Termodinamika 1 panas kerja dan energi Kuliah 2

Termodinamika 1 panas, kerja dan energi Kuliah 2 - 1 Saifuddin Baedlowie Sudarman Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM

Sasaran : • selesai mengikuti kuliah ini mahasiswa akan dapat menganalisis hubungan kerja, panas dan energi dalam sistem terbuka dan tertutup melalui proses adiabatik dan non adiabatik. Mampu menginterpretasi grafik yang dipakai untuk menetapkan kerja proses. Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 2

Hubungan antara KERJA, PANAS, dan ENERGI • Jika gaya F beraksi pada sebuah balok yang bergeser diatas permukaan tanpa gesekan, maka Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 3

Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 4

sebagaimana obyek jatuh dalam medan gravitasinya, Consider an object falling in a gravitational field Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 5

Gravitasi memiliki potensial untuk melakukan kerja dan kuantitasnya mgh adalah sesuatu yang disebut sebagai Energi Potensial. Kerja yang dihasilkan oleh resultan gravitasi dalam jatuhnya obyek dalam energi potensial adalah seperti contoh sebelumnya. Massa PE dikonversikan ke KE melalui kerja yang diakibatkan oleh gravitasi. Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 6

Transfer Energi oleh Kerja Umumnya, kerja yang terjadi dievaluasi menggunakan persamaan kerja adalah energi yang dipindahkan rerata, dimana tidak peduli apakah ditransfer atau disimpan dalam sistem. Harga W 1 2 tergantung rincian interaksi yang diambil antara sistem dan sekelilingkungannya selama proses seperti F(s), dan tidak hanya keadaan awal dan akhir saja. Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 7

Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 8

Kerja Kompresi & Ekspansi Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 9

Kerja Kompresi dan Ekspansi Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 10

Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 11

Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 12

Expansi dan Kompresi Polytropik Hubungan tekanan-volume dapat dijelaskan oleh Kerja yang terjadi adalah Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 13

tetapi maka Untuk n=1, P=c/V maka Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 14

Kasus spesial ; Untuk n=0, p=c yakni proses tekanan konstan, maka Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 15

Energi Potensial Pegas Energi Potensial pegas Energi potensial pegas dapat digolongkan dalam energi potensial gravitasi. Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 16

Energi Bentuk lain • Dalam bidang rekayasa, perubahan dalam energi total sebuah sistem selalu maembuat dan memberikan kontribusi makroskopis seperti perubahan dalam KE dan gravitasional PE sebuiah sistem sebagai sesuatu yang relatif ke sebuah bingkai koordinat eksternal dan Energi Internal, U • E 2 - E 1= (KE 2 - KE 1) + (PE 2 - PE 1) + (U 2 - U 1) Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 17

Seperti halnya pengadukan fluida didalam tangki yang terisolasi sempurna, energi ditransfer kedalam sistem melalui kerja oleh pengaduk, hasil kenaikan dalam sistem energi Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 18

Energy is transferred into the system via work by the paddle wheel, results in an increase in the system energy. transfer energi ini tidak menaikkan KE atau PE dalam sistem. Perubahan energi dalam sistem dapat dihitung hanya untuk energi dalam fluida saja. Perubahan dalam energi dalam untuk padat, cair, dan gas dapat dihitung menggunakan data empiris, seperti U=f(T) Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 19

Interpretasi Mikroskopis • Energi adalah atribut ke gerakan dan konfigurasi molekul -molekul individual, partikel atom dan sub atom yang menjadi sesuatu dalam sistem. • Energi pada tingkat molekular berasosiasi dengan; – – Translasi Rotasi, Vibrasi Ikatan Molekular • Energi pada tingkat atomi: – Electron orbital states – Nuclear spin – Nuclear binding Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 20

Konservasi Energi untuk Sistem Tertutup • Sistem tertutup dapat berinteraksi dengan sekelilingnya melalui kerja sebagai termal. • Energi dapat ditransfer antara sistem dan sekelilingnya melalui interaksi termal (kalor) • Proses yang menggunakan interaksi kerja tetapi tak mengakibatkan interaksi termal /kalor disebut proses adiabatik. • Proses yang mengakibatkan interaksi termal disebut proses non-adiabatik. • Hal ini ditunjukkan secara eksperimental bahwa jika sistem bekerja dalam sistem tertutup secara proses adiabatik tergantung apa yang terjadi di keadaan akhir, bukan dalam prosesnya. • E 2 – E 1 = -Wad Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 21

• Tanda yang disetujui untuk transfer energi oleh kerja adalah; 1. Kerja diberikan oleh sistem adalah positif, 2. Kerja diberikan pada sistem adalah negatif, • Untuk kuasi-setimbang adiabatik, proses kompresi atau ekspansi gas dengan nilai eksponen politropik n adalah tetap (n = 1. 4 untuk udara) dan luas dibawah kurva tergantung hanya pada keadaan akhir. Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 22

Untuk kuasi-setimbang adiabatik, proses kompresi atau ekspansi gas dengan nilai eksponen politropik n adalah tetap (n = 1. 4 untuk udara) dan luas dibawah kurva tergantung hanya pada keadaan akhir. sebagaimana proses adiabatik dan proses takadiabatik antara dua keadaan akhir di titik 1 dan 2. Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 23

• oleh karena luas dibawah kurva berbeda, maka kerja yang terjadi juga berbeda. sehingga Wad Wnonad • akhir proses keduanya pada sistem yang sama, maka perubahan energinya juga sama dalam setiap proses, sehingga (E 2 – E 1)ad = (E 2 – E 1)nonad = E 2 – E 1 • Kita ketahui perubahan proses adiabatik adalah E 2 – E 1 = -Wad • Tetapi selama Wad Wnonad kita dapat simpulkan E 2 – E 1 -Wnonad • Karena energi harus dikonservasi maka energi bersih yang ditransfer ke sistem dalam kedua proses harus sama. Ini mengikuti interaksi kalor dalam proses non-adiabatik harus menghasilkan transfer energi. Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 24

Sejumlah energi yang ditransfer kedalam sistem tertutup oleh kalor adalah Q E 2 – E 1 = -Wnonad + Q Keadaan Hukum Termodinamika Pertama E 2 – E 1 = Q - W Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 25

Transfer Energi oleh Kalor • • • Kuantitas Q dalam hukum pertama diperhitungkan setiap energi yang dipindahkan ke dalam sistem tertutup selama proses tanpa dipengaruhi kerja. Sebagaimana transfer energi Q yang dimasukkan hanya sebagai hasil perbedaan temperatur antara sistem dan sekitarnya dan terjadi dalam arah penurunan temperatur seperti perpindahan kalor ; konduksi, konveksi, radiasi. Tanda yang disepakati untuk perpindahan kalor oleh panas; 1. Perpindahan kalor menuju sistem adalah positif 2. Perpindahan kalor dari sistem adalah negatif Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 26

Suatu bongkahan logam panas pada temperatur awal Tm kedalam fluida dingin pada Tf. sebab logam pada temperatur tinggi kemudian energi fluida ditransfer dari logam ke fluida, Q adalah negatif. Selama disini tanpa ada kerja yang diberikan dan perubahan dalam KE dan PE diabaikan, sejumlah kalor yang dipindahkan dari logam ke fluida adalah sebanding dengan penurunan dalam energi internal logam U 2 - U 1 = -Q or Q = U 1 – U 2 Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 27

seperti halnya kerja, kalor adalah bukan sifat properti dan sejumlah perpindahan energi tergantung rincian proses, dimana laju perpindahan kalor dinyatakan sebagai dan total energi yang dipindahkan melalui panas selama periode waktu tertentu adalah Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 28

Sistem Tertutup Steady Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 29

Sistem Tertutup Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 30

Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 31

sistem Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 32

Refleksi : • Tanya jawab secara lisan atau kuis (IC) atas semua materi yang disajikan oleh dosen. • Pekerjaan rumah : – Kerjakan soal yang diberikan pada Termodinamika 1 Kuliah 2 -1 Teknik Mesin UMM 33