Termodinamika.docx

A. Standar Kompetensi 3. Menerapkan Konsep Termodinamika dalam mesin kalor

B. Kompetensi Dasar

3.1 Mendeskripsikan sifat-sifat gas ideal monoatomik

C. Indikator Mendeskripsikan persamaan umum gas ideal pada persoalan fisika sehari-hari

D. Tujuan Pembelajaran 1. Siswa dapat menjelaskan pengertian sistem, lingkungan, dan proses 2. Siswa dapat menyebutkan contoh-contoh peristiwa termodinamika 3. Siswa dapat menjelaskan hubungan antara sistem, lingkungan dan proses dalam suatu peristiwa termodinamika dengan benar 4. Siswa dapat merumuskan hubungan antara tekanan, volume dan suhu suatu gas. 5. Siswa dapat menjelaskan persamaan umum gas ideal pada persoalan fisika seharihari

E. Materi pembelajaran Termodinamika merupakan cabang fisika yang berkaitan dengan hukumhukum umum yang berhubungan dengan perubahan kalor menjadi energi bentuk lain dan tentang penerapan hukum kekelalan energi. Dalam uraian berikutnya, kita sering menggunakan istilah sistem dan proses. Dalam termodinamika, sistem adalah benda kerja atau objek yang ditinjau dan dibatasi permukaan tertutup. Permukaan tertutup dibedakan menjadi dua, yaitu permukaan nyata dan khayal. Contoh permukaan tertutup nyata adalah suatu gas yang dibatasi oleh silinder yang dilengkapi dengan piston atau pengisap, sedangkan permukaan tertutup khayal, misalnya sebongkah es yang terapung di permukaan air. Dalam hal ini, permukaan tertutup khayal adalah permukaan yang terletak di sekitar es.

Sebuah gelas beker berisi air 1 liter. Kemudian, segelas air teh dituangkan ke dalamnya. Dapat diamati perubahan warna pada air. Yang dimaksud sistem adalah air yang dibatasi oleh gelas beker , sedangkan gelas beker dan udara disebut lingkungan. Dengan kata lain, objek di luar sistem dinamakan lingkungan.

Gambar 1. Sistem dan Lingkungan Dalam termodinamika, selalu ditemukan perubahan keadaan satu ke keadaan lainnya. Perubahan tersebut dinamakan proses. Misalnya, suatu gas dalam silinder yang dilengkapi dengan piston akan diubah dari keadaan satu (p1, V1, T1) menjadi keadaan dua (p2, V2, T2). Perubahan dari keadaan satu ke keadaan dua harus melalui suatu proses. Dalam termodinamika, ada dua proses yang sangat mendasar, yaitu proses reversible dan irreversible. Proses reversible (terbalikkan) adalah suatu proses yang dapat dikembalikan ke keadaan semula tanpa mengubah keadaan lingkungannya. Proses irreversible (tak terbalikkan) adalah suatu proses yang tidak dapat dikembalikan ke keadaan semula tanpa mengubah keadaan lingkungannya.

Persamaan umum gas ideal : Jacques Charles dan Gay Lussac menemukan bahwa pada gas dengan kerapatan rendah berlaku : 𝑃𝑉 = 𝐶𝑇 C adalah konstanta kesebandingan. T adalah suhu mutlak. Satuan T adalah Kelvin, t suhu dalam satuan Celcius. 𝑇 = 𝑡 + 273 𝐶 = 𝑘𝑁 𝑃𝑉 = 𝑁𝑘𝑇

𝑃𝑉 = 𝑛𝑁𝑎𝑘𝑇 𝑷𝑽 = 𝒏𝑹𝑻 Teori kinetik gas yaitu teori yang menggunakan tinjauan tentang gerak dan energi partikel-partikel gas untuk menyelidiki sifat-sifat gas secara keseluruhan sebagai hasil ratarata kelakuan partikel-partikel gas tersebut. Gas yang ditinjau dalam permasalahan ini adalah gas ideal yaitu gas yang memiliki sifat-sifat:      

Terdiri atas partikel-partikel yang jumlahnya banyak sekali dan antar partikelnya tidak terjadi gaya tarik-menarik. Setiap partikel gas bergerak dengan arah sembarang Ukuran partikel gas dapat diabaikan terhadap ukuran ruangan. Setiap tumbukan yang terjadi berlangsung secara lenting sempurna. Partikel gas terdistribusi merata dalam seluruh ruangan. Berlaku hukum Newton tentang gerak.

Pada kenyataannya tidak ada gas sejati yang memenuhi sifat-sifat gas ideal, tetapi gas pada suhu kamar dan pada tekanan rendah dapat mendekati sifat-sifat gas ideal. Penurunan Persamaan Keadaan gas Ideal

Perhatikan sejenis gas ideal yang terdapat dalam suatu bejana silinder. Volum gas ideal ini dapat diubah dengan menggerakkan piston ke atas dan ke bawah (gambar di atas). Anggap bahwa bejana tidak bocor sehingga massa atau banyak mol gas itu tetap. Persamaan keadaan gas ideal kita peroleh dengan dua cara berikut: Cara pertama, suhu gas dijaga tetap dan vlume diubah-ubah dengan menggerakgerakan piston. Misalnya, tekanan gas mula-mula p0 dan volume gas mula-mula V0. Jika piston digerakkan ke bawah hingga volume gas berkurang menjadi ½ V0, ternyata tekanan gas bertambah menjadi 2 P0. Jika piston terus digerakkan ke bawah sehingga volume gas berkurang menjadi ¼ V0, ternyata tekanan gas bertambah menjadi 4 P0. Hasil ini dapat disimpulkan oleh pernyataan berikut:

Jika suhu gas yang berada dalam bejana tertutup (tidak bocor) dijaga tetap, tekanan gas berbanding terbalik dengan volumenya. Secara matematis, pernyataan di atas dinyatakan sebagai:

Persamaan di atas pertama kali dinyatakan oleh Robert Boyle pada tahun 1666, sehingga disebut Hukum Boyle.

Cara kedua, tekanan gas dijaga tetap dan volume gas diubah-ubah dengan mengerakan piston. Diasumsikan suhu mutlak gas mula-mula T0 dan volume gas mula-

mula V0. Bila piston digerakkan ke atas sehingga volume gas bertambah menjadi 2 V0, ternyata suhu mutlak gas bertambah menjadi 2 T0. Bila psiton terus digerakan ke atas sehingga volume gas bertambah menjadi 4 V0, ternyata suhu mutlak gas bertambah menjadi 4 T0. Hasil ini disimpulkan dengan pernyataan berikut: Jika tekanan gas yang berada dalam bejana tertutup (tidak bocor) dijaga tetap, volume gas sebanding dengan suhu mutlaknya. Pernyataan di atas secara matematis dinyatakan sebagai

Persamaan di atas dinyatakan pertama kali oleh Jacques Charles (1747 -1823) dan Joseph Gay Lussac (1778 – 1805), dan disebut hukum Charles-gay Lussac.

Data suhu gas lebih sering dinyatakan dalam t0C. Suhu mutlak gas T yang dinyatakan dalam satuan Kelvin (K) dihitung dengan persamaan: T = t + 273 Sekarang kita dapat menyatakan persamaan gas ideal yang memenuhi hukum Boyle dan Charles-Gay Lussac dengan menyatukan kedua persamaan di atas.

Persamaan di atas dikenal dengan sebutan persamaan Boyle-Gay Lussac. Persamaan ini sebaiknya digunakan untuk menyelesaikan soal-soal suatu gas yang jumlahnya tetap (massanya tetap). Massa suatu gas adalah tetap jika diletakkan dalam suatu wadah yang tidak bocor.

Jika massa atau mol gas diubah, misal kita menggandakan mol gas (n), dengan menjaga tekanan dan suhu tetap , ternyata dihasilkan volume V yang ganda (lipat dua) juga. Karena itu, kita boleh menulis bilangan tetap di ruas kanan. Persamaan dengan nR, dengan R diperoleh dari percobaan, dan kita memperoleh persamaan umum yang berlaku untuk gas ideal, yang disebut persamaan keadaan gas ideal. pV = nRT dengan p = tekanan gas (Pa atau atm) V = volume gas (m3 atau L) n = jumlah mol gas R = tetapan umum gas = 8,314 J/mol K = 0,082 Latm/molK T = suhu mutlak (K) Persamaan umum gas ideal di atas juga dapat dinyatakan dalam besaran massa gas (satuan kg). Caranya dengan mensubstitusikan ke dalam persamaan pV = nRT:

Persamaan umum gas ideal juga dapat dinyatakan dalam besaran massa jenis gas, r (satuan kg m-3)

Persamaan umum gas ideal juga dapat dinyatakan dalam besaran banyaknya partikel gas, N. Banyaknya partikel, N, adalah hasil kali banyak mol gas, n, dengan bilangan avogadro, NA

Jika nilai n ini dimasukkan ke persamaan pV = nRT diperoleh:

Dengan maka, persamaan keadaan gas ideal menjadi

Dengan N = banyaknya partikel k = disebut tetapan Boltzmann, yang bernilai

Hukum Pertama Termodinamika

Sistem didefinisikan sebagai sejumlah zat dalam suatu wadah, yang menjadi pusat perhatian kita untuk di analisis. Segala sesuatu di luar sistem disebut lingkungan. Sistem dipisahkan dari lingkungan oleh suatu batas sistem seperti gambar di atas. Batas ini bisa tetap atau bergerak, misalnya penghisap.

Pengertian Usaha, Kalor, dan Energi Dalam Pengertian Usaha dan Kalor Usaha yang dilakukan pada (atau oleh) sistem adalah ukuran energi yang dipindahkan dari sistem ke lingkungan atau sebaliknya. Sedangkan energi mekanik (kinetik atau potensial) sistem adalah energi yang dimiliki sistem akibat gerak dan koordinat kedudukannya. Dengan demikian, ketika anda melakukan usaha pada suatu sistem, energi dipindahkan dari diri anda ke sistem. Adalah istilah yang slah konsep jika anda menyatakan tentang usaha adalah sebuah sistem. Istilah yang benar adalah mengatakan bahwa usaha dikerjakan pada (atau oleh) sebuah sistem.

Kalor mirip seperti usaha, yaitu hanya muncul jika terjadi perpindahan energi antara sistem dan lingkungan. Kalor muncul ketika energi dipindahkan akibat adanya perbedaan suhu atau perubahan wujud zat. Jadi, istilah kalor sebenarnya kurang tepat, yang tepat adalah aliran kalor. Pengertian energi Dalam Ketika suatu benda sedang bergerak, benda tersebut memiliki energi kinetik dan berdasarkan energi kinetik ini benda dapat melakukan usaha. Serupa dengan itu, benda yang berada pada ketinggian tertentu dari suatu acuan memiliki energi potensial dan berdasarkan energi potensial ini benda juga dapat melakukan usaha. Kedua macam energi ini disebut energi luar (external energy). Sebagai tambahan terhadap energi luar ini, setiap benda memiliki energi yang tidak tampak dari luar. Energi ini disebut energi dalam. Energi dalam berhubungan dengan aspek mikroskopik zat. Kita ketahui bahwa setiap zat terdiri dari atom-atom atau molekulmolekul yangbergerak terus-menerus. Dari getaran ini, zat memiliki energi kinetik. Antara molekul-molekul zat juga terdapat gaya yang disebut gaya antarmolekul. Karena gaya antar molekul ini, molekul-molekul memiliki energi potensial. Jumlah energi kinetik dan energi potensial yang berhubungan dengan atom-atom atau molekul-molekul zat disebut energi dalam. Untuk gas ideal, gaya antarmolekul dapat diabaikan, sehingga energi potensial molekul-molekul adalah nol. Dengan demikian, energi dalam hanyalah total energi kinetik dari seluruh molekul.

Energi dalam adalah suatu sifat mikroskopik zat, sehingga tidak dapat diukur secara langsung. Yang dapat diukur secara tidak langsung adalah perubahan energi dalam (notasi DU), yaitu ketika sistem berubah dari keadaan awal (diberi indeks 1) ke keadaan akhir (diberi indeks 2). DU = U2 – U1 Formulasi Usaha, Kalor dan Energi Dalam Formulasi Usaha

Perhatikan suatu sistem gas yang berada dalam wadah silinder yang ditutup oleh sebuah penghisap yang dapat bergerak. Tekanan dalam sistem dijaga tetap oleh tekanan atmosfer dan berat penghisap beserta balok di atasnya. Proses yang terhadi pada tekanan tetap disebut proses isobarik. Apa yang terjadi ketika bagian bawah wadah dipanaskan oleh sebuah pembakar bunsen? Tampak penghisap berpindah ke atas dan berhenti pada kedudukan baru, seperti ditunjukkan pada gambar di atas. Perpindahan kedudukan penghisap disebabkan oleh usaha yang dilakukan gas (sistem) terhadap penghisap dan balok di atasnya (lingkungan). Bagaimanakah bentuk persamaannnya? Usaha W dapat dihitung dari persamaan: W = F.s dengan F adalah besar gaya dan s adalah besar perpindahan. Gaya F ditimbulkan oleh tekanan gas p yang bekerja pada bagian bawah penghisap, yang besarnya F = p.A., sehingga usaha W dapat ditulis: W = (pA).s. Karena A.s sama dengan perubahan volume gas, DV = V2 – V1, dengan V2 dan V1 adalah volume akhir dan awal, maka usaha W dapat dinyatakan oleh persamaan

Rumus W = pDV, hanya dapat digunakan untuk menghitung usaha gas pada tekanan tetap. Jika tekanan gas berubah, usaha W harus dihitung dengan cara integral. Secara umum, usaha dihitung dengan integral berikut:

Anda telah mengetahui bahwa jika grafik tekanan terhadap volume (grafik p-V) diberikan, arti geometris dari persamaan di atas adalah luas di bawah kurva. Usaha yang dilakukan oleh (atau pada) sistem (gas) sama dengan luas daerah di bawah grafik p-V dengan batas volum awal, V1, sampai dengan volume akhir, V2.

Bagaimanakah kita mengitung usaha yang dilakukan oleh (pada) sistem gas yang menempuh proses siklus, yaitu berawal dari satu keadaan (titik) menempuh beberapa lintasan untuk akhirnya kembali lagi ke keadaan (titik) tersebut (gambar di atas)? Kita dapat menghitungnya sebagai berikut: Usaha yang dilakukan oleh (atau pada) sistem gas yang menjalani suatu proses siklus (grafik p-V-nya diberikan) sama dengan luas daerah yang dimuat oleh siklus tersebut (luas daerah yang diarsir pada gambar di atas).

Formulasi Kalor Kalor yang diserap (atau diberikan) oleh sistem gas dapat dihitung dari rumus kalor yang telah dipelajari di kelas X, yaitu

Dengan c adalah kalor jenis gas dan C adalah kapasitas kalor gas. Formulasi Energi Dalam Telah anda ketahui bahwa untuk gas ideal, energi dalam gas sama dengan total energi kinetik dari seluruh molekul-molekul gas.

Dengan: N = jumlah molekul n = besar mol k = tetapan Boltzmann (k = 1,38 x 10-23 J/K) R = tetapan umum gas (R = 8,31 J/mol = 8310 J/kmol) Tentu saja perubahan energi dalam DU untuk sistem yang berubah dari suhu awal T1 ke suhu akhir T2 dapat dinyatakan sebagai:

Persamaan di atas dengan jelas menunjukkan bahwa perubahan energi dalam sistem hanya bergantung pada suhu awal dan suhu akhir. Dengan kata lain, perubahan energi dalam DU hanya bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir sistem, dan tidak bergantung pada lintasan yang ditempuh sistem untuk mencapai keadaan itu. Karena itu, energi dalam termasuk fungsi keadaan.  Proses-proses Termodinamika Gas 1. Proses Isobarik Proses isobarik adalah proses perubahan keadaan gas pada tekanan tetap. Persamaan keadaan untuk proses isobarik (p tetap) adalah

Ini adalah hukum Gay lussac. Grafik p-V isobarik ditunjukkan pada gambar di atas. Sedangkan rumus usahanya, yaitu:

2. Proses Isokhorik Proses isokhorik atau isovolumik adalah proses perubahan gas pada volume tetap. Persamaan keadaan untuk proses isokhorik (V tetap) adalah

Ini adalah hukum Charles.Grafik p-V untuk proses ini ditunjukkan pada gambar di atas, berupa garis lurus vertikal. Karena volume tatap, tekanan gas di dalam wadah naik, dan gas melakukan gaya yang makin membesar pada dinding. Walaupun gaya yang sangat besar dapat dibangkitkan dalam wadah tertutup, usaha sama dengan nol karena dinding wadah tidak berpindah. Ini konsisten dengan luas daerah di bawah grafik p-V, yaitu luas daerah di bawah garis lurus vertikal pada gambar di atas adalah nol. 3. Proses Isothermal Proses isothermal adalah proses perubahan keadaan gas pada suhu tetap. Persamaan keadaan untuk proses isothermal (T tetap) adalah

Ini adalah hukum Boyle. Grafik p-V proses isothermal pV = C atau p =C/V berbentuk hiperbola, seperti ditunjukkan pada gambar di atas. Usaha yang sama dengan luas daerah di bawah grafik p-V (luas raster pada gambar di atas) harus dihitung secara integral dengan menggunakan persamaan:

Dari persamaan gas ideal telah kita peroleh , sehingga:

Karena nRT tetap, maka faktor tersebut dapat dikeluarkan dari tanda integral. Kemudian, dengan menggunakan sifat integral , kita peroleh:

4. Proses Adiabatik Proses adiabatik adalah proses perubahan keadaan gas di mana tidak ada aliran kalor yang masuk ke dalam sistem atau ke luar sistem. (Dengan kata lain, pada proses adiabatik Q = 0). Persamaan keadaan proses adiabatik dapat diturunkan dengan menggunakan teknik integral, hasilnya adalah

Dengan g >1 merupakan hasil perbandingan kalor jenis gas pada tekanan tetap Cp dan kalor jenis gas pada volume tetap Cv (disebut juga tetapan Laplace).

Untuk gas ideal, , sehingga persamaan .gral …/mol = 8310 J/kmol) dapat ditulis dalam bentuk:

Gambar di sampingmenunjukkan grafik p-V proses pemuaian adiabatik (garis lengkung yang diberi tanda panah) yang memotong lengkung isothermal pada suhu awal yang lebih tinggi [T1 = p1V1(nR)] dan suhu akhir yang lebih rendah [T2 = p2V2(nR)]. Luas raster di bawah grafik adiabatik menyatakan usaha yang dilakukan gas.

Siklus Carnot Walaupun mesin uap telah dikembangkan oleh James Watt dan lainnya, dasar untuk mengerti prinsip-prinsip umum mesin kalor baru muncul tahun 1824 tatkala insinyur Perancis Nicolas Leonard Sadi Carnot (1796 – 1832) mempublikasikan suatu laporan tentang subjek ini. Dalam mengerjakan subjek ini, Carnot merumuskan ide-ide dasar dari termodinamika. Ia mengatakan bahwa semua perpindahan berhubungan dengan kalor. Tidak ada perbedaan apakah pergerakan ini terjadi karena kejadian alam, seperti hujan, badai, gempa bumi, dan letusan gunung berapi, ataukah terjadi di dalam peralatanperatalan mekanik seperti mesin kalor. Dalam pandangan ilmu pengetahuan modern, visi alamiah Carnot sangatlah sederhana, tetapi pengertiannya tentang kalor sebagai penyebab pembangkitan daya secara esensial adalah tepat. Carnot dapat memahami proses dasar yang mendasari usaha oleh semua mesin. Proses itu adalah perubahan dari satu bentuk energi (kalor) menjadi bentuk energi lain (usaha mekanik). Ia berhasil mengenali bahwa usaha dapat dilakukan hanya ketika suatu mesin kalor ideal yang bekerja secara siklus dan dapat balik (reversibel) di antara dua suhu. Disebutkan bahwa mesin carnot tidaklah memiliki effisiensi 100%, tetapi merupakan mesin yang effisiensinya paling besar dari semua mesin yang mengubah kalor menjadi suhu. Carnot menganalisis perubahan energi selama satu siklus dari performa mesin dan menentukan kondisi-kondisi untuk mencapai effisiensi maksimum. Perhatikan diagram siklus Carnot berikut ini!

  

Proses a ke b, gas mengalami pemuaian isotermal, menyerap kalor Q1 dari reservoir suhu tinggi T1 dan melakukan usaha. Proses b ke c, gas mengalami pemuaian adiabatik dan melakukan usaha. Proses c ke d, gas mengalami pemampatan isotermal, membuang kalor Q2 ke reservoir suhu rendah T2, usaha dilakukan pada gas.



Proses d ke a (kembali ke kedudukan awal), gas mengalami pemampatan adiabatik dan usaha dilakukan pada gas.

Pada proses pemuaian isotermal (dari A ke B) kalor Q1 diserap, dan pada proses pemampatan isotermal (dari C ke D) dilepaskan kalor Q2. Dalam siklus Carnot, tidak terjadi perubahan energi dalam (DU= 0), sehingga sesuai dengan hukum pertama termodinamika:

Dengan Q1 dan Q2 adalah besaran yang bernilai positif. Proses ditunjukkan secara skematis pada gambar berikut.

Persamaan persis sama seperti persamaan yang telah kita pelajari sebelumnya pada mesin kalor. Kedua persamaan ini sama karena mesin Carnot termasuk mesin kalor. Oleh karena itu, persamaan effisiensi mesin Carnot dalam Q1 dan Q2 akan persis sama dengan effisiensi mesin kalor yang telah kita nyatakan sebelumnya dalam persamaan:

Telah anda ketahui bahwa untuk fluida kerja gas ideal, energi dalam U sebanding dengan suhu mutlak T. Dari pernyataan ini ditambah dari penjelasan terinci tentang prosesproses pada siklus Carnot untuk suatu gas ideal dapat ditunjukkan bahwa

Dengan demikian, effisiensi mesin Carnot dalam suhu mutlak T dapat dinayatakan dengan

Dapat ditunjukkan bahwa semua mesin reversibel yang bekerja dalam siklus antara dua sumber kalor yang sama memiliki effisiensi yang sama, apapun fluida kerjanya. Selain itu, tidak ada jenis mesin yang bekerja di antara dua sumber yang sama dapat memiliki effisiensi yang lebih besar daripada effisiensi Carnot. Bahkan, walaupun tidak ada rugi panas karena gesekan dan kebocoran kalor, effisiensi maksimum mutlak suatu mesin kalor tetap akan dinyatakan oleh persamaan . Effisiensi dari mesin kalor nyata apapun selalu lebih kecil daripada effisiensi mesin ideal (mesin Carnot). Tabel berikut memberikan contoh effisiensi beberapa mesin.

Mesin Pendingin

Hukum kedua termodinamika berpegang kepada kecenderungan alamiah kalor untuk mengalir dari benda panas ke benda dingin. Analogikan dengan air yang cenderung mengalir dari tempat yang tinggi ke tempat yang lebih rendah. Air dapat dipaksa mengalir dari tempat yang rendah ke tempat yang tinggi oleh sebuah pompa. Tentu saja, kalor juga dapat dipaksa mengalir dari benda dingin ke benda panas dengan melakukan usaha pada sistem. Peralatan yang bekerja dengan cara ini disebut mesin pendingin (gambar di samping), sedangkan proses yang dialami sistem atau pompa kalor disebut proses pendinginan. Perbandingan gambar mesin kalor dengan gambar mesin pendingin menunjukkan bahwa arah-arah anak panah yang melambangkan kalor dan usaha dalam proses pendinginan berlawanan dengan yang dimiliki oleh proses mesin kalor. Meskipun demikian, energi adalah kekal selama proses pendinginan, seperti halnya dalam proses mesin kalor, sehingga Q1 = Q2 + W. Lebih jauh lagi, jika proses yang terjadi adalah reversibel, kita memiliki peralatan ideal yang disebut pendingin Carnot. Untuk peralatan ideal ini, hubungan tetap berlaku seperti mesin carnot. Peralatan sehari-hari yang termasuk mesin pendingin adalah lemari es (kulkas) dan pendingin ruangan (air conditioner/AC). Ukuran kinerja (performa) sebuah kulkas dan pendingin ruangan bisa diperoleh dengan menetapkan hasil bagi kalor Q2 yang dipindahkan dari sumber dingin dengan usaha W yang dibutuhkan untuk memindahkan kalor ini. Hasil bagi ini disebut koefisien performansi (diberi lambang Cp)

Perhatikan, Q2 > W sehingga Cp > 1 (koefisien performansi selalu lebih dari 1). Dengan memasukkan Q1 = Q2 + W atau W = Q1 – Q2 ke persamaan di atas kita peroleh:

Koefisien performansi paling besar yang mungkin adalah mesin pendingin Carnot, yang prosesnya adalah kebalikan dari mesin carnot. Untuk mesin carnot telah kita peroleh , sehingga jika ini kita masukkan ke dalam persamaan kita peroleh:

Perhatikan bahwa besar usaha yang diperlukan untuk menjalankan sebuah pendingin bertambah seiring dengan bertambah besarnya selisih antara T1 dan T2. Kulkas dan AC komersial memiliki koefisien performansi dalam jangkauan 2 – 6, bergantung pada selisih suhu T1 dan T2. Perhatikan bahwa pendingin dengan Cp lebih tinggi adalah pendingin yang lebih baik. Ini karena pendingin tersebut memindahkan sejumlah kalor dengan usaha yang lebih kecil (menghemat energi listrik) dan karena itu ongkos operasionalnya lebih murah. Karena itu jika anda akan membeli sebuah kulkas atau AC, selain faktor harga, perhatikan juga nilai koefisien performansinya. AC yang murah tetapi Cp-nya rendah belum tentu menguntungkan secara ekonomi. Karena Cp rendah berarti penggunaan energi listrik tidak efisien. Anda akan membayar tagihan listrik yang lebih mahal setiap bulan dibandingkan jika menggunakan AC yang mahal tetapi Cp-nya tinggi. Keunggulan lain AC yang Cp-nya lebih tinggi adalah mengemat energi. Seperti telah diketahui bahwa menghemat energi, selain menghemat devisa negara karena penggunaan BBM, juga mengurangi polusi lingkungan akibat pembakaran BBM.

F. Model dan metode Pembelajaran Model

: DI (Direct Interrection)

Metode

: Ceramah, Tanya Jawab

G. Sumber Belajar Buku Fisika Dasar 2 untuk kelas XI SMA dan MA karangan Budi Purwanto diterbitkan tahun 2007 oleh PT Tiga Serangkai Pustaka Mandiri

H. Langkah-langkah kegiatan 1.

Pendahuluan (5 menit) Kegiatan guru : a. Mengucap salam “Assalamualaikum Wr.Wb” b. Meminta salah seorang siswa untuk memimpin doa. c. Mengecek kehadiran siswa (absensi). d. Menyampaikan judul materi yang akan dipelajari (Termodinamika) e. Mengundang siswa untuk mengingat pelajaran kelas X mengenai Suhu dan Kalor.

f. Memotivasi dan menarik perhatian siswa dengan menanya “Ketika berada di dalam ruangan ber-AC, kita merasakan dingin walaupun udara di luar ruangan panas, mengapa demikian?” 2.

Kegiatan Inti (20 menit) Fase 1 : Menyampaikan Tujuan dan Mempersiapkan siswa  Guru menyampaikan tujuan pembelajaran yang akan dicapai pada pertemuan hari ini  Guru meminta siswa untuk mempersiapkan buku siswa dan bersiap untuk menerima materi Fase 2 : Mendemonstrasikan Pengetahuan/Keterampilan  Guru menjelaskan materi Sistem dan Proses dengan meminta siswa membaca buku siswa sambil menggarisbawahi bagian yang penting Fase 3 : Membimbing pelatihan  Guru meminta salah seorang siswa ke depan untuk menjelaskan kembali tentang Sistem dan Proses yang telah dijelaskan oleh guru  Guru membimbing siswa tersebut dalam menjelaskan Fase 4 : Mengecek Pemahaman dan Memberikan Umpan Balik  Guru mengecek pemahaman siswa dengan memberikan pertanyaan pada siswa dan meminta siswa untuk menjawabnya  Guru memberikan umpan balik dengan memperhatikan jawaban siswa dan membetulkan jika ada kesalahan

3.

Kegiatan Akhir/Penutup (5 menit)  Guru memberikan kesempatan kepada siswa untuk bertanya tentang materi yang belum jelas.  Guru bersama siswa membuat kesimpulan pembelajaran hari ini  Guru memberikan tugas kepada siswa dan meminta siswa mengerjakan dirumah dan kemudian dikumpulkan pada pertemuan selanjutnya.  Guru menutup pelajaran dengan mengajak bersama-sama mengucapkan Hamdalah  Guru mengucapkan salam.

I.

Penilaian Hasil Belajar 

Teknik Penilaian :

 Tes Tertulis 

Bentuk Instrumen  Soal Uraian

Soal : 1. Apakah yang dimaksud dengan sistem, lingkungan dan proses? 2. Jelaskan hubungan antara sistem, lingkungan dan proses dalam suatu peristiwa termodinamika dan berikan contohnya! 3. Jelaskan apa yang dimaksud dengan Tekanan, volume dan gas! Serta rumuskan hubungan antar ketiganya! 4. Gambarkan suatu peristiwa termodinamika yang didalamnya terdapat hubungan antara sistem dan lingkungan!

…………….. Mengetahui: Kepala Sekolah

……………………………………….

Guru Mata Pelajaran

…………………………………………………….

LP-01

PENILAIAN KOGNITIF

No

1.

Indikator

Hasil

Belajar Memaparkan pengertian

Kategori

Skor Max

Butir Soal

Kunci Jawaban

Gas yang diperhitungkan dalam perhitungan teori kinetik gas

C1

5

Apakah yang dimaksud gas ideal?

C2

7

Jelaskanlah

dari

gas ideal.. 2.

Menjelaskan pengaruh

dua

ciri-ciri

gas

ideal a. Gas terdiri dari molekul-molekul yang sangat banyak dan

dalam teori kinetik gas ?

jarak antar

buah pegas yang

molekulnya jauh lebih besar dari pada ukuran molekul

memliki konstanta

tersebut

pegas

yang

berbeda

tetapi

ditarik

b. Molekul-molekul gas bergerak secara acak dengan kecepatan tetap dan

dengan

memenuhi hukum gerak newton

gaya yang sama

c. Molekul-molekul gas mengalami tumbukan lenting sempurna satu sama lain dan dengan dinding wadahnya

3.

Menuliskan

C1

5

Tuliskanlah

persamaan

persamaan

berdasarkan hasil percobaan yang

berdasarkan hasil

dilakukan oleh Boyle dan Gay

No

Indikator

Hasil

Belajar

Kategori

Skor Max

Butir Soal

percobaan

yang

Lussac mengenai gas dalam ruang

dilakukan

oleh

tertutup?

Kunci Jawaban

Boyle dan Gay Lussac mengenai gas dalam ruang tertutup 4.

Menentukan

C3

13

Di dalam ruang tertutup suhu suatu Pembahasan

volume gas dalam

gas 27°C, tekanan 1 atm dan Dik:

ruang

volume 0,5 liter. Jika suhu gas T1=27°C=300K

pada

tertutup suhu

dan

tekanan tertentu.

dinaikkan menjadi 327°C dan P1=1atm tekanan menjadi 2 atm, maka V1=0,5liter volume gas menjadi..

T2=327°C=600K P2=2atm Dit:V2=.......... Jawab:

No

Indikator

Hasil

Belajar

Kategori

Skor Max

Butir Soal

Kunci Jawaban

P1V1 P2 V2  T1 T2 (11 )(0.5) (2)V2  300 600 V2  0,5liter

5

6

Membandingkan

C4

15

Suatu

gas

ideal

mula-mula

gas ideal mula-

menempati ruang yang volumenya

mula menempati

V dan tekanan P. Jika suhu gas

ruang

yang

menjadi 5/4 T dan volumenya

volumenya V dan

menjadi 3/4 V, maka tekanannya

tekanan P

menjadi….

Membedakan gas C5 ideal

mula-mula

menempati ruangan

yang

T

Suatu

gas

menempati

ideal

mula-mula

ruangan

PV P 3/4V  2 T 5/4T P2  3 / 5

Pembahasan

yang Data

volumenya V dan suhu T dan Tekanan

volumenya V dan suhu

20

P1V1 P2 V2  T1 T2

tekanan Tabung I

soal: menjadi

P. P1

4/3 =

mula-mula: 3

Tabung II P2 = 4

dan

tekanan P pada 2

Suhu

menjadi

3/2

mula-mula:

No

Indikator

Hasil

Belajar tabung

Kategori

Skor Max

Butir Soal

yang

Kunci Jawaban

T1=2

berbeda.

T2=3 V2=.....V1

Jika gas dipanaskan kondisinya seperti pada tabung 2, maka volume gas menjadi.

NILAI = (SKOR YANG DIDAPAT : SKOR MAX)100 NILAI = (SKOR YANG DIDAPAT/65)100

Lembar Kerja Siswa (LKS) Perubahan Keadaan Gas Ideal Waktu : 1 X 45 menit Tujuan : 1.Siswa dapat menyebutkan ciri dari masing-masing proses gas ideal (isotermal, isobarik,isokhorik, dan adiabatik) 2.Siswa dapat membedakan masing-masing proses gas ideal (isotermal, isobarik, isokhorik, danadiabatik) 3.Siswa dapat menghitung kerja (W) dan perubahan energi dalam (∆𝑈) pada masingmasing proses gas ideal (isotermal, isobarik, isokhorik, dan adiabatik) berdasarkan grafik tekananterhadap volume dengan menerapkan hukum I Termodinamika. DISKUSIKAN!

1.Perhatikan gambar diatas.Gambar 1 dan 2 menunjukkan siklus termodinamika pada gas ideal. Proses manasajakah yangtermasuk isokhorik, isobar, isothermal, dan adiabatik berdasarkan kedua gambar tersebut?Bagaimana ciri dari masing-masing proses perubahan keadaan gas ideal tersebut? 2. Hitunglah kerja (W), perubahan energi dalam (∆𝑈) dan kalor (Q) pada proses AB, BC, EF, danGE. 3.Dua mol gas menyerap kalor pada suhu tetap sehingga mengalami perubahan volume sebesar 4liter dan tekanan gas berubah dari 4 atm menjadi 2 atm. Kemudian tanpa

menyerap kalor suhu gas berubah dari 30oC menjadi 35oC. gambarkan perubahan keadaan gas tersebut dalam grafik P-V, dan tentukan kerja dan perubahan energi dalam sistem.

LP-02 PENILAIAN SIKAP

Berilah tanda check list (√ ) pada pilihan 1, 2, 3 NAMA SISWA

Kedis

Kera

Keju

Berpik

komuni

Rasa

Sko

Nila

iplina

pian

jura

ir

katif

ingin

r

i

n

kritis

tahu

total sika

n

p 1.

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

2. Dst RUBRIK PENILAIAN AFEKTIF Aspek

yang Aturan penilaian

dinilai 1 Kedisiplinan

3. Mengumpulkan tugas tepat waktu 2. Mengumpulkan tugas namun tidak tepat waktu 1. Tidak mengumpulkan tugas

2 Kerapian

3. Merapikan seluruh alat dan bahan setelah praktikum 2. Merapikan sebagian alat dan bahan setelah praktikum 1. Tidak merapikan alat dan bahan setelah pratikum

3 Jujur

3. Sangat jujur dalam menuliskan hasil praktikum( data yang dilaporkan sesuai dengan yang didapat dari praktikum) 2. Kurang jujur dalam menuliskan hasil praktikum sehingga masih ada beberapa data yang tidak sesuai dengan hasil praktikum . 1. Tidak jujur dalam menuliskan hasil praktikum (hasil praktikum yang dilaporkan tidak sesuai dengan yang didapat saat praktikum).

4 Berrpikir kritis

3. Aktif memberikan respon dan mampu memilah,fakta fakta yang dijumpainynya hingga dapat menemukan konsep susunan pegas seri paralel

2. Kurang aktif memberikan respon namun mampu memilah fakta-fakta yang dijumpainya sehingga dapat

menemukan konsep susunan

pegas seri paralel 1. Tidak aktif memberikan respon dan tidak mampu memilah fakta sehingga tidak menemukan konsep susunan pegas seri parallel 5 Berkomunikasi

3. Aktif dalam tanya jawab, dapat mengemukaan gagasan atau ide mengenai konsep kesetimbangan, sertamenghargai pendapat siswa lain 2. Aktif dalam tanya jawab, menghargai pendapat siswa lain, namun tidak dapat

mengemukaan gagasan atau ide mengenai konsep

susunan pegas seri paralel. 1. Tidak aktif dalam tanya jawab, tidak ikut mengemukaan gagasan atau ide, kurang menghargai pendapat siswa lain. 6 Rasa ingin tahu

3. Menunjukkan rasa ingin tahu yang besar, antusias, aktif dalam kegiatan kelompok tanpa disuruh, setidaknya mengajukan 2 pertanyaan untuk menemukan konsep susunan pegas seri paralel saat diskusi mengenai rumusan masalah 2. Menunjukkan rasa ingin tahu, namun tidak terlalu antusias, baru terlibat aktif dalam kegiatan kelompok ketika disuruh, dan mengajukan 1 pertanyaan untuk menemukan konsep susunan pegas seri paralel saat diskusi mengenai rumusan masalah. 1. Tidak menunjukkan antusias dalam pengamatan, sulit terlibat aktif dalam kegiatan kelompok walaupun telah disuruh oleh guru dan tidak mengajukan pertanyaan apapun.

Nilai = (skor total/18) x 100