Lecture 8

Fisika Panas
2 SKS
Adhi Harmoko S, M.Kom

Es diletakkan di atas lantai
T es < 0 0 C
T udara = 30 0 C
Bagaimana Hk. Kekekalan energi menerangkan fenomena
ini ?

Es diletakkan di atas lantai
T udara = 30 0 C
T es < 0 0 C
Q = dU
Panas mengalir dari lingkungan
ke es karena perbedaan T
T udara > T Es
Energi panas digunakan
oleh molekul 2 air untuk
berubah wujud dari es ke
cairan
Apakah mungkin air secara spontan menjadi es ?

Batu dijatuhkan ke tanah
Bagaimana Hk. Kekekalan energi menerangkan fenomena
ini ?

Batu dijatuhkan ke tanah
Saat batu jatuh: E P ⇒ E K
Saat batu menumbuk tanah:
E K ⇒ dU, tanah dan batu
( molekul 2 bergerak cepat
dan temperatur naik )
Pernahkah terjadi kejadian sebaliknya secara spontan ?

Analis
Seandainya ke dua contoh kejadian di atas dibalik, Hk.
Termodinamika ke-1 (Hk. Kekekalan energi) tetap saja
berlaku !!!
Ada kekurangan dalam hal menerangkan kasus Reversibel !
Hukum Termodinamika ke-2
“ Secara natural panas mengalir dari obyek yang panas ke
obyek yang dingin, Panas tidak mengalir secara spontan
dari obyek yang dingin ke obyek yang panas ”
Pernyataan Clausius (1822-1888)

Mesin Panas
Alat perubah Energi Panas ke Energi Mekanis
Merubah energi mekanis ke
Energi panas ⇒ Mudah
Merubah energi panas ke
Energi mekanis ⇒ ???
Mesin Panas

Mesin Panas
Mesin Uap
Steam engine
Mesin Kombusi
Internal Combustion Engine

Mesin Uap - Steam engine

Mesin Kombusi - Internal Combustion Engine

Tranfer energi dari Mesin Panas
Hk. Kekekalan energi
Q = W +
H
Q L
T H dan T L : temperatur
operasi mesin
Efisiensi Mesin
e
=
W
Q H
=
1 −
Q
Q
L
H
Jika Q L rendah maka e menjadi besar.
Tidak mungkin membuat Q L = 0 K ⇒ Tidak ada mesin dengan
e=100%

Hukum Termodinamika ke-2
“Tidak ada alat yang dapat merubah panas seluruhnya
menjadi kerja” Pernyataan Kelvin-Planck

Mesin Carnot
e
ideal
=
1 −
Q
Q
L
H
=
1 −
T
T
L
H
|Q H |
|Q L |

Mesin Carnot
Siklik Carnot adalah Siklik Reversibel
Setiap Siklik Carnot yang beroperasi pada T H dan T L
sama ⇒ e sama
yang
Efisiensi Mesin Carnot tidak bergantung dari substansi yang
digunakan
Semua Mesin Irreversibel mempunyai efisiensi lebih rendah
dari Mesin Carnot

Mesin Stirling
e ideal gas =
R ( T H –T L ) ln ( V 2 / V 1 )
R T H ln ( V 2 / V 1 ) + C V ( T H –T L )
Jika C V = 0 maka akan
sama dengan Siklus Carnot.
Karena C V > 0 maka
eStirling < eCarnot

Mesin Diesel

Mesin Otto

Mesin Brayton

Refrigerator, AC & Pompa Panas
1. compressor
2. icebox
3. thin metal vanes
4. expansion valve
5. tube terminating
6. .
7. electrical switch
8. polyurethane foam

Refrigerator, AC & Pompa Panas

Refrigerator, AC & Pompa Panas

Refrigerator, AC & Pompa Panas
Skema Transfer Energi
Mesin Panas
Refrigerator / AC
e = |W| / |Q H |
Efisiensi Mesin:
e
=
W
Q L
=
Performan Koefisien (CP):
CP
=
Q
L
W

Refrigerator & Air Conditioner
CP
=
Q
L
W
=
Q
H
Q
−
L
Q
L
=
T
H
T
L
−
T
L

Pompa Panas
CP
=
Q
H
W

Entropy
Hk. Termodinamika ke - 2 dari pernyataan Clausius dan
Kelvin-Planck adalah agak khusus (hanya untuk proses
tertentu )
Banyak proses-proses reversibel lain yang memenuhi Hk.
Termodinamika ke - 1, tetapi belum dapat diterangkan
dengan baik.
Pernyataan yang lebih umum dari Hk. Termodinamika ke-2

Entropy
Siklus Carnot
Q
H
=
T
H
Q
T
L
L
Jika harga mutlak dihilangkan
Q
T
H
H
Q
= −
T
Setiap siklus reversibel dapat
didekati dengan sederet siklus
Carnot
∑ Q =
T
L
0
L

Entropy
Setiap proses reversibel dapat didekati
dengan banyak infinit siklus Carnot
∫ T
dQ
=
Berlaku untuk semua proses reversibel
Jika proses siklusnya dari a ke b ke a
0
dQ
∫ =
T
I
∫
II
dQ
T
dQ/T tidak tergantung langkah/ arah
proses

Entropy
dS =
dQ
T
ΔS
=
S
b
−
S
a
=
b
∫ dS =
a
b
∫
a
dQ
T
∫ dS = 0
Siklus reversibel