TERMODINAMIKA II

@KEL-P04,@P12-AROLVO,@P14-AHMAD,@P15-RUSDI

TERMODINAMIKA II

PENGERTIAN

Pada tahun 1824, seorang insinyur berkebangsaan Prancis bernama Sadi Carnot (1796-1832) memperkenalkan metode baru untuk meningkatkan efisiensi suatu mesin berdasarkan siklus usaha yang selanjutnya disebut sebagai siklus Carnot. Siklus ini merupakan penggambaran dari suatu mesin kalor reversible (dapat bekerja bolak-balik). Jadi, siklus Carnot merupakan suatu siklus yang ideal. Pada siklus ini terjadi 2 proses isotermal dan 2 proses adiabatic.

Siklus adalah serangkaian proses yang dimulai dari suatu keadaan awal dan berakhir pada keadaan yang sama dengan keadaan awalnya. Agar dapat melakukan usaha terus-menerus, suatu sistem harus bekerja dalam satu siklus. Ada 2 macam siklus, yaitu siklus reversibel (siklus yang dapat balik) dan irreversibel (siklus yang tidak dapat balik).

SIKLUS CARNOT

Ø  pemuaian secara isotermik. (a-b)

Ø  pemuaian secara adiabatik. (b-c)

Ø  pemampatan secara isotermik. (c-d)

Ø  pemampatan secara adiabatik. (d-a)

MESIN KALOR CARNOT

Proses-proses dalam mesin kalor Carnot, perhatikan gambar siklus carnot diatas. Siklus dapat dijelaskan sebagai berikut:

• Siklus a-b
  Gas menyerap kalor Qt pada temperatur Tv Suhu sistem sama dengan suhu reservoir panas sehingga disebut proses isotermik. Gas memuai dan melakukan usaha pada pengisap. Oleh karena energi dalam tetap maka usaha yang dilakukan pada sistem sama dengan kalor yang diserap.
• Siklus b-c Beban pengisap dikurangi sehingga gas memuai menurut proses adiabatik. Terjadi pengurangan energi dalam dan suhu sistem menurun sampai sama dengan suhu pada reservoir dingin Tr
• Siklus c-d
  Gas mengalami penyusutan secara isotermik dengan membuang kalor Qrpada reservoir dingin pada temperatur 7) sehingga usahanya negatif (usaha dilakukan pada sistem).
• Siklus d-1
  Beban pengisap ditambah sehingga gas menyusut menurut proses adiabatik. Terjadi penambahan energi dalam dan suhu naik sampai sama dengan suhu pada reservoir panasT,. Energi dalam gas kembali seperti pada awal siklus.

Usaha pada mesin pemanas Carnot:

W = Q_t – Q_y

Karakteristik mesin kalor carnot dinyatakan dengan efisiensi mesin (η) yaitu perbandingan antara usaha yang dilakukan dengan kalor yang diserap. Secara matematis ditulis sebagai berikut.

Efisiensi suatu mesin kalor jenis apa pun selalu lebih kecil dari efisiensi mesin ideal atau mesin Carnot.

Berdasarkan hukum I Termodinamika berlaku:

Keterangan:
η = efisiensi mesin
T_r = temperatur pada reservoir rendah
T_t = temperatur pada reservoir tinggi
Q_r = kalor yang dibuang pada reservoir rendah
Q_t = kalor yang diserap pada reservoir tinggi

Mesin Pendingin Carnot

Contoh dari mesin pendingin Carnot antara lain mesin pendingin ruangan dan lemari es. Siklus mesin pendingin Carnot merupakan kebalikan siklus mesin kalor Carnot karena siklusnya reversibel (dapat balik).

Usaha pada mesin pendingin Carnot dapat dituliskan:

W= Q_t — Q_r

Karakteristik pada mesin pendingin dinyatakan dengan koefisien performansi atau koefisien kinerja yang simbolnya K_d. Koefisien kinerja didefinisikan sebagai perbandingan antara kalor yang dipindahkan dengan usaha yang dilakukan sistem.

Mesin Pemanas Carnot

Dari Gambar 4.9 dapat dijelaskan bahwa kalor yang diambil dipindahkan ke dalam ruangan.
Karakteristik mesin pemanas dinyatakan dengan koefisien kerja yang simbolnya K_p. Secara matematis dapat dituliskan:

Entropi dapat diartikan sebagai ukuran ketidakteraturan. Dalam sistem tertutup peningkatan entropi diikuti oleh penurunan jumlah energi yang tersedia. Semakin tinggi entropi, semakin tinggi ketakteraturannya.

• Entropi pada Proses Temperatur Konstan
  Jika suatu sistem pada suhu mutlak T mengalami proses reversibel dengan menyerap sejumlah kalor Q maka kenaikan entropi ∆S dapat dituliskan:

∆S = S₂ – S₁ = Q/T

Keterangan:
∆S= perubahan entropi (J/K)
S₁ = entropi mula-mula (J/K)
S₂ = entropi akhir (J/K)

• Entropi pada Proses Temperatur Berubah Pada proses yang mengalami perubahan temperatur, entropi dituliskan sebagai berikut.
  

Keterangan:
∆S=perubahan entropi (J/K)
S₁= entropi mula-mula (J/K)
S₂ = entropi akhir (J/K)
c= kalor jenis (J/kg K)
m = massa (kg)
T₁=suhu mula-mula (K)
T₂ = suhu akhir (K)

Hukum II Termodinamika

Bunyi hukum II Termodinamika:

” Kalor mengalir secara alami dari benda yang panas ke benda yang dingin; kalor tidak akan mengalir secara spontan dari benda dingin ke benda panas tan pa dilakukan usaha”.

Penjelasan hukum II Termodinamika adalah sebagai berikut.

• Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam satu siklus, menerima kalor dari satu reservoir dan mengubah kalor seluruhnya menjadi usaha.
• Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam satu siklus dengan mengambil kalor dari reservoir yang mempunyai suhu rendah dan memberikannya ke reservoir suhu tinggi tanpa usaha dari luar.
• Mesin yang bekerja di antara reservoir suhu T_t dan reservoir suhu T_t(T_t > T_r), memiliki efisiensi maksimum.

---

Contoh soal!

1. Suatu mesin memiliki suhu reservoir tinggi 400°C dan suhu reservoir rendah 70°C. Hitunglah efisiensi mesin tersebut!

Penyelesaian:

Diketahui:Tt=400°C=673k Tr = 70°C = 343 K

Ditanyakan: η

Jawab:

Jadi, efisiensi mesin sebesar 49%

2. Suatu system menyerap kalor sebesar 60 kJ pada suhu 27°C. Berapakah peubahan entropi system ini?

Penyelesaian:

Diketahui:Q=60kJ=60.000J
T = 27°C = 300 K

Ditanyakan:

Jawab:

Jadi, besar perubahan entropi adalah 200J/K

DAFTAR PUSTAKA:

https://www.pelajaran.co.id/2016/05/hukum-termodinamika-i-dan-iipenjelasan-rumus-dan-contoh-pembahasan-soal.html

http://dapoerefisika.blogspot.com/2013/06/termodinamika-ii-lanjutan.html