12
MAKALAH HUKUM 1 TERMODINAMIKA
TERMODINAMIKA MATERIAL 02
REGULER
KELOMPOK 12
Disusun Oleh :
Muhammad Fadlilah : 1306370335 (23)
Jang Jin Joo : 1306399071 (24)
TEKNIK METALURGI DAN MATERIAL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS INDONESIA
2014
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis penjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas rahmat-Nya maka penulis dapat menyelesaikan penyusunan makalah yang berjudul "Hukum 1 Termodinamika".
Penulisan makalah merupakan salah satu tugas yang diberikan dalam mata kuliah Termodinamika Material di Jurusan Teknik Metalurgi dan Material. Tugas ini dimulai dengan membahas apa itu termodinamika, menjelaskan Hukum 1 Termodinamika, proses yang terjadi dalam termodinamika yang berkaitan dengan Hukum 1 Termodinamika, kapasitas panas kalor, entalpi, dan kalor dari proses yang berhubungan dengan Hukum 1 Termmodinamika.
Dalam Penulisan makalah ini penulis merasa masih banyak kekurangan baik pada teknis penulisan maupun materi, mengingat akan kemampuan yang penulis miliki. Untuk itu kritik dan saran dari semua pihak sangat penulis harapkan demi penyempurnaan pembuatan makalah ini. Dan tak lupa menyampaikan ucapan terima kasih yang tak terhingga kepada pihak-pihak yang membantu dalam menyelesaikan makalah ini.
Akhirnya penulis berharap semoga tugas ini bermanfaat, dan dapat memberikan ilmu yang baik bagi para pembaca. Terima kasih.
Depok, 15 September 2014
Penulis
DAFTAR ISI
Kata Pengantar 2
Daftar Isi 3
Bab I Pendahuluan 4
Bab 2 Isi 5
Pengertian Hukum 1 Termodinamika 5
Hukum 1 Termodinamika dalam Proses Termodinamika 6
Kapasitas Kalor Pada Gas Ideal 9
Entalpi 12
Referensi 14
BAB I
PENDAHULUAN
Termodinamika membahas tentang sistem keseimbangan (equilibrium), yang dapat digunakan untuk mengetahui besarnya energi yang diperlukan untuk mengubah suatu sistem keseimbangan, tetapi tidak dapat dipakai untuk mengetahui seberapa cepat (laju) perubahan itu terjadi karena selama proses sistem tidak berada dalam keseimbangan. Suatu sistem tersebut dapat berubah akibat dari lingkungan yang berada di sekitarnya. Sementara untuk aplikasi dalam materialnya, termodinamika membahas material yang menerima energi panas atau energi dalam bentuk yang berbeda-beda.
Dalam termodinamika, terdapat hukum-hukum yang menjadi syarat termodinamika. Di dalam hukum-hukum tersebut terdapat rumus-rumus yang berbeda pula, sesuai dengan permasalahan yang ada. Ada Hukum 0 Termodinamika atau biasa disebut sebagai Hukum awal Termodinamika, lalu ada Hukum 1 Termodinamika, Hukum 2 Termodinamika, dan Hukum 3 Termodinamika.
Di dalam Hukum 1 Termodinamika itu sendiri, menjelaskan tentang energi yang ada dalam suatu sistem dalam termodinamika. Hukum 1 Termodinamika mengenalkan hukum Kekekalan Energi. Hukum Kekekalan Energi yaitu energi yang tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, hanya dapat berubah bentuk energi dari bentuk satu ke bentuk lainnya. Oleh karena itu, Hukum 1 Termodinamika sering disebut Hukum Kekekalan Energi.
Ini berhubungan dengan beberapa proses termodinamika yaitu proses isotermik, isokhorik, isobarik, dan adiabatik. Dari energi yang ada pada proses tersebut, dapat pula dihitung berapa kapasitas panas kalornya, entalpi, dan kalor yang dihasilkan dari proses tersebut.
BAB II
ISI
Pengertian Hukum 1 Termodinamika
Hukum ini berbunyi: "Kalor dan kerja mekanik adalah bisa saling tukar". Sesuai dengan hukum ini, maka sejumlah kerja mekanik dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah kalor, dan sebaliknya.
Hukum ini bisa juga dinyatakan sebagai: "Energi tidak bisa dibuat atau dimusnahkan, namun bisa dirubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya". Sesuai dengan hukum ini, energi yang diberikan oleh kalor mesti sama dengan kerja eksternal yang dilakukan ditambah dengan perolehan energi dalam karena kenaikan temperatur.
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. Untuk suatu proses dengan keadaan akhir (2) dan keadaan awal (1)
U = U2 – U1
Secara matematis, Hukum I Termodinamika dituliskan sebagai
Q = W + U
Dimana Q adalah kalor, W adalah usaha, dan U adalah perubahan energi dalam. Tapi rumus itu berlaku jika sistem menyerap kalor Q dari lingkungannya dan melakukan kerja W pada lingkungannya.
Gambar 1. Sistem pada Termodinamika
Hukum I Termodinamika menyatakan hubungan antara energi dalam (U), perpindahan panas (Q), dan kerja (W)
Jika dalam sistem mengalami proses perubahan yang sangat kecil, maka
Hukum 1 Termodinamika dalam Proses Termodinamika
Proses Isotermal
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).
Dari persamaan umum gas :
PV = nRT
Karena suhu konstan, maka usaha yang dilakukan oleh gas adalah :
dW = P.dV
dW = n.R.TV dV
W= nRTViVf1VdV
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.
Gambar 2. Grafik Proses Isotermal
Proses Isotermal juga ada yang irreversible, rumusnya adalah :
Jika irreversible, maka tekanan ekspansinya konstan, sehingga :
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.
W = P dV = P.0 = 0
Gambar 3. Grafik Proses Isokhorik
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 konstan Qp. Berdasarkan hukum I termodinamika, pada proses isobarik berlaku
Dari sini usaha gas dapat dinyatakan sebagai
W = P dV = nR dT
Gambar 4. Grafik Proses Isobarik
Proses Adiabatik
Proses adiabatik adalah proses termodinamika dimana kerja yang dilakukan oleh gas adalah murni berasal dari perubahan energi internalnya. Tidak ada energi yang masuk maupun yang keluar (Q) selama proses itu berjalan. (Hukum Termodinamika I menyatakan : Perubahan energi internal gas (dU) adalah banyaknya energi kalor yang disuplai (Q) dikurangi kerja yang dilakukan oleh gas (P.dV).
Kondisi proses adiabatik adalah :
dU = Q - P.dV = - P dV
P Vƴ = K (konstan)
Gambar 5. Grafik Proses Adiabatik
Kapasitas Kalor pada Gas Ideal
Kapasitas kalor merupakan kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu suatu sistem sebesar satu derajat. Apabila tidak ada perubahan fasa, panas yang diberikan kepada sistem akan mengakibatkan kenaikan temperatur. Ada 2 jenis kapasitas kalor, yaitu ada kapasitas kalor saat volume tetap (CV) dan kapasitas kalor saat tekanan tetap (CP). Sedangkan rumus kapasitas kalor itu sendiri adalah :
ΔQ = C . ΔT C = dQ/dT
Dimana C adalah kapasitas panas zat yang secara kuantitatif didefinisikan sebagai besarnya energi panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu zat sebesar 1oC. Dengan demikian kapasitas panas C memiliki satuan J/kal atau J/K. Sedangkan ΔT tidak lain adalah menyatakan selisih suhu pada keadaan sebelum dan sesudah diberi energi panas Q.
Kapasitas Kalor pada Volume Tetap
dQv = Cv dT
dQv = n Cv dT
Kapasitas panas pada kalor tetap juga memiliki perbedaan rumus, tergantung pada gas idealnya itu sendiri. Apakah monoatomik, diatomik, atau polyatomic.
Saat monoatomik Cv = 3/2R
Saat diatomik Cv = 5/2R
Saat polyatomic Cv = 5/2R
Kapasitas Kalor pada Tekanan Tetap
dQp = CP dT
dQp = n CP dT
Sedangkan untuk rasio kapasitas kalor adalah
Proses Isotermal
Kalor yang dihasilkan pada proses isotermal yaitu :
Sementara perubahan energi dalamnya yaitu :
Proses Isokhorik
Kalor yang dihasilkan pada proses isokhorik yaitu :
Sementara perubahan energi dalamnya yaitu :
Proses Isobarik
Kalor yang dihasilkan pada proses isobarik yaitu :
Sementara perubahan energi dalamnya yaitu :
Proses Adiabatik
Pada proses adiabatik, tidak ada perubahan kalor yang terjadi karena kalor yang diterima dan dikeluarkan sama besarnya, sehingga Q = 0 . Maka kerja yang dihasilkan proses adiabatik pada gas ideal yaitu :
Sementara perubahan energi dalamnya yaitu :
Entalpi (H)
Entalpi adalah istilah dalam termodinamika yang menyatakan jumlah energi internal dari suatu sistem termodinamika ditambah energi yang digunakan untuk melakukan kerja. Entalpi juga merupakan transfer panas antara sistem dan lingkungan yang ditransfer dalam kondisi tekanan konstan (isobarik). Secara matematis, entalpi dapat dirumuskan sebagai berikut:
H = U + PV
di mana:
H = entalpi sistem (joule)
U = energi internal (joule)
P = tekanan dari sistem (Pa)
V = volume sistem (m2)
PV hanya targantung kedaan awal dan akhir sistem. Besarnya perubahan entalpi dari sistem :
H = H2 –H1
= (U2+P2V2) – (U1+P1V1)
= (U2-U1) + (P2V2-P1V1)
pada tekanan (P) tetap :
H = U + P(V2-V1)
H = U + P V
Q = U + P V , maka
H = Q
dH = dQ
Entalpi dan Kalor
Entalpi sebagai fungsi T dan p; H= f(T,P)
Pada tekanan tetap :
Pada volume tetap :
Referensi
http://www.slideshare.net/BughisBerkata/hukum-i-termodinamika
http://dosen.tf.itb.ac.id/~amoranto/ITENAS/Teknik%20Elektro/f2el%20Termodinamika.ppt
http://ft.unsada.ac.id/wp-content/uploads/2008/04/bab1-2-tm1.pdf
http://endwati.staff.fkip.uns.ac.id/files/2009/09/Hukum-Termod-nol-dan-pertama-09.ppt
http://www.forumsains.com/artikel/488/?print
