Termodinamika 2

Hukum II Termodinamika













Hkm I Termodinamika  kekekalan energi Energi total suatu sistem yang terisolasi kekal Hkm I tidak menjelaskan proses-proses yang dapat terjadi spontan dan tak spontan  Hkm II Termodinamika Proses reversibel dan proses irreversibel: misalnya pada gerak benda di bidang miring kasar energi kinetik dan mekanik awal benda ditransfer menjadi energi dalam balok dan bidang (dalam bentuk panas) tapi proses sebaliknya tidak bisa terjadi  proses irreversibel Secara natural lebih banyak proses yang irreversibel

Mesin panas





Ciri-ciri umum mesin bakar adalah adanya zat kerja (air, udara, uap bensin dll) yang menyerap kalor pada temperatur tinggi, melakukan usaha dan mengeluarkan (membuang) kalor pada temperatur rendah Contoh: Mesin bakar  siklus Otto: kompresi adiabatik – pemanasan isokhorik – ekspansi adiabatik – pendinginan isokhorik

Siklus Otto




Kalor masuk pada proses bc: Qh

c

Kalor dilepas pada proses da: Qc

Qh b

adiabatik d Qc

adiabatik a

Karena proses berupa siklus, maka tidak ada perubahan energi dalam. Akibatnya Wtotal = Qtotal = Qserap – Qlepas = Qh - |Qc|

Efisiensi mesin panas








Efisiensi suatu proses dinyatakan sebagai perbandingan antara kerja dan kalor yang diserap (pada temperatur tinggi) Efisiensi termal mesin panas

Efisiensi sempurna e = 1 = 100% yang terjadi bila semua kalor yang diserap diubah menjadi kerja (tidak ada kalor yang dilepas)







Kenyataannya tidak mungkin membuat mesin panas dengan efisiensi 100% Ungkapan hukum II menurut KelvinPlanck:


Sebuah mesin panas yang bekerja secara siklis tidak mungkin untuk tidak menghasilkan efek lain selain menyerap kalor dan melakukan kerja yang ekivalen

Harus ada kalor yang dibuang ke lingkungan, efisiensi tidak mungkin 100%




Skema mesin panas

Mesin yang tak mungkin

Mesin pendingin (refrigerator)








Prinsip operasinya merupakan kebalikan dari mesin panas Usaha diberikan pada sistem untuk menyerap kalor pada temperatur rendah dan membuangnya pada temperatur tinggi Perumusan hukum II termodinamika menurut Clausius:


Sebuah mesin pendingin tak mungkin bekerja secara siklis dengan tak menghasilkan efek lain selain transfer kalor dari benda dingin ke benda panas

Harus ada kerja yang diberikan pada sistem

Koefisien performansi


Untuk mesin pendingin, ukuran yang menyatakan performance dinamakan KOEFISIEN PERFORMANSI (coefficient of performance = cop)




Skema mesin pendingin

Tidak mungkin

Mesin Carnot





Merupakan suatu proses dengan efisiensi yang paling tinggi yang bekerja di antara dua reservoir panas (temperatur)  siklus Carnot Siklus Carnot terdiri dari: ekspansi isotermal pada temperatur tinggi – ekspandi adiabatik – kompresi isotermal pada temperatur rendah – kompresi adiabatik

 VB  Qh = W = ∫ pdV = nRTh ln   VA  A dengan cara yang sama B

V  Qc = nRTc ln C   VD  perbandingannya QC Qh

=

Tc ln(VC / VD ) Th ln(VB / VA )

karena untuk proses adiabatik berlakuTV γ −1 = konstan maka ThVB

γ −1

= TcVC

γ −1

dan ThVA

γ −1

= TcVD

γ −1

maka  VB     VA  jadi Qc Qh

γ −1

=

V  =  C   VD 

γ −1

V  V  →  B  =  C   VA   VD 

Tc Th

efisiensi

ε = 1−

Qc Qh

= 1−

Tc Th

Efisiensi mesin Carnot

Entropi








Hukum 0  konsep temperatur Hukum I  konsep energi dalam Keduanya disebut variabel keadaan Variabel keadaan yang berhubungan dengan Hukum II dinamakan entropi Entropi menggambarkan ketakteraturan suatu sistem

dQr adalah kalor yang harus diberikan pada sistem pada suatu proses reversibel agar sistem berubah dari keadaan awal ke keadaan akhir