan itu berubah dari + vras menjadi -vras. Jadi partikel mengalami perubahan momentum = m (-vras) - m(+vras) = - 2m vras N 3

Selang waktu antara dua buah tumbukan berturut-turut antara atom dengan permukaan dinding kubus adalah : F .t 2 m v ra s Maka : Gaya tiap partikel: 2L 2 m v ra s F. v ras gaya rata-rata N/3 atom :

F

N m Vras 2 . 3 L


2L V ras

t F

m V ra s 2 L

Tekanan rata-rata pada permukaan ialah hasil bagi antara gaya dengan luas bidang tekan :

P

N m Vras2 . . 3 L.L2

P

N m Vras 2 . 3 V

P

1 Vras2 3

3

8/7/2017


PERSAMAAN GAS IDEAL P . V = K’ . T n

N N0

atau P . V = N. k .T

T = Suhu mutlak N = Banyaknya partikel gas k = Konstanta Boltman = 1,38 x 10-23 joule/0K

P1 .V1 T1

P.V=nRT

n

n

N N0 m Mr

P2 .V2 T2

P = tekanan mutlak gas ideal V = volume gas T = suhu mutlak gas n = jumlah molekul gas R = kondtanta gas umum, dimana : R = 8,317 joule/mol.0K = 8,317 x 107 erg/mol0K = 1,987 kalori/mol0 K = 0,08205 liter.atm/mol0K

satuan : N/m2 satuan : m3 satuan : oK satuan : mol


HUBUNGAN

TEMPERATUR DENGAN KECEPATAN PARTIKEL

P.V = n.R.T

1 m Vras 2 3 1 3 m Vras2 k.T 2 2

N m V ra s 2 . .V 3 V

N R .T N0

R T N0

1 m Vras 2 3

Ek

k

R N0

3 k .T 2

Untuk tiap partikel


Ek

k .T 3 N . k .T 2

Untuk N partikel

4

8/7/2017


KALOR JENIS GAS Dua macam KALOR JENIS yang mempunyai arti praktis yaitu :

- Kalor jenis pada volume konstan. (cv) - Kalor jenis pada tekanan konstan.(cp) Kalor jenis gas ideal pada tekanan konstan selalu lebih besar dari pada kalor jenis gas ideal pada volume konstan dan selisihnya sebesar konstanta gas umum (universil) yaitu : R = 8,317 J/mol 0K.

cp - cv = R a. Untuk gas beratom tunggal ( monoatomik ) b. Untuk gas beratom dua ( diatomik )

c

P

c

P

5 R 2

c

3 R 2

c c

7 R 2

c

5 R 2

c c

V

V

P

1,67

V

P

1,4

V

= konstanta Laplace.


HUKUM TERMODINAMIKA I

Temodinamika merupakan cabang ilmu fisika yang mempelajari mengenai pengaliran panas, perubahan-perubahan energi yang diakibatkan dan usaha yang dilakukan oleh panas. Usaha luar ( W ) yaitu : Usaha yang dilakukan oleh sistem terhadap sekelilingnya terhadap sistem. W = p. V

3 Usaha dalam ( U ) adalah : Usaha yang dilakukan oleh bagian U nRT .. dari suatu sistem pada bagian lain dari sitem itu pula. 2 HUKUM I TERMODINAMIKA.

Dalam suatu sistem yang mendapat panas sebanyak Q akan terdapat perubahan energi dalam ( U ) dan melakukan usaha luar ( W ).

Q= U+ W Q = kalor yang masuk/keluar sistem U = perubahan energi dalam W = Usaha luar.


5

8/7/2017


HK. TERMODINAMIKA I PROSES ISOBARIK Pada proses ini gas dipanaskan dengan tekanan tetap

sebelum dipanaskan

V1 T1

sesudah dipanaskan

proses ini berlaku persamaan GayLussac

V2 T2

W = p ( V2 - V1 ) Q = m cp ( T2 - T1 ) U = m cv ( T2 - T1 ) Pemanasan

Pendinginan

W = Q - U = m ( cp - cv ) ( T2 - T1 )


HK. TERMODINAMIKA I PROSES ISOKHORIK proses ini volume Sistem konstan

Sebelum dipanaskan

Sesudah dipanaskan

proses ini berlaku Hukum CHARLES

P1 T1

P2 T2

Karena V = 0 maka W = p . V W=0 Kalor yang diserap oleh sistem hanya dipakai untuk menambah energi dalam U) Pemanasan


Pendinginan

Q=U U = m . cv ( T2 - T1 )

6

8/7/2017


HK. TERMODINAMIKA I PROSES ISOTERMIK Selama proses suhunya konstan

Sebelum dipanaskan 2 3

Sesudah dipanaskan

P1 V2 = P2 V2

Proses ini berlaku Hukum BOYLE

Karena suhunya konstan T2 = T1 maka : U = U 2 - U1 3/2 n R T2 - 3/2 n R T1 = 0 W Pemanasan

Pendinginan

P1 V 1 ( l n

V2 ) V1

P2 V

( ln

2

V2 ) V1

ln x =2,303 log x


HK. TERMODINAMIKA I PROSES ADIABATIK Selama proses tak ada panas yang masuk / keluar sistem jadi Q = 0

Sebelum proses

Selama/akhir proses

PV 1 1 T1

P2V2 T2

berlaku Hukum Boyle-Gay Lussac Karena Q = 0 maka O = U + W U2 -U1 = - W T.V -1 = konstan

atau

T1.V1 -1 = T2.V2 -1

W = m . cv ( T1 - T2 ) Pengembangan


Pemampatan

P1.V1 = P2.V2

7

8/7/2017


PENGERTIAN SIKLUS

-Mulai dari ( P1 , V1 ) gas mengalami proses isothermis sampai ( P2 , V2 ). -Kemudian proses isobarik mengubah sistem dari ( P2 , V2 ) sampai ( P2 , V1 ). -Akhirnya proses isobarik membuat sistem kembali ke ( P1 , V1 ). Usaha yang dilakukan sama dengan luas bagian gambar yang diarsir proses seperti yang ditunjukkan pada gambar di samping disebut : SIKLUS. Pada akhir proses sistem kembali ke keadaan semula. Ini berarti pada akhir siklus energi dalam sistem sama dengan energi dalam semula.


HUKUM TERMODINAMIKA II

“ Adalah Tidak Mungkin Dapat Suatu Mesin Yang Bekerja Dalam Lingkaran Yang Tidak Menimbulkan Efek Lain Selain Daripada Mengambil Panas Dari Suatu Sumber Dan Merubah Panas Ini Seluruhnya Menjadi Usaha “ Sebuah mesin diberi energi berupa kalor Q2 pada suhu tinggi T2, sehingga mesin melakukan usaha mekanik W. Energi yang dibuang berupa kalor Q1 pada suhu T1, maka effisiensi mesin adalah :

Energi yang bermanfaat Energi yang dim asukkan W Q2

Q2 Q1 Q2

(1

Q1 ) 100% Q2

Berlaku untuk semua mesin


(1

T1 ) 100% T2

Mesin Carnot

8

8/7/2017


SIKLUS MESIN CARNOT

•Kurva ab dan cd masing-masing adalah kurva pengembangan dan pemampatan isoteremis. *Kurva bc dan da masing-masing adalah kurva pengembangan dan pemampatan adiabatik.


SIKLUS MESIN BAKAR/OTTO *Kurva ab dan cd masing-masing adalah kurva pemampatan dan pengembangan adiabatik. *Garis lurus bc dan da masing-masing adalah garis lurus untuk pemanasan dan pendinginan isokhorik.


9

8/7/2017


SIKLUS MESIN DIESEL

•Kurva ab dan cd masing-masing adalah kurva pemampatan dan pengembangan adiabatik. *Garis lurus bc adalah garis lurus pemanasan isobarik. *Garis lurus cd adalah garis lurus pendinginan isokhorik..


SIKLUS

MESIN UAP/RANKINE Mula-mula air dalam keadaan cair dengan suhu dan tekanan rendah di titik a. -kurva ab adalah kurva pemampatan secara adiabatik dengan tekanan yang sama dengan tekanan di dalam periuk pendingin. -garis cd adalah proses pengubahan air menjadi uap. -Garis de adalah prosers pemanasan sehingga suhu uap sangat tinggi. -Kurva ef adalah proses pengembangan secara adiabatik. -garis fa adalah proses pengembunan sehingga kembali ke keadaan awalnya.


10

8/7/2017


MESIN PENDINGIN Sebuah mesin pendingin menggunakan Kalor Q2 untuk mengusir panas dan Membuangnya ke Q1 Angka kerja (AK) dari mesin pendingin:

Q2 x100% W

AK AK

Q2 x100% Q1 Q2

Jika Angka kerja besar, maka mesin bekerja lebih berat dan sebaliknya


CONTOH SOAL 1 Jika kecepatan rata-rata molekul gas hydrogen adalah 600v3 m/s pada suhu 27 oC. Hitunglah tekanan gas Oksigen pada suhu 127o C (jika massa jenis gas Oksigen 1,4 Kg/m3)


11

8/7/2017


JAWABAN CONTOH SOAL 1 vH 2 : vO2

M O2 .T H 2 : M H 2 .TO2

vH 2 : vO2

32.300 : 2.400

600 3 : vO2 vO2

2.600 3 4 3

P

1 (vO2 )2 3

P

1 .1, 4.(300) 2 3

4 3:2 300m / s

P 1, 4.30.000 42.000 N / m2


CONTOH SOAL 2 Hitunglah energi kinetik 1/6 mol Suatu gas monoatomik pada suhu 127 o C jika Bilangan avogadro 6.1023 atom/mol Dan konstanta Boltzman 1,38.10-23Joule/atom oK.


12

8/7/2017


JAWABAN CONTOH SOAL 2

Ek Ek

3 N .k .T 2

3 1 . .6.10 23.1,38.10 23.400 2 6

Ek

828 joule


CONTOH SOAL 3

Diagaram P-V di atas menunjukkan gas dalam satu siklus, hitunglah usaha total gas dan jumlah kalor yang diperlukan.


13

8/7/2017


JAWABAN CONTOH SOAL 3

Karena siklus tertutup maka : U (perubahan usaha dalam) = NOL.

W

Jadi kalor yang dibutuhkan = Usaha luar gas = 4.105 joule.

Luas daerah yang di arsir pada grafik P thd V merupakan usaha luar gas.

W= P V= (4.105 – 2.105). (4-2) = 4.105 joule


CONTOH SOAL 4 Gas ideal monoatomik pada tekanan 10^5 N/m2 dan suhu 275 oK mempunyai volume 2,25 m3. Gas ini mulamula mengalami proses isokhorik sampai tekanan 1,5 .105 N/m2 kemudian proses isobaric sampai volumenya menjadi 4,5 m3. a. Buatlah diagram P-V dari proses yang dialami gas. b. Hitung suhu akhir proses. c. Hitung usaha total gas.


14

8/7/2017


JAWABAN CONTOH SOAL 4 P(N/m 2 ).10

a.

5

P1 T1

b. (2)

1,5 1

T2

(1)

V2 T2 2,25

4,50

V(m 3 )

(1) Adalah Proses Isovolum (2) Adalah proses isobarik

P2 T2

105 275

1, 5.105 T2

412,5o K V3 T3

2, 25 412, 5

T3

825o K

c.

W

4,50 T3

P. V

W 1,5.105(4,50 2,25) 3,375.105 joule


CONTOH SOAL 5 Sebuah mesin turbo jet reservoir pembakaran bersuhu 1727 oC dan reservoir suhu rendahnya 527 o C Untuk menghasilkan usaha sebesar 2.105 J diperlukan kalor pembakaran 8.105 J. a. Berapa efisiensi Carnot (ideal) b. Effisiensi sesungguhnya dari mesin.


15

8/7/2017


JAWABAN CONTOH SOAL 5 (1

T2 )100% T1

(1

800 )100% 2000

a.

b.

w .100% Q1

60%

2.105 .100% 5 8.10

25%


PROFICIAT SELAMAT ANDA TELAH MENYELESAIKAN MATERI TEORI KINETIK GAS & TERMODINAMIKA BERLATIHLAH DENGAN : SOAL-SOAL URAIAN TESTLAH KEMAMPUANMU DENGAN SOAL TEST YANG TERSEDIA


16

IR. STEVANUS ARIANTO 1

Recommend Documents