5 hukum pertama termodinamika
TRANSCRIPT
7/23/2019 5 Hukum Pertama Termodinamika
http://slidepdf.com/reader/full/5-hukum-pertama-termodinamika 1/19
Kapasitas Panas dan Teorema Ekipartisi
• Kapasitas panas
energi internal
struktur molekul
• Zat muai jika dipanaskan Cp > Cv
– Berkaitan dengan usaha utk memuai padatekanan konstan
– Usaha ini diabaikan pada zat padat dan cair
Cp = Cv
– as! Cp " Cv karena gas #ang dipanaskan
pada tekanan konstan siap memuai dan
melakukan usaha #ang cukup besar
7/23/2019 5 Hukum Pertama Termodinamika
http://slidepdf.com/reader/full/5-hukum-pertama-termodinamika 2/19
• $anas diberikan pada gas dgn
volume konstan
• $anas #ang diberikan menjadi
energi internal
• Kapasitas panas pada volume
konstan adalah laju perubahan
energi internal terhadaptemperatur
T C Q vv ∆=
dT
dU C v =
U W U Qv ∆=+∆=
7/23/2019 5 Hukum Pertama Termodinamika
http://slidepdf.com/reader/full/5-hukum-pertama-termodinamika 3/19
• $anas diberikan pada gas
dengan tekanan konstan
• %da kerja &hk ' termodinamika (
• Untuk gas ideal! kapasitas panas
pada tekanan konstan lebih
besar dari kapasitas panas pada
volume konstan sebesar n)
T C Q p p ∆=
nRC C v p +=
V P U W U Q p ∆+∆=+∆=
7/23/2019 5 Hukum Pertama Termodinamika
http://slidepdf.com/reader/full/5-hukum-pertama-termodinamika 4/19
*abel kapasitas panas kalor molar berbagai gas pada +,oC
dalam -.mol/K
gas Cmp
Cmv
Cmv
/R Cmp
-Cmv
(Cmp
-Cmv
)/R
Monoatomik
He 20,79 12,52 1,51 8,27 0,99
Ne 20,79 12,68 1,52 8,11 0,98
Ar 20,79 12,45 1,50 8,34 1,00
Kr 20,79 12,45 1,50 8,34 1,00
Xe 20,79 12,52 1,51 8,27 0,99
Diatomik
N2 29,12 20,80 2,50 8,32 1,00
H2 28,82 20,44 2,46 8,38 1,01
O2 29,37 20,98 2,52 8,39 1,01
CO 29,04 20,74 2,49 8,30 1,00
Poliatomik
CO2 36,62 28,17 3,39 8,45 1,02
N2O 36,90 28,39 3,41 8,51 1,02
H2S 36,12 27,36 3,29 8,76 1,05
7/23/2019 5 Hukum Pertama Termodinamika
http://slidepdf.com/reader/full/5-hukum-pertama-termodinamika 5/19
• 0nergi kinetik translasi total K = 1.+ n)*
• -ika energi internal suatu gas han#a terdiriatas energi kinetik translasi saja
U = 1.+ n)*
• Kapasitas panas
Cocok han#a untuk gas monoatomik &lihat tabel
Cv! Cp(
nRdT
dU C
v 2
3== nRnRC C v p 2
5=+=
7/23/2019 5 Hukum Pertama Termodinamika
http://slidepdf.com/reader/full/5-hukum-pertama-termodinamika 6/19
erak molekul
7/23/2019 5 Hukum Pertama Termodinamika
http://slidepdf.com/reader/full/5-hukum-pertama-termodinamika 7/19
*eorema ekipartisi
Bila suatu zat ada dalam kesetimbangan! makaada energi rata2rata sebesar 3 k* per molekulatau 3 )* per mol #ang dikaitkan dengan tiap
derajat kebebasan
• 4erajat kebebasan5 tiap koordinat! komponenkecepatan! kecepatan angular dan seterusn#a#ang muncul untuk pern#ataan energi molekul/
– 4ikaitkan dengan energi kinetik translasi! vibrasi!rotasi dan energi potensial vibrasi
7/23/2019 5 Hukum Pertama Termodinamika
http://slidepdf.com/reader/full/5-hukum-pertama-termodinamika 8/19
as diatomik
• 6itrogen! oksigen! hidrogen! karbon
monoksida Cv = ,.+ )
• 0nergi internal n mol manapun dari gas+
tsb U = ,.+ n)*
• *iap gas memiliki , derajat kebebasan
2
2
12
2
12
2
12
2
12
2
1
y y x x z y x I I mvmvmv K ω ω ++++=
7/23/2019 5 Hukum Pertama Termodinamika
http://slidepdf.com/reader/full/5-hukum-pertama-termodinamika 9/19
Zat padat
• 7ogam8 aluminium! tembaga! emas! perak Cm = 1) Hukum Dulong Petit
• 0nergi internal n mol zat padat U = 1n)*
• *iap zat memiliki 9 derajat kebebasan
2
2
12
2
12
2
12
2
12
2
12
2
1 Z K Y K X K mvmvmv K z y x z y x +++++=
7/23/2019 5 Hukum Pertama Termodinamika
http://slidepdf.com/reader/full/5-hukum-pertama-termodinamika 10/19
Kegagalan teorema ekipartisi
• %da tambahan + derajat untuk molekul gasdiatomik – as diatomik berotasi terhadap garis #ang
menghubungkan atom+
– :olekul diatomik tidak kaku vibrasi• $ada logam Cm = 1) han#a berlaku pada
temperatur tinggi• as monoatomik tidak berotasi mengelilingi
salah satu sumbu• %bad '; teorema ekipartisi• %bad +< teorema mekanika kuantum
7/23/2019 5 Hukum Pertama Termodinamika
http://slidepdf.com/reader/full/5-hukum-pertama-termodinamika 11/19
Contoh soal
'/ $anas jenis logam tertentu terukur sebesar '!+ k-.kg/K – itunglah massa molar logam ini! dengan mengasumsikan
logam tersebut mengikuti hukum 4ulong $etit
– 7ogam apakah itu
+/ atu mole gas oksigen dipanaskan dari temperatur+<oC dan tekanan ' atm sampai temperatur '<<oC/ %sumsikan oksigen sebagai gas ideal/• Berapa panas #ang harus diberikan jika volume dijaga
konstan selama pemanasan
• Berapa panas #ang harus diberikan jika tekanan dijagakonstan selama pemanasan dan berapa usaha #angdilakukan gas pada proses ini
7/23/2019 5 Hukum Pertama Termodinamika
http://slidepdf.com/reader/full/5-hukum-pertama-termodinamika 12/19
0kspansi adiabatikkuasi statik gas
• as berada dalam tabung terinsulasi secara termisberekspansi secara perlahan menahan sebuah piston
• $roses adiabatik! sebuah proses dimana tidak ada
panas #ang mengalir masuk atau keluar dari suatusistem
• Usaha #ang dilakukan gas sama dengan berkurangn#aenergi internal gas &temperatur gas turun(
7/23/2019 5 Hukum Pertama Termodinamika
http://slidepdf.com/reader/full/5-hukum-pertama-termodinamika 13/19
Tidak ada kerja
7/23/2019 5 Hukum Pertama Termodinamika
http://slidepdf.com/reader/full/5-hukum-pertama-termodinamika 14/19
Sedikit kerja
7/23/2019 5 Hukum Pertama Termodinamika
http://slidepdf.com/reader/full/5-hukum-pertama-termodinamika 15/19
Banyak kerja
7/23/2019 5 Hukum Pertama Termodinamika
http://slidepdf.com/reader/full/5-hukum-pertama-termodinamika 16/19
• 4ari hukum pertama termodinamika
• ubungan $ dgn ? pada proses ekspansi maupun kompresi
adiabatik kuasi statik
• Usaha pd proses ekspansi adiabatik kuasi statik adalah luas
daerah di ba@ah kurva
0
0
0
=+
=+=
=+=
V
dV nRT dT C
dV P dT C dQ
dW dU dQ
V
V
1
2211
−
−=
γ
V P V P W adiabatik
V
P
C
C γ PV == dengankonstan,γ
T C W V adiabatik ∆−=
7/23/2019 5 Hukum Pertama Termodinamika
http://slidepdf.com/reader/full/5-hukum-pertama-termodinamika 17/19
Awan
7/23/2019 5 Hukum Pertama Termodinamika
http://slidepdf.com/reader/full/5-hukum-pertama-termodinamika 18/19
Contoh soal
ejumlah udara &A = '!( berekspansi
secara adiabatik dan kuasi statik dari
tekanan a@al + atm dan volume + 7 pada
temperatur '<oC menjadi dua kali volumea@aln#a/ *entukan
a/ tekanan dan temperatur akhir
b/ usaha #ang dilakukan oleh gas
7/23/2019 5 Hukum Pertama Termodinamika
http://slidepdf.com/reader/full/5-hukum-pertama-termodinamika 19/19
Kuis
'/ atu mol gas ideal diatomik dipanaskan pada volume konstan
dari 1<< K sampai 9<< K/• *entukan pertambahan energi internal! usaha #ang dilakukan dan
panas #ang ditambahkan pada gas tsb• Carilah besaran #ang sama seandain#a ags dipanaskan dari 1<< K
sampai 9<< K pada tekanan konstan
+/ Kapasitas panas sejumlah gas tertentu pada tekanan konstan
adalah lebih besar +;!' -.K daripada kapasitas panas padavolume tetap/• Berapa mol gas #ang ada• -ika gas adalah monoatomik berapa Cv dan Cp• -ika gas terdiri dari molekul diatomik #ang berotasi tetapi tidak
bervibrasi! berapa Cv dan Cp
1/ '!, mol helium diekspansi secara adiabatik dan kuasi statik daritekanan a@al , atm dan temperatur ,<< K sampai tekanan akhir' atm/ *entukan
• *emperatur dan volume akhir • Usaha #ang dilakukan oleh gas• $erubahan energi internal gas