Hukum Termodinamika PDF

07. Hukum Termodinamika SRI HERWININGSIH, PHD FISIKA FARMASI DASAR 1 Capaian pembelajaran Mahasiswa dapat menjelaskan tentang Hukum Termodinamika FISIKA FARMASI DASAR 2 Termodinamika  Termodinamika adalah bidang ilmu yang mempelaj...

07. Hukum Termodinamika SRI HERWININGSIH, PHD FISIKA FARMASI DASAR 1 Capaian pembelajaran Mahasiswa dapat menjelaskan tentang Hukum Termodinamika FISIKA FARMASI DASAR 2 Termodinamika  Termodinamika adalah bidang ilmu yang mempelajari proses dimana energy dipindahkan sebagai kalor dan usaha  Kalor adalah perpindahan energy akibat perbedaan temperature  Usaha adalah perpindahan energy yang tidak diakibatkan oleh perbedaan temperature  Sistem adalah sekelompok benda yang ingin dipertimbangkan  Lingkungan adalah semua hal lain di alam semesta FISIKA FARMASI DASAR 3 Hukum Pertama Termodinamika “Perubahan energy internal dalam sistem tertutup sama dengan energy yang ditambahkan ke dalam sistem oleh pemanasan dikurangi oleh kerja yang dilakukan oleh sistem pada lingkungan” Prinsip kekekalan energi  Jika panas ditambahkan ke dalam sistem (+)  Jika panas dikeluarkan dari sistem (-)  Jika kerja dilakukan kepada sistem (-)  Jika kerja dilakukan oleh sistem (+) FISIKA FARMASI DASAR 4 Contoh Kalor sebesar 2500 J ditambahkan ke dalam sistem dan kerja sebesar 1800 J dikerjakan kepada sistem. Berapakah perubahan internal dari sistem? Jawab: ∆𝑈 = 2500 𝐽 − − 1800 𝐽 = 4300 𝐽 FISIKA FARMASI DASAR 5 Hukum Pertama Termodinamika Dengan melibatkan perubahan energy potensial dan energy kinetic, Hukum Pertama Termodinamika dapat ditulis menjadi: FISIKA FARMASI DASAR 6  Proses Termodinamika Proses Isotermal Proses adiabatic Proses Isobarik Proses Isovolumetrik/ ∆𝑇 = 0 Q=0 P konstan Proses Isokhorik ∆𝑈 = 0 ∆𝑈 = 𝑄 − 𝑊 V konstan ∆𝑈 = 𝑄 − 𝑊 = 0 ∆𝑈 = −𝑊 𝑄=𝑊 FISIKA FARMASI DASAR 7 Proses Termodinamika Usaha yang dilakukan oleh perubahan volume: 𝑊 = 𝑃∆𝑉 FISIKA FARMASI DASAR 8 Contoh Perhatikan diagram PV disamping. Sebuah gas ideal dimampatkan pada tekanan konstan 2 atm dari 10,0 L menjadi 2,0 L (BD). Kalor ditambahkan ke gas, volume dipertahankan tetap konstan, serta tekanan dan temperature dibiarkan naik (DA) sampai suhu mencapaii nilai awalnya (TA= TB) A. Hitunglah usaha total yang dilakukan oleh gas dalam proses BDA B. kalor total yang mengalir ke gas FISIKA FARMASI DASAR 9 Contoh Jawab:  WBD = 𝑃∆𝑉  WDA = 0  Usaha total BDA = -1,6 x 103 J  Total kalor yang mengalir ke gas  karena suhu akhir = suhu awal, sehingga ΔU = 0  ∆𝑈 = 𝑄 − 𝑊 = 0, sehingga Q = W = -1,6 x 103 J FISIKA FARMASI DASAR 10 Metabolisme manusia Semua proses yang membutuhkan dan menghasilkan energy dalam tubuh disebut dengan metabolisme Usaha (W) dilakukan oleh tubuh ketika melakukan berbagai aktivitas Kalor biasanya mengalir keluar tubuh, karena suhu tubuh yang lebih tinggi dari lingkungan Sumber energy bagi tubuh adalah energy kimia yang tersimpan dalam makanan FISIKA FARMASI DASAR 11 Hukum Termodinamika kedua “ Kalor dapat mengalir secara spontan dari benda panas ke benda dingin; kalor tidak akan mengalir secara spontan dari benda dingin ke benda panas” It never happens! FISIKA FARMASI DASAR 12 Mesin Kalor  Semua peralatan yang mengubah energy termal menjadi usaha mekanis, seperti mesin uap dan mesin mobil  Energi mekanis bisa didapatkan dari energy termal hanya ketika kalor dimungkinkan mengalir dari temperature tinggi ke temperature rendah  Mesin kalor berjalan dalam sebuah siklus  ∆𝑈 = 0  Masukan kalor QH pada TH sebagian diubah menjadi usaha W dan sebagian berubah menjadi kalor QL pada TL  𝑄𝐻 = 𝑊 + 𝑄𝐿 FISIKA FARMASI DASAR 13 Efisiensi mesin kalor (e) Efisiensi (e) diberikan oleh: Karena Maka dapat dituliskan: FISIKA FARMASI DASAR 14 Refrigerator Transfer energy pada kulkas  Prinsip kerjanya kebalikan dari mesin kalor  Dengan melakukan usaha W, kalor diambil dari daerah bersuhu rendah, dan sejumlah kalor yang lebih besar dikeluarkan pada suhu tinggi  Koefisien kinerja (COP) dari refrigerator: FISIKA FARMASI DASAR 15 Entropi  Entropi merupakan fungsi keadaan sistem  Entropi merupakan ukuran keteraturan dan ketidakteraturan sistem  Perubahan entropi (ΔS) sistem saat Q ditambahkan melalui proses reversible pada suhu konstan:  ∆𝑆 = 𝑄/𝑇  Proses alami cenderung bergerak menuju keadaan ketidakteraturan yang lebih besar (Hukum Termodinamika Kedua) FISIKA FARMASI DASAR 16 Perubahan entropi pada proses meleleh Sebuah kubus es bermassa 56 g yang suhunya 0oC dipindahkan dari tempat penyimpanannya ke cangkir kertas. Setelah beberapa menit, setengah massa dari kubus es meleleh menjadi air yang suhunya 00C. Carilah perubahan entropi es/air, bila L = 333 kJ/kg Jawab: 𝑘𝐽 Hitung kalor yang diperlukan untuk melelehkan air 𝑄 = 𝑚𝐿 = 0,028 𝑘𝑔 3333 𝑘𝑔 = 9,3 𝑘𝐽 Karena tidak terjadi perubahan suhu, T = 273 K 𝑄 9,3 𝑘𝐽 Perubahan entropinya: ∆𝑆 = = = 34 𝐽/𝐾 𝑇 273 𝐾 FISIKA FARMASI DASAR 17