Download - Materi 3-5 Panas Kerja Dan Energi
-
Termodinamika 1panas, kerja dan energiKuliah 2 - 1Saifuddin BaedlowieSudarman
Teknik Mesin UMM
-
Sasaran :selesai mengikuti kuliah ini mahasiswa akan dapat menganalisis hubungan kerja, panas dan energi dalam sistem terbuka dan tertutup melalui proses adiabatik dan non adiabatik. Mampu menginterpretasi grafik yang dipakai untuk menetapkan kerja proses.
Teknik Mesin UMM
-
Hubungan antara KERJA, PANAS, dan ENERGIJika gaya F beraksi pada sebuah balok yang bergeser diatas permukaan tanpa gesekan, maka maka
Teknik Mesin UMM
Permukaan licin tanpa gesekan
X
Massa M
Massa M
X1
X2
Gaya F
-
Teknik Mesin UMM
maka
dimana v = kecepatan massa dalam arah x
sehingga
integrasi kedua sisi dari posisi balok 1 ke 2
jadi
adalah energi yang dipakai untuk memindahkan balok ( kerja yang terjadi W1-2 dilakukan oleh F
_1247328189.unknown
_1247328198.unknown
_1247328206.unknown
_1247328209.unknown
_1247328202.unknown
_1247328193.unknown
_1247328184.unknown
-
sebagaimana obyek jatuh dalam medan gravitasinya, Consider an object falling in a gravitational field
Teknik Mesin UMM
Benda Jatuh Bebas
F=mg
Massa m
Massa m
h1
y
h2
-
Gravitasi memiliki potensial untuk melakukan kerja dan kuantitasnya mgh adalah sesuatu yang disebut sebagai Energi Potensial.Kerja yang dihasilkan oleh resultan gravitasi dalam jatuhnya obyek dalam energi potensial adalah seperti contoh sebelumnya.Massa PE dikonversikan ke KE melalui kerja yang diakibatkan oleh gravitasi.
Teknik Mesin UMM
-
Transfer Energi oleh KerjaUmumnya, kerja yang terjadi dievaluasi menggunakan persamaankerja adalah energi yang dipindahkan rerata, dimana tidak peduli apakah ditransfer atau disimpan dalam sistem.
Harga W12 tergantung rincian interaksi yang diambil antara sistem dan sekeliling lingkungannya selama proses seperti F(s), dan tidak hanya keadaan awal dan akhir saja.
Teknik Mesin UMM
-
Teknik Mesin UMM
Melalui devinisi sebuah sifat keadaan yang dievaluasi pada suatu waktu tertentu dan bebas dari proses, maka kerja adalah bukan sifat-sifat sistem.
Sifat diferensial exact tergantung uraian prosesnya seperti
diferensial dari kerja adalah inexact integral yang diikuti tak dapat dievaluasi tanpa mengetahui rincian proses
laju transfer energi oleh kerja disebut daya (power) dan disingkat dengan
secara umum;
dan kerja yang timbul selama waktu tertentu adalah
dimana
adalah kecepatan
_1247305459.unknown
_1247328240.unknown
_1247328245.unknown
_1247328249.unknown
_1247328237.unknown
_1247305258.unknown
-
Kerja Kompresi & Ekspansi
Teknik Mesin UMM
-
Kerja Kompresi dan Ekspansi
Teknik Mesin UMM
Mengikuti suatu proses ekspansi gas yang perlahan didalam rangkaian silinder-piston dimana
adalah tekanan rata-rata pada permukaan piston.
asumsi sebuah proses kuasi-setimbang, semua keadaan yang melewati sistem yang mengikuti keadaan setimbang dan sifat-sifat intensif, seperti tekanan, adalah uniforrm diseluruh sistem.
_1247327141.doc
Proses Ekspansi
X1
X1
Luas penampang piston
X
_1247328254.unknown
_1247328260.unknown
_1247305571.unknown
-
Teknik Mesin UMM
Interpretasi Grafik
luasan yang diarsir
adalah luas seluruh bagian dibawah kurva
EMBED Word.Picture.8
_1247328269.unknown
_1247508427.doc
Tekanan
Arah translasi
Vol. langkah
Proses Ekspansi
X1
X1
Luas penampang piston
X
V1
V2
dV
Keadaan 1
Keadaan 2
Garis Ekspansi
_1247307101.unknown
_1247328265.unknown
-
Teknik Mesin UMM
Jika kita ikuti dua proses dengan keadaan awal dan akhir yang sama,
Jika luas setiap kurva pada proses berbeda, maka kerja yang diperlukan tiap kurva juga berbeda.
Kerja yang terjadi tergantung garis yang diambil dan tidak hanya nilai pada keadaan akhir proses.
Kerja Bukan Sifat (properti)!
EMBED Word.Picture.8
_1247508567.doc
P1
Titik 1
P2
Titik 2
V1V2
Kurva 2
Kurva 1
-
Expansi dan Kompresi PolytropikHubungan tekanan-volume dapat dijelaskan olehKerja yang terjadi adalah
Teknik Mesin UMM
-
tetapi maka Untuk n=1, P=c/V maka
Teknik Mesin UMM
-
Kasus spesial ; Untuk n=0, p=c yakni proses tekanan konstan, maka
Teknik Mesin UMM
-
Energi Potensial PegasEnergi Potensial pegas Energi potensial pegas dapat digolongkan dalam energi potensial gravitasi.
Teknik Mesin UMM
F = gaya pegas = k.x
k = konstanta pegas
X = perubahan jarak
x
F=
-
Energi Bentuk lainDalam bidang rekayasa, perubahan dalam energi total sebuah sistem selalu maembuat dan memberikan kontribusi makroskopis seperti perubahan dalam KE dan gravitasional PE sebuiah sistem sebagai sesuatu yang relatif ke sebuah bingkai koordinat eksternal dan Energi Internal, UE2- E1= (KE2- KE1) + (PE2- PE1) + (U2- U1)
Teknik Mesin UMM
-
Seperti halnya pengadukan fluida didalam tangki yang terisolasi sempurna, energi ditransfer kedalam sistem melalui kerja oleh pengaduk, hasil kenaikan dalam sistem energi
Teknik Mesin UMM
Terisolasi sempurna
Sistem terisolasi sempurna diberi kerja W
Sistem
Motor
Fluida
Kerja W
-
Energy is transferred into the system via work by the paddle wheel, results in an increase in the system energy.transfer energi ini tidak menaikkan KE atau PE dalam sistem. Perubahan energi dalam sistem dapat dihitung hanya untuk energi dalam fluida saja.Perubahan dalam energi dalam untuk padat, cair, dan gas dapat dihitung menggunakan data empiris, seperti U=f(T)
Teknik Mesin UMM
E2- E1= (KE2- KE1) + (PE2- PE1) + (U2- U1)= W
-
Interpretasi MikroskopisEnergi adalah atribut ke gerakan dan konfigurasi molekul-molekul individual, partikel atom dan sub atom yang menjadi sesuatu dalam sistem.Energi pada tingkat molekular berasosiasi dengan;TranslasiRotasi, VibrasiIkatan MolekularEnergi pada tingkat atomi:Electron orbital statesNuclear spinNuclear binding
Teknik Mesin UMM
-
Konservasi Energi untuk Sistem TertutupSistem tertutup dapat berinteraksi dengan sekelilingnya melalui kerja sebagai termal.Energi dapat ditransfer antara sistem dan sekelilingnya melalui interaksi termal (kalor) Proses yang menggunakan interaksi kerja tetapi tak mengakibatkan interaksi termal /kalor disebut proses adiabatik.Proses yang mengakibatkan interaksi termal disebut proses non-adiabatik.Hal ini ditunjukkan secara eksperimental bahwa jika sistem bekerja dalam sistem tertutup secara proses adiabatik tergantung apa yang terjadi di keadaan akhir, bukan dalam prosesnya.E2 E1 = -Wad
Teknik Mesin UMM
-
Tanda yang disetujui untuk transfer energi oleh kerja adalah;Kerja diberikan oleh sistem adalah positif,Kerja diberikan pada sistem adalah negatif,Untuk kuasi-setimbang adiabatik, proses kompresi atau ekspansi gas dengan nilai eksponen politropik n adalah tetap (n = 1.4 untuk udara) dan luas dibawah kurva tergantung hanya pada keadaan akhir.
Teknik Mesin UMM
-
sebagaimana proses adiabatik dan proses tak-adiabatik antara dua keadaan akhir di titik 1 dan 2.Untuk kuasi-setimbang adiabatik, proses kompresi atau ekspansi gas dengan nilai eksponen politropik n adalah tetap (n = 1.4 untuk udara) dan luas dibawah kurva tergantung hanya pada keadaan akhir.
Teknik Mesin UMM
P1
Titik 1
P2
Titik 2
V1V2
Proses Adiabatik
P1
Titik 1
P2
Titik 2
V1V2
Proses non-Adiabatik
(panas + kerja)
Proses Adiabatik
(hanya kerja)
-
oleh karena luas dibawah kurva berbeda, maka kerja yang terjadi juga berbeda. sehingga Wad Wnonadakhir proses keduanya pada sistem yang sama, maka perubahan energinya juga sama dalam setiap proses, sehingga (E2 E1)ad = (E2 E1)nonad = E2 E1Kita ketahui perubahan proses adiabatik adalah E2 E1 = -WadTetapi selama Wad Wnonad kita dapat simpulkan E2 E1 -WnonadKarena energi harus dikonservasi maka energi bersih yang ditransfer ke sistem dalam kedua proses harus sama. Ini mengikuti interaksi kalor dalam proses non-adiabatik harus menghasilkan transfer energi.
Teknik Mesin UMM
-
Sejumlah energi yang ditransfer kedalam sistem tertutup oleh kalor adalah Q
E2 E1 = -Wnonad + Q
Keadaan Hukum Termodinamika PertamaE2 E1 = Q - W
Teknik Mesin UMM
-
Transfer Energi oleh KalorKuantitas Q dalam hukum pertama diperhitungkan setiap energi yang dipindahkan ke dalam sistem tertutup selama proses tanpa dipengaruhi kerja.Sebagaimana transfer energi Q yang dimasukkan hanya sebagai hasil perbedaan temperatur antara sistem dan sekitarnya dan terjadi dalam arah penurunan temperatur seperti perpindahan kalor ; konduksi, konveksi, radiasi.
Tanda yang disepakati untuk perpindahan kalor oleh panas;Perpindahan kalor menuju sistem adalah positifPerpindahan kalor dari sistem adalah negatif
Teknik Mesin UMM
-
Suatu bongkahan logam panas pada temperatur awal Tm kedalam fluida dingin pada Tf. sebab logam pada temperatur tinggi kemudian energi fluida ditransfer dari logam ke fluida, Q adalah negatif.Selama disini tanpa ada kerja yang diberikan dan perubahan dalam KE dan PE diabaikan, sejumlah kalor yang dipindahkan dari logam ke fluida adalah sebanding dengan penurunan dalam energi internal logamU2 - U1 = -Q or Q = U1 U2
Teknik Mesin UMM
Tm > Tf
QTf (Tm
Tm
Tf
Tf
Tm
-
seperti halnya kerja, kalor adalah bukan sifat properti dan sejumlah perpindahan energi tergantung rincian proses, dimanalaju perpindahan kalor dinyatakan sebagai dan total energi yang dipindahkan melalui panas selama periode waktu tertentu adalah
Teknik Mesin UMM
-
Sistem Tertutup Steady
Teknik Mesin UMM
-
Sistem Tertutup
Teknik Mesin UMM
-
Teknik Mesin UMM
-
sistem
Teknik Mesin UMM
-
Refleksi :Tanya jawab secara lisan atau kuis (IC) atas semua materi yang disajikan oleh dosen.Pekerjaan rumah :Kerjakan soal soal yang diberikan pada
Teknik Mesin UMM