5sistem dan keadaan termodinamika kelompok 5 new 150210084805 conversion gate01

8/17/2019 5sistem Dan Keadaan Termodinamika Kelompok 5 New 150210084805 Conversion Gate01

1/36

A

Sistem dalam termodinamika adalah suatu daerahdalam ruang atau sejumlah benda yang dibatasi oleh permukaan tertutup. Permukaan tertutupyang membungkus system itu dapat berupa

permukaan khayal, hanya dibayangkan saja atau


2/36

Daftar Isi

Daftar Isi........................................................................................................ i

Kata Pengantar ..............................................................................................ii

1. Pendahuluan............................................................................................. 1

1.1 Latar Belakang Makalah.........................................................................1

1.2 Tujuan................................................................................................ 2

1.3 Manfaat..............................................................................................3

2. Pembahasan........................................................................................... 4

2.1 Sistem Termodinamika.......................................................................4

2.1.1 Macam-macam sistem.................................................................6

2.1.2 Keadaan Kesetimbanan Sistem dan Persamaan Keadaann!a...."

2.2 Persamaan Keadaan Sistem.............................................................13

2.2.1. Persamaan Keadaan.................................................................13

2.2.2 Perubahan #iferensia$ Keadaan.................................................14

2.2.3. Teorema Matematis..................................................................16

%ontoh Soa$...............................................................................................2&

'atihan...................................................................................................... 22

#aftar Pustaka............................................................................................ iii

1


3/36

Kata Pengantar

Bismillahirrahmanirrahim.

Puji syukur kami persembahkan kehadirat Allah SWT atas rahmat

dan karunia-ya kami dapat menyelesaikan makalah ini. Shala!at

dan salam sem"ga dilimpahkan "leh-ya kepada junjungan kita

abi Besar #uhammad Sa!.$ para sahabat$ dan semua

pengikutnya yang setia di sepanjang %aman. Aamiin&

Keberhasilan pembuatan makalah ini di tunjang dari beberapa

materi yang tersedia baik dari d"sen pengasuh maupun dari

inf"rmasi yang di dapat di luar. #eskipun demikian$ kami sadar

bah!a makalah ini masih jauh dari kesempurnaan. 'al itu di

karenakan keterbatasan kemampuan dan pengetahuan kami. (leh

karena itu kami sangat mengharapkan kritik dan saran yang

bersifat membangun dari para pemba)a. Sem"ga makalah ini

dapat bermanfaat bagi kita semua. Aamiin.

Kami sebagai penulis mengu)apkan terima kasih kepada Bapak

Apit *athur"hman S.Pd.$ #.Si. yang telah bersedia membimbing

kami di dalam mata kuliah Term"dinamika.

Palembang$ *ebruari +,

Penyusun

2


4/36

. Pendahuluan

. /atar Belakang #akalah

Penggunaan paling umum dari sebuah persamaan keadaan adalah dalam

memprediksi keadaan gas dan cairan. Salah satu persamaan keadaan paling

sederhana dalam penggunaan ini adalah hukum gas ideal, yang cukup akurat

dalam memprediksi keadaan gas pada tekanan rendah dan temperatur tinggi.

etapi persamaan ini men!adi semakin tidak akurat pada tekanan yang makin

tinggi dan temperatur yang makin rendah, dan gagal dalam memprediksi

k"ndensasi dari gas men!adi cairan. #amun demikian, se!umlah persamaan

keadaan yang lebih akurat telah dikembangkan untuk berbagai macam gas

dan cairan. Saat ini, tidak ada persamaan keadaan tunggal yang dapat

dengan akurat memperkirakan sifat$sifat semua %at pada semua k"ndisi.

Selain memprediksi kelakuan gas dan cairan, terdapat !uga beberapa

persamaan keadaan dalam memperkirakan &"lume padatan, termasuk

transisi padatan dari satu keadaan kristal ke keadaan kristal lainnya. erdapat

!uga persamaan$persamaan yang mem"delkan bagian dalam bintang,

termasuk bintang netr"n. K"nsep yang !uga berhubungan adalah mengenai

fluida sempurna di dalam persamaan keadaan yang digunakan di dalam

k"sm"l"gi.

Ketika sistem dalam keadaan seimbang dalam k"ndisi yang ditentukan, ini

disebut dalam keadaan pasti 'atau keadaan sistem(. )ntuk keadaan

term"dinamika tertentu, banyak sifat dari sistem dispesifikasikan. Pr"perti

yang tidak tergantung dengan !alur di mana sistem itu membentuk keadaan

tersebut, disebut fungsi keadaan dari sistem. Bagian selan!utnya dalam seksi

ini hanya mempertimbangkan pr"perti, yang merupakan fungsi keadaan.

1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Hukum_gas_ideal&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Bintang_netron&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Fluida_sempurna&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Persamaan_keadaan_(kosmologi)&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Persamaan_keadaan_(kosmologi)&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Hukum_gas_ideal&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Bintang_netron&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Fluida_sempurna&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Persamaan_keadaan_(kosmologi)&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Persamaan_keadaan_(kosmologi)&action=edit&redlink=1


5/36

*umlah pr"perti minimal yang harus dispesifikasikan untuk men!elaskan

keadaan dari sistem tertentu ditentukan "leh +ukum fase ibbs. Biasanya

sese"rang berhadapan dengan pr"perti sistem yang lebih besar, dari !umlah

minimal tersebut. Pengembangan hubungan antara pr"perti dari keadaan

yang berlainan dimungkinkan. Persamaan keadaan adalah c"nt"h dari

hubungan tersebut

1.2 Tujuan

u!uan dari penulisan makalah ini adalah -

1. Mengetahui pengertian sistem term"dinamika

. Mengetahui !enis$!enis dari sistem term"dinamika

/. Memahami perbedaan diantara !enis$!enis sistem dalam

term"dinamika

0. Memahami dan menganalisis penerapan sistem term"dinamika dalam

kehidupan sehari$hari

. Mengetahui usaha sistem pada lingkungannya

2. Mengetahui apa yang dimaksud dengan persamaan keadaan

3. Mengetahui dan memahami hubungan dari &ariable$&ariabel dalam

term"dinamika

4. Mengetahui persamaan dari gas ideal

5. Mampu menyelesaikan s"al$s"al yang berhubungan dengan

persamaan keadaan dalam term"dinamika.

2


6/36

1.3 Manfaat

Diharapkan makalah ini dapat bermanfaat dalam memberikan

pemahaman mengenai sistem dalam term"dinamika serta aplikasinya dalam

kehidupan sehari$ hari. Selain itu, !uga dharapkan agar bermanfaat dalam

memberikan inf"rmasi mengenai persamaan keadaan dalam term"dinamika,

hubungan antara tekanan, temperature, dan suhu dalam term"dinamika,

serta mampu menyelesaikan berbagai pers"alan mengenai persamaan

keadaan dalam term"dinamika.

3


7/36

2. Pembahasan

2.1 Sistem Termodinamika

Dalam term"dinamika dikenal beberapa istilah, yaitu sistem dan lingkungan.

Segala sesuatu yang kita pela!ari atau kita amati kita sebut dengan sistem,

sedangkan semua yang berada di luar sistem kita sebut dengan lingkungan.

6ntara sistem dan lingkungan dapat ter!adi pertukaran energi maupun

pertukaran materi.

Sistem dalam term"dinamika adalah suatu daerah dalam ruang atau

se!umlah benda yang dibatasi "leh permukaan tertutup. Permukaan tertutup

yang membungkus system itu dapat berupa permukaan khayal, hanya

dibayangkan sa!a atau permukaan yang benar$benar nyata. Misalnya udara

yang ditekan dengan pist"n dalam silinder adalah sitem. 7uang yang dibatasi

"leh dinding silinder dan permukaan pist"n adalah permukaan tertutup yang

nyata. )dara yang berada dalam silinder adalah permukaan tertutup yang

nyata. )dara didalam silinder yang men!adi sitem term"dinamika !uga disebut

benda ker!a. Segala sesuatu diluar system yang dapat melakukan pertukaan

energy dan mempunyai pengaruh langsung dengan sitem disebut lingkungan

'surr"unding(.

Segumpalan se terapung diatas air, gumpalan es adalah permukaan tertutup

khyal, air dan udara sekitarnya disebut lingkungan. 8s dari 9 1: ; dicampur

dengan air dari 1: ; didalam gelas sampai suatu saat suhunya men!adi

sama. ;ampuran es dan air adalah system dan permukaan tertutup adalahpermukaan yang dibatasi "leh dinding gelas dan sebagian air merupakan

permukaan tertutup nyata.

4


8/36

Sistem term"dinmaika selamnya terisri dari benda seperti uadara , es dan air

seperti c"nt"h siatas tetapi !uga dapat berupa medan listrik, medan magnet

dan sebagainnya.

Suatu system yang dapat melakukan pertukaran benda dan energi dengan

linkungan disebut system terbuka, misalnya k"mpres"r udara, p"mpa. Suatu

sitem yang hanya dapat melakukan pertukaran energy dengan

lingkungannya disebut sitem tertutup. as atas udara di dalam silinder

ditutup dengan pist"n yang dapat bergerak merupakan system tertutup

karena udara didalam silindr tidak dapa"t bergerak keluar dan udara luar

tidak dapat masuk.

Sistem yang tidak dapat merupakan pertukaran energy dengan lingkungan

sisebut siestem teris"lasi. +al ini dapat mengembang dan tidak dapat

mengembang dan tidak ditekan serta diberi pembungkus is"lasi yang

mencegah pertukaran energy kal"r dengan lingkunganya.

2.1.1 Macam-macam sistem

(


9/36

)ntuk menganalisis term"dinamika, terlebih dahulu dimuat dengan pemilihan

system seperti pada gambar diba


10/36


11/36

Permukaan batas dari dua sistem term"dinamis yang berbeda

ambar diatas memperlihatkan silinder yang dilengkapi dengan pist"n

berisi %at alir. >at alir dalam silinder dipilih sebagai sistem. Permukaan

dalam silinder dan pist"n diammbil sebagai permukaan batas sistem

yang ditandai dengan garis putus$putus. Dalam c"nt"h ini bentuk dan

&"lume sistem dapat diubah dengan menaikkan atau menurunkan

pist"n. Perubahan bentuk dan &"lum permukaan batas selalu

diperb"lehkan sepan!ang perubahan ini dikenali dalam perhitungan

selan!utnya.

Pada sistem ini tidak terdapat pertukaran massa dengan lingkungan.

Sistem seperti ini disebut sistem tertutup. Meskipun se!umlah materi

ditetapkan dalam sistem tertutup, energi masih dapat mengalir

mele


12/36

Sistem teris"lasi merupakan !enis khusus dari sistem tertutup. Sistem

teris"lasi adalah sistem yang tidak dapat melakukan pertukaran massa

dan energi mele


13/36


14/36

6pabila syarat$syarat kesetimbangan mekanis, kemis, dan termis terpenuhi,

maka sistem berada dalam keadaan setimbang term"dinamis. Dalam

keadaan setimbang term"dinamis, keadaan k""rdinat sistem maupun

lingkungan sistem cenderung tidak berubah sepan!ang masa. *adi, pada

dasarnya erm"dinamika hanya mempela!ari suatu sistem yang berada

dalam kesetimbangan term"dinamis.

Keadaan sistem yang setimbang term"dinamis minimal ada dua, yaitu-

sistem yang tertutup dan sistem yang terbuka. Suatu sistem dinyatakan

tertutup, !ika massa dan !umlah partikel sistem tetap. Ini berati, !umlah m"l

sistem yang tertutup selalu tetap.Sebaliknya, sistem dinyatakan terbuka, !ika

massa dan !umlah partikel sistem berubah$ubah harganya. Ini berarti, !umlah

m"l sistem yang terbuka selalu berubah$ubah.

Dalam keadaan setimbang term"dinamis, ternyata

a. setiap sistem tertutup dapat digambarkan "leh tiga k""rdinat sistem dari

delapan k""rdinat yang dipunyainya

b. semua eksperimen menun!ukkan bah


15/36

P f '&, (

6ndaikan p dan ditentukan terlebih dulu secara bebas, misalnya- gas

dimasukkan dalam silinder dengan tekanan p dan dipanasi sampai

temperaturnya mencapai harga , maka &"lume gas telah memiliki harga

tertentu dan tidak dapat ditentukan secara bebas. Ini berarti-

E f 'p, (

6ndaikan p dan E ditentukan terlebih dulu secara bebas, misalnya- gas

dimasukkan dalam silinder dengan tekanan p dan ditekan sampai &"lumenya

mencapai harga E, maka temperatur gas telah memiliki harga tertentu dan

tidak dapat ditentukan secara bebas. Ini berarti-

Dengan demikian, secara umum berlaku persamaan-

@ 'p, E, ( :

Dari persamaan diatas merupakan persamaan keadaan gas atau persamaan

keadaan sistem yang berada dalam keadaan setimbang term"dinamis.

12

as berada dalam silinder dengan k""rdinat sistem,

'energi bebas ibbs dari gasa(, p 'tekanan gas(, +'entalpi gas(, S 'entr"pi gas(, ) 'energi dalam gas(, E

'&"lume gas(, @ 'energi bebas +elmh"lt%(, dan

'temperatur gas(. Perhatikan tiga k""rdinatnya, misalnya-

p, E, dan . 6ndaikan E dan ditentukan terlebih dulu

secara bebas, misalnya- gas dimasukkan dalam silinder

dengan &"lume E dan dipanasi sampai temperaturnya

mencapai harga , maka tekanan gas telah memiliki

harga tertentu dan tidak dapat ditentukan secara bebas.

Ini berarti-


16/36

2.2 Persamaan Keadaan Sistem

2.2.1. Persamaan Keadaan

Dalam keadaan nyata, sangat sulit mengungkapkan kelakuan lengkap %at

dalam seluruh pengukuran harga k""rdinat term"dinamika 'P, E, ( dengan+

memakai persamaan sederhana.

erdapat lebih dari 2: persamaan keadaan yang telah dia!ukan untuk

menggambarkan cairan sa!a, uap sa!a dan daerah uap$cairan.

Di antaranya -

1. Persamaan gas ideal -

PV = RƟ(2.1)

yang hanya berlaku pada tekanan 'P( rendah dalam daerah uap dan gas.

. Persamaan keadaan &an der Faals -

( P+ av2 ) (v−b )= RƟ(2.2)

yang berlaku dengan baik dalam daerah cairan, uap dan di dekat serta di

atas titik kritis

2.2.2 Perubahan Diferensia Keadaan

Setiap infinitesimal dalam k""rdinat term"dinamika 'P, E, ( harus+

memenuhi persyaratan bah


17/36

Persamaan keadaan suatu sistem dapat dibayangkan bah


18/36

Sebenarnya G merupakan fungsi dari ' , P(, tetapi dalam perc"baan+

menun!ukkan bah


19/36

6ndaikan ada hubungan antara ketiga k""rdinat A, y, %, maka

f 'A,y,%( : '.11(

dengan

A fungsi 'y,%( maka -

dx=( ∂ x∂ y ) z dy+(∂ x

∂ z ) y dz (2.12)

Dan y fungsi 'A,%( maka -

dy=( ∂ y∂ x ) z dy+(∂ y

∂ z ) x dz(2.13)

dengan menyulihkan persamaan '.1/( ke dalam '.1( diper"leh -

A fungsi 'y,%( maka -

dx=( ∂ x∂ y ) z[( ∂ y∂ x ) z dx+( ∂ y∂ z ) x dz ]+( ∂ x∂ z ) y dz (2.14 )

6tau

dx=( ∂ x∂ y ) z(∂ y

∂ x ) z dx+[( ∂ x∂ z )( ∂ y∂ z ) x+( ∂ y∂ z ) x ]dz(2.15)

16


20/36

Sekarang dari ketiga k""rdinat itu hanya dua yang bebas 'A,%(. *ika d% :

dan dA :,

diper"leh -

( ∂ x∂ y ) z(∂ y

∂ x ) z=1(2.16)

(∂ x

∂ y

) z

= 1

(∂ y∂ x ) z

(2.17)

*ika dA : dan d% :, diper"leh -

( ∂ x∂ y ) z(∂ y

∂ x ) z+(∂ x

∂ z ) y=0(2.18 )

( ∂ x∂ y ) z(∂ y

∂ x ) z=−(∂ x

∂ z ) y (2.19)

( ∂ x∂ y ) z(∂ y

∂ z ) x+(∂ z

∂ x ) y=−1(2.20)

Kembali ke sistem hidr"statik berdasarkan persamaan '.15(, diper"leh -

( ∂ P∂V )Ɵ(∂ V

∂Ɵ ) P=−( ∂ P

∂Ɵ ) P(2.21)

1)


21/36

6tau

(∂ V ∂Ɵ ) P

( ∂V ∂ P )Ɵ=−( ∂ P∂Ɵ )v (2.22)

Dari persamaan '.( dan '.2(

β= 1V ( ∂V ∂Ɵ ) P

K =−1V ( ∂ V ∂ P )Ɵ

disulihkan ke dalam persamaan '.1( diper"leh -

( ∂ P∂Ɵ )V = β

K

Kembali ke persamaan '.4(

dP=( ∂ P∂Ɵ )V dƟ+(∂ P

∂ V )Ɵ dV

berdasarkan persamaan '.2( dan './(

1*


22/36

K =−1V ( ∂ V ∂ P )Ɵ

( ∂ P∂Ɵ )Ɵ= B

K

Diper"leh -

∂ P B

K ∂Ɵ $

1

kV ∂ V

'.0(

Lalu pada &"lume tetap ' V : ( , diper"leh -

∂ P B

K ∂Ɵ

',(

Dengan mengintegrasikan kedua keadaan tersebut , diper"leh -

∫ Pi

P

∂ P ∫Ɵi

Ɵ

∂Ɵ ',2(

Dan

P $

Pi B

k 'Ɵ $

Ɵi (

',3(

1"


23/36

!ontoh Soa

1. Persamaan keadaan gas ideal yaitu - P& 7 Ɵ , buktikanlah bah


24/36

a. K""rdinat term"dinamika ' P, E , Ɵ ( , maka E fungsi ' P , Ɵ (,

namun karena β ter!adi pada tekanan tetap berarti E fungsi ' Ɵ ( sa!a

lalu persamaan -

P& 7 Ɵ

Menggunakan perubahan diferensial keadaan men!adi -

Pd&

R ∂Ɵ!

(∂ V

∂Ɵ

) P

= R

P , Karena

β

1

v

R

P , maka

β=¿

1

Ɵ J

terbukti

b. k ter!adi pada suhu tetap berarti E fungsi ' P ( sa!a .

P& 7 Ɵ J & 7 Ɵ p−1

J d& − RƟ p−2

dP − RƟ / PV x 1/ P

, maka

k = 1

P J erbukti

. Diketahui -

β "ir Raksa=181 x 10−6

K −1

K "ir Raksa=3,82 x10−11

Pa−1

21


25/36

Massa air raksa pada tekanan 1 atm"sfir '1,:1/A1: A 105

Pa( dan

temperatur 0o

; diusahakan agar &"lume tetap. emperatur dinaikkan

hingga 10o

;, berapa Pa tekanan akhirnya

*a


26/36

"atihan 6. Berikan tanda silang 'C( untuk salah satu pilihan !a


27/36

c. sistem teris"lasid. sistem terbuka dan sistem teris"lasi

e. sistem therm"dinamik

. perhatikan gambar diba


28/36

c. sistem teris"lasid. sistem terbuka dan sistem teris"lasi

e. sistem therm"dinamik

3. Suatu sistem dinyatakan berada dalam keadaan setimbang !ika

resultan gaya luar maupun resultan gaya dalamnya 'gaya dachil(

adalah n"l. Keadaan setimbang ini merupakan keadaan setimbang

a. keadaan setimbang mekanisb. keadaan setimbang kimia


29/36

c. ( P+ av2 ) (v−b )= RƟ

d. P=

R#

V m+

β

V m2 +

&

V m3 +

'

V m4

e. pV = Konstan

1:.*ika perubahan temperatur dibuat sangat kecil, maka perubahan

&"lume !uga men!adi sangat kecil, maka kemuaian &"lume sesaat 'G(

dirumuskan men!adi

a. β= 1 P ( ∂ P∂Ɵ )v

b. β=

1

V ( ∂ V ∂Ɵ )V c.

β= 1

V ( ∂ P∂ V )Ɵd.

β= 1

V ( ∂ V ∂Ɵ ) pe.

β= 1

V ( ∂ P∂Ɵ ) P

B. *a


30/36


31/36

*a


32/36

batas sistem yang ditandai dengan garis putus$putus. Pada sistem ini

tidak terdapat pertukaran massa dengan lingkungan. Sistem seperti ini

disebut sistem tertutup*a


33/36

d. P=

R#

V m+

β

V m2 +

&

V m3 +

'

V m4 'c. 'Persamaan Beattie$Bridgeman(

e. pV = Konstan '+ukum B"yle(

*a


34/36

P1

V 1

# 1 =

P2

V 2

# 2

(15atm x100 liter )293 K

= P

2 x80 liter

298 K

P2=

(15atmx 100liter x 298 K )293 K x 80liter

=19atm

0. Pembahasan -

P1 1: atmE1 :: liter

1 3?; /:: KE 1: Liter /3?; /1: K

P1

V 1

# 1 =

P2

V 2

# 2

10atm x 200liter

300 K =

P2 x150 liter

310 K

P2=

10atmx 200 liter x310 K

300 K x 150liter =

620.000 atm

45.000=13,7atm

. K""rdinat term"dinamika ' P, E , Ɵ ( , maka E fungsi ' P , Ɵ (,

namun karena β ter!adi pada tekanan tetap berarti E fungsi ' Ɵ

( sa!a lalu persamaan -

P& 7 Ɵ

Menggunakan perubahan diferensial keadaan men!adi -

31


35/36

Pd& R ∂Ɵ!( ∂ V ∂Ɵ ) P=

R

P , Karena β

1

v

R

P , maka β=¿

1

Ɵ

J terbukti

32


36/36

Daftar Pustaka

6n"nim. Bab I Konsep Dasar . ?nline.

'ir%aman.staff.ipb.ac.id=files=:11=:4=materi$term"dinamika$:1:.pdf

diakses tanggal februari :1, pukul 1:-0:(

fathur"hman, 6pit. ::4. erm"dinamika. Indralaya- @akultas Keguruan dan

Ilmu Pendidikan )ni&ersitas Sri

5sistem dan keadaan termodinamika kelompok 5 new 150210084805 conversion gate01

Documents