• B U K U A J A R MATA KULIAH TERMODINAMIKA TEKNIK I


  •   
  • FileName: textbook.pdf [read-online]
    • Abstract: "Thermodynamics An Engineering Approach" by Yunus A. Cengel, Michael A. ... "Applied Thermodynamics For Engineering Technologies", Fifth Edition 1996 by T.D. Eastop, ...

Download the ebook

BUKUAJAR
BUKU AJAR
MATA KULIAH TERMODINAMIKA TEKNIK I
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/COVER%20BUKU%20AJAR.html (1 of 2)5/8/2007 3:52:24 PM
BUKUAJAR
Disusun Oleh :
Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc
Ir. Zamanhuri, MT.
Tulus Burhanuddin Sitorus, ST.,MT.
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2006
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/COVER%20BUKU%20AJAR.html (2 of 2)5/8/2007 3:52:24 PM
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI
Halaman Judul
Lembar Identitas dan Pengesahan
Kata Pengantar i
Daftar Isi ii
BAB I DASAR TERMODINAMIKA
1.1. Defenisi 1
1.2. Prinsip Termodinamika 1
1.3. Penerapan Termodinamika 2
1.4. Sistem Termodinamika dan Volume Atur 3
1.5. Sistem Tertutup dan Sistem Terbuka 4
1.6. Pandangan Makroskopik dan Mikroskopik 4
1.7. Kesetimbangan Termal 5
1.8. Konsep Temperatur 6
1.9. Pemuaian Zat Padat dan Zat Cair 8
1.10. Tekanan 8
1.11. Energi 9
1.12. Dimensi dan Sistem Satuan 10
1.13. Kesetimbangan Termodinamik 13
1.14. Sifat-sifat Koordinat Termodinamika 23
1.15. Kerja
23
BAB II HUKUM TERMODINAMIKA I DAN PENGGUNAANNYA
2.1. Defenisi 27
2.2. Persamaan Energi 27
2.3. Proses Adiabatik 30
2.4. Entalpi 33
2.5. Proses Politropik 34
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Daftar%20Isi.html (1 of 2)5/8/2007 3:52:25 PM
DAFTAR ISI
BAB III PERUBAHAN FASE
3.1. Diagram P-V untuk zat murni 37
3.2. Diagram P-T untuk zat murni 39
3.3. Panas Laten 42
BAB IV HUKUM TERMODINAMIKA II
4.1. Defenisi 44
4.2. Mesin Panas 45
4.3. Kegunaan Hukum Termodinamika II 49
4.4. Entropi 53
Daftar Pustaka
Lampiran
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Daftar%20Isi.html (2 of 2)5/8/2007 3:52:25 PM
KATA PENGANTAR
KATA PENGANTAR
Buku ajar ini merupakan penuntun untuk mahasiswa yang mengambil mata kuliah
termodinamika teknik I. Dan pembuatan buku ajar ini juga berkaitan dengan proyek Inherent
Universitas Sumatera Utara tahun 2006.
Buku ajar singkat ini berisi ringkasan materi yang disampaikan pada mata kuliah termodinamika
teknik I. Diharapkan buku ajar ini dapat membantu mahasiswa dalam mengikuti dan mendalami
mata kuliah termodinamika teknik I sehingga didapatkan hasil yang optimal dalam perkuliahan.
Tim pelaksana juga dalam kesempatan ini mengucapkan terimakasih kepada rekan-rekan yang
mendukung proses perkuliahan ini yaitu Rektor USU, Dekan Fakultas Teknik, Panitia Proyek
Inherent Universitas Sumatera Utara dan para Reviewer, dan khususnya kepada Departemen
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara atas fasilitas yang diberikan.
Tim Pelaksana
Ketua,
Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/KATA%20PENGANTAR.html5/8/2007 3:52:25 PM
BAB I
BAB I
DASAR TERMODINAMIKA
I.1. Defenisi
Termodinamika merupakan suatu ilmu pengetahuan yang membahas hubungan antara panas dan
kerja yang menyebabkan perubahan suatu zat.
Maksudnya apabila suatu zat atau benda diberi panas (suhunya dinaikkan), maka akan timbul
berbagai-bagai akibat seperti :
- Gas, cairan dan zat padat memuai
- Termo-elemen membangkitkan GGL
-
Kawat-kawat mengalami perubahan daya tahannya.
Dalam proses demikian, biasanya terdapat suatu pengaliran panas dan bekerjanya suatu gaya yang
mengalami perpindahan (panas) yang mengakibatkan terjadinya "Usaha atau Kerja".
Tujuannya memecahkan persoalan termodinamika dengan menguasai prinsip dasar (dalil,
persamaan), sistematika pemecahan soal dan defenisi dasar suatu hukum termodinamika.
I.2. Prinsip Termodinamika
q Prinsip-prinsip Termodinamika dapat dirangkum dalam 3 Hukum yaitu :
> Hukum Termodinamika ke-Nol : berkenaan dengan kesetimbangan termal
atau Konsep Temperatur.
> Hukum Termodinamika I : - konsep energi dalam dan menghasilkan
prinsip kekekalan energi.
- menegaskan ke ekivalenan perpindahan
kalor dan perpindahan kerja.
> Hukum Termodinamika II : memperlihatkan arah perubahan alami
distribusi energi dan memperkenalkan
prinsip peningkatan entropi.
Hukum-hukum Termodinamika didasarkan pada penalaran logis , bukti yang
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (1 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
membenarkan penggunaan hukum-hukum ini secara menerus diperoleh dari
percobaan yang menyetujui akibat-akibatnya.
I.3. Penerapan Termodinamika
Penerapan termodinamika secara teknik (dalam perencanaan) yaitu :
- Refrigerasi dan Pengkondisian Udara
- Pembangkit Daya Listrik
- Motor Bakar
- Sistem pemanasan surya
- Pesawat Terbang
- Dan sebagainya
Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Uap :
Energi kimia atau energi nuklir dikonversikan menjadi energi termal dalam ketel uap
atau reaktor nuklir. Energi ini dilepaskan ke air, yang berubah menjadi uap. Energi uap
ini digunakan untuk menggerakkan turbin uap, dan energi mekanis yang dihasilkan
digunakan untuk meng- gerakkan generator untuk menghasilkan daya listrik.
Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Air :
Energi potensial air dikonversikan menjadi energi mekanis melalui penggunaan turbin
air. Energi mekanis ini kemudian dikonversikan lagi
Menjadi energi listrik oleh generator listrik yang disambungkan pada poros turbinnya.
Motor pembakaran dalam
Energi kimiawi bahan bakar dikonversikan menjadi kerja mekanis. Campuran udara-
bahanbakar dimampatkan dan pembakaran dilakukan oleh busi. Ekspansi gas hasil
pembakaran mendorong piston, yang menghasilkan putaran pada poros engkol.
I.4. Sistem Termodinamika dan Volume Atur
Defenisi dari sistem termodinamika adalah memisahkan bagian ruang yang ter batas atau kumpulan
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (2 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
zat dari lingkungannya, yang dibatasi oleh suatu permukaan tertutup.
Atau dapat diartikan :
- Bagian yang dipisahkan yang merupakan pusat perhatian kita disebut "sistem".
- Segala sesuatu di luar sistem yang mempengaruhi kelakuan sistem
secara langsung disebut "lingkungan".
Gambar 1.1. Sistem dan lingkungan
Gambar 1.1 dapat dilihat,. bila silinder dipanaskan, suhu meningkat dan gas mengembang, pengisap
dan batas sistem bergerak ke atas.
Selama proses ini, panas dan kerja berinteraksi melewati batas sistem.
Sistem terisolasi adalah suatu sistem yang tidak dipengaruhi oleh lingkungan, ini berarti
bahwa panas dan kerja tidak dapat berinteraksi dengan sistem melewati batas sistem.
Gambar 1.2. Aliran massa melewati permukaan volume atur yang memiliki pesawat
(kompressor udara).
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (3 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
I.5. Sistem Tertutup & Sistem Terbuka
- Sistem Terbuka : massa diperbolehkan melewati batas sistem
- Sistem Tertutup : tidak ada massa yang melewati / melalui batas sistem
Suatu sistem tertutup hanya dapat mengadakan pertukaran energi dengan
lingkungannya atau sistem lain.
Bila tidak mengadakan pertukaran energi sistem terisolasi
Sistem terisolasi secara termik dari lingkungannya Sistem adiabatik, tetapi masih
dapat mengadakan pertukaran kerja dengan lingkungannya.
I.6. Pandangan Makroskopik dan Mikroskopik
I.6.1. Pandangan Makroskopik
Uraian suatu sistem dengan menggunakan beberapa sifat yang dapat diukur
sebagai koordinat makroskopik, misalnya:
- Komposisi
- Volume sistem
- Tekanan gas
- Temperatur
Ciri Khas Koordinat Makroskopik
1. Koordinat ini tidak menyangkut pengandaian khusus mengenai struktur materi.
2. Jumlah koordinatnya sedikit
3. Koordinat ini dipilih melalui daya terima indera kita scara langsung.
4. Pada umumnya koordinat ini dapat diukur secara langsung
I.6.2. Pandangan Mikroskopik
Ciri khas mikroskopik:
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (4 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
1. Terdapat pengandaian secara struktur materi, yaitu molekul dianggap ada.
2. Banyak kuantitas yang harus diperinci
3. Kuantitas yang diperinci tidak berdasarkan penerimaan indera kita
4. Kuantitas ini tidak bisa diukur.
Kedua pandangan di atas terdapat hubungan, walaupun sepintas kelihatan sangat berbeda,
contoh : kuantitas mikroskopik tekanan adalah perubahan momentum rata-rata yang
ditimbulkan oleh tumbukan molekular pada bidang yang luasnya satu satuan.
Tekanan dirasakan oleh indera kita, dialamai, diukur.
Jika molekular diubah konsep tekanan tetap (teori).
I.7. Kesetimbangan Termal
Keadaan setimbang dalam suatu sistem bergantung pada sistem lain yang ada di dekatnya dan siafat
dinding yang memisahkannya.
Dinding adiabatik atau diaterm.
Contoh soal :
1. Dua buah logam memiliki koordinat termodinamik yang berbeda (kuantitas), dipisahkan oleh
dinding diaterm, maka kedua benda / logam akan mengalami
perubahan yang pada akhirnya akan mempunyai kuantitas yang sama disebut
kesetimbangan termal.
Sistem saling berinteraksi untuk mencapai kesetimbangan melalui dinding diaterm.
2. Bila dua sistem A dan B yang dipisahkan oleh dinding adiabatik tetapi masing-masing
bersentuhan dengan sistem ketiga, yaitu C melalui dinding diaterm.
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (5 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
Gambar 1.3. Keseimbangan Termal
Kedua sistem mencapai kesetimbangan termal dengan sistem ketiga, dan tidak ada perubahan
lagi jika dinding adiabat yang memisahkan A dan B digantikan oleh dinding diaterm.
Maka sistem gabungan akan tetap dalam kesetimbangan termal, disebut sebagai Hukum
Termo ke-Nol.
I.8. Konsep Temperatur
Temperatur (suhu) sebagai perasaan "panas" atau "dingin" bila kita menyentuh suatu benda.
Temperatur sistem : suatu sifat yang menentukan apakah sistem dalam kesetimbangan
termal dengan sistem lainnya.
Isoterm adalah kedudukan semua titik yang menggambarkan keadaan sistem dalam
kesetimbangan termal dengan suatu keadaan dari sistem lain.
Satuan temperatur : C ; F &
Temperatur mutlak : K ; R
I.8.1. Skala Temperatur
Alat ukur temp "Termometer"
Ada 4 macam skala temperatur dikenal yaitu :
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (6 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
Gambar 1.4. Skala beberapa jenis temperatur
Titik Triple air : 273,16 K ; 0,01 C ; 491,69 R ; 32.018 F
Titik Beku air : 273,15 K ; 0 C ; 491,67 R ; 32 F
Titik Didih air : 373,15 K ; 100 C ; 671,67 R ; 212 F
1.9. Pemuaian Zat Padat dan Zat Cair
Pada umumnya setiap zat (padat, cair dan gas) akan bertambah volumenya sebesar dV apabila
temperaturnya naik sebesar dT .
Koef. muai ruang :
Koef. muai panjang :
I.10. Tekanan
Definisi Tekanan :
Dimana:
Fn = Komponen gaya tegak lurus pada A
A = Luas bidang dalam medium yang kecil
A' = Luas bidang yang terkecil agar medium masih dapat
dianggap sebagai kontinuitas
Istilah : untuk gas cairan tekanan
untuk zat padat tegangan
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (7 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
Tekanan Absolut : Tekanan yang diadakan oleh sistem pada batas sistem
Tekanan di atas Tekanan Atmosfir : Pabs = Prelatif + Patm
Tekanan di bawahTekanan.Atmosfir Tek. Relatif (-) (vakum)
Misalnya : Tekenan Relatif = -10 kg/cm2
Vakum = 10 kg/cm2
Hubungan antara tekanan absolut, tekanan relatif dan tekanan vakum dapat dilihat di bawah ini.
Gambar 1.5. Hubungan antara tekanan absolut, tekanan relatif dan tekanan vakum
I. 11. Energi
Didefinisikan sebagai kemampuan untuk menghasilkan, atau kapasitas untuk menghasilkan suatu
pengaruh.
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (8 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
Gambar 1.6. Klasifikasi energi
I. 12. Dimensi dan Sistem Satuan
Sistem satuan yang digunakan adalah sistem satuan metrik atau Sistem Internasional (SI). Di dalam
satuan-satuan dasar digunakan dimensi-dimensi adalah:
L = panjang (meter)
M = massa (kilogram)
t = waktu (detik.menit)
T = suhu (K, R)
Satuan-satuan lainnya dapat ditentukan atau diturunkan dari satuan-satuan dasar ini.
Tabel 1.1. Satuan-satuan Dasar (SI) dan Tambahan
Besaran Satuan Dasar Notasi
Panjang Meter m
Massa Kilogram kg
Waktu Detik det (s)
Suhu Kelvin K
Arus listrik Ampere A
Intensitas Cahaya Candela d
Satuan Tambahan
Sudut bidang Radias rad
Sudut ruang Steradias Sr
Contoh: Penggunaan satuan, misal Hukum Newton II
F m.a
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (9 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
atau,
dimana : gc = konstanta dimensional (memberikan kesetimbangan terhadap satuan)
Jadi, satuan (SI) :
British :
(untuk massa 1 lbm dibutuhkan
percepatan sebesar 32.174 ft/sec2).
Contoh: Energi Kinetik (EK) =
Maka digunakan suatu faktor yang disebut konstanta dimensional gc sehingga
SI sistem : m = massa (kg)
v = kecepatan (m/det)
gc = 1 kgm/N.det2
Soal :
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (10 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
1. Hitunglah Energi kinematik dalam Btu 4000 lbs mobil dengan kecepatan
60 mph. Gunakan juga sistem satuan SI.
Jawab:
60 mph = 88 ft/sec
= 4.8 x 105 ft lbf
= 618 Btu
dalam satuan SI:
v = 60 mph = 28.62 m/det
m = 4000lbs = 1816 kg
= 7,44 x 105 Nm
= 7,44 x 105 Joule
2. Hitung tekanan atmosfir pada ketinggian 0,760 mHg.
Density Hg 13,60 gr/cm3.
Jawab:
dimana:
g = 9.80 m/det2
h = 0.76 m
= 1.013 x 105 N/m2
= 1.013 x 105 pascal
British System
= 13.60 g/cm3 = 847 lbm/ft3
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (11 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
g = 32.2 ft/sec2
h = 0.76 m = 2.49 ft
I. 13. Kesetimbangan Termodinamik
Bila keadaan sistem berubah terjadi interaksi sistem dengan lingkungan atau jika
koordinat makroskopik berubah sistem mengalami perubahan keadaan.
Bila sistem tidak dipengaruhi oleh sekelilingnya, maka sistem terisolasi Dalam
penerapan praktis termodinamika, sistem biasanya dipengaruhi oleh lingkungannya.
Kesetimbangan termodinamik tidak ada kecenderungan terjadinya perubahan keadaan baik untuk
sistem maupun untuk lingkungannya.
Sistem dalam kesetimbangan mekanis : bila sistem tidak cenderung mengalami
perubahan spontan dari struktur internalnya, seperti reaksi kimia atau perpindahan materi
dari satu bagian sistem ke bagian lainnya, seperti diffusi atau pelarutan. Bagaimanapun
lambatnya, maka sistem dalam keadaan setimbang kimia.
Kesetimbangan termal : bila tidak terjadi perubahan spontan dalam koordinat sistem
yang ada dalam kesetimbangan mekanis dan kimia, bila sistem itu dipisahkan dari
lingkungannya oleh dinding diaterm.
Dalam kesetimbangan termal, semua bagian sistem bertemperatur sama, dan temperatur ini sama
dengantemperatur lingkungannya.
Bila pernyataan ini tidak dipenuhi, perubahan keadaan akan berlangsung sampai kesetimbangan
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (12 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
termalnya tercapai.
Bila salah satu persyaratan dari tiga jenis kesetimbangan yang merupakan komponen dari
kesetimbangan Termodinamik tidak dipenuhi, maka sistem dalam keadaan tak setimbang.
Jika kita pandang secara makroskopik pada salah satu dari keadaan tak setimbang, kita
dapatkan tekanan satu bagian sistem berbeda dengan bagian sistem lainnya. Jadi, tidak ada satu
harga tekanan yang dapat mengacu pada sistem secara keseluruhan. Demikian juga temperatur
berbeda dengan lingkungannya.
Dalam bagian ini kita hanya membahas sistem dalam kesetimbangan termodinamik.
Untuk menyederhanakan masalah, misalkan gas dengan :
m = tetap, dalam bejana yang dilengkapi, sehingga p, V, dan T dengan mudah dapat
diatur.
Jika V ditetapkan dan T dipilih harga tertentu, maka kita tidak bisa mengubah p-nya,
atau
V dan T dipilih, harga p pada kesetimbangan diperoleh secara alami.
Diantara ketiga koordinat Termodinamik p, V dan T hanya dua yang merupakan perubah
bebas, hal ini menunjukkan bahwa harus ada satu persamaan kesetimbangan yang
menghubungkan koordinat Termodinamik.
Persamaan seperti itu disebut "Persamaan keadaan".
pV = mRT atau pV = nRT
atau, pv = RT
dimana : p = N/m2 (= Pa)
V = m3
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (13 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
v = sp.volum (m3/kg)
T = K, R
I. 13.1. Perubahan Keadaan Gas Ideal
Perubahan keadaan gas ideal ada 4 empat macam, yang istimewa adalah:
1. Pada tekanan konstan (p = C)
Gambar 1.7. Proses pada tekanan konstan
2. Pada volume konstan (v = C)
Gambar 1.8. Proses pada volume konstan
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (14 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
3. Pada temperatur konstan (T = C)
pv = RT = konstan
p1v1 = p2v2 atau
Gambar 1.9. Proses pada temperatur konstan
Dari ketiga proses di atas (p,v,T, konstan), maka dapat di gambarkan pada masing-masing
diagram p,v,T.
Untuk T = C diagram p-v
Gambar 1.10. Diagram p-v
Untuk v = C diagram p-T
Gambar 1.11. Diagram p-v
Untuk p = C diagram v-T
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (15 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
Gambar 1.12. Diagram p-v
4. Perubahan Keadaan Pada Proses Adiabatik
Pada proses adiabatik: tidak ada panas yang keluar maupun yang masuk dari/ke sistem.
(akan dibicarakan dalam bab selanjutnya).
I.13.2. Persamaan Keadaan
pV = n RT dimana n = banyaknya mol gas
pV = mRT untuk satu satuan massa, maka persamaan keadaan adalah:
Persamaan di atas digunakan sebagai benda kerja umumnya dianggap sebagai
gas ideal.
Gas ideal (gas sempurna) adalah gas dimana tenaga ideal molekulnya dapat diabaikan.
Dimana : p = tekanan absolut
V = volume gas (m3 , ft3)
v = spesifik volume gas
R = konstanta gas
T = Temperatur mutlak (K , oR)
Untuk tenaga ikat molekul-molekulnya tidak dapat diabaikan, persamaan pv RT, dan
dapat dituliskan sebagai berikut:
Persamaan Keadaan Gas Van Der Waals.
dimana : a dan b adalah konstanta yang berbeda untuk masing-masing gas.
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (16 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
;
Disamping persamaan persamaan gas V.D Waals, juga Beattie Bridgeman membuat
persamaan gas sebagai berikut:
dimana:
A0, a, B0, b, dan c adalah konstanta-kontanta yang berubah untuk masing-masing gas.
I.13.3. Perubahan Keadaan Dalam Persamaan Differensial
Pengaruh temperatur terhadap volume suatu zat pada tekanan konstan disebut koefisien
pengembangan atau koefisien muai volum rata-rata (kemuaian volum) .
Pengaruh (efek perubahan) tekanan terhadap volume sistem pada temperatur konstan
disebut Kompressibelitas.
Diantara ketiga koordinat Termodinamika p, V, dan T hanya dua yang merupakan perubah bebas:
Persamaan gas ideal:
pv = RT
Jadi:
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (17 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
;
Hubungan setiap koordinat dalam dua koordinat lainnya:
1. V = f (p,T)
2. p = f (V, T)
3. T = f (p,V)
Hubungan antara ketiga koordinat p, V, T adalah sebagai berikut:
f (p, V, T) = 0
Dari ketiga koordinat hanya dua yang bebas:
dimana dT = 0 T = konstan
atau
===>
;
atau,
Bila V = c, dV = 0
(integrasi)
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (18 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
Contoh Soal:
Massa air raksa pada tekanan atm dan temperatur 0 C diusahakan agar volume tetap. Jika
temperatur dinaikkan hingga 10 C, berapakah tekanan akhirnya?
Jawab:
Besar dan K dari 0 10 C (dapat dilihat pada tabel tetapan fisis)
= 181 x 10-6 K-1
K = 3.82 x 10-11 Pa-1
Jadi:
p2 = (473 x 105) Pa + (1 x 105 Pa)
p2 = 474 x 105 Pa
I. 14. Sifat-sifat Koordinat Termodinamika
Dibagi 2 golongan, yaitu:
1. Sifat/koordinat intensif tidak tergantung langsung pada massa.
(tidak tergantung kepada ukuran atau kuantitas bahan)
2. Sifat/koordinat Ekstensif tergantung langsung pada massa.
(bergantung pada ukuran atau kuantitas bahan).
Tabel 1.2. Sifat intensif dan Ekstensif
Sifat Intensif Sifat Ekstensif
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (19 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
Viskositas (v) Volume (V)
Tekanan (p) Berat / massa (M)
Temperatur (T) Energi / kerja (En)
Tegangan permukaan () Luas permukaan (A)
Intensitas listrik (E) Panjang (L)
Gaya tegang (F)
I.15. Kerja
Sistem mengalami pergeseran karena bereaksinya gaya atau hasil kali gaya dengan pergeseran
(jarak) yang sejajar dengan gaya itu.
dimana:
Karena terjadi pergeseran yang mengakibatkan perubahan volume,
maka kerja adalah:
Kerja positif : Sistem melalui kerja sehingga terjadi pemuaian / pengembangan (pertambahan
volume).
Kerja negatif : Pada sistem dilakukan kerja, sehingga terjadi pengkompressian sistem
(pengurangan volume).
Proses Kuasi Statik : proses yang hampir statik atau setiap saat keadaan sistem (selama proses)
menghampiri keadaan setimbang terus.
I.15.1. Kerja dari Proses Kusai Statik
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (20 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
Pemuaian dan pemampatan pada T = C dalam proses KuasiStatik dari
gas ideal:
Persamaan gas ideal : pV = nRT atau pV = mRT
maka:

Pertambahan tekanan isoterm Kuasi Statik pada zat padat:
V = f (p,T)
dan
Pada temperatur tetap : dV = - kV dp
Substitusi harga dV diperoleh:
(integral)
Perubahan dalam V dan K pada T = C sedemikian kecil, sehingga perubahan ini dapat diabaikan,
maka :
dimana :
Pemampatan (compression) dan Pemuaian (expansion) dapat digambarkan dalam p-V diagram
sebagai berikut :
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (21 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
Gambar 1.13. P-V diagram pemampatan
Gambar 1.14. P-V diagram pemuaian
Gambar 1.15. Siklus melingkar
BAB II
HUKUM TERMODINAMIKA I DAN PENGGUNAANNYA
II.1. Defenisi
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (22 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
Bila sistem diberi panas sebesar dQ, maka sistem akan berekspansi dan melakukan
kerja sebesar dW.
Pemanasan sistem akan menimbulkan beberapa hal :
1. Pertambahan kecepatan molecular dari sistem
2. Pertambahan jarak antara molekul-molekul sistem,
karena sistem berekspansi.
Sehingga panas dQ yang diberikan akan mengakibatkan terjadinya :
1. Pertambahan energi dalam sistem
2. Pertambahan energi kinetik molekul
3. Pertambahan energi potensial
4. Pertambahan energi fluida
akibat gaya-gaya konservatif luas seperti gaya gravitasi.
II.2. Persamaan Energi
Jadi, persamaan energi untuk sistem adalah:
Ini adalah :
dQ = dU + dEk + dEp + dEf + dW Persamaan konservatif energi sistem,
atau Hukum Termodinamika I.
Bila sistem mengalami Ek, EP dan EF konstan, (dEk = 0 ; dEP = 0 ; dEf = 0) disebut sistem
diisolasi, maka Hukum Termodinamika I menjadi:
dQ = dU + dW
Persamaan energi suatu sistem merupakan hubungan persamaan energi-dalam (u)
dengan variabel-variabel keadaan sistem, dalam differensial partial (u):
II.2.1. Variabel Persamaan Energi
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (23 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
1. T dan v sebagai variable bebas
U = f (T,v)

Hukum Termodinamika I, dalam satu satuan massa :
dq = du + dw = du + pdv
maka,
a. Proses T = C (isothermal) dT = 0.
Persamaan 1* menjadi :
atau :
b. Proses V = C (isovolum) dV = 0
dq = Cv dT|v
Sehingga persamaan * menjadi :
>>
c. Proses p = C (Isobar) dp = 0
dq = Cp dT|P
Persamaan * menjadi :
Atau,

d. Proses Adiabatik dq = 0
Adiabatik : tidak energi (dalam bentuk panas) yang masuk maupun keluar dari /ke sistem.
Persamaan 1* menjadi :
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (24 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
atau,
Contoh : Buktikan : cp cv = R
untuk gas ideal : pv = RT
energi dalam { U = f (T) } U = Cv.T + konstanta
, substitusi ke persamaan 2* ,
maka cp cv = R
2. T dan p sebagai variable bebas
U = f (T,p)
>> Persamaan / Hukum Termodinamika I menjadi:
v = f ( p,T)
Dengan cara yang sama dapat dilakukan untuk proses-proses:
1. T = C isothermal dT = 0
2. p = C isobar dP = 0
3. v = C isovolum dV = 0
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (25 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
4. Q = C adiabatik dq = 0
II.3. Proses Adiabatik
Syarat : dQ = 0 (sistem diisolasi)
Hukum Termodinamika I : dQ = dU + dW
atau : 0 = dU + dW
dU = - dW
U2 U1 = -W W-, U (kompresi)
Atau, U1 U2 = W W+, U (ekspansi)
Hubungan variabel p, v dan T dapat dibuat untuk proses adiabatik, dan dapat
digambarkan di dalam p-v diagram.
------ : garis isotermis.
: garis adiabatik.
Gambar 2.1. Hubungan variabel p, v dan T dapat dibuat untuk proses adiabatik
Hukum Termodinamika I : dQ = dU + dW
Proses adiabatik : dQ = 0
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (26 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
0 = dU + dW
di mana: dU = mcv dT dan dW = pdv
(du = cv dT)
m cv dT = - pdV
Persamaan gas ideal : pV = mRT
Integrasi diperoleh : pdV + Vdp = mRdT
-m cv dT + Vdp = mRdT
= m . cp Vdp = m cp dT
dari persamaan : m cv dT = -pdV
m cp dT = Vdp

(diintegrasikan)
diperoleh : + konst. dimana
= konst.
atau,
dari, m cv dT + p dV = 0
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (27 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
gas ideal : pV = mRT

(diintegrasikan)
ln T + ln VR/CV = konstan
dimana

dengan cara yang sama :
II.3.1. Kerja pada Proses Adiabatik
Pada proses adiabatik maka besarnya kerja yang terjadi adalah :
dimana,
>
II.4. Entalpi
Entalpi suatu sistem Jumlah energi dalam dengan hasil kali tekanan & volume sistem.
Dari Hukum Termodinamika I : dQ = dU + dW = dU + pdV
d (pV) = pdV + Vdp
pdV = d(pV) Vdp
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (28 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
Hukum Termodinamika I menjadi:
dQ = dU + d (pV) - Vdp
dQ = d (U + pV) Vdp
Entalphi adalah : H = U + pV ; untuk satu satuan massa, h = u + pv.
Sehingga Hukum Termodinamika I :
dQ = dH Vdp
dH = d (U + pV) = dU + dpV
Untuk gas ideal, dimana dU = mcvdT
pV = mRT
maka, dH = mcvdT + d (mRT) = m (cv + R) dT
dH = mcpdT , untuk satu satuan massa : dh = cp dT.
II.5. Proses Politropik
Proses sesungguhnya yang di jumpai di dalam praktek, misalnya mesin-mesin panas dan
mekanis seperti kompressor adalah proses politropik. Bentuk dan sifat, proses politropik
ditentukan oleh eksponen politropik ( n = 0 ~ ).
Proses Politropik mempunyai bentuk persamaan sebagai berikut :
Pvn = C dimana : n = bilangan konstan,
atau eksponen politropik.
Bila, harga n = 0, berarti proses adalah tekanan konstan (isobar),
n = ~ berarti proses adalah volume konstan (isovolum).
Proses politropik pada keadaan selama proses, awal dan akhir proses dinyatakan sebagai
berikut :
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (29 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I
Bila kerja dinyatakan sebagai dW = p dV, terjadi antara keadaan awal (1) dan akhir (2), dengan
mengintegrasi persamaan di atas, maka :
Maka kerja untuk proses politropik adalah :
Kerja untuk gas ideal, adalah :
Hubungan p, v, dan T pada proses politropik untuk gas ideal adalah :
II.5.1. Proses Politropik Pada p-V Diagram
Proses Politropik Pada p-V Diagram dapat dilihat pada gambar doi bawah ini :
kompressi
file:///D|/E-Learning/Termodinamika%20Teknik%20I/Textbook/Buku%20Ajar%20Termodinamika%20Teknik%20I.html (30 of 53)5/8/2007 3:52:27 PM
BAB I


Use: 0.0267