kecacadan pelajar

Termodinamika adalah ilmu tentang temperatur,panas dan pertukaran energi.Termodinamika mempunyai penerapan praktis dalam semua cabang sains dan teknologi seperti halnya dalam berbagai aspek kehidupan sehari-hari,dari hubungan dengan cuaca sampai memasak.




A. Teori Kinetik Gas

1. Gas Ideal

Gas dianggap terdiri atas molekul-molekul gas yang disebut partikel. Teori ini tidak mengutamakan kelakuan sebuah partikel tetapi meninjau sifat zat secara keseluruhan menyederhanakan permasalahan teori kinetik gas diambil pengertian tentang gas ideal, dalam hal ini gas dianggap sebagai gas ideal.
Sifat-sifat gas ideal adalah sebagai berikut.

1.Terdiri atas partikel yang banyak sekali dan bergerak sembarang.
2.Setiap partikel mempunyai masa yang sama.
3.Tidak ada gaya tarik menarik antara partikel satu dengan partikel lain.
4.Jarak antara partikel jauh lebih besar disbanding ukuran sebuah partikel.
5.Jika partikel menumbuk dinding atau partikel lain, tumbukan dianggap lenting
sempurna.
6.Hukum Newton tentang gerak berlaku.
7.Gas selalu memenuhi hukum Boyle-Gay Lussac
Seorang Inggris, Robert Boyle (1627-1691) mendapatkan bahwa jika tekanan gas

diubah tanpa mengubah suhu volume yang ditempatinya juga berubah, sedemikian

sehingga perkalian antara tekanan dan volume tetap konstan.

Hukum Boyle dirumuskan :

pV= konstan (asal suhu tidak berubah)

p1V2= p2V2

Jika ada n mol gas, persamaan untuk gas ideal menjadi p V = nRT dimana R adalah konstanta umum gas, berlaku sama untuk semua gas, nilainya R = 8,3144 joule/mol.K = 8,3144.103 Joule/Mol.K atau R = 0,0821 atm liter/mol.K (satuan sehari-hari).

Persamaan diatas menghubungkan tekanan, volume, dam suhu, yang menggambarkan keadaan gas, maka disebut persamaan keadaaan gas atau hukum Boyle-Gay Lussac. Perubahan variable keadaan disebut proses. Proses isotermis adalah proses yang suhu (T) selalu tetap, maka p V = konstan. Proses isobarik adalah proses yang tekanannya selalu konstan, V/T = konstan. Proses isokhorik/isovolume proses yang volumenya selalu tetap p/T = konstan.Jika N adalah jumlah molekulgas dan NA adalah bilangan Avogadro = 6,022.1023 ,maka jumlah mol gas :
n= N/NA

sehingga
p V =N/N A . R. T
p V = N/N A . R. T
p V = N. R/N A . T

Karena k =R/NA == 1,3807.10-23 joule/K
disebut konstanta Boltzman disebut konstanta Boltzman (mengabadikan Ludwig Boltzman (1844-1906) dari Austria) maka, persamaan gas

Ideal menjadi : p V = N.k.T

Jumlah mol suatu gas adalah massa gas itu (m) dibagi dengan massa molekulnya. (

M = Mr )
n=m/Mr

p.V = m.R/Mr.T
Dan karena massa jenis gas (ρ=m/V ) maka kita dapatkan persamaan dalam bentuk sebagai berikut :

p=ρ.m/Mr.T
Jelas terlihat bahwa rapat gas atau massa jenis gas tergantung dari tekanan, suhu dan massa molekulnya.Persamaan gas sempurna yang lebih umum, ialah dinyatakan dengan persamaan :

p.V= n.R.T
Jadi gas dengan massa tertentu menjalani proses yang bagaimanapun perbandingan antara hasil kali tekanan dan volume dengan suhu mutlaknya adalah konstan. Jika proses berlangsung dari keadaan I ke keadaaan II maka dapat dinyatakan bahwa :

p1.V1.T1= p 2 .V2.T2
Persamaan ini sering disebut dengan Hukum Boyle-Gay Lussac.

Contoh:

1. Massa jenis nitrogen 1,25 kg/m3 pada tekanan normal. Tentukan massa jenis nitrogen pada suhu 42º C dan tekanan 0,97 105 N m-2!

Penyelesaian:

ρ1= 1,25 kg/m3

p1 = 76 cm Hg

T1 = 273 K

T2 = 315 K

p2 = 0,97 . 105 N m-2

p1 = 76 cm Hg = 76 . 13,6 . 980 dyne/cm3
     = 101292,8 N m-2

(p1 V1)/T1=(p2.V2)/T2

[p1.(ρ1/m1)]T1=[p2.(ρ2/m2)]T2

101292,8/(273 . 1,25)=0,97.100.000/315ρ2

ρ2 = 0,9638 kg/m3

 cp = 7/2R  cv=5/2R

USAHA YANG DILAKUKAN GAS.

Temodinamika merupakan cabang ilmu fisika yang mempelajari mengenai pengaliran panas, perubahan-perubahan energi yang diakibatkan dan usaha yang dilakukan oleh panas.

1.      Usaha luar ( W ) yaitu : Usaha yang dilakukan oleh sistem terhadap sekelilingnya terhadap sistem. Misalkan gas dalam ruangan yang berpenghisap bebas tanpa gesekan dipanaskan ( pada tekanan tetap ) ; maka volume akan bertambah dengan V.

Usaha yang dilakukan oleh gas terhadap udara luar :

W = p.V

2.      Usaha dalam ( U ) adalah : Usaha yang dilakukan oleh bagian dari suatu sistem pada bagian lain dari sitem itu pula. Pada pemanasan gas seperti di atas, usaha dalam adalah berupa gerakan-gerakan antara molekul-molekul gas yang dipanaskan menjadi lebih cepat.

Energi dalam suatu gas Ideal adalah :       

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.

                                  sebelum dipanaskan              sesudah dipanaskan

Dengan demikian pada proses ini berlaku persamaan Boyle-GayLussac

Jika grafik ini digambarkan dalam hubungan P dan V maka dapat grafik sebagai berikut :

Pemanasan                                             Pendinginan

Usaha luar yang dilakukan adalah : W = p ( V₂ - V₁ ). karena itu hukum I termodinamika dapat dinyatakan :

Q =  U + p ( V₂ - V₁ )

Panas yang diperlukan untuk meningkatkan suhu gas pada tekanan tetap dapat dinyatakan dengan persamaan :

Q = m c_p ( T₂ - T₁ )

Pertambahan energi dalam gas dapat pula dinyatakan dengan persamaan :

U = m c_v ( T₂ - T₁ )

Karena itu pula maka usaha yang dilakukan pada proses isobarik dapat pula dinyatakan dengan persamaan :

W =Q - U = m ( c_p - c_v ) ( T₂ - T₁ )

m = massa gas

c_p = kalor jenis gas pada tekanan tetap

c_v = kalor jenis pada volume tetap.

2.      Hukum I Termodinamika untuk Proses Isokhorik ( Isovolumik )

Pada proses ini volume Sistem konstan. ( lihat gambar )

Sebelum dipanaskan.          Sesudah dipanaskan.

Dengan demikian dalam proses ini berlaku Hukum Boyle-Gay Lussac dalam bentuk :

      

Jika digambarkan dalam grafik hubungan P dan V maka grafiknya sebagai berikut :

Pemanasan                                             Pendinginan

Karena V = 0 maka W = p . V

                                    W = 0 ( tidak ada usaha luar selama proses )

                        Q =  U₂ - U₁

Kalor yang diserap oleh sistem hanya dipakai untuk menambah energi dalam (U )

Q = U

U = m . c_v ( T₂ - T₁ )

.

3. Hukum I termodinamika untuk proses Isothermik.

Selama proses suhunya konstan.

( lihat gambar )

Sebelum dipanaskan.          Sesudah dipanaskan.

Oleh karena suhunya tetap, maka berlaku Hukum BOYLE.

P₁ V₂ = P₂ V₂

Jika digambarkan grafik hubungan P dan V maka grafiknya berupa :

Pemanasan                                               Pendinginan

Karena suhunya konstan T₂ = T₁ maka :

 U = U₂ - U₁

         = n R T₂  -  n R T₁  =  0  ( Usaha dalamnya nol )

Kalor yang diserap sistem hanya dipakai untuk usaha luar saja.

ln x =2,303 log x

 

4. Hukum I Termodinamika untuk proses Adiabatik.

Selama proses tak ada panas yang masuk / keluar sistem jadi Q = 0

( lihat gambar )

 Sebelum proses                Selama/akhir proses

oleh karena tidak ada panas yang masuk / keluar sistem maka berlaku Hukum Boyle-Gay Lussac

Jika digambarkan dalam grafik hubungan P dan V maka berupa :

Pengembangan                                         Pemampatan

Karena Q = 0 maka O = U + W

U₂ -U₁ = -W

Bila W negatif ( -W = sistem ditekan ) usaha dalam sistem (U ) bertambah. Sedangkan hubungan antara suhu mutlak dan volume gas pada proses adibatik, dapat dinyatakan dengan persamaan :

T.V^y-1 = konstan     atau     T₁.V1^y-1 = T₂.V₂^y-1

Usaha yang dilakukan pada proses adiabatik adalah :

W = m . c_v ( T₁ - T₂ )     atau      W = ( V₂^g-1 - V1^g-1 )

Juga berlaku persamaan : P₁.V1^y = P₂.V₂^y