TUGAS

TERMODINAMIKA I

Disusun oleh:

1. Ike Andriyana 21030110060001

2. N. Nurhiman Wisnu A 21030110060002

3. Kiptiyah 21030110060009

4. Herlani Siti Hidayanti 21030110060016

5. Cristina Puspita Sari 21030110060021

6. Gita Pramita Sari 21030110060027

7. Herwin Candra 21030110060030

8. Hidayatul Masruroh 21030110060039

Kelompok 4

Kelas A 2010

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA

PROGRAM DIPLOMA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG

2010

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 LINGKUP TERMODINAMIKA

Ilmu termodinamika muncul di abad ke-19 dalam kebutuhan menggambarkan operasi

mesin uap dan dan mengatur batasan apa yang dapat dipenuhi. Bahkan nama itu sendiri

melabangkan daya yang dihasilkan dari panas bahkan termodinamika dibagi dengan

mekanika dan elektronik sebagai dasar hukum lama. Hukum ini mengarah melalui deduksi

matematika ke jaringan pertama yang menemukan penggunaannya disemua cabang sains

dan teknik.

Pertimbangan termodinamika tidak membangun ukuran kimia atan prose fisika.

Ukuran tergantung pada gaya dorong dan resistansi. Meskipun gaya dorong merupakan

variabel termondimanika, tidak statik. unsur kimia berhdapan dengan banyak zat kimia, dan

data eperiemental seringkali kurang. Hal ini mengacu pada korelasi umum yang

memberikan hitungan property dalam kurangnya data .

Pengguanaan termodinamika pada bermula dengan pengenalan bahan - bahan

tertentu sebagai faktor perthatian. Tumbuh masalah itu disebut sistem, tergantung pada

dimensi mendasar dari sains , yang mana panjang, waktu masa, suhu, dan jumlah zat

sebagai perminatan disini.

1.2 DIMENSI DAN SATUAN

Dimensi fundramental dianggap kuno, dikenali melalui operasi panca indera tidak di

nyatakan dalam hal perumusan. Seperti satuan ukuran khusus. Satuan primer telah diatur

oleh persetujuan internasional, Dan dikodekan sebagai satuan system internasional disingkat

SI, untuk sistem intenasinal yang kedua, symbol s, atau SI terhadap waktu, merupakan durasi

getaran radiasi dihubungkan dengan transisi khusus dari atom cesium. Mole,

symbol mol, artikan sebagai jumlah zat diwujudkan oleh entitas elemen seperti molekul dan

juga atom dalam hal ini sama dengan gram mole yang umumnya

digunakan oleh ahli kimia. Fraksi decimal dari satuan SI dirancang berdasarkan awalnya .

kemudian dalam penggunaan umum diberikan di table 1.11. sentimeter diberikan sebgai

.. dan ..

Table 1.1. singkatan untuk satuan SI

Satuan sistem yang lain seperti sistem teknik dalam bahasa inggris, digunakan satuan yang

dikonversi ke satuan SI dengan faktor konversi. Jadi 1 ft = 0,3048 m, 1pon berat =

0,45359237 Kg dan satu pon mol = 453,59237 mol.

1.3. PENGUKURAN JUMLAH ATAU UKURAN

Tiga bentuk jumlah atau ukuran yang umum

Massa , m

Jumlah mol, n

Volum total , V’

Ukuran untuk system khusus ini ada dalam perbandingan langsung dengan lainnya.

Massa, bentul primitif tanpa definisi, bisa dibagi dengan massa molar M, umumnya disebut

berat molekuler, yang menghasilkan jumlah mol :

Volum total, mewakili ukuran system, adalah kuantiias dari produk dari tiga ukuran. bisa

dibagi oleh masa atau jumlah moel dari sistem untuk menghasilkan volume molar tetentu :

volum tertentu ..

Volume molar

kepadatan molar didefinisikan sebagai akibat dari volum moral . Kuantitas ini

bersifat independen dalam ukuran system, dan merupakan contoh variable termodinamika

intensif. mereka merupakan fungsi suhu, tekananan, komposisi sitem, kuantitas tambahan yan

bebas dalam ukuran system.

1.4. GAYA

Unit SI untuk gaya ialah newton, symbol N ,diturunkan dari hukum kedua newton,

yang menyatakan gaya F sebagai hasil dari massa m dan percepatan a :

..

Newton diangap sebagai gaya m ketika berlaku terhadap masa sebesar 1 kg menghasilkan

percepatan . Sehingga newton merupakan satuan turunan mewakili .

Dalam system satuan ingris, gaya danggap sebagai dimensi independen tambahan

bersama dengan panjang ,waktu, dan massa. Pound force ( lb ) dianggap sebagai gaya yang

mana percetpatan massa 1 ponud 321740ft per sekon kuadrat. Hukum newton harus ada

disini termasuk sebanding dimensional untuk konsistensi dengan definisinya

Kemudian

1 pon gaya sama dengan .

karena gaya dan masa merupakan konsep berbeda, maka pound force dan pound masa juga

merupakan kuantitas yang berbeda, dan satuan mereka tidak dapat saling menghilangkan

ketika sebuah persamaan mengandung kedua satuan unit, (lbf) dan (lbm), kosntanta g harus

nampak dalam peramaan untuk membuatnya benar secar dimensional.

Berat menunjukkan kepada gaya gravitas terhadap tubuh, dan akan dinyatakan dalam

newton atau dalaam punds force. Sayangnya ,standar massa seringkali disebut ‘’berta’’, dan

penggunaan keseimbangan untuk membandingkan masa sering disebut ‘pembebanan ‘.

Bahkan orang harus memperhatikan dari konteks mana gaya atau masa berarti : ’’berat’’.

Yang digunakan dalam bentuk umum atau akrab.

CONTOH 1.1.

Seorang astornot berbobot 730 N di houston, trexas ,dimana percepatan tempat dari gravitasi

ialah . Berapa masa dan berat astronot di bulan, dimana g = 1, 67 m s-2?

Penyelesaian 1.1.

Dengan .. hokum newton ialah .

Karena newton N memiliki satuan ..

Masa astronin akan besar dari lokasi manapun, tapi berat tergantung pada kecepatan di

tempat gravitasi. Jadi di bulan masa atronon ialah .

Atau .

Gunakan sistem satuan ingris memerlukan koversi berat astronont ke . Dan nilai g ke

dengan 1 N sama dengan .. dan 1 m menjadi .. :

Berat atronot di Houston .

Hukum newton memberikan

.

Atau

..

Jadi masa atronot dalam dan berat dalam . Dihouston akan secara numeric hampir

sama, tapi bulan dalam hal ini

1.5. SUHU

Suhu umumnya diukur dengan thermometer cairan dalam kaca, dimana cairan akan

mengembang ketika dipanaskan. Untuk skala celcius, titik es , titik beku cair pada tekanan

atmosfer standar ialah nol, dan titik uap, titik mendidih pada air murni pada tekanan atmosfer

standar, ialah 100. Ruang lainya pada ukuran sama akan ditandai dibawah nol dan diatas 100

untuk memanjang rentang thermometer ini.

Semua termometer ,tidak memandang cairanya ,memberikan pembacaan sama pada

nol dan sama sama 10 jika mereka dikalibrasikan dengan metode diatas. Kami mencatat ,

bahwa sebagai skala mutlak, maka tergantung pada konsep limit bawah dari suhu itu.

Suhu Kelvin diberikan dalam symbol T, suhu celcius, diberikan dismbol y, yang

didefinikan dalam hubungannya dengan suhu Kelvin :

..

Satuan suhu celcius ialah derajat celcius, sama dengan ukuran seperti Kelvin.

Meskipun suhu pada skala celcius ialah tingkatan nya lebih rendah daripada skala

Kelvin. Jadi batas bawah dari suhu disebut nol mutlak pada skala Kelvin berada pada

.

Dalam praktek skala internasional yang digunakan untuk kalibrasi

instrumen ilmiah dan industri, skala . diangap betul sehingga nilanya berbeda dari

suhu gas ideal tanpa akruasi pengukuran saat ini. Termometer penghambat suhu merupakan

contoh instrument standard . digunakan untuk suhu dari hingga

juga skala Kelvin dan celcius masih digunakan oleh insinyur di amerika serikat : skal rankin

dan skal Fahrenheit juga sama. Skala rankine merupakan skala mutlak lansung dihubungkan

ke skala Kelvin ;

Skala Fahrenheit dihubungkan ke skal rankine dengan analog persamaan hubungan antar

skala celcius dan Kelvin :

.

Jadi batas bawah suhu skala Fahrenheit ialah . Hubungan antar skala Fahrenheit

dan skala celcius ialah ;

Titik es ialah . Dan titik didih normal ialah ..

Gambar 1.1. hubungan diantara skala suhu

1.6. TEKANAN

Tekanan p dialami oleh fluida pada permukakan yang diartika sebagai dorongan

normal dialami oleh fluida per satuan area dari permukaan. Jika gaya diukur dalam N dan

area dalam m2, unit itu ialah newton per meter persegi atau . Disebut paskal,symbol

Pa, merupakan aturan dasar DI untuk tekanan.

Standar utama untuk pengukruan tekanan ialah berat mati gauge yang mana dikenal

sebagai force diseimbangkan oleh tindakan tekanan fluida pada area tertentu dimana

cukup ditunjukkan digambar 1.2. pisnton akan disesuiakan dengan pembuatan

silend untuk kemudahan. Berat akan ditempatkan pada pan hinga tekanan dari minyak, yang

nampaknuya membuat piston naik. Disebabkan oleh gaya gravitasi pada piston dan

semuanya mendukung. Dengan gaya diberikkan oleh hukum newton, maka tekanan

minyak ialah

Dimana m adalah masa piston, pan dan berat . g adalah garvitasi percepatan lokal, dan A

adalah area penanpang melintang pinton .gauge digunakan umumnya ialah Bourdon gauge.

Gambar 1.2. gauge berat mati.

Karena kolom vertical dari fluida dibawah pengaruh gravitasi, maka pada dasarnya

akan langsung sebanding dengan ketinggianya, tekanan juga dinyatakan sebagai tinggi sama

dengan kolom fluida. Konvesi tinggi dengan gaya peratuan area mengikuti hokum newton

berlaku untuk gaya gravitasi bertindak pada masa fluid dalam kolom masa diberikan oleh

.

Dimana A adalah area penampang lintang dari kolom. H adalah ketinggianya, dan . adalah

kepadatan fluida.

Gauge tekanannya memberikan bacaan yang mana berbeda antara tekanan yang

dihitung dan tekaan atmosfer sekitanya. Bacaan ini dikenal sebagai tekanan gauge,dan dapat

dikonvesi ke tekanan absolute dengan menambahkan tekanan barometric. Tekanan mutlak

harus digunakan dalam kalkulasi termodinamika.

Contoh 1.2.

Gauge berat mati dengan pinston diameter 1 cm digunakan untuk mengukur tekaan

dengan akurat. Dalam hal lainnya masa termasuk piston dan pan membawanya

kedalam keseimbangan. Jika gravitasi local ialah ., berapa tekanan gauge yang

harus diukur. >? Jika tekanan barometric ialah , berapa tekanan absolute. ?

Pemecahan 1.2.

Gaya yang dialami oleh grafitasi pada piston, pan ,dan beban, ialah

.

Tekanan gauge ..

Tekanan absolute menjadi

..

Atau

Contoh 1.3.

Pada suhu . Pembacaan nanometer diisi dengan merkuri ialah ..

percepatan local gravitas ialah pada tekan berapa tinggi mercukri berhubungan ?

Pemecahan 1.3.

Ingat persamaan dalam bacaan didapat, pada suhu . Kepadatan mercuri

ialah . , lalu

Atau

1.7. KERJA

Kerja W adalah gaya yang bekerja pada benda atau sistem yang menyebabkan benda

atau sistem tersebut berpindah. Secara mekanis, besarnya kerja dirumuskan dengan

persamaan :

Dimana F adalah komponen gaya bertindak sepanjang garis pergeseran dl. Jika

diintegralkan persamaan ini menghasilkan kerja. Dengan perjanjian kerja bernilai positif jika

arah perpindahannya searah dengan gaya yang bekerja dan bernilai negatif ketika arahnya

berlawanan.

Kerja yang mengikuti perubahan volum fluida sering dialami dalam termodinamika.

Contoh umum ialah kompresi ekspansi fluida dalam silinder akibat dari pergerakan sebuah

piston. Pergeseran piston sama dengan perubahan volume total fluida dibagi oleh area piston.

Sehingga persamaan 1.1. menjadi :

Atau karena A konstan

Dengan integral

.

Tanda minus dalam persamaan ini dibuat sesuai kebutuhan dengan tanda konvesi

yang diambil untuk kerja. Ketika piston pada silinder bergerak menekan fluida, gaya yang

bekerja dan perpindahan benda searah sehingga kerja bernilai positif. Tanda minus

diperlukan karena perubahan volume negatif.

Untuk proses ekspansi, gaya yang bekerja dan perpindahan benda berlawanan.

Perubahan volume didalam sistem ini positif dan tanda minus diperlukan untuk membuat

kerja negatif.

Persamaan 1.3. menyatakan kerja dilakukan oleh proses kompresi atau ekspansi.

Gambar 1.3. menunjukan garis lengkung kompresi gas dari titik 1 dengan volum awal

pada tekanan P1 ke titik 2 dengan volume pada tekanan P2. Garis ini menunjukkan

tekanan beberapa titik proses menuju volume. Kerja cenderung didefinisikan dengan

persamaan 1.3 dan merupakan daerah proporsional di bawah curva pada gambar 1.3. satuan

SI dari kerja adalah newton meter atau joule (J). Dalam sistem satuan Inggris sering

digunakan satuan feet pound gaya (ft lbf).

1.8. ENERGI

Prinsip umum konservasi energi ditemukan ditahun 1850. Oleh Galileo 1564-1642

dan Isaac newton 1642-1726. Dengan mengikuti langsung dari hukum kedua newton tentang

gerak maka kerja didefinisikan sebagai hasil suatu gaya dan perpindahan.

Energy kinetik

Ketika suatu benda massa m , dikenai gaya F, maka jarak pergeseran dl digantikan

selama interval waktu turunan dt, kerja yang diberikan dirumuskan oleh persamaan 1.1.

Dalam kombinasi dengan hukum kedua newton persamaan ini menjadi :

..

Dengan definisi percepatan menjadi dimana u merupakan kecepatan benda . Jadi

Sejak pengertian kecepatan adalah , persamaan untuk kerja menjadi : dW = mu

du

Persamaan ini mungkin bisa diintegrasikan untuk perubahan terbatas dalam kecepatan dari u1

ke u2 : ..

atau

Setiap besarnya 1/2mu2 dalam persamaan 1.4, disebut energi kinetik, istilah diberikan oleh

Lord Kelvin di tahun 1956, sehingga definisinya menjadi,

Persamaan 1.4. menujukkan kerja dilakukan pada suatu benda dalam percepatan dari

kecepatan awal u1.ke kecepatan akhir u2 yang sama dengan perubahan energi kinetik benda

itu. Sebalikannya, jika kecepatan gerak benda berkurang dengan gaya yang diberikan kerja

benda yang berhenti sama dengan perubahannya dalam energi kinetik. Dalam sistem SI

dengan massa dalam kg dan kecepatan ms-1.. energi kinetik Ek memiliki satuan kgms-2

dimana newton adalah satuan gabungan kgms-2, Ek diukur dalam newton meter atau joule.

Sesuai dengan persamaan 1.4. ini merupakan satuan kerja.

Dalam sistem teknik inggris, energi kinetik dinyatakan sebagai 1/2mu2/gc dimana gc memiliki

nilai 32.1740. Dan satuan (lbm)(ft)-1(lbf)-2 . Bahkan satuan energi kinetik dalam sistem ini

ialah

konsistensi dimensional disini memerlukan bentuk gc.

Energi potensial

Jika benda massa m naik dari ketinggian awal z1 ke ketinggian akhir z2, maka gaya

naik yang harus dikenakan sama dengan berat benda tersebut, dengan gaya ini berpindah

melalui jarak z2-z1. Karena gaya gravitasi bekerja pada berat benda maka, gaya minimum

yang diperlukan dirumuskan dengan hukum kedua newton : F = ma = mg

Dimana g adalah percepatan gravitasi. Kerja minimum diperlukan untuk menaikkan

benda adalah hasil gaya dan perubahan ketinggian : W = F(Z2 – Z1) = mg(Z2 – Z1)

Atau

W = mz2g – mz1g = ∆ (mzg)

Kita lihat dari persamaan 1.6 bahwa kerja yang dilakukan pada benda dalam

menaikan benda sama dengan perubahan dalam besarnya mzg. Sebalikannya jika benda

diturunkan melawan gaya penahan sama dengan berat benda maka kerja yang dilakukan pada

benda sama dengan perubahan dalam besarnya mzg. Persamaan 1.6 serupa dengan

persamaan 1.4 keduanya menunjukkan bahwa karja yang diberikan sama dengan besarnya

perubahan yang membuat kondisi benda dalam hubungan dengan sekelilingnya. Dalam setiap

sistem kerja yang dilakukan dapat kembali dengan membalikkan proses dan mengembalikan

benda dalam kondisi awal. Penelitian ini menunjukkan gagasan yang wajar, jika kerja pada

benda dalam percepatannya atau kecepatannya dapat mengejar kembali yang berikutnya,

kemudian benda yang kecepatan atau ketinggiannya berbalik mempunyai kemampuan untuk

melakukan kerja. Konsep ini membuktikan bahwa kemampuan benda dalam melakukan kerja

dinamaka energi, kata didapatkan dari orang Yunani dan berarti “in work”. Kecepatan kerja

benda dikatakan dapat dihasilkan dari perubahan energi kinetiknya :

Dan kerja dilakukan pada benda dalam menaikan akan dikatakan mengasilkan

perubahan dalam energy potensial : W = ∆Ep = ∆(mzg)

Jadi energi potensial didefinisikan dengan Ep ≡ mzg (1.7)

Dalam sistem satuan SI dengan massa dalam kg, ketinggian dalam m, dan percepatan

gravitasi dalam ms-2. Energi potensial memiliki satuan kgm2s-2 yang disebut newton-meter

atau joule, satuan dari kerja sesuai dengan persamaan 1.6.

Dalam sistem inggris energi potensial dinyatakan sebagai mzg/gc jadi satuan energi potensial

dalam sistem ini ialah :

..

Sekali lagi gc , harus dimasukkan untuk konsistensi dimensional .

Konservasi energi

Dalam pengujian proses fisika, usaha untuk mencari atau menentukan kuantitas yang

dianggap konstan dalam perubahan yang terjadi. Salah satu besaran yang dikenal dalam

perkembangan mekanik adalah massa. Peralatan besar dari konservasi hukum massa

mengesankan lebih jauh prinsip konservasi dapat bernilai comparabel. Jadi perkembangan

dari konsep energi menjadi prinsip konservasi dalam proses mekanik. Jika benda memberi

energi ketika dia naik kemudian energi ini menghambat atau menahan selama benda itu

mampu melakukan kerja. Sebuah benda yang naik dapat jatuh bebas, energi kinetik

bertambah dan energi potensialnya berkurang sehinggan kapasitas untuk melakukan kerja

tetap. Untuk benda jatuh dengan bebas hal ini berati bahwa :

∆Ek + ∆Ep = 0.

Atau

Kebenaran dari persamaan ini telah diakui oleh berbagai eksperimen. Keberhasilan

dalam penerapan benda jatuh bebas mengarah pada generalisasi prinsip konservasi energi

yang berlaku ke semua proses mekanis murni.

Bentuk lain energi mekanis selain energi potensial kietik dan potensial gravitasi

dianggap mungkin . ketika spring ditekan, maka kerja dilakukan oleh gaya luar. Energi

dengan bentuk sama muncul pada tali karet diregangkan atau pada bar besi yang berubah

bentuk dalam daerah elastik.

Generalitas prinsip kekekalan energi dalam mekanika dimana akan meningkat jika

kita lihat kerja itu sendiri sebagai bentuk energi.pembetulan ini diperbilehkan karena

keduanya, perubahan energi potensial dan kinetik sama dengan kerja yang dihasilkan [pers

(1.4) dan (1.6)]. Bagaimanapun kerja merupakan energi dalam lintasan . Ketika kerja berhenti

dan tidak terlihat kerja ditempat lain dalam waktu bersamaan hal ini mengubah ke bentuk

energi lain. Benda yang berpusat disebut sistem. Yang lain disebut lingkungan. Ketika kerja

terhenti, terhenti oleh lingkungan sistem atau sebaliknya, dan di transfer dari lingkungan ke

sistem atau sebaliknya. Transfer ini terjadi selama energi yang diketahui sebagai kerja ada.

Energi kinetik bergantung pada kecepatan benda disekelilingnya, dan energi potensial

bergantung pada tingkat ketinggian benda. Perubahan pada energi kinetik dan potensial tidak

bergantung pada kondisi.

Contoh 1.4.

Sebuah elevator dengan massa 2,500 kg berhenti pada ketinggian 10 meter diatas lantai

dasar, lalu dinaikan ke ketinggian 100 meter diatas dasar lubang, dimana kabel penahannya

putus. Elevator jatuh bebas ke dasar lubang dan memotong kekuatan per. Per dirancang

untuk membawa elevator berhenti dan dengan cara pengaturan tangkapan, menahan elevator

pada posisi kompresi per maksimum. Anggap seluruh proses tanpa gesekan, dan anggap g =

9,8 ms-2 hitunglah :

(a) Energi potensial elevator dalam posisi awal ke lubang dasar

(b) Kerja dilakukan dalam menaikan elevator

(c) Energi potensial elevator dalam posisi tertinggi relative dengan dasar

(d) Kecepatan dan energi kinetik sebelum menghantam per

(e) Energi potensial per kompresi

(f) energi sistem mengandung elevator dan per (1)dari proses awal (2) ketika elevator

mencapai tinggi maksimum (3)sebelum elevator menabrak per (4) setelah elevator

sampai dasar.

Penyelesaian 1.4.

Gunakan angapan 1: merancang kondisi awal;

Anggapan 2 : kondisi ketika elevator ada pada posisi tertinggi; dan

Anggapan 3; kondisi sesaat sebelum elevator menghantam spring.

(a) Dengan peramaan 1.7.

.

(b) Dengan peramaan 1.1.

….

Dimana

(c) Dengan persamaan 1.7.

Perhatikan bahwa

(d) Dari dasar kekekalan energi mekanik, bisa ditulis bahwa jumlah energy kinetik dan

potensial berubah selama proses dari kondisi 2 ke 3 sama dengan 0

Meskipun dan nol , kemudian

.

Karena

Sehingga

(e) karena perubahan dalam energy potensisal per dan energi kinetik elevator harus

dijumlahkan dan sama dengan nol

Energi potensial per dan energi kinetik akhir dari elevator adalah nol, meskipun,

energy potensial per harus sama dengan energi kinetik elevator sebulum jatuh. Jadi energi

potensial akhir per ialah

(f) jika elevator dan per bersama dianggap sebagai sistem maka energi awal sistem ialah

energy potensial elevator atau energy total system dapat berubah jika kerja

dipindahkan darinya ke sekitarnya. Saat elevator naik, kerja dilakukan pada sistem

oleh sekeliling dan dalanm jumlah .. bahkan energi sistem ketika elevator

mencapai ketinggian maksimum ialah yang kemudain

berubah dari energy potensial posisi ketinggian dari elevator kepada energi kinetic

dari elevator kepada energy potensial konfigurasi spring/pegas terssebut.

1.9 PANAS

Kita tahu dari pengalaman bahwa benda panas membawa kontak dengan benda dingin

akan menjadi lebih hangat atau lebih dingin ,dimana angapan ini lah ada pemidahan benda

panas ke benda dingin, dan kita sebut apa sesuatu yang panas sebagai panas Q. konsep ini

menunjukkan temperatur sebagai gaya penahan untuk energi transfer dari panas. Lebih

tepatnya ukuran perpindahan panas dari satu benda ke benda yang lain yang memiliki

temperatur yang berbeda, ketika tidak ada perbedaan temperatur tidak akan terjadi

perpindahan panas. Seperti kerja yang hanya akan ada sebagai energi dalam dari satu benda

ke benda yang lain atau antara sistem dengan lingkungan. Ketika energi dalam panas

ditambahkan ke bendahal ini bukan sebagai panas tetapi sebagai energi kinetik dan energi

potensial dari atom dan molekul benda.

Dalam perpindahan panas sering terlihat efek pada benda dari perpindahan panas

tersebut. Masalahnya sejak tahun 1930 definisi satuan panas merupakan perubahan

temperatur satu satuan massa air. Jadi satu kalori merupakan besarnya panas yang ditransfer

dari satu gram air untuk menaikkan temperatur air 10C. Demikian juga Btu merupakan

besarnya panas yang ditransfer dari 1 pon massa air untuk menaikkan temperatur 10F. Kalori

dan Btu dikenal sebagai satuan energi dan berhubungan dengan joule. Satuan SI energi sama

dengan 1 Nm. Kerja mekanik merupakan gaya 1 N yang diberikan untuk mendapatkan jarak

1 m.

Semua satuan energi didefinisikan sebagai perkalian joule. Contoh, 1 feet pon gaya

setara dengan 1.3558179 joule. 1 kalori sama dengan 4,1840 joule dan 1 Btu sama dengan

1055,04 joule. Satuan SI dari daya adalah watt (W) didefinisikan sebagai ukuran energi 1 J/s.

Table A.1. dari lapiran A memberikan daftar factor konversi untuk energi untuk satuan

lainnya.

SOAL-SOAL :

1.1. Berapa nilai gc, dan apakah satuanya dalam sistem yang kedua, foot, dan massa benda

didefinisikan dalam subbab 1.2 dan satuan gaya adalah poundal didefinisikan sebagai

gaya yang diberikan 1 (lbm) pada percepatan 1 (ft)(s)-2.

1.2. Arus litrik merupakan dimensi dasar dalam SI , satuanya ialah ampere A . Tentukan

besarnya satuan besaran berikut ,sebagai kombinasi satuan SI dasar.

(a) Daya listrik,

(b) Muatan listrik

(c) Beda pontesial listrik

(d) Hambatan listrik

(e) Kapasitas listrik

1.3. Tekanan jenis uap/cairan Psat sering ditampilkan sebagai fungsi suhu dengan peramaan

bentuk :

Disini parameter a,b,c dan c, merupakan zat yang tetap .Dan diangap perlu menunjukkan

psat dengan persamaan :

Tuntukan bagaimana parameter dalam dua persamaan ini berhubungan .

1.4. Pada suhu mutlak berapa celcius dan fahrenheit akan memberikan skala nilai yang

sama ? Berapa nilainya ?

1.5. Tekanan hinga 3.000 bar akan diukur dengan gauge bobot mati. Diameter piston

4mm. Berapa massa dalam kg pada beban yang diperlukan ?

1.6. Tekanan hingga 3.000 atm diukur dengan gauge bobot mati. Diameter piston 0,17

inchi. Berapa masa dalam lbm dari beban yang diperlukan ?

1.7. Bacaan pada manometer mercuri pada suhu . (Atmosfer terbuka di ujungnya)

ialah Percepatan gravitasi ialah Tekanan atmosmfer ialah

Berapa tekanan mutlak .dalam kPa yang terukur . Kepadatan mercuri pada suhu .

Ialah

1.8. Pembacan manometer mercuri pada suhu . (Atmosfer terbuka di ujung) ialah

. Percepatan gravitasi ialah Tekanan atmosfer ialah .

Berapa tekanan mutlak dalam psia yang terukur ? kepadatan mercury pada suhu

adalah

1.9. Cairan yang mendidih pada suhu rendah akan sering disimpan sebagai cairan dibawah

tekanan uap. Yang mana suhu ruang dapat cukup besar. Penyimpanan skal besar dari

jenis ini seringkali dilakukan dalam tanki sferik. Berikan dua alasan mengapa ?

1.10. Pengukuran ukuran properties gas tekanan tinggi dibuat oleh EH Amagat di perancis

antar 1869 dan 1893. Sebelum sebelum mengembangkan pengukur mati-berat, ia bekerja

di corong, dan menggunakan manometer raksa untuk pengukuran menyeluruh ke lebih

dari 400 bar. Hitung tinggi manometer yang diperlukan.

1.11. Sebuah instrumen untuk mengukur percepatan gravitasi di mars dibuat dari pegas

yang mana bermassa 0,40 kg. Di sebuah tempat di bumi dimana percepatan lokal

gravitasi pegas memperpanjang 1,08 cm. Ketika paket instrumen yang mendarat di Mars,

radio informasi yang pegasnya memiliki nilai 0,40 cm. Berapa percepatan gravitasi

Mars ?

1.12. Variasi tekanan fluida dengan ketinggian diberikan oleh peramaan :

Disini p adalah densitas dan g adalan percepatan gravitasi. Untuk suatu gas ideal ρ =

MP / RT, di mana M adalah massa molar dan R adalah konstanta gas universal.

Permodelan atmosfer sebagai kolom isotermal dari gas ideal pada 10 0 C. Perkirakan

tekanan ambien di Denver, dimana z = 1 (mil) relatif terhadap permukaan laut. Untuk

udara mengambil M = 29 g mol 1. Nilai R diberikan dalam Aplikasi A?

1.13 Sekelompok insinyur mendarat di bulan ,dan mereka ingin menghitung masa batuan.

mereka memiliki skala musim semi dikalibrasi untuk membaca massa pon di lokasi di

mana percepatan gravitasi adalah salah satu batu bulan memberikan pembacaan 18,76

pada skala ini. Apa massanya? Apa yang berat di bulan? mengambil g (bulan) = 5,32 (ft)

(s) -2

Berapa massanya, berapa beratnya di bulan ? anggap g bulan

1.14 70-watt lampu bohlam hidup rata-rata 10 jam sehari. Sebuah bohlam baru biaya $ 500

dan bertahan sekitar 1000 jam. Jika biaya listrik $ 0,10 per kW-jam, berapa harga

tahunan "keamanan" per lampu?

1.15 Gas terbatas dalam suatu silinder 1,25 (ft) diameter oleh piston, yang memiliki berat

saat diam. Massa piston dan berat bersama-sama adalah 250 (lbm). Percepatan gravitasi

lokal 32,169(ft)(s)-2. dan tekanan atmosfer adalah 30,12 (dalam Hg)

a. Berapa gaya dalam (lb) diberikan pada gas oleh atmosfir, piston. Dan berat dengan

asumsi tidak ada gesekan antara piston dan silinder

b.Berapa tekanan gas dalam psia

c. Jika gas dalam silinder dipanaskan, mengembang mendorong piston dan berat ke atas.

Jika piston dan berat dinaikkan 1.7 (ft), berapa kerja yang dilakukan oleh gas dalam (lbf

ft). Berapa perubahan energi potensial piston dan berat.

1.16 Gas terbatas dalam suatu silinder yang berdiameter 0,47 m piston. Massa piston dan

berat bersama adalah 150 kg. Percepatan gravitasi lokal adalah 9,813 m s-2. Dan

tekanan atmosfer 101,57 kpa.

a. Berapa gaya dalam newton yang bekerja pada gas oleh suasana, piston dan berat

dengan asumsi tidak ada gesekan antara piston dan silinder

b. Berapa tekanan gas dalam kPa

c. jika gas dalam silinder dipanaskan, mengembang, mendorong piston dan berat ke atas.

Jika piston dan berat dinaikkan 0,83 m. Berapakah kerja yang dilakukan oleh gas dalam

kJ? Berapa perubahan energi potensial piston dan berat

1.17 Jelaskan mengenai satuan SI pada energi kinetic dan energi potensial adalah joule ?

1.18 Sebuah automobile memiliki masaa 1,250 kg berperjalanan pada kecepatan 40 m/s

berapa energi kinetic dalam KkJ ? berapa banyak kerja dilakukan untuk

menghentikannya

1.19 Sebuah turbin yang mendapatkan suplay dari air terjun pada ketinggian 50 m. Dengan

asumsi η= 916, untuk konversi potensial menjadi energy listrik dan kerugian 8% dari

gaya yang dihasilkan dalam transisi. Berapa laju aliran massa air yang dibutuhkan untuk

menjalankan bola lampu 200 W.

1.20 Dibawah ini adalah factor konversi, berguna untuk perhitungan mudah. Tidak ada

yang nyata , tapi kadang akurat dalam kisaran . gunakan tabel A.1. (lamprian1)

untuk menemukan koversi sesungguhnya .

1.21 Berikut proposal untuk kalender decimal. Satuan dasar ialah tahun desimal (Yr) sama

dengan jumlah detik konvesional (SI) yang diperlukan untuk bumi melengkapi satu

putaran matahari. Diskusikan poros dan cos dari poporal itu.

BAB 2

HUKUM PERTAMA DAN KONSEP DASAR LAINNYA

2.1 EKPERIMENT JOULE

Saat ini pemahaman panas dan hubungannya dengan pekerjaan dikembangkan selama

bulan kesembilan belas. James P joule 1818-1889, menjalankan dekat rumahnya di

Manchester, inggris salama decade setelah 1840.

Jadi joule mampu menujukkan bahwa hubungan kuantitas yang antara kerja dan

panas , dan lalu panas merupakan bentuk energy.

2.2. ENERGI INTERNAL

Konsep rasional itu ialah mengandung dalam fluid dalam bentuk lainya . apa yang

terjadi pada energy antara tambahannya kepada dan transfer dari fluida.

Energy internal suatu zat tidak termasuk energy yang mungkin dibentuk sebagai

akibat proses makroskopis atau pergerakan. Bahkan akan menujuk kepada energi molekul

internal

2.3. HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA

Meksipun energy menggunakan berbagai bentuk, jumlah energi total akan tetap sama,

dan ketika energi menghilang dalam satu bentuk maka akan muncul bersamaan dalam

bentuk lainnya. Dalam pengunaan hokum pertama ke proses yang diberikan, kondisi

pengaruh prods ini dibagi dalam dua bagian. System dsn lingkungnnya. Dalam bentuk dasar,

hukum pertama memerlukan :

.

Dimana operator berbeda akan mengnegaskan perubahan dalam kuantitas yang

dimasukkan dalam tanda kurung. Yang berarti energi kinetic atau potensial

2.4. KESEIMBANGAN ENERGI UNTUK SISTEM TERTUTUP

Jika pinggiran system tidak membicarakan tranfer perpindahan materi antara system

dan lingkungannya, maka system dikatakan tertutup, dan masaa akan selalu konstant. Lebih

penting dalam paduan industry ialah proses yang mana materi melintasi batasan system

sebagai aliran yang memasuki dan meninggalkan alat.

Karena tidak ada arus memasuki atau meninggalkan system tertutup, tidak ada energy yang

dipindahkan lintas batasan system. Persamaan 2.1. kemudian menjadi :

Pilihan tanda digunakan dengan Q dan W tergantung pada arah tranportasi yang dianggap

positif.

Kuantitas yang terhubung ke lingkungan , Q surr dan W surr mendapat tanda berlawanan ,

yaitu dan dengan memahami ini :

.

Persamaan 2.1. menjadi

System tertutup sering mengalami proses yang menyebabkan tidak ada perubahan dalam

sistem selain energy internal . proses ini dalam persamaan 2.2. berkurang ke :

Dimana U’ adalah energy internal system. Peramaan 2.3. berlaku pada proses yang

melibatkan perubahan tetap . untuk perubahan differensial :

kedua persamaan ini berlaku pada sistem tertutup yang mengalami perubahan dalam energi

internal saja. Properties, seperti volume V’ dan energy internal U’ tergantung pada kuantitaas

bahan dalam system; cara alternatif dalam pernyataan untuk properties luas dari sistem

homogen , seperti V’ dan U’ adalah :

Dimana symbol data V dan U mewakili volum dan energi internal unit material. Hal

itu disebut properties spesifik atau molar.

Meskipun Vt dan Ut untuk system homogeny dari ukuran penyelesaian merupakan

properties luas, volume modular dan spesifik atau kepadatan dan energy molar dan spesifik

akan besifat intensif.

Perhatikan koordinat intensif T dan P tanpa perluasan.

Untuk system tertutup dengan model, persamaan 2.3. dan 2.4. mungkin dapat dituliskan :

Terdapat bentuk energy, dikenal sebagai energi internal /energy dalam U , yang

merupakan nilai instrinsik dari suatu system, berfungsi dalam hubungannya dengan koordinat

terukur, yang menandai sistem itu. Untuk system tertutup, bukan dalam bergerak, perubahan

dalam property ini diberikan oleh persamaan 2.5. dan 2.6.

Contoh 2.1.

Air mengalir dari ketinggian 100 m . ambil 1 kg air sebagai sistem. Dan anggap bahwa

hal itu tidak mengubah energy dengan lingkunganya.

(a) Berapa energy potensial air dibagian atas.

(b) Berapa energi kinetik air sesaat sebelum membentur dasar ?

(c) Setelah 1 kgh air masuk sungai dibawah air terjun, perubahan apa yang terjadi ?

Penyelesaian 2.1.

Air 1 kg itu tidak menukarkan energy dengan lingkungan. kemudian persamaan 2.1.

berkurang menjadi :

karena sistem membentuk energi dalam internal, kinetic ,dan potensial.

Persamaan ini berlaku pada tiap bagian proses .

(a) Dari persamaan 1.7. dengan g sama dengan nilai standar

(b) Selama gerak jatuh bebas air tidak ada mekanisme ada untuk konvesi energi potensial

atau kinetic ke dalam energy internal. Jadi . pastilah nol.

Sebagai perkiraan saja , maka

(c)

(d) Karen air 1 kg membentuk dasar dan bercampur dengan air jatuh lainya membentuk

sungai. Turbulensi ini berpengaruh dalam mengkonversi energi kinetic ke dalam

energy internal.

(e) Meskipun, kecepatan sungai dianggap kecil, maka . Diabaikan, jadi

Keseluruhan hasilnya ialah koversi energi potensial air kedalam energi internal air.

Jika tidak ada transfer panas dengan lingkungannya.

Catatan persamaan 2.3. hingga 2.6. menujukkan bahwa istilah pada kiri akan beda

dengan jenis dari sisi kanan. Kami tahu dari pengalaman bahwa untuk benda murni

homogeny menyampuran dua property ini otomatis untuk meaunya. Hal ini berati bahwa

fungsi keadaan, seperti energi internal, akan menjadi properti yang selalu memiliki nilai. atau

suhu dan kepadatan , dan nilainya kan dikenali dengan titik pada grafik.

Dengan kata lain, istilah ada di sisi kanan persamaan 2.3. hingga persamaan 2.6..

menunjukkan panas dan jumlah kerja, yang bukan merupakan properties.

Perbedaan antar fungsi keadaan menunjukkan perubahan infinitesimal dalam nilanya.

Integrasi dari hasil diferensial ini dalam berakibat dalam perbedaan finiter antara dua

nilainya , yaitu

Diferensial dari panas dan kerja tidak berubah ,tapi ber jumlah infinitesimal. Ketika

diintegralkan, diferensial ini membentuk perubahan finite, tapi jumlah finite, jadi :

Untuk system tertutup mengalami perubahan dalam keadaan oleh beberapa proses.

Tapi jumlah Q + W akan selalu sama untuk semua proses. Nilai sama diberikan oleh

perasmaan 2.3. tanpa memandang proses.

CONTOH 2.2.

Sebuah gas disimpan dalam silinder oleh sebuah piston. Tekanan awal gas ialah 7 bar.

Dan volumnya 0,10 m3. Berapa perubahan energy dari alat itu jika dipisahkan sehingga gas

tiba tiba meluas ke dua kali volume awal ?

PENYELESAIAN 2.2.

Karena pertanyaan berkaitan dengan seluruh apparatus, system diambil seperti gas,

piston ,dan silinder. Bahkan Q dan W dianggap nol, dan energy total system tidak berubah.

Hal ini mungkin berbeda dengan distribusi awalnya.

CONTOH 2.3.

Jika proses digambarkan di contoh 2.2. diulangi, bukan dalam valum tapi dalam udara

pada tekanan atmosfer , berapa perubahan energi dari apparatus ? dia anggap besar

pertukaran panas antara apparatus dan lingkungan udara sekitar lebih lambat dibandingkan

dengan besar ukuran dimana proses itu terjadi.

Penyelesaian 2.3.

System ini seperti sebelumnya, tapi dalam hal ini kerja dilakukan oleh system dalam

mendorong kembali atmosfer. Pergeseran piston sama dengan perubahan volum dari

gas ,dibagi oleh w area piston, atau kerja dilakukan oleh system pada

lingkungan. Dengan persamaan 1.12.

Kerja dilakukan oleh system

karena W adalah kerja dilakukan pada sistem, mana merupakan negatif dari hasilnya ;

Transfer panas antar system dan lingkungan juga terjadi dalam hal ini. Jadi Q dianggap nol

dalam persamaan 2.2. dan memberikan

Energi total sistem telah berkurang dengan jumlah sama dengan kerja dilakukan pada

lingkungan.

CONTOH 2.4.

Ketika system diambil dari A dan ke B dalam fig.2.1. sepanjang acb, maka 100 J dari

aliran panas kedalam system dan system memberikan kerja 40 J.

(a) Berapa banyak aliran panas kedalam sistem sepanjang langkah aeb,jika kerja yang

dilakukan oleh sistem adalah 20 J?

(b) System kembali dari b ke a sepajang bda. Jika kerja dilakukan oleh system ialah 30 J

apakah system akan menyerap atau melepaskan panas ?

PENYELESAIAN 2.4.

Anggap perubahan sistem hanya pada energi internal dan bahwa persamaan 2.3. berlaku,

untuk langkah acb,

Gambar 2.1.diagram untuk contoh 2.4.

Perubahan energy internal ini berlaku perubahan dari a ke b dengan langkah.

(a) Jadi untuk langkah aeb,

Ketika

(b) Untuk langkah bda

Dan

(c) Jadi panas dipindahkan dari sitem ke lingkungan.

2.6. KESEIMBANGAN

Keseimbangan merupakan kata yang melambangkan kondisi statis, hingga adanya

perubahan.Dalam termodinamika berarti tidak ada hilangnya perubahan tapi juga hilangnya

kecenderungan terhadap perubahan pada skala makroskopis. Dengan begitu suatu system

keseimbangan exsist di bawah kondisi-kondisi seperti itu tidak ada perubahan di dalam status

akan terjadi. Banyak tendensi mengalami perubahan tidak terukur bahkan dalam pengaruh

dorongan gaya pendorong yang besar, karena resistasi untuk berubah sangat besar.

Karenanya untuk suatu system pada equilibilas semua kekuatan adalah di dalam timbangan

yang tepat.Apakah suatu perubahan yang benar-benar terjadi adalah suatu system pada

keseimbangan depens pada pembalasan seperti halnya pada daya penggerak.

Jenis berbeda gaya dorong mengarah pada beda perubahan. Pada keseimbangan dorong gaya

itu akan ada dalam keseimbangan.

Dalam penggunaan termodinamika, reaksi kimia tidaklah diperhatikan. Misalnya,

campuran hydrogen dan oksigen pada kondisi normal bukan dalam keseimbangan kimia.Hal

ini merupakan contoh fakta bahwa sistem yang ada pada keseimbagnan partial sering

dibiarkan pada analisis termodinamika.

2.7. ATURAN FASE

Keadaan fluida homogeny pemurnian tetap meskipun dua properties termodinamika

berlaku pada nilai tertentu.

Untuk system dalam keseimbangan, jumlah variable bebas yang harus sesuai untuk

membangun keadaan intensif diberikan dan ditentukan dalam aturan fase oleh J Willard

Gibbs.

Dimana adalah jumlah fase, N adalah jumlah jenis bahan kimia, dan F disebut

tingkatan kebebasan system.

Jumlah minimum tingkatan kebebasan untuk system apapun adalah nol. ketika F = 0

maka system akan invariant. Persamaan itu menjadi nilai ini mengandung jumlah

fase yang dapat. Berbeda pada keseimbangan untuk system mengandung N jumlah jenis

bahan kimia. Perubahan dari kondisi ini menyebabkan satu fase menghilang.

CONTOH 2.5.

Berapa banyak derajat kebebasan yang dimiliki tiap system berikut

(a) Air liquid dalam keseimbangan dengan uapnya.

(b) Air liquid dalam kesiembangan dengan campuran uap air dan nitrogen

(c) Larutan liquid alcohol dalam air dalam keseimbagan dengan uapnya.

PENYELESAIAN 2.5.

(a) Sistem mengandung satu jenis bahan kimia dengan dua fase , jadi :

Suhu atau tekanan ,tapi bukan keduanya bisa ditentukan untuk sistem yang memberikan

keseimbangan air dengan uapnya.

(b) Dalam hal dua bahan kimia muncul, disini juga ada dua fase , maka

Penambahan gas inert kedalam suatu system air dalam keseimbangan dengan

perubahauap mengubah sifat sistem itu. Sekarang suhu dan tekanan mungkin berbeda bebas,

tapi sekali tetap sama system terdapat dalam keimbangan hanya pada komposisi tertentu dari

fase uap. Secara bebas, berbeda, tapi kadang tetap dalam sistem yang muncul dalam

keseimbangan . (jika nitrogen diabaikan, larut dalam air ,dan fase cairan adalah air murni).

(c) Disini N = 2, dan π = 2, jadi :

Variable aturan fase ialah suhu, tekanan dan komposisi fase.Dua komposisi ini tidak

dapat ditentukan dengan penyelesaian saja.

2.8 PROSES REVERSIBLE /BOLAK BALIK

Adalah ekspansi reversible pada suatu gas.

Sifat prose reversible digambarkan oleh contoh ekspansi gas dalam piston /silinder.

Piston di gambar 2.2.menegakan gas pada tekanan hanya cukup menyeimbangkan berat

piston dan semuanya yang mendukungnya.

Gambar 2.2.ekspansi pada suatu gas

Kasus batasan pemisahan suksesi masa infinitesimal dari piston dihitung ketika massa

m dalam gambar 2.2. diganti oleh pile bubuk, didorong dalam arus ringan dari piston. selama

proses ini, piston akan naik seragam. Kedua system ini dan sekitarnya akan kembali ke

kondisi awalnya. Proses asal itu berifat reversible.

Tanpa anggapan andanya piston tanpa gesekan, kita tidak dapat membayangkan

proses revesible. Jika piston menjadi lengket karena gesekan, maka mass pasti harus dibuang

sebelum piston bebas pecah. Bahkan , kondisi keseimbangan itu sendiri perlu agar

reversibilitas. Apalagi, gesekan antara dua bagian bergeser merupakan mekanisme untuk

gangguan energy mekanis kedalam energy internal.

Reaksi kimia reversible

Konsep reaksi kimia revesible digambarkan oleh dekomposisi kalsium karbonat ,

yang ketika dipanaskan membentuk kalsium oksida dan gas karbondioksida. Perubahan pada

kondisi ini, cukup cepat dan menyebabkan reaksi berjalan dalam satu arah atau lainnya.

Gambar 2.3.reversibilitas reaksi kimia

Jika berat berbeda meningkat maka tekanan CO2 akan naik berbeda. Dan CO2 bergabung

dengan CaO membentuk CaCO3.

Reaksi kimia dapat seringkali dijalankan pada sel elektrolisis, dan dalam hal ini bisa ditahan

dalam keseimbangan dengan menerapkan beda potensial. Dan reaksi yang terjadi ialah :

Ditahan dalam kondisi suhu dan tekanan tetap, dan elektroda akan terhubung keluar ke

potensiometer. Dengan beda potensial berbeda.

Ringkasan proses reversible

Proses reversible ialah :

Tanpa gesekan

Tanpa pemisahan dari keseimbangan

Memindahkan suksesi keadan keseimbangan

Didorong oleh gaya yang tidak seimbang

Dapat bertukar pada posisi perubaan difernsial dalam kondisi luar.

Jika ditukar kembali ke langkah berikutnya dan menjadi seperti semua.

Kerja kompersi atau ekspansi suatu gas ditujukan dalam bagian 1.7. :

Kerja dilakukan pada sistem diberikan oleh persamaan hanya ketika sifat tertentu

proses reversible dipenuhi. Persyaratan pertama ialah sistem tidak boleh lebih dari

infinitesimal bergeser dari keadaan keseimbangan internal ditandai oleh keseragaman pada

suhu dan tekanan. Sistem lalu harus memiliki properties yang telah diketahui, termasuk

tekanan P. proses bagaimana pertanyaan ini dipenuhi dikatakan reversible secara mekanis.

Dan persamaan 1.2 dapat diintegralkan.

Proses reversibel akan ideal dalam perwujudan penuh. Hasil untuk proses reversibel

ialah karena efisiensi dari kerja untuk proses sesungguhnya.

Contoh 2.6

Sebuah piston/silinder horizontal ditempatkan dalam kondisi suhu tetap. Piston

bergeser dalam silinder dengan gesekan diabaikan. Jika volume gas dihubungkan dengan

tekanannya sehingga produk PV dianggap tetap, berapa usaha yang dilakukan oleh gas dalam

memindahkan gayaluar?

Berapa banyak usaha dilakukan jika gaya eksternal dikurangi setengahnya?

Penyelesaian 2.6

Proses tersebut, dilakukan seperti yang dijelaskan sebelumnya yang merupakan

reversible mekanis, dan persamaan 1.3 berlaku, jika PVt = k maka, P = k/Vt, dan

Dengan

Dan

K = PVt = P1V1t = (14 x 105 (0,03) ) = 42.000 J

Tekanan akhir adalah

Dalam kasus kedua, setengah gaya awal telah dihilangkan, gas berjalan dalam

ekspansi mendadak terhadap gaya tetap sama dengan tekanan 7 bar. Jadi akan sama

dengan sebelumnya dan kerja net memenuhi persamaan tekanan eksternal yang ekivalen

dengan perubahan volume.

W = -(7 X 105) (0,06 – 0,03) = -21.000 J

Proses ini jelasnya ireversibel dan dibandingkan dengan proses reversible maka

dikatakan memiliki efisiensi sebesar?

Contoh 2.7

Piston atau silinder ditentukan digambar 2.4 mengandung gas nitrogen tertutup

dibawah piston pada tekanan 7 bar. Diskusikan perubahan energi yang terjadi karena proses

ini.

Gambar 2.4 diagram contoh 2.7

Penyelesaian 2.7

Contoh ini menggambarkan kesulitan yang dialami ketika proses tidak mengalir

irrevesibel dianalisa. Ambilah gas sendiri seperti system itu.

Kemudian persamaan 2.1 menjadi

Energi potensial ialah :

Dan tidak ada yang dapat mengetahui pemisahan energi internal antara system dan

lingkungannya.

2.9 PROSES V tetap dan P tetap

Keseimbangan energi untuk sistem tertutup homogeny dengan n mole :

.

Dimana Q dan W adalah panas dan kerja total, apapun nilai n.

Proses system tertutup diberikan oleh persamaan 1.2. disini dituliskan :

Dua persamaan ini digabungkan

Inilah hukum persamaan untuk proses reversible mekanis, sistem tertutup.

Proses volume-tetap

Dipecahkan untuk dQ, persamaan 2.8. menjadi :

Untuk perubahan keadan tekanan tetap :

Jadi, definisi matematika dan definisi entalpi ialah :

Dimana H, U dan B merupakan nilai satuan masa. Yang persamaan sebelumnya dapat

dituliskan :

Dengan mengabungkan hasilnya

Untuk persamaan mekanis,reversible, proses ontanta , sross tems tertutup, sama dengan

perubahan entalpi dari sistem .

2.10 ENTALPI

Semua penjelasan persamaan 2.1. harus dinyatkan dalam satuan yang sama. Produk

PV memiliki satuan energi permol atau per satuan masa seperti juga U; kemudian, H juga

memiliki satuan energy permol atau per satuan masa. Dalam sitem SI satuan dasar tekanan

ialah pascal atau .. dan untuk volum molar

Karena U,P, danV merupakan fungsi keadaan , H dianggap oleh persamaan 2.11 juga

fungsi keadan. Bentuk diferensial dari peramaan 2.111. ialah :

Persamaan 2.11, 2.14, dan 2.15 berlaku untuk suatu satuan masa benda taau pada suatu mol.

Contoh 2.8

Hitung . Dan untuk dari 1 kg ketika mengup pada suhu tetap dan tekanan tetap

.

penyelesaian 2.8

banyak yang fluid terkandung dalam silinder oleh piston tanpa gesekan yang membuat

tekanan tetap 101,33 kPa. Persamaan 2.13 seperti dituliskan untuk sistem 1 kg ialah :

Dengan persamaan 2.15.

Mengevaluasi hasil akhir :

Lalu

2.11 KAPASITAS PANAS

Makin kecil perubahan suhu dalam suatu benda menyebabkan transfer jumlah panas,

makin besar kapasitasnya. Juga kapasitas panda didefiniskan :

Kesulitan dengannya ialah membuat C seperti Q suatu proses kuantitatif tergantung

proses . yang didefinisikan dalam hubunganya dengan fungsi keadaan lainnya.

KAPASITAS PANAS PADA VOLUME KONSTAN

Kapasitas panas volum tetap didefinisikan sebagai :

Definisini menutupi kapasitas panas molar dan kapasits panas khusus. Untuk persamaan 2.16,

bias dituliskan kembali :

Dengan integral hasil :

Kombinasi hasil ini dengan peramaan 2.10 untuk reversible mekanis, proses volum tetap

memberikan :

Jika volume berbeda selama proses tapi kembali pada akhir proses itu ke nilai

awalnya, maka proses tidak langsung bisa disebut sebagai volue konstan, meskipun

dan .. meskipun, perubahan dan fungsi keadaan atau propertinya bebas dari

bagian ,dan sama untuk semua proses yang hasilnya dalam perubahan keadaan yang sama.

Perubahan properti kemudian dihitung dari persamaan untuk proses volume constant yang

mengarah dari awal ke kondisi akhir yang sama. Untuk proses ini persamaan 2.18

memberikan karena .. dan . Yang semua fungsi keadaan atau peroperties

nya tetap. Diisi yang lain, Q tidak tergantung

Untuk perhitungan perubahan properti, proses sesungguhnya bisa diganti oleh proses

lainnya yang memenuhi perubahan sama dalam keadan.

KAPASITAS PANAS PADA TEKANAN TETAP

Kapasitas panas pada tekanan tetap didefinisikan sebagai

Kapasita panas ini berhubungan dengan cara tekanan tetap, proses system tertutup. Untuk

persamaan 2.20 yang akan ditulis :

Sedangkan

Hasil ini bisa digabungkan dengan persamaan 2.13. memberikan

Proses tekanan konstan dapat panas dan kerja dihitung dengan persamaan

dan

CONTOH 2.9

Udara pada 1 bar dan dikompresssi ke 5 bar dan . Dengan dua

proses berbeda reversible mekanis :

(a) Pendinginan pada tekanan tetap diikuti dengan pemanasan pada volum tetap

(b) Pemanasan pada volum tetap dikuti dengan pendinginan pada tekanan tetap.

Hitung panas dan kerja diperlukan dan ..dan .. dari udara untuk tiap langkah.

Kapasitas panas berikut untuk udara mungkin dianggap bebas :

PENYELESAIAN 2.9.

Dalam tiap kasus ambil system q mol udara mengadung piston/silinder imajiner. Volum

final ialah :

(a)

suhu dari udara pada akhir langkah pendinginan ialah

Dengan persamaan 2.23.

Juga

Dengan persamaan 2.19, 2.10

Proses lengkap menunjukan jumlah langkahnya, sehingga

Dan

karena hukum pertama berlaku pada seluruh proses . Dan kemudian ,

Sehingga

Persamaan 2.15.

(b) dua langkah beda digunakan dalam kasus untuk mencapai hasil akhir sama dari udara

itu. T suhu udara pada akhir langkah ini ialah :

untuk langkah ini volume konstant, dan

selama langkah ke dua udara didinginkan pada tekanan konstan dari 5 bar ke keadaan

akhir: Q =

Juga,

Untuk tahap dua gabungan,

Dan seperti sebelumnya

Perubahan properti dan . Dihitung untuk perubahan yang diberikan di

negara yang sama untuk kedua arah.Di sisi lain jawaban bagian (a) dan (b)

menunjukkan bahwa Q dan W bergantung pada jalan

Contoh 2.10

Hitung energi internal dan entalpi perubahan yang terjadi ketika udara berubah dari

keadaan awal dari 40 (F) dan 10 atm, di mana volume mollar adalah 36,49 (ft) 3 (lb mol) -1,

ke keadaan akhir 140 (F) dan 1 (atm), Asumsikan untuk udara yang PV / t konstan dan bahwa

= Cv 5 dan Cp = 7 (Btu) (lb mol) -1 (F) -1

Penyelesaian 2.10

Sejak perubahan properti adalah independen dari proses yang membawa mereka

tentang, perhitungan mungkin didasarkan pada atwo-langkah, proses mekanis reversibel

dimana 1 (lb mol) dari udara adalah

(a) coled pada volume konstan dengan tekanan akhir, dan

(b ) dipanaskan pada tekanan konstan ke suhu akhir yang temperratures mutlak di sini

adalah pada skala rankie.:

T1 = 40 459,67 = 499,67 (R)

T2 = 140 459,67 = 599,67 (R)

Karena P= kT , rasio T/P akan tetap untuk langkah (a). yang kemudian :

Dan perubahan suhu untuk dua langkah berikutnya ialah :

Untuk langkah (a), oleh Persamaan (2,18) dan (2,15)

Faktor 2,7195 mengubah produk Pv dari (atm) (ft) 3, yang merupakan unit energi, ke

dalam (Btu)

untuk langkah (b), volume akhir udara

Dari Persamaan (2.22) dan (2.15)

untuk dua langkah persamaan

MASSA DAN ENERGI KESEIMBANGAN UNTUK SISTEM TERBUKA

Meskipun fokus dari bagian sebelumnya telah di sistem tertutup, konsep yang disajikan

menemukan hukum application.The jauh lebih luas dari massa dan konservasi energi berlaku

untuk semua proses, untuk membuka serta menutup system.Memang, sistem terbuka

termasuk sistem tertutup sebagai kasus khusus. sisa dari bab cukup sampai karena itu

dikhususkan untuk perawatan sistem terbuka dan dengan demikian ke devlopment persamaan

Keterpakaian luas

MENGUKUR ARUS

Buka sistem ditandai dengan mengalir sungai, yang ada empat langkah-langkah

umum

langkah-langkah aliran saling berhubungan :

yang mana Massa molar penting untuk laju aliran massa dan mol berhubungan dengan

kecepatan:

Atau

..

daerah tersebut untuk aliran adalah luas penampang condult, dan p adalah densitas molar

spesifik. Meskipun kecepatan sebuah jumlah .vektor 's u besaran skalar digunakan di sini

sebagai kecepatan rata-rata sungai di arah normal debit m , n dan q merupakan ukuran

kuantitas per unit time. Kecepatan U sangat berbeda di alam, karena tidak menunjukkan

besarnya arus.tdk merupakan, itu merupakan parameter desain penting.

GB 2.5 Skema representasi dari sebuah volume atur

NERACA MASSA UNTUK SISTEM TERBUKA

Wilayah ruang diidentifikasi untuk analisis sistem terbuka disebut kontrol volume, itu

terpisah dari itu sekitarnya oleh cairan surface.The kontrol dalam volume kontrol adalah

sistem termodinamika yang massa dan energi keseimbangan dilihat kontrol volume

tulisan.skematis dalam gambar 2.5 adalah sparated dari sekitarnya dengan aliran surface.Two

kontrol diperluas dengan laju alir m1 dan n 2 diperlihatkan diarahkan ke kontrol volume, dan

satu aliran dengan laju aliran m3 diarahkan keluar sejak massa dilestarikan,.dari perubahan

massa dalam, volume kontrol dmcv / dt.equals tingkat bersih aliran massa inti volume kontrol

dan negatif bila keseimbangan massa diarahkan keluar.Itu dinyatakan secara matematis

dengan:

di mana istilah kedua untuk volume kontrol yang ditunjukkan pada gambar 2.5 adalah

Operator perubahan "A" di sini signifikan perbedaan antara arus keluar masuk ,

subscript "fs"menunjukkan bahwa istilah tersebut berlaku untuk semua mengalir sungai.

Ketika laju aliran massa m diberikan oleh persamaan.(2.24a), persamaan (2.25) menjadi:

dalam hal ini dari persamaan massa saldo sering disebut persamaan kontinuitas.

Proses aliran ditandai sebagai stabil STAE merupakan kasus khusus yang penting yang

kondisi volume kontrol tidak berubah dengan waktu volume kontrol.Massa cairan, dan istilah

pertama atau akumulasi dari Persamaan (2,25). adalah nol, menjadikan persamaan (2.26) :

aliran massa m dianggap sama untuk kedua arus, maka ,

Atau

Karena volume spesifik adalah kebalikan dari kerapatan,

Bentuk persamaan kontinuitas menemukan sering digunakan.

Energi kestimbangan umum

Tiap satuan masa dari arus membawa energi total dimana u adalah

kecepatan rata rata arus , z adalah evaluasi ketinggiannya diatas level dari, dan g adalah

percepatan gravitas. energi net dipindahkan kedalam sistem oleh arus mengalir ialah

. Dimana pengaruh tanda minus dengan .ialah membuat bacaan

masuk-keluar. Tingkatan akumulasi energy dalam volume kendali termasuk kuantitas dalam

tambahan kepada transfer pans Q dan kerja :

Gambar 2.6. volume kendali dengan satu pintu masuk/entrance dan satu pintu kelaur/exit

Tingkatan kerja mungkin termasuk kerja seberapa betul. Kerja net dilakukan pada

sistem ketika semua pintu masuk dan keluar diambil dalam hitungan .

Bentuk kerja termasuk dalam tingkatan yang ditujukkan oleh W. persamaan awal mungkin

sekarang bisa dituliskan :

Kombinasinya . Mengarahkan ke :

Yang biasanya dituliskan :

Kecepatan u dalam energy listrik dalam keseimbangn nergi alama kecepatn bulk yang

dinyatakan dalam persamaan . Fluida mengalir dalam pipa menunjukkan profile

kecepatan ,seperti ditunjukan digambar 2.6. yang naik dari nol pada dinding ke maksimum

pad pusat pinpa. Untuk perubahan dalam energi potensial dan kinetic,

aliran yang mengalir juga diabaikan dan persamaan 2.28 lalu menjadi sederhana :

Contoh 2.11

Tunjukkan bahwa Persamaan (2,29) mengurangi untuk Persamaan (2.3) untuk kasus

sistem tertutup.

Penyelesaian 2.11

Istilah kedua Persamaan. (2,29) dihilangkan dalam ketiadaan mengalir sungai, dan

persamaan ini kemudian dikalikan dengan dt:

Integral terhadap waktu memberikan :

Atau

Q dan W didefinisikan dengan integral dari persamaan sebelumnya.

Contoh 2.12

Sebuah tangki dievakuasi diisi dengan gas dari garis tekanan konstan apa hubungan

Penyelesaian 2.12

Tangki dengan pintu masuk tunggal yang berfungsi sebagai kontrol volume. Karena

tidak ada pekerjaan perluasan, aduk bekerja, atau kerja poros. W = 0. Jika kinetik - perubahan

energi dan potensial diabaikan Persamaan (2.29) menjadi.

Dimana tanda kutip manandakan aliran masuk dan tanda minus diperlukan karena

aliran masuk. Keseimbangan massa adalah:

Gabungakan dua persamaan keseimbangan ini menghasilkan :

Kalikan dengan dt dan intergralkan dengan waktu perhatikan bahwa H’ adalah tetap

sehingga memberikan :

menjadi

Karena massa dalam tanki biasanya nol, m1 = 0 maka

Contoh 2.13

Sebuah tangki dipanaskan dengan listrik diisolasi untuk air panas mengandung 190 kg

air cair pada 60 ℃ ketika terjadi pemadaman listrik. Jika air ditarik dari tangki pada tingkat

stabil m = 0,2 kg s-1, berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk suhu air dalam tangki turun

60-35 ℃? Asumsikan bahwa air dingin masuk tangki sebuah 10 ℃ dan bahwa panas

kerugian dari tangki diabaikan. Untuk air cair biarkan C1 - Cp = C, independen T dan P.

Penyelesaian 2.13

Disini Q-W = 0. Anggap campuran sempurna isi tanki. Berarti bahwa nilai air yang

meninggalkan tanki ialah hanya air dalam tanki. Persamaan 2.29 kemudian dituliskan :

Dimana kuantitas menunjuk ke isi tanki dan H1 adalah entalpi dari air yang masuk ke tanki,

karena Cv = Cp = C

. dan

Keseimbangan energi berubah menjadi :

Dengan integral dari t = 0 menjadi waktu penyelesai t menghasilkan

Pengantian nilai numeric ke dalam peramaan ini memberikan , untuk kondisi masalah ini .

Jadi, perlu 11 menit agar suhu air didalam tanki turun dari 60 ke 35oC.

Keseimbangan Energi untuk Aliran Proses Steady-State

Flow proses yang jangka akumulasi dari Persamaan (2.28) adalah nol dikatakan terjadi

pada steady state. Seperti dijelaskan sehubungan dengan keseimbangan massa, ini berarti

bahwa massa dari sistem dalam volume kontrol volume konstan maupun di pintu masuk dan

keluar. Tidak ada perluasan volume kontrol mungkin di bawah keadaan ini. Yang bekerja

hanya dari proses ini adalah poros kerja, dan keseimbangan energi umum, persamaan 2.28

menjadi :

Meskipun "steady state" tidak selalu berarti "aliran", aplikasi biasa persamaan ini

adalah untuk proses terus-aliran tunak-negara,, karena proses tersebut merupakan bentuk

industri.

Hasil spesialisasi berikutnya ketika volume kendali memiliki satu pintu masuk dan satu

pintu keluar. Aliran masa sama . Lalu berlaku pada kedua system. Dan persamaan 2.30

berkurang menjadi :

Dibagi dengan m memberikan :

.

Atau

Persamaan ini adalah ekspresi matematis dari hukum pertama untuk mempelajari

proses alir antara proses alir masuk dan proses alir yang keluar. Semua persyaratan

merupakan energi per unit massa cairan. Dalam semua persamaan keseimbangan energi

tertulis.Satuan energi adalah joule. Sesuai dengan sistem SI unit. Untuk sistem rekayasa

satuan Inggris. Energi kinetik dan energi potensial panjang. Di manapun digunakan,

dibutuhkan pembagi oleh gc konstan dimensi.

Dalam kejadian ini persamaan 2.32a, misalnya, dituliskan :

Berikut satuan yang biasa digunakan untuk ΔH dan Q adalah (Btu): energi kinetik,

energi potensial, dan kerja biasanya dinyatakan sebagai (ft lbf). Oleh karena itu faktor 778,16

(ft lbf) (Btu) -1 harus digunakan dengan istilah yang tepat untuk menggunakannya satuan

harus konsisten baik (ft lbf) atau (Btu). Di banyak aplikasi, istilah energi kinetik dan

potensial diabaikan,. karena mereka dapat diabaikan dibandingkan dengan istilah lain.

Untuk contoh seperti ini. Pers. (2.32a) dan (2.32b)dapat ditulis:

ΔH = Q + W1 (2,33)

Ini bentuk aturan yang digunakan untuk aliran proses analog dengan Persamaan. (2.3)

untuk proses non aliran. Namun Entalpi lebih penting daripada energi internal untuk

termodinamika.

ALAT CALORIMETER ALIRAN UNTUK MENGUKUR ENTALPI.

Penggunaan persamaan 2.32 dan 2.33 terhadap solusi masalah yang memerluakan

nilai entalpi. Perassamaan 2.33 bidagunakan untuk prose laboratorium diracang khus untuk

mengukur data entalpi.

Gambar 2.7. Kalorimeter aliran

Sebuah kalorimeter aliran sederhana digambarkan secara skematis pada

fig.2.7.Bagian terpenting adalah sebuah pemanas resistensi listrik direndam dalam cairan

yang mengalir. Desain memberikan kecepatan minimal dan perubahan elevasi dari bagian 1

sampai 2, membuat perubahan energi kinetik dan potensial dari aliran diabaikan. kemudian,

tidak ada kerja yang dikenakan antar bagian 1 dan 2, sehingga persamaan 2.33 berkurang

menjadi :

Tingkatan transfer panas ke fluida akan diketahui dari resistansi panas dari arus

yang melewatinya. Dalam prakteknya perlu ketelitian perlu diperhatikan. Namun pada

prinsipnya operasi kalorimeter aliran sederhana. Pengukuran laju panas dan panas aliran

fluida memungkinkan perhitungan nilai ΔH antara bagian 1 dan 2.

Sebagai contoh, perhatikan pengukuran entalpi H2O, baik uap sebagai cair dan sebagai.

Liquid air dialirkan ke medium. Temperatur konstan diisi dengan campuran es hancur dan air

untuk menjaga suhu 00C. Kumparan yang membawa air melalui suhu konstan cukup

panjang sehingga fluida muncul pada suhu 00C. cairan di bagian 1 selalu bersuhu 0 0C. Suhu

dan tekanan pada bagian 2 diukur dengan alay yang sesuai. Nilai dari entalpi H2O untuk

berbagai kondisi di bagian 2 diberikan oleh :

Dimana Q adalah panas ditambahkan per satuan masa alir mengalir.

Jelasnya, H2 tergantung tidak hanya pada Q tapi juga pada H1. Kondisi pada bagian 1

selalu sama, yaitu carian liquid pada Kecuali tekanan berubah dari bergerak ke bergerak.

Meskipun tekanan dalam kisaran dicapai disini diabaikan pada property liquids, dan untuk

tujuan praktis, dianggap tetap. Nilai mutlak entapli, nilai mutlak energy internal tidak

diketahui. Nilai penyelesaian bisa dianggap kepada . Sebagai dasar semua nilai entalpi

lainnya, pengaturan . Setting H1 = 0 untuk air liquid pada suhu 0 oC akan membuat :

Nilai entalpi bisa ditabulasikan untuk suhu dan tekanan yang ada pada bgian 2 untuk

jumlah besar yang mengalir. Juga, pengkuran khusus volum dibuat untuk kondisi sama bisa

ditambahkan kepada table, sepanjang berhubungan dengan nilai energy internal yang

dihitung dengan persamaan . Dalam cara ini tabel properti termodinamika

akan digabungkan kedalam keselruhan kondisii. Tabulasi ini digunakan umumnya untuk

. Dan dikenal sebagai tabel uap.

Entalpi ini dapat diambil sebagai .. untuk .. lain sama dari cairan bersuhu 00C.

Pilihan inidisalahkan. Persamaan termodinamika, seperti pers. (2,32) dan (2,33), berlaku

untuk perubahan, perbedaan entalpi adalah dari lokasi titik nol. Namun, setelah dan

kesalahantitik nol dipilih untuk entalpi, sebuah pilihan yang salah tidak dapat dibuat untuk

energi internal. Untuk nilai energi internal kemudian diperhitungkan dari entalpi oleh

Persamaan. (2.11).

Contoh 2.1.4.

Untuk kalorimeter aliran seperti dibahas diatas, data berikut diambil dengan air

sebagai fluida uji :

Tingkat aliran

Tingkat penambahan dari resistansi heater

telah diketahui bahwa air akan menguap semua dalam prose itu. Hitung entalpi yang pada

suhu 300 oC dan 3 bar berdasarkan pada H = 0 untuk air liquid pada 0 0C.

Penyelesaian 2.1.4.

Jika . Dan . Diabaikan dan jika dan ..adalah nol , maka H2 = Q dan

Contoh 2.1.5.

Udara pada 1 bar dan 25 oC memasuki kompresor lad kecepatan rendah, dilepas pada

3 bar, dan memasuki nozzle yang mana memanjang ke kecepatan akhir 600m/s pada kondisi

tekanan dan suhu awal. Jika kerja kompresi ialah 240 J per kilogram udara, berapa banyak

panas harus dilepaskan selama kompresi.

Penyelesaian 2.15.

Karena udar kembali ke kondisi awalnya T dan P, maka proses keseluruhan tidak ada

perubahan dalam entalpi luar. Dengan mengambil energi kinetic awal dari udara , kita tulis

persamaan 2.32a menjadi :

Energi kinetiknya dievaluasi sebagai berikut ;

Lalu

Jadi, panas harus dilepaskan dalam jumlah 60 kJ untuk tiap kilogram udara yang terkompresi.

Contoh 2.16.

Air pada suhu 2000 oF dipompa dari tanki penyipanan pada kecepatan .

motor untuk pompa mendukung kerja pada tingkatan 2 hp. Air melalui penukar panas,

memberikan panas pada tingkatan .. dan mengirimkan ke tangki penyimpanan

kedua pada ketinggian 50 kaki diatas tangki pertama. Berapa suhu air yang dikirimkan ke

tanki kedua. ?

Disini diangagap keadaan steady/tetap, prose aliran tetap yang mana persamaanan

2.32 berlaku. Kecepatan awal dan akhir dari air dalam tangki penyimpan diabaikan, dan

bentuk …. Dihilangkan. Jadi besar aliran massa ialah :

Yaitu .

Karena 1 hp akan sama dengan sehinga kerja menjadi .

Jika nilai g diambil nilai standar maka energi potensial menjadi

Persamaan 2.32b sekarang menghasilkan

Nilai table uap untuk entalpi air liquid pada 200 oF ialah :

Jadi ,

Dan

Suhu air yang meiliki entalpi ini ditemukan dari table uap :

Dalam contoh ini, Wx dan cukup kecil dibandingkan dengan Q, dan untuk

tujuan praktis mereka bisa diabaikan.

Permasalahan

2.1 Sebuah wadah tanpa saluran diisi dengan air 25 kg pada suhu 20 0C dilengkapi dengan

sebuah pengaduk. Yang dibuat untuk menghidupkan oleh gravitasi yang mempunyai

massa 35 kg. Berat jatuh perlahan-lahan melalui jarak 5 m untukmendorong pengaduk.

Dengan perkiraan bahwa semua kerja yang dilakukan pada berat ditransfer ke air dan

bahwa percepatan gravitasi 9,8 ms-1, tentukan:

(A) Jumlah kerja yang dilakukan di atas air

(B) Perubahan energi internal dari air.

(C) Suhu akhir air, yang Cp = 4,18 kJ kg -1 0C-1

(D) Jumlah panas yang harus dihilangkan dari air untuk mengembalikannya ke suhu awal.

(E) Perubahan energi total (1) proses menurunkan..

2.2 Masalah Rework 2,1 untuk sebuah wadah terisolasi mempunyai perubahan temperatur

sama dengan air dan memiliki kapasitas sama panas dengan 5 kg air. Mempunyai masalah

dengan.

(A) Air dan wadah sebagai sistem; (b) air saja sebagai sistem.

2.3 Telur, awalnya diam, dijatuhkan ke permukaan beton dan pecah. Telur diperlakukan

sebagai sistem.

(A) Apa yang dimaksud W?

(B) Apa yang dimaksud Δ Ep?

(C) Apa yang dimaksud ΔEk?

(D Apa yang dimaksud ΔUt?

(E) Apa yang dimaksud Q?

Proses bentuk ini menganggap berlalunya waktu yang cukup untuk telur yang rusak untuk

kembali ke suhu awal. Apa yang menyebabkan perpindahan panas pada bagian (e)?

2.4 Sebuah motor listrik di bawah beban stabil untuk menarik 9,7 ampere pada 110 volt,

memberikan 1,25 (hp) energi mekanik. Berapa laju perpindahan panas dari motor, di kW?

2.5 Satu mol gas dalam sistem tertutup berjalan dengan siklus termodinamika. Gunakan data

yang diberikan dalam tabel berikut untuk menentukan nilai numerik untuk ukuran yang

hilang, yakni, "isila bagian tabel yang kosong".

Step ∆Ut/J Q/J W/J

12 -200 ? -600

23 ? -3,800 ?

34 ? -800 300

41 4,700 ? ?

12341 ? ? -1,400

2.6 Pendapat pada kelayakan pendinginan dapur Anda di musim panas dengan cara membuka

pintu kulkas bertenaga listrik.

2.7 Sebuah laporan laboratorium terkenal quadruple-titik koordinat 0,2 mbar dan 24,1 0C

untuk keseimbangan empat tahap bentuk padat allotropic kimia eksotis å ≤-miasmone.

Hitung klaim.

2.8 Sebuah tertutup, sistem nonreactive berisi spesies 1 dan 2 dalam uap / kesetimbangan

cair. Spesies 2 adalah gas yang sangat ringan, pada dasarnya tidak larut dalam fase cair.

Fase uap terletak diantara spesies 1 dan 2. Penambahan mol spesies 2 dolakukan dalam

system,yang kemudian menutup dasar T dan P. Sebagai proses akhir, hitung jumlah mol

total kenaikan, penurunan atau perubahannya?

2.9 Sistem terdiri dari kloroform dioksan 1,4-dan etanol ada sebagai fase uap dua / sistem cair

pada 500C dan 55 kPa. Hal ini ditemukan, setelah penambahan beberapa etanol fule,

bahwa sistem dapat dikembalikan ke dua kesetimbangan fasa di awal dan P. T dalam hal

apa memiliki sistem berubah, dan dalam hal apa yang tidak berubah?

2.10 Untuk sistem dijelaskan dalam Pb. 2.9:

a). Bagaimana variabel banyak aturan fase selain T dan P harus chossen sehingga dapat

memperbaiki komposisi baik fase

b). Jika suhu dan tekanan tetap sama, bisa compositon keseluruhan sistem akan diubah

(dengan menambahkan atau menghapus materi) tanpa mempengaruhi komposisi fase cair

atau uap

2.11 Tangki berisi 20 kg air pada 200C dilengkapi dengan pengaduk yang memberikan

pekerjaan ke air sebesar 0,25 kW. Berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk temperatur

air naik ke 300C jika panas tidak ada yang hilang dari air? Untuk air Cp = 4,18 kJkg-1 0C-1

2.12 Panas dalam jumlah 7,5 kJ ditambahkan ke sistem tertutup sementara energi internal

12 kJ. Berapa banyak energi yang ditransfer sebagai pekerjaan? Untuk proses yang

menyebabkan perubahan yang sama kerja yang terjadi adalah nol. Berapa banyak panas

ditransfer?

2.13 Sebuah baja tuang beratnya 2 kg memiliki suhu awal 5000C, 40 kg air pada suhu 250C

awalnya terkandung n tangki baja terisolasi sempurna dengan berat 5 kg. Pengecoran ini

direndam dalam air dan sistem diperbolehkan untuk datang ke keseimbangan. Apakah

temperatur akhir? Abaikan efek ekspansi dan kontraksi, dan menganggap konstan kalor

spesifik 4,18 kJ kg-1 K-1 untuk air dan 0,50 kJkg-1K-1 untuk baja.

2.14 Suatu fluida mampat (p = konstan) terkandung dan terisolasi silinder dilengkapi

dengan piston tanpa gesekan. dapat energi sebagai pekerjaan dipindahkan ke fluida? Apa

perubahan energi internal fluida ketika tekanan meningkat dari P1 ke P2?

2.15 Satu kg air cair pada suhu 250C:

a. Mengalami peningkatan suhu 1 K. Berapa ∆Ut dalam kJ?

b. Berapa ketinggian ∆z. Perubahan energi potensial Ep adalah sama seperti ∆Ut pada

(a),berapa ∆z, dalam meter.

c. Jika dipercepat dari diam ke kecepatan akhir u,mengubah energi kinetik Ek adalah

sama dengan ∆Ut pada (a). Berapa u dalam ms-1?

Bandingkan dan diskusikan hasil dari tiga bagian tersebut.

2.16 Sebuah motor listrik berjalan "panas" di bawah beban, karena irreversibilities internal.

Ia telah mengemukakan bahwa energi yang hilang terkait diminimalkan oleh isolasi

termal casing motor. Komentar kritis pada saran ini.

2.17 Hydroturbine Sebuah beroperasi dengan kepala 50 m air. Saluran inlet dan outlet

adalah 2 m dengan diameter. memperkirakan tenaga mesin yang dikembangkan oleh

turbin untuk kecepatan outlet dari 5 m-s 1

2.18 Air cair di 1800c dan 1,0027 kPa memiliki energi internal (pada skala orbitary) dari

762,0 kJ kg-1 dan volume spesifik 1,128 cm3g-1.

a. Apa entalpi

b. air menguap pada 3000C 1500 kPa, di mana energi internal adalah 2784,4 kJ kg -1 dan

volume spesifik adalah 169,7 cm3 g-1. Hitung ∆U dan ∆H untuk proses.

2.19 Tubuh padat pada suhu awal To direndam dalam bak air pada suhu awal. panas

dipindahkan dari padat ke air pada tingkat, di mana k adalah konstanta dan dan nilai

sesaat dari suhu air yang padat. Mengembangkan ekspresi untuk T sebagai fungsi dari

waktu. memeriksa hasilnya Anda untuk membatasi kasus, dan. mengabaikan pengaruh

ekspansi atau kontraksi dan menganggap jenis konstan untuk air panas dan padat

2.20 Daftar unit operasi umum berikut:

a. pipa penukar panas

b. penukar panas pipa ganda

c. pompa

d. kompresor gas

e. turbin gas throttle valve mulut pipa mengembangkan bentuk yang disederhanakan

keadaan energi keseimbangan umum mantap tepat sesuai item untuk setiap operasi.

Negara hati-hati, dan membenarkan, setiap asumsi yang Anda buat

2.21 Re nomor Reynold adalah grup berdimensi yang mencirikan intensitas aliran. Untuk

Re besar, aliran adalah turbulen: untuk Re kecil, itu adalah laminar. Untuk aliran pipa Re,

di mana D adalah diameter pipa dan viskositas dinamis

a. jika D dan tetap, apa pengaruh peningkatan laju aliran massa m di Re

b. jika m dan adalah tetap, apa efek meningkatkan D pada Re

2.22 sebuah ( p = konstan) mampat aliran cairan terus melalui saluran penampang silang

lingkaran dan diameter meningkat. Di lokasi 1, diameter adalah 2,5 cm dan kecepatan

adalah 2 m s-1, di lokasi 2, diameter 5 cm

a. apa kecepatan di lokasi 2

b. apa perubahan energi kinetik (J kg-1) dari cairan antara lokasi 1 dan 2

2.23 aliran air hangat yang dihasilkan dalam proses aliran tunak pencampuran dengan

menggabungkan 1,0 kgs-1 250C air dingin dengan air panas 0,8 kgs-1 750C. selama

pencampuran kehilangan panas 30 kJs-1. Berapa suhu campuran air? Panas spesifik air

4,18 kJkg-1K-1.

2.24 Gas berdarah dari tangki. Mengabaikan perpindahan panas antara gas dan tangki,

menunjukkan bahwa saldo massa energi menghasilkan persamaan diferensial:

dU/H-U = dm/m

di sini U dan m mengacu pada gas yang tersisa di dalam tangki; H 'adalah entalpi spesifik

gas meninggalkan tangki. Dalam kondisi apa bisa satu mengasumsikan = H 'H

2.25 Air mengalir 280C adalah sebuah pipa horisontal lurus di mana tidak ada pertukaran

baik panas bekerja dengan sekitarnya. Kecepatan adalah 14 m s-1 di dalam pipa dengan

diameter dalam 2,5 cm sampai mengalir ke bagian mana diameter pipa tiba-tiba

meningkat. Apakah perubahan suhu air jika diameter hilir? jika? apa perubahan suhu

maksimum untuk sebuah eniargement pada pipa

2.26 Lima puluh kmol per jam kompresi udara dari bar P1 = 1,2 ke bar P2 = 6.0 pada

kompresor aliran tunak. Disampaikan daya mekanis 98,8 kW. Suhu dan kecepatan adalah:

T1 = 300 K

U1 = 10 ms-1

T2 = 520 K

U2 = 3,5 ms-1

Berapa laju perpindahan panas dari kompresor. Asumsikan untuk udara dan entalpi

adalah independen tekanan.

2.27 Aliran nitrogen pada steady state melalui pipa, diameter horizontal terisolasi dari 1,5

(dalam). Sebuah hasil penurunan tekanan dari aliran melalui katup sebagian dibuka.

Hanya Facebook aliran dari katup tekanan adalah 100 (psia), suhu 1200F, dan kecepatan

rata-rata. jika tekanan turun aliran dari katup dalam, apa suhu? Asumsikan untuk nitrogen

yang PV / T konstan, Cv = 5/2 R dan Cp = 7/2 R (nilai untuk R diberikan di app. A)

2.28 Air mengalir melalui kumparan horisontal dipanaskan dari luar oleh suhu tinggi gas

buang. Saat melewati kumparan negara air berubah dari cairan pada 200 kPa dan 800C uap

pada 100 kPa dan 1250C, kecepatan masuknya adalah 3 ms-1 dan kecepatan keluar adalah

200 ms-1. Tentukan panas yang ditransfer melalui kumparan satuan massa air. Entalpi

dari inlet dan outlet aliran adalah :

Inlet = 334,9 kJkg-1

Outlet = 2.726,5 kJkg-1

2.29 Aliran sungai di steady state melalui suatu konvergen, nozzle terisolasi, 25 cm dan

dengan diameter inlet 5 cm. Di pintu masuk nosel (keadaan 1), suhu dan tekanan 325 0C

dan 700 kPa, dan kecepatan 30 m/s. Di pintu keluar, suhu uap dan tekanan adalah 240 0C

dan 350 kPa. Nilai properti adalah

H1 = 3.112,5 kJkg-1

H2 = 2.945,7 kJkg-1

V1 = 338,61 cm3/g

V2 = 667,75 cm3/g

Berapa kecepatan keluaran dan diameter luarnya.

2.30 Dalam gas nitrogen Cv = 20,8 J/mol0C, Cp = 29,1 J/mol0C:

a. Tiga mol nitrogen pada yang terkandung dalam kapal 30 0C, dipanaskan sampai 250 0C.

berapa banyak panas yang diperlukan jika kapasitas panas kapal diabaikan? Jika kapal

bobot 100 kg dan memiliki kapasitas panas 0,5 kJ/kg0C. Berapa banyak panas yang

dibutuhkan?

b. Empat mol nitrogen pada yang terkandung dalam piston / pengaturan silinder 400 0C.

Berapa banyak panas harus diekstrak dari sistem nya, yang disimpan pada tekanan

konstan. Untuk dingin ke 40 0C jika kapasitas panas dari piston dan silinder diabaikan.

2.31 Dalam nitrogen Cv = 5 Btu lbmol-1F-1 dan Cp = 7 Btu lbmol-1F-1 :

a. Tiga pon mol nitrogen pada suhu 70 0F, dipanaskan sampai 350 0F. Berapa banyak

panas yang diperlukan jika kapasitas panas diabaikan? Jika berat kapal 200 lbm dan

memiliki kapasitas panas 0,12 Btu lbmol-1F-1, berapa banyak panas yang diperlukan?

b. Empat pon mol dari nitrogen pada yang terkandung dalam piston / pengaturan silinder

4000F. Berapa banyak panas harus diekstrak dari sistem, yang disimpan pada tekanan

konstan, untuk mendinginkan ke 1500F jika kapasitas panas dari piston dan silinder

diabaikan?

2.32 Cari persamaan untuk bekerja atau kompresi, isoterm reversibel 1 mol gas dalam

piston / perakitan silinder jika volume molar gas diberikan oleh

V = RT/P + b

dimana b dan R adalah konstanta positif

2.33 Uap pada 200 psia dan 6000F (keadaan 1) masukkan turbin melalui pipa berdiameter 3

inch dengan kecepatan 10 fts-1. Dibuang dari turbin melalui pipa diameter 10 inch dan

pada 5 psia dan 2000F (keadaan 2).Berapa output daya turbin?

H1 = 1,322.6 Btu lbm-1

H2 = 1.148,6 Btu lbm-1

V1 = 3.058 ft3lbm-1

V2 = 78,14 ft3lbm-1

2.34 Gas Karbon dioksida memasuki air dingin kompresor pada kondisi 15 psia dan 500F,

dan dibuang pada kondisi 520 psia dan 2000F. CO2 mengalir masuk melalui pipa

berdiameter 4 inch dengan kecepatan 20 fts-1, dan dibuang melalui pipa diameter 1 inci.

Tekanan diberikan kepada kompresor tersebut adalah 5.360 Btu mol-1 . Berapa panas

transfer dari kompresor dalam (Btu)(hr)-1?

H1 = 307 Btu lbm-1

H2 = 330 Btu lbm-1

V1 = 9,25 ft3lbm-1

V2 = 0,28 ft3lbm-1

2.35 Tunjukkan bahwa W dan Q untuk proses mekanis sewenang-wenang non aliran

reversibel diberikan oleh:

W = ∫ V dP - ∆(PV)

Q = ∆H - ∫V dP

2.36 Satu kilogram udara dipanaskan reversibel pada tekanan konstan dari keadaan awal

dari 300 K dan 1 bar sampai tiga kali lipat volume. Menghitung W, Q, ∆U, dan ∆H untuk

proses itu. Asumsikan untuk udara itu PV/T = 83.14 bar cm-3 mol-1 K-1 dan Cp = 29 J

mol-1 K-1.

2.37 Kondisi perubahan gas dalam proses aliran dari 200C dan 1000kPa ke 600C dan 100

kPa. Merancang proses aliran reversibel non (sejumlah langkah) untuk mencapai

perubahan negara, dan hitung ∆U dan ∆H untuk proses berdasarkan 1 mol gas.

Asumsikan untuk gas yang PV/T konstan,Cv = (5/2)R dan Cp = (7/2)R.

JAWABAN SOAL :

1.4 Pada suhu mutlak berapa celcius dan skala shu Fahrenheit memiliki angka sama? Dan

berapa nilainya?

Jawab:

Skala nilai sama= -400C

-400F= (-40-32)

= (-72)

=-400C

-400C=( (-40)+32)

=-40 0F

Karena dari percobaan antara -50,-40,-30,-20,-10,0,10,20,30, yang cocok pada 0C dan F

adalah -40

C:F:R:K

5: 9:4:5

(PJ= R. NURHIMAN WISHNUARTA 21030110060002)

1.9 Zat cair yang mendidih pada temperature rendah relative berbentuk cairan dibawah

tekanan upaya yang pada suhu sekitar dapat menjadi besar. Selain itu n Butana berbentuk

cairan / sistem uap pada tekanan 2,581 bar atau temperatur 3000K. Volume (>50 m3) untuk

jenis tanki spherical. Berikan 2 alasan mengapa?

Jawab:

1). Tanki spherical memiliki konfigurasi yang sangat efisien jika dilihat dari jumlah panas

atau kalor (cairan yang mendidih) yang masuk dalam tanki.

2). Keterbatasan tanki spherical bagian dalam mampu menampung beban cairan yang

mendidih (kriogenik), tahan terhadap tekanan operasi dan tahan terhadap gaya teknis.

(PJ=HIDAYATUL MASRUROH 21030110060039)

1.14 70 watt merupakan daya listrik rata-rata digunakan 10 jam (per hari). Sebuah neon baru

harga $500 dan dapat nyala 1000 jam. Jika harga elektrivitinya $0,10 per kw jam. Berapa

biaya tiap lampu dalam 1 tahun.

Jawab:

1 neon bertahan 10 hari

1 tahun harus member 36,5 neon

Harga $182,500= 36,5x$500

Energi setiap hari= 70 wattx 10 jam

= 700 watt jam =0,7 kw jam

Dalam 1 tahun = 0,7x365 = 255,5 kw jam

Biaya= 25,55

Harga per lampu= $182,500 + 25,55

=$208,05

(PJ= KIPTIYAH 21030110060009)

1.19 Sebuah turbin yang mendapatkan suplay dari air terjun pada ketinggian 50 m. Dengan

asumsi η= 916, untuk konversi potensial menjadi energy listrik dan kerugian 8% dari gaya

yang dihasilkan dalam transisi. Berapa massa air yang dibutuhkan untuk menjalankan bola

lampu 200 W.

Jawab:

W=

Wxt= mghx0,9x0,92

M=

=

=0,488 kg/F

(PJ=IKE ANDRIYANA 21030110060001)