Pendahuluan System Dan Dimensi

PENDAHULUAN

1

PENDAHULUAN

• Apa yang dipelajari dalam thermodinamika • Beberapa definisi dlm thermodinamik: System, property, state and process • Satuan, tekanan dan temperature

2

Apa yang dipelajari thermodinamika? • Thermo – dynamics panas – daya (kerja) • Perpindahan antara energi panas dan energi gerak • Yang dipelajari – Fisika : sifat materi (hubungan antara sifat-sifatnya) – Teknik (Engineering): sistem dan interaksinya dengan lingkungan 3

Definisi I : System • subject yang analysis – Segala sesuatu yang ingin di pelajari sifatsifatnya (properties) – komposisi, bentuk, volume dapat berubah

• Lingkungan – Segala sesuatu diluar sistem – Dapat berhubungan dengan sistem

• Batas sistem – Batas antara system dengan lingkungannya – Dapat diam atau bergerak 4

Sistem Yang Akan Dipelajari Ada Dua Jenis • Sistem tertutup (Control massa) – Selalu mengandung materi yang sama. Sehingga tidak dimungkinkan terjadi perpindahan massa melalui batas sistem.

• system terbuka (Control volume) – Suatu daerah dengan batas sistem, massa dapat melintasi batas sistem

5

Definisi II: property, state, dan proses •

Sifat (Property) – Karakteristik makroskopik dari sistem – Massa, volume, energy, tekanan, temperature…apa lagi? – Tidak tergantung pada asal sistem

•

Keadaan (State) – Kondisi sistem yang digambarkan oleh sifat-sifatnya – Ditentukan oleh sifatnya(properties)

– Jika sudah tidak ada sifat yang berubah maka keadaan itu disebut dalam keadaan Keseimbangan (Equilibrium) thermodinamik – Syaratnya Mechanical, thermal, fase and kimia dalam keadaan seimbang (equilibrium) •

Proses – Jika beberapa sifat (property) berubah, sistem akan mengalami suatu proses dan keadaanya akan berubah – system mungkin saja berinteraksi dengan lingkungannya

6

Proses • Perubahan keadaan (state) sistem dari satu keadaan seimbang ke keadaan seimbang yang lain.

P

1

2

V 7

Sifat (Properties) pada titik akhir tidak tergantung pada proses P

1 P a th 2 P a th 1

2

2 P a th 3 1

V 8

Definitions III • Siklus thermodinamika – Serangkaian proses yang diawali dan diakhiri pada keadaan(state) yang sama – Semua sifat memiliki sifat yang sama pada saat awal dan akhir siklus

• Tunak (Steady state) – Suatu sistem yang berada pada satu keadaan (state) dan sifat– sifatnya tidak berubah dengan bertambahnya waktu

9

DIMENSI DAN SATUAN: massa, panjang, waktu dan gaya • Dua kelompok dimensi utama – (1) massa, panjang dan waktu – (2) gaya, massa dan waktu

• satuan – dimensi massa panjang waktu gaya

SI English conversion kg lb 1 lb=0.45359237 kg m ft 1 ft = 0.3048m s s N lbf 1 lbf =4.4482 N ( 1N=1 kg· m/s2 ) (1 lbf =32.1740 lb· ft/s2 ) 10

Multiples dan Prefixes • • • • • • • •

1012 109 106 103 10-3 10-6 10-9 10-12

tera (T) giga (G) mega (M) kilo (k) milli (m) micro (µ) nano (n) pico (p) 11

Latihan pertanyaan (a) 9.8 x 105 m (b) 9.56 x 1010 J (c) 0.000056 s (d) 1,984,000 m3 (e) 35.6 x 10-4 g (f) 92.4 x 107 N

jawaban (a) 980 km (b) 95.6 GJ (c) 56 µs (d) 1.984 Mm3 (e) 3.56 mg (f) 924 MN

12

Volume jenis (Specific volume)

• Specific volume – Density: massa per satuan volume m ρ = lim ( ) V →V ' V – Specific volume: volume per satuan mass V v = 1 = lim ( ) ρ V →V ' m

• Unit: m3/kg, ft3/lb

13

Tekanan • Tekanan: gaya normal per satuan luas

Fnormal P = lim ( ) A→ A ' A

• Satuan : N/m2, pascal (Pa), bar, standard atmosphere (atm), lbf/ft2, lbf/in2, • 1 Pa = 1N/m2 ;1bar=105N/m2 ;1atm =1.013×105 N/m2 = 14.696 lbf/in2

• Gage pressure (vacuum pressure) – p(gage) = p(absolute) - patm(absolute) 14

Pengukuran Tekanan • Alat ukur tekanan – Manometer • Δp=ρgh

– Bourdon tube gage

• Untuk tekanan di atas tekanan atmosfir

P1

Pgage

Patm

Pabsolute P=0

• Untuk tekanan di bawah tekanan atmosfir

P1

Pvac Pabsolute

Patm P2 P=0 15

Temperatur • ukuran panas/dingin • Definisi ? – Ketika temperatur berubah, sifat yang lain ikut berubah : hambatan, volume… – Ketika dua sistem thermal berhubungan, perpindahan panas dari yang bertemperatur tinggi ke temperatur yang lebih rendah – Ketika temperatur seragam, sistem dalam keadaan keseimbangan thermal 16

Hukum ke nol thermodinamika • Ketika dua benda dalam keadaan keseimbangan thermal dengan benda ketiga, maka mereka dalam keseimbangan thermal satu dengan yang lain

150oC 150OC 150oC

• Alat ukur temperature – Prinsip pengukuran temperatur • Mengukur sifat yang berubah saat terjadi perubahan temperatur

– Volume/length: thermometer – Electromotive force (emf): thermocouple – Radiation: blackbody radiation – Electrical-resistance: thermistor – pressure 17

Skala temperatur

Boiling point Ice point

ºC

ºF

K

R

100

212

373.15

71.67

0.00

32.00

273.15

491.67

Absolute Zero -273.15 -459.67

0

0

Triple point @ 0.006 atm, T = 0.01 ºC

18

Skala Kelvin • Skala temperatur Thermodinamik – Tidak tergantung pada sifat keadaan zat – Skala Kelvin

• Skala yang lain – Celsius T(oC) = T(K) -273.15 – Rankine T(oR)=1.8T(K) – Fahrenheit T(oF)=1.8T(oC)+32 T(oF)=T(oR)-459.67 19

Engineering analysis thermodynamics • definisikan system – Batas sistem – Interaksinya dengan lingkungan

• Keadaan – Tentukan nilai sifat-sifatnya – Hubungan antara sifat-sifat tersebut

• Proses – Temukan proses yang benar – Modelkan proses secara matematik (persamaan) • Hukum fisika • konstanta, tabel… • Hubungan antara sifat (properties)

• Temukan jawabannya – Interaksi (kerja) dengan lingkungan – Keadaan akhir dari sistem 20