5 kapasitas panas (termodinamika)

TERMODINAMIKATERMODINAMIKAEnergi dalam, Kalor, dan Kapasitas panas

v1

v2

dx

F (dorong)

TermodinamikaTermodinamika

Sistem sesuatu yang diamati

Lingkungan sesuatu di luar sistem

Usaha yang dilakukan

dW = Fdx

Pengertian sistem dan Pengertian sistem dan lingkunganlingkungan

Sistem

Lingkungan

Berbagai jenis sistemBerbagai jenis sistem

Hukum Termodinamika IHukum Termodinamika I“Perubahan energi dalam (ΔU) dari sebuah sistem hanya tergantung pada transfer panas ke dalam sistem (Q) dan kerja yang dilakukan oleh sistem (W) dan tidak tergantung pada proses yang terjadi.”

ΔU = Q - W

SISTEM

LINGKUNGAN

Q (+) W=0

QU

Sebuah sistem menyerap kalor dan sistem tidak menghasilkan kerja

SISTEM

LINGKUNGAN

W(+)

Sistem melakukan kerja dengan berekspansi terhadap lingkungannyaDan tidak ada panas yang ditambahkan selama proses, energi

Meninggalkan sistem dan energi dalam berkurang

)()( UWJika

WU

SISTEM

LINGKUNGAN

Q (+) W(+)

Ketika panas Q ditambahkan ke sistem sebagian dari energi yang ditambahkantetap tinggal dalam sistem, mengubah energi dalam sebesar ∆U; sisanya

meninggalkan sistem melakukan kerja

WQU WUQ

HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA

Ditransformasikan sebagai akibat perbedaan suhu dari sistem panas ke dingin.-Panas merupakan faktor ekstensif (bergantung pada jumlah zat)-Suhu merupakan faktor intensif (tidak bergantung pada jumlah zat)

Panas diberi simbol q, bergantung dari suhu, jenis zat dan banyaknya zat Kapasitas panas.

Kapasitas panas: Banyaknya panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu suatu zat 1oCPanas Jenis: Banyaknya panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu1 gram suatu zat 1oC.Kapasitas Panas Molar: Banyaknya panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu1 mol zat 1oC.

PanasPanas

SISTEM

LINGKUNGAN

Q (+) W(+)

SISTEM

LINGKUNGAN

Q (-) W(-)

Hukum Termodinamika IHukum Termodinamika I

Kalor dan Usaha pada sistem dengan lingkungan dapat dijelaskan :1. Kalor ditambahkan ke sistem Q +2. Kalor dilepaskan dari sistem Q – 3. Kerja dilakukan oleh sistem W +4. Kerja dilakukan pada sistem W –

Hukum termodinamika ke – I merupakan hukum kekekalan energi.

EEnergi Dalam (nergi Dalam (U)U)

BENDA

MOLEKUL

ATOM

Energi KinetikEnergi Potensial

Energi dalam (U) suatu sistem : jumlah energi kinetik seluruh partikel penyusunnya ditambah seluruh energi potensial dari interaksi antara seluruh partikel itu

Ketika terjadi perubahan keadaan suatu sistem energi dalam dapatberubah dari U1 U2

12 UUU

Energi Dalam Gas IdealEnergi Dalam Gas Ideal

U = (3/2) NkT atau U = (3/2) nRT

Energi dalam dari gas ideal hanya merupakan fungsi dari temperatur, sedangakan energi dalam gas nyata fungsi dari tekanan (p), suhu (T), dan volume (V).

Persamaan diatas hanya berlaku pada gas monoatomik (molekul beratom satu).Contoh : He, Ne, Ar, dll.

Untuk gas diatomik seperti O2, N2, Cl2 menggunakan bilangan (5/2) karena memiliki 5 derajat kebebasan.

v1

p1

v

p2

p

v2

Proses Isotermal

Pada keadaan ini temperatur (T) tetap, berarti T = 0

U = (3/2) nRT U = 0

Sehingga :

Q = W W = nRT ln(V2/V1)

Proses Isokhorik

v1

p1

v

p2

p

Pada keadaan ini Volume (V) tetap, berarti V = 0

W = PV W = 0

Sehingga :

U = Qv U = U2 – U1

Proses Isobarik

v1

v

p

v2

p1

Pada keadaan ini tekanan (p) tetap, dengan kata lain tidak terjadi

perubahan dalam sistem

W = PV dan Qp = n Cp T

Sehingga :

ΔU = Qp - W atau U = U2 – U1

v1

p1

v

p2

p

v2

T1T2

Proses Adiabatik

Pada keadaan ini tidak terjadi transfer panas yang masuk dan

keluar sistem, maka Q = 0

Sehingga :

ΔU = Q - W ΔU = - W

)(1

12211

122

111

2211

VPVPW

VTVT

VPVP

Termodinamika Gas Ideal

WU Proses adiabatik

Proses isokhorik QvU

Proses isobarik WQpU

Proses isotermal WQ

Contoh SoalContoh Soal

Sebuah pemanas air menggunakan listrik sebagai sumbernya digunakan untuk

memanaskan 3 kg air pada 80oC. Usaha yang diberikan filamen pemanas 25 kJ

sementara panas yang terbuang karena konduksi sebesar 15 kkal. Berapa perubahan

energi internal sistem dan temperatur akhir ?

KAPASITAS PANAS DARI GAS IDEALKAPASITAS PANAS DARI GAS IDEAL

Kapasitas panas adalah banyaknya kalor yang diserap oleh gas untuk menaikan suhunya. Kapasitas panas dapat terjadi pada volum tetap (CV) atau tekanan tetap (CP)

Kapasitas panas molarpada volum tetap (CV)

Kapasitas panas molarpada tekanan tetap (CP)

dTnCdQ V

dQdUdW 0

dTnCdU V

Pada volum konstan sistem tidak melakukan kerja sehingga W = 0

Qv = n Cv T

Kapasitas panas molar pada volum Kapasitas panas molar pada volum tetap (Ctetap (CVV))

dTnRdWdVPdW

dTnCdQ P

Karena P konstan perubahan volume sebanding dengan perubahan suhunya

Qp = n Cp T

Kapasitas panas molar pada Kapasitas panas molar pada tekanantekanan tetap (Ctetap (Cpp))

Nilai dari CNilai dari CPP dan C dan Cvv hasil hasil eksperimeneksperimen

Hubungan antara panas jenis (CHubungan antara panas jenis (CPP) dan ) dan (C(Cvv) )

Grafik kapasitas panas pada volume tetap terhadap perubahan suhu untuk gas diatomik seperti H2, Cl2, N2, O2,

dll.

PPrinsip ekipartisi energi pada rinsip ekipartisi energi pada kapasitas panaskapasitas panas

V

P

C

C

Untuk gas CP selalu lebih besar daripada CV 1

Untuk gas monoatomik RCV 2

3 67,1

Untuk gas diatomik RCV 2

5 40,1

RCC Vp

)(1

12211

122

111

2211

VPVPW

VTVT

VPVP

Rasio Kapasitas Rasio Kapasitas PanasPanas

Contoh SoalContoh Soal

1. Hitunglah jumlah panas (Q) yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 8 gr gas Helium dari 298 K ke 396 K pada tekanan tetap?

2. Suatu gas ideal monoatomik dalam sistem tertutup mengalami proses reversible. Gas tersebut ditekan secara adiabatis dari keadaan awal 70oC dan 1 bar sampai 150oC. Berapakah kalor , energi dalam, dan tekanan akhir dari gas tersebut?