LKPD 03

​Terima kasih

Proses Termodinamika

​Jumat, 10 Maret 2023

​SMA Kristen Passo

​Kompetensi Dasar:

3.7 Menganalisis Perubahan keadaan gas ideal dengan menggunakan hukum termodinamika

​Indikator:

1. Menganalisis siklus termodinamika

2. Menerapkan siklus termodinamika dalam pemecahan masalah

Petunjuk Belajar

1. Bacalah dan cermat informasi pendukung yang tersedia pada LKPD dan referensi lain untuk memperkaya pengetahuan anda tentang materi termodinamika

2. diskusikan bersama teman kelompok menggenai pertanyaan dalam LKPD

3. jika menemukan kesulitan silahkan bertanya kepada guru

4. Kerjakan Soal pada LKPD ini dengan teliti!

Siklus Termodinamika

a.Siklus Carnot

Siklus Carnot adalah proses dimana gas yang melakukan proses dapat

dikembalikan ke keadaan semula (bersifat reversibel) tanpa kehilangan

energi,sehingga gas dapat melakukan usaha kembali.

Tidak ada mesin yang bekerja diantara dua tendon panas yang tersedia yang

dapat lebih efesien daripada mesin reversible yang bekerja di antara kedua tendon

tersebut.

Siklus carnot disebut siklus ideal yang terdiri dari dua proses,yaitu:

1.Proses isotermik, yang terdiri dari proses pemuaian isotermis dan

pemampatan isotermik

2.Proses adiabatik, yang terdiri dari proses pemuaiana diabatis dan

pemampatan adiabatik.

Jika kita lihat siklus carnot terdiri dari 4 proses lengkap sebagai berikut:

1.Proses pemuaian isotermal

Gas yang mula-mula tekanannya P1, volumenya V1melakukan proses

pemuaian isothermal pada suhu T1 sehingga tekananya menjadi turun menjadi P2

dan volumenya naik menjadi V2.Pada proses ini sistem menyerap kalor Q1 dari

reservoir suhu tinggi T1 dan melakukan usahaW1.

2.Proses pemuaian adiabatic

Gas yang tekanannya P2 volumenya V2 dan suhunya T1 melakukan proses

pemuaian adiabatic sehingga tekannya turun menjadi P3, volumenya naik menjadi

V3 dan suhunya turun menjadi T2 sambil melakukan usaha W2.

3.Proses pemampatan isotermik

Gas yang tekanannya P3 volumenya V3 melakukan proses pemampatan

isotermis pada suhu T2 , sehingga tekanannya naik menjadi P4, volumenya turun

menjadi V4. Pada proses ini sistem menerima usaha W3 dan melepas kalor Q2

ke reservoir bersuhu rendah T2.

4.Proses pemampatan adiabatik

Gas yang tekanannya P4 volumenya V4m dan suhunya T2 mengalami

proses pemampatan adiabatis, sehingga tekanannya kembali menjadi P1,

volumenya kembali menjadi V1 dan suhunya menjadi T1 akibat dari sistem yang

menerima usaha W4.

Siklus Carnot merupakan dasar dari mesin ideal, yaitu mesin yang efisiensi

tertinggi yang disebut dengan mesin Carnot.

Usaha yang dilakukan oleh mesin Carnot adalah:

………………………………………………..(2.11)

Dimana; W=usaha mesin Carnot(J), Q1= kalor yang diserap dari reservor

suhu T1, Q2 = kalor yang dibuang pada reservoir suhuT2, T1= suhu tinggi(K),

T2= suhu rendah (K)

Dalam prakteknya dikenal mesin kalor seperti motor bakar, diesel dan

mesin uap. Pada siklus Otto terdiri dari proses adiabatis dan isokhorik,

sedangkan pada siklus diesel terdiri dari 3 proses, yaitu proses adiabatis, isobaric

dan isokhorik.

Efisiensi mesin Carnot adalah :

atau

…………..(2.12)

b.Mesin Kalor

Mesin kalor adalah suatu alat yang mengubah tenaga panas menjadi tenaga

mekanik. Misalnya dalam mobil energi panas hasil pembakaran bahan bakar

diubah menjadi energy gerak mobil. Kalian tahu ada gas yang dibuang dari

knalpot mobil disertai panas. Tidak semua energi panas dapat diubah menjadi

energi mekanik, ada energi yang timbul selain energi mekanik.

Contoh lainya adalah mesin pembangkit tenaga listrik tenaga panas bumi yang

digunakan untuk mengubah air menjadi uap. Uap dialirkan melalui sebuah turbin

sehingga turbin bergerak dan memutar generator sehingga timbul tenaga listrik.Secara

sistematik usaha mesin kalo radalah usaha yang dilakukan empat tahap secara siklus.

2.Mesin Pendingin (Referigator)

Refrigerator adalah mesin panas yang kerjanya berlawanan dengan sistem

panas. Pada refrigerator usaha diberikan pada mesin untuk menyerap panas dari

tendon dingin dan memberikan pada tendon panas. Mesin pendingin merupakan

perlatan yang bekerja berdasarkan aliran kalor dari benda dingin ke benda panas

dengan melakukan usaha pada sistem. Contoh mesin pendingin: lemari es (kulkas)

dan pendingin ruangan (AC).

Skema kerja mesin pendingin atau refrigerator ditunjukkan pada Gambar

berikut. Kita mengusahakan sebanyak mungkin kalor Qd yang dipindahkan

Tandon panas

Qp

dengan melakukan kerja sekecil mungkin.

Gambar 2.2 Prinsip kerja refrigerator untuk menyerap panas dari tendon dngin

diperlukan usaha dari luar

Hukum termodinamika kedua untuk mesin pendingin “ sebuah refrigerator

tidak mungkin bekerja secara siklis tanpa menghasilkan efek lain di luar serapan

panas dari benda dingin ke benda panas”.

Mesin pendingin mempunyai koefisien daya guna (koefisien performasi)

yang besarnya:

…………………………………..…(2.13)

Dimana; Kp=koefisien performa si mesin pendingin, Q2= kalor yang

diserap dari reservoir suhu T2, Q1 = kalor yang diberikan pada reservoir suhu T1,

W= usaha yang diperlukan(J),T1= suhu tinggi (K),T2=suhu rendah(K)

Hukum kedua termodinamika menyatakan adanya proses ireversible atau

tidak dapat balik. Proses reversible sebenarnya menunjukkan adanya tenaga

mekanis yang hilang. Semua proses reversebel menuju ke ketidakteraturan.

Misalkan sebuah kotak berisi gas kemudian kotak menumbuk dinding secara

tidak elastis. Gerak gas dalam kotak menjadi tidak teratur,sehingga suhu gas

naik. Gas menjadi kurang teratur dan kehilangan kemampuan untuk melakukan

usaha.

Besaran yang menunjukkan ukuran ketidakteraturan adalah entropi S.

entropi merupakan suatu fungsi yang tergantung pada keadaan sistem. Entropi

suatu fungsi yang tergantung pada keadaan sistem. Entropi suatu sistem berubah

dari satu keadaan ke keadaan yang lain dengan definisi:

………………………………………………………….(2.14)

dQrev adalah panas yang harus ditambahkan pada sistem dalam suatu

proses reversibel untuk membawa dari keadaan awal ke keadaaan akhirnya, dQrev

bernilai positif (+) jika panas ditambahkan pada sistem dan bernilai negative (-)

jika panas diambil dari sistem.

Mari kita melihat entropi sistem pada berbagai keadaan. Mari kita tinjau

zat yang dipanaskan pada tekanan tetap dari temperatur T1 menjadi temperatur

T2. Untuk menaikkan suhunya panas yang diserap adalah dQ. Kaitan antara dQ

dengan perubahan suhunya adalah:

…………………………………………………..…….(2.15)

Hantaran panas antara dua sistem yang memiliki beda temperatur tertentu

bersifat tak dapatbalik atau irreversibel. Entropi merupakan fungsi keadaan jadi

tidak tergantung pada proses.Maka perubahan entropi pada sistem adalah:

……………………………………….(2.16)

Bila T2>T1 maka perubahan entropi positif, dan sebaliknya jika T2<T1

maka perubahan entropinya negatif.Sekarang kita tinjau pemuaian reversibel

pada suhu tetap suatu gas yang memiliki suhu T dari volume V1 sampai V2.

Karena suhu tetap maka tenaga internalnya nol dan Q=W. Usaha dilakukan gas

dan panas diserap sistem dari tandon pada temperatur T. Perubahan entropi gas

adalah:

…………………………………………………………………..……(2.17)

………………………………………...…(2.18)

Jika V2 lebih besar daripada V1 maka perubahan entropi gas bernilai

positif. Pada proses ini sejumlah panas Q meninggalkan tendon dan memasuki

gas. Jumlah panas ini sama dengan usahayang dilakukan oleh gas. Perubahan

entropi gas adalah positif, karena Q= W positif, tetapi perubahan entropi tendon

negative karena Q negative atau Q keluar dari tandon. Jadi total perubahan entropi

gas dan tandon adalah nol. Sistem gas dan tandon kita katakan sebagai semesta.

Semesta adalah sistem dan lingkungannya. Dengan demikian kita bisa

mengambil kesimpulan“pada proses reversibel, perubahan entropi semesta adalah

nol.” Bagaimana jika prosesnya tidak reversibel? Misalkan saja gas pada suhu T

dan gas memuai secara bebas dari volume V1 menjadi V2. Pada pemuaian bebas

tidak ada usaha yang dilakukan dan tidak ada panas yang dipindah. Jadi kita

biarkan gas memuai sendiri.Prosesnya tidak reversibel,maka kita tidak bisa

mengunakan ΔdQ/T untuk mencari perubahan entropi gas.Akan tetapi karena

keadaan awal sama dengan keadaan akhir pada proses isotermal maka perubahan

entropi untuk pemuaian bebas sama dengan perubahan entropi pada pemuaian

isotermal. Maka perubahan entropi pada pemuaian bebas:

…………………………………………..(2.19)

Nilai V2 lebih besar dari V1 karena terjadi pemuaian bebas, maka

perubahan entropi semesta untuk proses irreversibel bernilai positif, atau

entropinya naik, maka kita bisa mengatakan pada proses irreversibel entropi

semesta naik. Bagaimana jika volume akhir lebih kecil dari volume mula-mula?

Bila ini terjadi maka entropi semesta akan turun, akan tetapi hal ini tak mungkin

terjadi karena gas tidak bisa secara bebas menyusut dengan sendirinya menjadi

volume yang lebih kecil. Maka kita sekarang bisa menyatakan hukum

termodinamika kedua menjadi untuk sembarang proses,entropi semesta tak pernah

berkurang.

Kegiatan Pembelajaran

Setelah membaca LKPD ini jawablah pertanyaan dibawah ini dengan benar dan teliti.

Open Ended

sebuah mesin carnot memiliki suhu 27⁰ C pada resevior suhu rendah dan 127⁰ C pada suhu tinggi. jika mesin melepas panas sebesar 600 Joule maka efesiensi mesin carnot adalah

Open Ended

mesin carnot bekerja pada resevior bersuhu 300 K dan 600 K dan menyerap kalor 500 J. berapa kalor yang terbuang oleh mesin carnot tersebut?

Open Ended

kulkas memiliki koefesiensi performansi 6. jika suhu ruang di lingkungan 28⁰C, maka suhu paling rendah kulkas tersebut

• B. J. Habibie

" ketika seorang menghina kamu, itu adalah sebuah pujian bahwa selama ini mereka menghabiskan banyak waktu untuk memikirkan kamu, bahkan ketika kamu tidak memikirkan mereka "