Materi, Soal, dan Aplikasi Termodinamika

Apakah yang dimaksud dengan Termodinamika ?

Termodinamika adalah cabang fisika yang mempelajari tentang kalor dan usaha mekanik pada suatu system (contoh : gas)

Salah satu penerapan konsep termodinamika dalam teknologi

Kesetimbangan kalor terjadi jika tidak ada pertukaran kalor antara kedua benda tersebut saat bersentuhan. Kondisi ini hanya dapat dicapai jika suhu kedua benda tersebut sama.

B. Besaran-besaran dalam Termodinamika

Usaha (W)

Menentukan Usaha (W) dapat dilakukan dengan rumus atau dengan Grafik P-V

1.Dengan rumus

W = p∆V= p(V₂ – V₁)                     Keterangan :

W = Usaha (J)

P = Tekanan (N/m²/Pa)

∆V = perubahan V, (V₂ – V₁)

 2.Dengan Grafik P-V

W = luas daerah arsir

        Gas memuai → W (+)

       W = luas daerah arsir

       Gas menyusut → W (-)

     W = LUAS ABCD = ∆P . ∆V

 

 Gas mengalami siklus

 Hukum ke-0 Termodinamika

Jika benda A berada dalam kesetimbangan kalor dengan benda B dan benda B berada dalam kesetimbangan kalor dengan benda C, maka benda A berada dalam kesetimbangan kalor dengan benda C.

Hukum ke-1 Termodinamika

Hukum pertama termodinamika beranggapan bahwa energy bersifat kekal

Artinya :

Kalor yang diterima digunakan untuk membuat perubahan energy dalam /∆U, dimana ∆U = Ek =  3/2 kT dan untuk melakukan usaha W

 

Hukum ke-2 Termodinamika

Hukum kedua termodinamika berisi pernyataan tentang proses yang dapat / tidak dapat terjadi di alam dan tentang aliran kalor yang memiliki arah.

Hukum ini dijelaskan oleh 2 rumusan

1. Rumusan Clausius

Agar kalor dapat mengalir dari reservoir (sumber bersuhu rendah ke tinggi), diperlukan W dari luar.

2. Rumusan Kelvin – Planck

Kalor yang masuk tidak mungkin jadi usaha W seluruhnya, sebagian besar terbuang jadi Q2

Mesin Carnot

Di alam, tidak ada mesin yang berefisiensi sempurna, tetapi ada 1 mesin yang dirancang ideal. → ɳ – nya tinggi (mesin carnot). Karena ɳ tinggi → Q sebanding dengan T, sehingga Q₂/Q₁ = T₂/T₁.

Diagram P-V mesin Carnot

 

Besaran-besaran yang sering ditanyakan dalam mesin carnot adalah usaha (W), kalor yang dimasukkan (Q1), kalor yang terbuang (Q2), efisiensi mesin, suhu (T). Beberapa rumus di bawah ini adalah sebagian rumus cepat yang bisa digunakan untuk menyelesaikan soal terkait siklus carnot.

Contoh Soal Termodinamika

1. Proses yang dilakukan sebuah gas pada ruang tertutup ditampilkan pada grafik P-V di bawah ini:

Besar usaha yang dilakukan gas per siklus adalah ….

1. 0,12 J
2. 0,60 J
3. 1,20 J
4. 6,00 J
5. 12,0 J

2. Suatu mesin Carnot yang bekerja pada suatu reservoir suhu rendah 300 K memiliki efisiensi 50 %. Agar efisiensinya naik menjadi 80 %, reservoir suhu tinggi harus dinaikkan menjadi….

1. 400 K
2. 600 K
3. 900 K
4. 1000 K
5. 1500 K

3. Volume suatu piston berubah dari 2 m³ menjadi 6 m³ pada tekanan 1 atm. Besarnya usaha yang dilakukan sistem adalah ….

1. 100 kJ
2. 200 kJ
3. 400 kJ
4. 500 kJ
5. 600 kJ