1 / 28

4.5 Kapasitas Panas dan Kapasitas Panas Jenis

4.5 Kapasitas Panas dan Kapasitas Panas Jenis. Pada bagian ini akan dibahas Kapasitas panas dan Kapasitas panas jenis khusus untuk gas Sempurna . Satuan kalor atau panas adalah kalori atau BTU (British thermal unit)

rozene
Download Presentation

4.5 Kapasitas Panas dan Kapasitas Panas Jenis

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 4.5 Kapasitas Panas dan Kapasitas Panas Jenis • PadabagianiniakandibahasKapasitaspanasdanKapasitaspanasjeniskhususuntuk gas Sempurna. • Satuankalorataupanasadalahkaloriatau BTU (British thermal unit) • Satukalorididefinisikansebagaipanas yang diperlukanuntukmenaikkansuhu 1 gram air denagn 1 oC. • Satu BTU didefinisikansebagaipanas yang diperlukanuntukmenaikkansuhu 1 lb air dengan 1 oF • Olehkarena 1 lb = 454 gram dan 1 skala F = 5/9 Skala Celsius maka1 BTU = 252 kalori

  2. Kapasitaspanassuatuzatialahbanyaknnyapanas yang diperlukanuntukmenaikkansuhuzatitudengan 1K. JikasuhuzatitunaikdengndTdankapasitspanaszatitu C, makapanas yang diperlukanadalah Q = C dT JadiKapasitaspanaszatituadalah C = Q /dT

  3. C merupakanfungsidari T. • Artinyakenaikansuhudari 273 K menjadi 274 diperlukanpanas yang berbedadengankenaikansuhudari 300 K menjadi 301 K. • Kapasitaspanas rata-rata C = Q/T • Satuan C dalam (SI) adalahJ K-1 • Jikakapasitaspanasdibagidenganmassazat m, hasilnyadisebutkapasitaspanasjenis, c. • c = C/m = Q /(m.dT) = q/dT • SatuankapasitaspanasjenisadalahJkg-1K-1

  4. Jikakapasitaspanasdibagidenganjumlah mol dalamsistem, hasilnyadisebutkapasitaspanasjenismolal, yang dirumuskansebagaiberikut c = C/n = Q /(ndT) = q /dT • Panas yang masukataukeluardarisistemdapatdihitungdenganpersamaan • atau

  5. Andaikan 1 kg atau 1 mol zat menyerap kalor q sehingga suhunya berubah dari T menjadi T + dT. Penyerapan kalor ini dapat melalui bermacam-macam proses. (proses tekanan tetap, volume tetap atau proses lainnya). Olehnya itu zat dapat memiliki bermacam-macam kapasitas panas jenis: cp : kapasiats panas jenis pada tekanan tetap cv : kapasitas panas jenis pada volume tetap • Suatu sistem yang memiliki kapasitas panas sangat besar demikian rupa sehingga walaupun ada panas yang masuk atau keluar sistem, tetapi suhunya dianggap tidak berubah, disebut reservoir panas.

  6. 4.6 PANAS TRANSFORMASI, ENTALPI • Panas Transformasi suatu zat l , ialah kalor yang dilepas atau diserap oleh 1 kg zat itu agar supaya terjadi perubahan fase • Panas tranformasi per mol disebut panas transformasi molal. • Satuan panas transformasi dalam SI ialah : J/kg untuk kalor transformasi per kg J/mol untuk kalor transformasi per molal.

  7. Perubahan fase sering diikuti oleh perubahan volume, sehingga disertai oleh usaha yang dilakukan oleh atau terhadap sistem. Kecuali pada volume kritis, karena volume jenis zat cair pada suhu ini sama dengan volume jenis uap. • Jika perubahan fase ini terjadi pada suhu tetap, maka tekanannya juga tetap, sehingga usaha oleh sistem persatuan massa atau per mol adalah: w = p(v2 – v1) Karena p tetap maka p = p1 = p2 , maka w= p2v2 – p1v1

  8. q = (u2-u1) + w (H. I Termodinamika) l= (u2-u1) + (p2v2 – p1v1 ) atau (u2-u1) = l – (p2v2 – p1v1) l = (u2 +p2v2 )-( u1 + p1v1) Suku-suku dalam kurung pada ruas kanan disebut entalpi, diberi lambang h, jadi, h = u + pv Dengan demikian panas transformasi ditulis l = h2 – h1 Karena p, v, dan u adalah variabel keadaan, maka h juga variabel keadaan dan diferensialnya adalah diferensial eksak.

  9. Selanjutnya akan digunakan lambang-lambang berikut • l pc : untuk perubahan fase padat ke cair (proses pencairan) • l cu : untuk perubahan fase cair ke uap (proses penguapan) • l pu : untuk perubahan fase padat ke uap (proses sublimasi). Entalpi untuk bermacam fase digunakan lambang.hp, hc, dan hu (untuk entalpi padat, cair dan uap).

  10. l pc = hc - hp • l cu = hu - hc • l pu = hu- hp • Ternyata l cu untuk air berubah dengan suhu, yaitu turun bila suhu naik, dan menjadi nol pada suhu kritis, yaitu untuk air adalah 374 oC. • Bila suatu zat sebagian dalam keadaan cair dan sebagian lagi dalam keadaan uap pada suhu jenuh, maka kualitas zat itu didefinisikan sebagai nisbah massa uap dengan massa total dan diberi lambang x, x = mu/m = mu/(mc+mu)

  11. Contoh • Misalkan massa uap 0,2 kg dan massa cairan = 0,8 kg, maka kualitasnya x = 0,2 /(0,2+0,8) =0,2 atau 20 %. • Kulaitas dianggap sebagai besaran insentif, dan kualitas hanya mempunyai arti bila zat itu dalam keadaan jenuh, yaitu pada tekanan dan suhu jenuh. • Bila Vc adalah volume cairan, dan Vu adalah volume uap dan V adalah volume total, maka berlaku

  12. V = Vc + Vu atau • mv = mcvc + muvu v = mc vc/m + mu vu/m = (m-mu)vc/m + muvu/m = (1- x)vc + xvu atau v = vc + x(vu-vc) = vc +xvcu dengan vcu = vu - vc

  13. Untuk Energi Dalam U = Uc + Uu atau mu = mcuc + muuu Bila ruas kiri dan akan dibagi dengan m Diperoleh u = (mcuc)/m + (muuu)/m = (m – mu)uc/m + (muuu)/m = (1-X) uc + X uu = uc + X (uu-uc) = uc + Xucu, Dimana ucu = uu -uc

  14. Untuk Entalpi h = hc + Xhcu hcu = hu - hc

  15. 4.7 PANAS JENIS VOLUME TETAP DAN PANAS JENIS TEKANAN TETAP • Untuk Zat dengan satu fase homogen dan dengan komposisi yang tetap, (boleh padat, cair, ataupun gas), tetapi tak ada perubahan fase. • Akan dicari hubungan antara kapasitas panas jenis (panas jenis) dengan variabel termodinamik yang lain. • Dari huku I termodinamika sebenarnya menyatakan perpindahan panas yang dapat ditulis Q = dU + W = dU + pdV Untuk proses isometrik (V = konstan ) pdV =0 • Dari rumus maka untuk proses isometrik

  16. Pada tekanan konstan p1 = p2 = p dan W = p(V2-V1) Sehingga Q = (U2-U1) + p(V2-V1) = (U2-U1) + p2V2 –p1V1 Atau Q = (U2 +p2V2) – (U1 + p1V1) Atau Q = H2 – H1 Dalam bentuk diferensial Q = dH Dengan demikian panas jenis untuk proses tekanan tetap ditulis • diperoleh

  17. 4.8. Energi Dalam, Entalpi dan Panas Jenis Gas Sempurna • Gas Sempurna dapat didekati oleh gas nyata yang kerapatannya rendah, sehingga gaya antar molekul, energi yang terkait, karena kecilnya sehingga dapat diabaikan. • Persamaan keadaan untuk 1 mol pv = RT Energi dalam gas sempurna hanya merupakan fungsi suhu U = f(T) Ini berarti gas sempurna pada suhu tertentu memiliki nilai U tertentu.

  18. Dari hubungan • Untuk gas sempurna menjadi • Atau du = cvdT dan dU =m cvdT • Dari persamaan entalpi dan persamaan keadaannya dapat diperoleh hubungan h = u + pv = u + RT • Mengingat R adalah tetapan dan U hanya merupakan fungsi suhu saja, maka entalpi juga hanya meruakan fungsi suhu saja. • Jadi h = f(T)

  19. Dari hubungan cp =(∂h/∂T)p Maka untuk gas sempurna menjadi Bila tekanannya mendekati nol maka semua gas dapat mendekati gas sempurna. Karena itu panas jenis gas sempurna untuk suatu zat nyata sering disebut sebagai panas jenis tekanan nol dan diberi lambang cpo, dan panas jenis pada volume tetap diberi lambang cV0.

  20. Contoh soal 4.1 • Jika suatu sistem berubah dari keadaan a ke keadaan b melalui lintasan a-c-b, panas sebesar 80 J mengalir ke dalam sistem dan sistem melakukan kerja sebesar 30 J. Proses lihat pada gambarberikut. p c b d a V

  21. a) Berapa banyak panas yang mengalir ke dalam sistem melalui lintasan a-d-b, jika kerja yang dilakukan oleh sistem itu 10 J? • b) Sistem kembali dari b ke a melalui lintasan lengkung, kerja yang dilakukan sistem 20 J. Apakah sistem menyerap atau melepaskan panas dan beraakah besarnya? • c) Jika Ua= 0 dan Ud = 40 J, hitunglah panas yang diserap dalam proses a-d dan d-b.

  22. Penyelesaian • a) Qa-c-b = 80 J dan Wa-c-b = 30 J, Menurut H.I Termodinamika Q = U + W …....... Q a-c-b = (Ub-Ua) +Wa-c-b Ub-Ua = Qa-c-b–Wa-c-b = 80 J – 30 J = 50 J Wa-d-b = 10 J, Qa-d-b = Ub-Ua +W a-d-b Qa-d-b = 50 J +10 J = 60 J b) Sistem kembali melalui lintasan lengkung Wb-a = -20 J Q b-a = (Ua-Ub) + Wb-a = -50 J – 20 J = -70 J Karena Q negatif berarti sistem melepaskan kalor

  23. c) Ua = 0, Ud = 40 J; Ub – Ua = Ub- 0 = 50 Ub = 50 J Q a-d = (Ud-Ua) +W a-d = 40 J - 0 + Wa-d (1) Q d-b = (Ub-Ud) +Wd-b = (50-40)J + 0 (2) = 10 J Pers(1) + Pers (2) diperoleh Q a-d-b = 50 J + Wa-d W a-d = Q a-d-b – 50 J = 60 J – 50 J = 10 J • Dari pers (1) diperoleh Qa-d =40J +10 J = 50 J • Dari pers. (2) diperoleh Qd-b = 10 J

  24. Contoh Soal 4.2 • Suatu bejana volume 5 m3 berisi 8 kg oksigen pada suhu 300 K. Hitung usaha yang dilakukan untuk memperbesar volumenya menjadi 10 m3 • (a) pada tekanan tetap • (b) pada suhu tetap • (c) berapakah suhu akhir pada proses (a)? • (d) berapakan tekanan pada akhir proses di (b)? • (e) Gambarkan kedua proses dalam diagram p-v

  25. Jawaban 4.2 • Diketahui • V1 = 5 m3 M = 32 kg kmol-1 • m = 8 kg • T1 = 300 K • a. W = …………..? Untuk p = Tetap • b. W = ……………? Untuk t = tetap • c. T2 =…………… ? Untuk p= tetap • d. p2 =……………? Untuk T = tetap

  26. a) W = p(V2-V1), p1 = (m/M) RT1 = (8kg/32 kg/103 mol-1) (8,314 J mol-1K-1 (300K)/5 m3 = (8 kg/32. 10-3 kg mol-1(8,314 J mol-1K- 1 (300K)/5 m3 = 124710 Pa W = 124710(10-5)m3 = 623550 J b) W = (m/M)RT1 ln(V2/V1) = (8 kg/32. 10-3 kg/mol)(8,314 J mol-1K-1)(300K) ln(10/5) = (8. 103 /32)(8,314)(300) (0,693) J = 432120,15 J

  27. c) Untuk proses isobar • V1/V2 = T1/T2 • T2 = (V2/V1)T1 = (10/5) 300K = 600 K • D) Untuk proses isotermal • p1V1 = p2V2 • p2 = p1V1/V2 = 124710 Pa (½) • = 62355 Pa

  28. p p X10 5 Pa X10 5 Pa 1,25 1,25 0,62 V (m3) V (m3) 5 10 5 10 Diagram p-V proses isobar Diagram p-V proses isotermal

More Related