fisika XI

HUKUM I TERMODINAMIKA.

KALOR JENIS GAS.

            Suhu suatu gas dapat dinaikkan dalam kondisi yang bermacam-macam. Volumenya dikonstankan, tekanannya dikonstankan atau kedua-duanya  dapat dirubah-rubah menurut kehendak. Pada tiap-tiap kondisi ini panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebesar satu satuan suhu untuk tiap satuan massa adalah berlainan. Dengan kata lain suatu gas mempunyai bermacam-macam kapasitas panas. Tetapi hanya dua macam yang mempunyai arti praktis yaitu :

- Kapasitas panas pada volume konstan.

- Kapasitas panas pada tekanan konstan.

Kapasitas panas gas ideal pada tekanan konstan selalu lebih besar dari pada kapasitas panas gas ideal pada volume konstan, dan selisihnya sebesar konstanta gas umum          (universil) yaitu :  R = 8,317 J/mol ⁰K.

cp - cv = R

 cp = kapasitas panas jenis ( kalor jenis ) gas ideal pada tekanan konstan.

 cv = kapasitas panas jenis ( kalor jenis ) gas ideal pada volume konstan.

Berdasarkan teori kinetik gas kita dapat menghitung panas jenis gas ideal,sebagai berikut:

a. Untuk gas beratom tunggal ( monoatomik ) diperoleh bahwa :

               

b. Untuk gas beratom dua ( diatomik ) diperoleh bahwa :

               

 = konstanta Laplace.

LATIHAN SOAL

1.      Hitunglah kalor jenis gas Oksigen pada volume dan tekanan tetap bila massa molekul gas Oksigen 32 gram/mol.

2.      Hitunglah kalor jenis gas-gas berikut ini pada volume dan tekanan tetap.

a. Gas Neon monoatomik, bila masa molekulnya 2,018 gram/mol

b. Gas Hidrogen diatomik, bila massa molekulnya 2,016 gram/mol

3.      Kapasitas panas jenis Nitrogen pada volume tetap  adalah 7,14 x 10² J/kg ⁰K. Carilah kapasitas panas jenisnya pada tekanan tetap. Diketahui massa molekul Nitrogen 28 gram/mol dan konstanta umum gas R = 8,317 J/mol⁰K

4.      Hitunglah kalor jenis gas Argon beratom satu pada volume tetap bila kalor jenisnya pada tekanan tetap 5,23 x 10² J/kg ⁰K       = 1,67

5.      Hitunglah kalor jenis pada tekanan tetap dari gas Oksida zat lemas beratom dua bila kalor jenisnya pada volume tetap adalah 6,95 x 10² J/kg. ⁰K dan = 1,4

USAHA YANG DILAKUKAN GAS.

Temodinamika merupakan cabang ilmu fisika yang mempelajari mengenai pengaliran panas, perubahan-perubahan energi yang diakibatkan dan usaha yang dilakukan oleh panas.

1.      Usaha luar ( W ) yaitu : Usaha yang dilakukan oleh sistem terhadap sekelilingnya terhadap sistem. Misalkan gas dalam ruangan yang berpenghisap bebas tanpa gesekan dipanaskan ( pada tekanan tetap ) ; maka volume akan bertambah dengan V.

Usaha yang dilakukan oleh gas terhadap udara luar :

W = p.V

2.      Usaha dalam ( U ) adalah : Usaha yang dilakukan oleh bagian dari suatu sistem pada bagian lain dari sitem itu pula. Pada pemanasan gas seperti di atas, usaha dalam adalah berupa gerakan-gerakan antara molekul-molekul gas yang dipanaskan menjadi lebih cepat.

Energi dalam suatu gas Ideal adalah :     

HUKUM I TERMODINAMIKA.

Dalam suatu sistem yang mendapat panas sebanyak Q akan terdapat perubahan energi dalam (U ) dan melakukan usaha luar (W ).

Q = U + W

Q = kalor yang masuk/keluar sistem

U = perubahan energi dalam

W = Usaha luar.

PROSES - PROSES PADA HUKUM TERMODINAMIKA I.

1.      Hukum I termodinamika untuk Proses Isobarik.

Pada proses ini gas dipanaskan dengan tekanan tetap.

( lihat gambar ).

sebelum dipanaskan              sesudah dipanaskan

Dengan demikian pada proses ini berlaku persamaan Boyle-GayLussac

Jika grafik ini digambarkan dalam hubungan P dan V maka dapat grafik sebagai berikut :

Pemanasan                                             Pendinginan

Usaha luar yang dilakukan adalah : W = p ( V₂ - V₁ ). karena itu hukum I termodinamika dapat dinyatakan :

Q =  U + p ( V₂ - V₁ )

Panas yang diperlukan untuk meningkatkan suhu gas pada tekanan tetap dapat dinyatakan dengan persamaan :

Q = m c_p ( T₂ - T₁ )

Pertambahan energi dalam gas dapat pula dinyatakan dengan persamaan :

U = m c_v ( T₂ - T₁ )

Karena itu pula maka usaha yang dilakukan pada proses isobarik dapat pula dinyatakan dengan persamaan :

W =Q - U = m ( c_p - c_v ) ( T₂ - T₁ )

m = massa gas

c_p = kalor jenis gas pada tekanan tetap

c_v = kalor jenis pada volume tetap.

LATIHAN SOAL.

1.      Satu gram air ( 1 cc ) berubah menjadi 1,671 cc uap bila dididihkan pada tekanan      1 atm. Panas penguapan pada tekanan ini adalah 539 kal/gram. Hitunglah usaha luar pada penembakan energi dalam.

2.      1 liter air massanya 1 kg mendidih pada suhu 100⁰ C dengan tekanan 1,013 x 10⁵ N/m² diubah menjadi uap pada suhu 100⁰ C dan tekanan 1,013 x 10⁵ N/m² . Pada keadaan ini volume uap air adalah 1,674 liter. Carilah usaha luar yang dilakukan dan dihitung penambahan energi dalam. Panas penguapan air 2,26 . 10⁶ J/kg.

3.      Gas Nitrogen yang massanya 5 kg suhunya dinaikkan dari 10⁰ c menjadi 130⁰ c pada tekanan tetap. Tentukanlah :

a. Panas yang ditambahkan

b. Penambahan energi dalam

c. Usaha luar yang dilakukan.

4.      Satu mol karbon monoksida dipanaskan dari 15⁰ C menjadi 16⁰ C pada tekanan tetap. Bila massa molekul karbon monoksida adalah 28,01 gram/mol                                   c_p = 1,038 x 10³ J/kg ⁰K dan g = 1,4

Tentukanlah :

a. Penambahan energi dalam.

b. Usah luar yang dilakukan.

2.      Hukum I Termodinamika untuk Proses Isokhorik ( Isovolumik )

Pada proses ini volume Sistem konstan. ( lihat gambar )

Sebelum dipanaskan.          Sesudah dipanaskan.

Dengan demikian dalam proses ini berlaku Hukum Boyle-Gay Lussac dalam bentuk :

Jika digambarkan dalam grafik hubungan P dan V maka grafiknya sebagai berikut :

Pemanasan                                             Pendinginan

Karena V = 0 maka W = p . V

                                    W = 0 ( tidak ada usaha luar selama proses )

                        Q =  U₂ - U₁

Kalor yang diserap oleh sistem hanya dipakai untuk menambah energi dalam (U )

Q = U

U = m . c_v ( T₂ - T₁ )

LATIHAN SOAL

1.      Temperatur 5 kg gas Nitrogen dinaikkan dari 10⁰ C menjadi 130⁰ C pada volume tetap. Bila c_v = 7,41 x 10² J/kg ⁰K , c_p = 1,04 x 10³ J/kg ⁰K, carilah :

a. Usaha luar yang dilakukan.

b. Penambahan energi dalam.

c. Panas Yang ditambahkan.

2.      Suatu gas yang massanya 3 kg dinaikkan suhunya dari -20⁰ C  menjadi 80⁰ C melalui proses isokhorik. Hitunglah penambahan energi dalam gas tersebut, bila diketahui       c_p = 248 J/kg ⁰K,   c_v = 149 J/kg ⁰K

3.      Satu mol karbon monoksida dipanaskan dari 15⁰ C menjadi 16⁰ C pada volume tetap. Massa molekulnya 28,01 gram/mol. c_p = 1,03 x 10³ J/kg. ⁰ K dan g = 1,40 . Hitunglah penambahan energi dalam.

4.      Gas Ideal sebanyak 2 mol dengan tekanan 4 atsmosfer volumenya sebesar 8,2 liter. Gas ini mengalami proses isokhorik sehingga tekanannya menjadi 8 atsmosfer. Bila diketahui : c_v = 3 kal/mol. ⁰C dan R = 0,08207 liter. atm/mol. ⁰ C ; tentukanlah :

a. Usaha yang dilakukan.

b. Panas yang ditambahkan.

3. Hukum I termodinamika untuk proses Isothermik.

Selama proses suhunya konstan.

( lihat gambar )

Sebelum dipanaskan.          Sesudah dipanaskan.

Oleh karena suhunya tetap, maka berlaku Hukum BOYLE.

P₁ V₂ = P₂ V₂

Jika digambarkan grafik hubungan P dan V maka grafiknya berupa :

Pemanasan                                               Pendinginan

Karena suhunya konstan T₂ = T₁ maka :

 U = U₂ - U₁

         = n R T₂  -  n R T₁  =  0  ( Usaha dalamnya nol )

Kalor yang diserap sistem hanya dipakai untuk usaha luar saja.

ln x =2,303 log x

4. Hukum I Termodinamika untuk proses Adiabatik.

Selama proses tak ada panas yang masuk / keluar sistem jadi Q = 0

( lihat gambar )

 Sebelum proses                Selama/akhir proses

oleh karena tidak ada panas yang masuk / keluar sistem maka berlaku Hukum Boyle-Gay Lussac

Jika digambarkan dalam grafik hubungan P dan V maka berupa :

Pengembangan                                         Pemampatan

Karena Q = 0 maka O = U + W

U₂ -U₁ = -W

Bila W negatif ( -W = sistem ditekan ) usaha dalam sistem (U ) bertambah. Sedangkan hubungan antara suhu mutlak dan volume gas pada proses adibatik, dapat dinyatakan dengan persamaan :

T.Vg-1 = konstan     atau     T₁.V1g-1 = T₂.V₂g-1

Usaha yang dilakukan pada proses adiabatik adalah :

W = m . c_v ( T₁ - T₂ )     atau      W =  ( V₂g-1 - V1g-1 )

Juga berlaku persamaan : P₁.V1g = P₂.V₂g

LATIHAN SOAL.

1.      Perbandingan kompresi sebuah mesin disel  kira-kira 156. Jika pada permulaan gerak pemampatan silindernya berisi udara sebanyak 2 mol pada tekanan 15 N/m² dan suhu 247⁰ c, hitunglah tekanan dan suhu pada akhir gerak. Andai kata udara sebagai gas ideal dan pemampatanya secara adiabatik. massa molekul udara adalah 32 gram/mol. c_v = 650 J/kg⁰K dan c_p = 909 J/kg ⁰K. Hitunglah usaha luar yang dilakukan.

2.      Suatu volume gas Nitrogen sebesar 22,4 liter pada tekanan 10⁵ N/m² dan suhu 0⁰ C dimampatkan secara adiabatik sehingga volumenya menjadi 1/10 volume mula-mula. Carilah :

a. Tekanan akhirnya.

b. Suhu akhirnya.

c. Usaha luar yang dilakukan.

Diketahui pula bahwa Mr = 28 gram/mol  = 1,4   c_v = 741 J/kg ⁰K.

3.      Lima molekul gas Neon pada tekanan 2 x 10⁵ Nm^-2 dan suhu 27⁰ c dimampatkan secara adiabatik sehingga volumenya menjadi 1/3 dari volume mula-mula. Bila           g = 1,67       c_p = 1,03 x 10³ J/kg ⁰K Mr = 20,2 gram/mol. Tentukan :

a. Tekanan akhir pada proses ini.

b. Temperatur akhir.

c. Usaha luar yang dilakukan.

4.      Suatu gas ideal dengan = 1,5 dimampatkan secara adiabatik sehingga volumenya menjadi kali dari volume mula-mula. Bila pada awal proses tekanan gas 1 atm, tentukanlah tekanan gas pada akhir proses.

5.      Gas oksigen dengan tekanan 76 cm Hg dimampatkan secara adiabatik sehingga volumenya menjadi  volume mula-mula. Bila gas Oksigen adalah gas diatomik dan R = 8,317 J/mol ⁰K  ; Tentukanlah tekanan akhir gas tersebut.

6.      Volume gas pada suhu 20⁰ C mengembang secara adiabatik sehingga volumenya menjadi 2 kali volume mula-mula. Tentukanlah temperatur akhirnya bila  g =1,4.

PENERAPAN HUKUM I TERMODINAMIKA.

PENGERTIAN SIKLUS.

Suatu pesawat yang dapat mengubah seluruh kalor yang diserapnya menjadi usaha secara terus menerus belum pernah kita jumpai. yang ada hanya pengubahan kalor menjadi usaha melalui satu tahap saja. Misalnya : proses isothermis.

Agar sistem ini dapat bekerja terus-menerus dan hasilnya ada kalor yang diubah menjadi usaha, maka  harus ditempuh cara-cara tertentu. Perhatikan gambar di bawah ini.

- Mulai dari ( P₁ , V₁ ) gas mengalami proses isothermis sampai ( P₂ , V₂ ).

- Kemudian proses isobarik mengubah sistem dari ( P₂ , V₂ ) sampai ( P₂ , V₁ ).

- Akhirnya proses isobarik membuat sistem kembali ke ( P₁ , V₁ ).

Usaha yang dilakukan sama dengan luas bagian gambar yang diarsir proses seperti yang ditunjukkan pada gambar diatas disebut : SIKLUS. Pada akhir proses sistem kembali ke keadaan semula. Ini berarti pada akhir siklus energi dalam sistem sama dengan energi dalam semula. Jadi untuk melakukan usaha secara terus menerus, suatu siklus harus melakukan usaha secara terus menerus, suatu siklus harus bekerja dalam suatu siklus.

LATIHAN SOAL.

1.      Gas sebanyak 2mol dengan c_v = 12,6 J/mol ⁰K menjalani garis tertutup (1), (2) dan (3). Proses 2-3 berupa pemampatan isotermik. Hitunglah untuk tiap-tiap bagian garis tertutup itu :

a. Usaha oleh gas.

b. Panas yang ditambahkan pada gas.

c. Perubahan energi dalamnya.

2.      Pada suatu prose tertentu diberikan panas sebanyak 500 kalori ke sistem yang bersangkutan dan pada waktu yang bersamaan dilakukan pula usaha mekanik sebesar 100 joule terhadap sistem tersebut. Berapakah tambahan energi dalamnya ?

3.      Diagram di bawah ini menunjukkan tiga proses untuk suatu gas ideal, di titik             1 suhunya 600 ⁰K dan tekanannya 16 x 10⁵ Nm^-2 sedangkan volumenya 10^-3m³ . Dititik 2 volumenya 4 x 10^-3m³ dari proses 1-2 dan 1-3 salah satu berupa proses isotermik dan yang lain adiabatik. g = 1,5

a. Diantara proses 1-2 dan 1-3 yang manakah proses isotermik dan mana adiabatik ?

    Bagaimana kita dapat mengetahui ?

b. Hitung tekanan di titik 2 dan 3

c. Hitung suhu dititik 2 dan 3

d. Hitung volumenya di titik 3 pada proses itu.

4.      Pada permulaan 2 mol zat asam ( gas diatomik ) suhunya 27⁰ c dan volumenya 0,02 m³. Gas disuruh mengembang secara isobaris sehingga volumenya menjadi dua kali lipat kemudian secara adiabatik hingga suhunya mencapai harga yang seperti permulaan lagi. R = 8,317 J/mol ⁰K. Tentukanlah :

a. Berapakah banyaknya energi dalam totalnya ?

b. Berapakah banyaknya panas yang ditambahkan ?

c. Berapakah usaha yang dilakukan  ?

d. Berapakah volume pada akhir proses ?

5.      Sebuah mesin pemanas menggerakkan gas ideal monoatomik sebenyak 0,1 mol menurut garis tertutup dalam diagram P-V pada gambar di bawah ini. Proses 2-3 adalah proses adiabatik.

a. Tentukanlah suhu dan tekanan pada titik 1,2 dan 3.

b. Tentukanlah usaha total yang dilakukan gas.

EFISIENSI MESIN.

Mengubah tenaga panas menjadi tenaga mekanik pertama-tama selalu memerlukan sebuah mesin, misalnya : mesin uap, mesin bakar atau mesin diesel. Pengalaman-pengalaman dengan mesin-mesin yang terdapat dalam praktek membawa kita kepada hukum Termodinamika II yang ringkasnya sebagai berikut :

“ Adalah Tidak Mungkin Dapat Suatu Mesin Yang Bekerja Dalam Lingkaran Yang Tidak Menimbulkan Efek Lain Selain Daripada Mengambil Panas Dari Suatu Sumber Dan Merubah Panas Ini Seluruhnya Menjadi Usaha “.

Siklus Carnot Dan Efesiensinya.

Siklus Carnot.

Siklus carnot yang disebut siklus ideal ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Siklus Carnot dibatasi oleh garis lengkung isotherm dan dua garis lengkung adiabatik. Hal ini memungkinkan seluruh panas yang diserap ( input panas ) diberikan pada satu suhu panas yang tinggi dan seluruh panas yang dibuang ( panas output ) dikeluarkan pada satu suhu rendah.

-        Kurva ab dan cd masing-masing adalah kurva pengembangan dan pemampatan isoteremis.

-        Kurva bc dan da masing-masing adalah kurva pengembangan dan pemampatan adiabatik.

Untuk bahan perbandingan, ditunjukkan beberapa siklus untuk berbagai jenis mesin.

SIKLUS MESIN BAKAR.

            Siklus mesin bakar atau lebih umum disebut siklus Otto di tunjukkan pada gambar di bawah ini.

Siklus Otto dibatasi oleh dua garis lengkung adiabatik dan dua garis lurus isokhorik. Dimulai dari titik a, maka :

-        Kurva ab dan cd masing-masing adalah kurva pemampatan dan pengembangan adiabatik.

-        Garis lurus bc dan da masing-masing adalah garis lurus untuk pemanasan dan pendinginan isokhorik.

SIKLUS MESIN DIESEL.

Siklus untuk mesin diesel ditunjukkan pada gambar di atas ini. Siklus pada mesin diesel dibatasi oleh dua garis lengkung adiabatik dan satu garis lurus isobarik serta satu garis lurus isokhorik.

Dimulai dari titik a, maka :

-        Kurva ab dan cd masing-masing adalah kurva pemampatan dan pengembangan adiabatik.

-        Garis lurus bc adalah garis lurus pemanasan isobarik.

-        Garis lurus cd adalah garis lurus pendinginan isokhorik..

SIKLUS MESIN UAP.

Siklus mesin uap yang juga disebut siklus Rankine ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Siklus ini dibatasi oleh dua garis lengkung adiabatik dan dua garis lurus isokhorik. hanya saja pada mesin uap ini terdapat proses penguapan dan pengembunan.

Mula-mula air dalam keadaan cair dengan suhu dan tekanan rendah di titik a.

- kurva ab adalah kurva pemampatan secara adiabatik dengan tekanan yang sama dengan tekanan di dalam periuk pendingin.

- garis cd adalah proses pengubahan air menjadi uap.

- Garis de adalah prosers pemanasan sehingga suhu uap sangat tinggi.

- Kurva ef adalah proses pengembangan secara adiabatik.

- garis fa adalah proses pengembunan sehingga kembali ke keadaan awalnya.

HUKUM II TERMODINAMIKA.

Effisiensi (daya guna mesin)

Dalam hukum II Termodinamika akan dibahas perubahan kalor menjadi energi mekanik melalui sebuah mesin, dan ternyata belum ada sebuah mesinpun yang dapat mengubah sejumlah kalor menjadi energi mekanik seluruhnya.

Sebuah mesin diberi energi berupa kalor Q₁ pada suhu tinggi T₁, sehingga mesin melakukan usaha mekanik W. Energi yang dibuang berupa kalor Q₂ pada suhu T₂, maka effisiensi mesin adalah :

Menurut Carnot untuk effisiensi mesin carnot berlaku pula :

 

Sebenarnya tidak ada mesin yang mempunyai effisiensi 100 % dan dalam praktek effisiensi mesin kurang dari 50 %.

LATIHAN SOAL

1.      Sebuah mesin Carnot yang reservoir suhu tingginya pada 127 ^oC menyerap 100 kalori dalam tiap-tiap siklus pada suhu ini dan mengeluarkan 80 kalori ke reservoir suhu rendah. Tentukanlah suhu reservoir terakhir ini.

2.      Berapakah effisiensi suatu mesin yang menerima 200 kalori dari sebuah reservoir bersuhu 400 ^oK dan melepaskan 175 kalori ke sebuah reservoir lain yang bersuhu    320 ^oK. Jika mesin tersebut merupakan mesin carnot berapakah effisiensinya.

3.      Hitunglah effisiensi ideal dari suatu mesin Carnot yang bekerja antara 100 ^oC dan     400 ^oC.

4.      Sebuah mesin carnot yang menggunakan reservoir suhu rendah pada 7 ^oC, daya gunanya 40 %. Kemudian daya gunanya diperbesar 50 %. Berapakah reservoir suhu tingginya harus dinaikkan.

5.      Mesin Carnot bekerja di antara dua reservoir panas yang bersuhu 400 ^oK dan 300^oK. Jika dalam tiap siklus, mesin menyerap panas sebanyak 1.200 kalori dari reservoir yang bersuhu 400 ^oK, maka berapakah panas yang dikeluarkan ke reservoir yang bersuhu 300 ^oK.

6.      Sebuah mesin carnot bekerja diantara 450 ^oC dan 50^oC. Berapakah effisiensinya ?

----o0o-----
PERUMUSAN KELVIN-PLANK

TENTANG HUKUM II TERMODINAMIKA

Pada dasarnya perumusan antara Kelvin dan Plank mengenai suatu hal yang sama, sehingga perumusan keduanya dapat digabungkan dan sering disebut : Perumusan Kelvin-Plank Tentang Hukum Ii Termodinamika.

Perumusan Kelvin-Plank secara sederhana dapat dinyatakan sebagai berikut :

“Tidak Mungkin Membuat Pesawat Yang Kerjanya

 Semata-Mata Menyerap Kalor Dari Sebuah Reservoir

 Dan Mengubahnya Menjadi Usaha”

Sebagai contoh marilah kita perhatikan proses yang sebenarnya terjadi pada motor bakar dan motor bensin.

-        Mula-mula campuran uap bensin dan udara dimasukkan ke dalam silinder dengan cara menarik penghisap.

-        Kemudian penghisap ditekan, dengan demikian campuran tadi dimampatkan sehingga temperatur dan tekanannya naik.

-        Campuran tadi kemudian dibakar dengan loncatan bunga api listrik. Proses pembakaran ini menghasilkan campuran dengan temperatur dan tekanan yang sangat tingi, sehinga volume campuran tetap (proses isokhorik)

-        Hasil pembakaran tadi mengembang, mendorong penghisap, sedangkan tekanan dan temperaturnya turun, tetapi masih lebih tinggi dari tekanan dan temperatur di luar.

-        Katub terbuka, sehingga sebagian campuran itu ada yang keluar sedangkan penghisap masih tetap ditempatnya.

-        Akhirnya penghisap mendorong hampir seluruhnya campuran hasil pembakaran itu keluar.

PERUMUSAN CLAUSIUS

TENTANG HUKUM II TERMODINAMIKA.

Perumusan Clausius tentang hukum II Termodinamika secara sederhana dapat diungkapkan sebagai berikut :

“Tidak Mungkin Membuat Pesawat Yang Kerjanya Hanya Menyerap Dari Reservoir Bertemperatur Rendah Dan Memindahkan Kalor Itu Ke Reservoir Yang Bersuhu Tinggi, Tanpa Disertai Perubahan Lain.

Sebagai contoh marilah kita lihat proses pada lemari pendingin (lemari es) yang bagannya pada gambar di bawah ini.

-         Zat cair di dalam wadahnya pada tekanan tinggi harus melalui saluran yang sempit, menuju ke ruang yang lapang (Avoporator). Proses ini disebut : Proses Joule-Kelvin.

-        Tiba di ruang yang lapang, temperatur dan tekanan zat cair tadi berkurang, dan zat cair juga menguap. Untuk menguap maka zat cair ini memerlukan kalor yang diserap dari reservoir T₂ (suhu reservoir dingin = suhu benda yang akan didinginkan).

-        Kemudian uap pada tekanan rendah ini masuk ke dalam kompresor, dimampatkan, sehingga tekanannya dan temperaturnya naik. Temperatur uap ini lebih tingi dari temperatur reservoir T₁ (temperatur suhu tingi) dan T₁ > T₂

-        Di dalam kondensor uap ini memberikan kalor pada reservoir T₁. Sebagai reservoir T₁ dapat digunakan udara dalam kamar atau air. Zat yang sering dipakai pada pesawat pendingin adalah : Amoniak. Pada proses ini selain pemindahan kalor dari reservoir dingin T₂ ke reservoir T₁, terjadi pula perubahan usaha menjadi kalor yang ikut dibuang di T₁.

KUNCI JAWABAN.

Kalor Jenis Gas.

1. 6,5 x 10² joule/kg ⁰K

    9,1 x10² J/kg ⁰K

2. a) 6,2 x 10² J/kg ⁰K

        1,03 x 10² J/kg ⁰K

    b) 1,03 x 10⁴ J/kg ⁰K

        1,44 x 10⁴ J/kg ⁰K

3. 1,04 x 10³ J/kg ⁰K

4. 3,13 x 10² J/kg ⁰K

5. 9,73 x 10² J/kg ⁰K

Hukum I Termodinamika

Untuk Proses Isobarik.

1. W = 0,0671 J;     D U = 2389,7329 J

2. W = 68,3 J;     D U =2,259932 x 10⁶ J

3. a) Q = 6,23775 x10⁵ J

    b) D U = 4,45554 x10⁵ J

    c) W = 1,78221 x10⁵ J

4. a) D U = 20,767 J

    b) W = 9,0668 J

Hukum I Termodinamika

Untuk Proses Isokhorik ( Isovolumik )

1. a) W = 0

    b)

    c)

2.

3.

4. a) W=0

    b)

Hukum I Termodinamika

Untuk Proses Adiabatik.

1. 663 N/m² ;   1.262⁰ C;   -4,2 x 10⁴ Joule

2. 2,5 x 10⁶ N/m² ;   686⁰ K;

    8,57 x 10³ Joule

3. 1,25 x 10⁶ N/m2;   626⁰ K;

    2,02 x 10⁴ Joule

4. 3 atm

5. 134,07 cmHg

6. 51⁰ C

Penerapan Hukum I Termodinamika.

Siklus.

1. a) W_1-2 = 3,28 x 106 joule

        W_2-3 = -1,97 x 106 joule

        W_3-1 = 0

    b) Q_1-2 = 8,23 x 106 joule

        Q_2-3 = 0

        Q_3-1 = 4,96 x 106 joule

    c) U_1-2 = 4,96 x 106 joule

        U_2-3 = 0

        U_3-1 = 4,96 x 106 joule

2. 2 x 10³ joule

3. a) 1-2 Proses adiabatik dan 1-3 proses

         isotermik. Kurva adiabatik lebih

         curam dari pada kurva isotermik.

     b) P₂ = P3 = 2 x 10^-5 Nm-2

     c) T₂ = T1 = 600⁰ K

     d) V₃ = 8 x 10^-3 m³

4. a) 0                  b) 1,7 x 10⁴ joule

    c) 1,7 x 10⁴ joule

    d) 0,23 m³

5. a) T₁ = 300⁰ K;     P₁ = 10⁵ Nm^-2

        T₂ = 600⁰ K;     P₂ = 2 x 10⁵ Nm^-2

        T₃ = 455⁰ K;     P₃ = 10⁵ Nm^-2

    b) 52,34 Joule.

Hukum II Termodinamika

Efisiensi Mesin.

1. 470 c

2. 12,5 %;      20 %

3. 44,6 %

4. 93,1 %

5. 900 kalori                  6. 59,4 %