8/19/2019 Zeroth Problem

1/20

Zeroth problem

Scientist and engineers, with carefulmeasurements and analysis of non-nuclearprocesses, bave consistently observed that

mass and energy are conserved. Due to itsoverall applicability and generality, theseobservations have been known as the rst law

of thermodynamics: energy can not be created

nor destroyed it can only transform from oneform to another. Energy comes ini many forms.ist all kinds of energy and give real-lifee!amples each"

8/19/2019 Zeroth Problem

2/20

#.Energi $inetik %Ek&

• Enegi kinetik adalah energi yangdimiliki suatu benda karenagerakannya. 'adi, setiap benda yang

bergerak memiliki energi kinetik.(ontohnya, energi kinetik dimilikioleh mobil yang sedang mela)u,pesawat yang sedang terbang, dananak yang sedang berlari.

• Energi $inetik dirumuskan sebagai:

•  

8/19/2019 Zeroth Problem

3/20

+.Energi otensial%Ep&

• Energi potensial adalah energi yangdimiliki suatu benda akibat adanyapengaruh tempat atau kedudukan

dari benda tersebut.

• (ontoh misalnya seperti buah kelapayang siap )atuh dari pohonnya, cicak

di plafon rumah, dan lainsebagainya.

• Energi potensial dirumuskan sebagai

berikut:

•  

8/19/2019 Zeroth Problem

4/20

.saha %/&

• saha atau ker)a adalah energi yangdisalurkan gaya ke sebuah bendasehingga benda tersebut bergerak.

• (ontoh usaha adalah mobil yangawalnya diam kemudian bergeraksepan)ang )arak tertentu.

• saha didenisikan sebagai:

•  

8/19/2019 Zeroth Problem

5/20

0.Entalpi %1&

• Entalpi %1& adalah )umlah kalor yangterkandung dalam sistem padakondisi tekanan tetap.

• Entalpi tidak dapat diukur, yangdapat diukur adalah perubahan darientalpi tersebut %21&.

• (ontoh: 3eaksi Eksoterm danEndoterm

8/19/2019 Zeroth Problem

6/20

4. $alor %5&

• $alor merupakan bentuk energi yangdapat berpindah atau mengalir daribenda yang memiliki kelebihan kalor

menu)u benda yang kekurangan kalor.• (ontoh dalam kehidupan sehari-hari

adalah merebus telur dengan air

mendidih.• $alor %5& dapat dirumuskan sebagai:

6 7 m.c8

•  

8/19/2019 Zeroth Problem

7/20

9. Energi nternal %&

• Energi internal dari suatu sistemdidenisikan sebagai energi yangdiasosiasikan dengan gerakan tidak

teratur dari molekul, energi total%internal& sistem meliputi energikinetik dan energi potensial.

8/19/2019 Zeroth Problem

8/20

;irst roblem

•  id. So, with a sudden ?ash of insight, you decideto start with 0 gallons of the coldest tap water you canget, which you determine is 4=o; %#=o(&, and then coolit down with a # 5uart chunk of ice you already have in

your free@er. 8he ownerAs manual for your refrigeratorstate that when the free@er setting is on high, thetemperature is B +=o(. will your plan workC State all ofyour assumptions"

8/19/2019 Zeroth Problem

9/20

Diketahui

• air 7 0 gallons 7 #4.#0 liter 7 #4.#0 ! #= cm

• ice 7 # 5uart 7 =.4 liters 7 =.4 ! #= cm

•  8#7 4=o;7 #=o(

•  8+7 +o; 7 =o(

• ice7 =. gFcm

• water 7 kool aid 7 # g Fcm

• c water 7 0+== 'Fkgo(

• cice7 +#== 'Fkgo(

• water 7 .0 ! #=4 'Fkg

• water7 +. ! #=9 'Fkg

• ice 7 'Fkg

•  

8/19/2019 Zeroth Problem

10/20

 'awab• Dalam kasus ini kita bisa menggunakan

asas black dimana

6lepas 7 6serap

•

 8erlebih dahulu kita memerlukan massadari setiap komponen untuk dapatmenghitung kalor sehingga kita bisamenggunakan rumus

m 7 .

•  

8/19/2019 Zeroth Problem

11/20

• >ir

m water  7 water . water

m water 7 # g Fcm . #4.#0 ! #= cm

  7 #4#0= gram

• Es

 mice 7 ice . ice

mice 7 =. gFcm. =.4 ! #= cm

  7 G44 gram

•  

8/19/2019 Zeroth Problem

12/20

• Setelah mendapatkan massanya barulah kita bisamenggunakan asas black untuk menghitung suhu

campuran antara air dengan esQlepas = Qserap

 Qair   = Qes + Qlebur es

 mair  . cair . T = mes . c es . Tes + mes. Les

15.14 kg .4200 J/kgoC.(Tair - Tc = 0.!55 kg .2100 J/kgoC.( Tc " Tes +

0.!55 kg . ### J/kg

$#5!! J/oC(10oC - Tc = 1%&5.5 J/oC .( Tc + 20oC + 2!%4.%2 J

$#5!!0 " $#5!! Tc = 1%&5.5 Tc  +#5&10 + 2!%4.%2

5&%0&5'2! = $5#!#.5 Tc

Tc = &.1#o

C

•  

8/19/2019 Zeroth Problem

13/20

$esimpulan

• $arena suhu campuran yangdidapatkan sebesar .# o( makarencana ini tidak dapat digunakan

agar membuat kool aids bertahandalam suhu =o(.

8/19/2019 Zeroth Problem

14/20

Fifth Problem

• nternal energy and enthalpy are two thermodynamics5ualities or variables tha are used ini energy balancee5uations. 8hermal energy added to a gas ofpolyatomic molecules can appear as rotational and

vibrational, as well as translational energies of the gasmolecules. Describe the internal energy of a gasmolecules in terms of its diHerent modes of motions:translational, rotational, and vibrational modes. inaddition to electronic contributions. se the follo5ing

agraw showing the bolt@man distribution ofpopulation for rotation, vibration, and electronicenergy levels at room temperature.

8/19/2019 Zeroth Problem

15/20

• Energi yang tersimpan dalammolekul gas adalah:

#. Energi kinetik translasi molekul+. Energi kinetik akibat rotasi molekul

. Energi akibat vibrasi antar molekul

•. Sehingga energi total dari sistemadalah:

total 7 translasi I rotasi I vibrasi

•. Energi internal %energi dalam&molekul gas dapat didenisikansebagai berikut:

•  

8/19/2019 Zeroth Problem

16/20

• ada gerak translasi, nilai kapasitas panas darimolekul gas adalah:

• Sehingga, energi dalamnya adalah:

• $etika molekul gas mulai mengalami gerak rotasi,

nilai kapasitas panasnya men)adi:

• Sehingga, energi dalamnya adalah:

• Dan ketika molekul gas mulai mengalami gerakrotasi, nilai kapasitas panasnya men)adi:

• Sehingga, energi dalamnya adalah:

•  

8/19/2019 Zeroth Problem

17/20

• 1al ini dapat di)elaskan dalam gambarberikut:

Gambar 1. Diagram (v versus 8 pada Jolekul

Kas

8/19/2019 Zeroth Problem

18/20

Distribusi Lolt@mann•  'umlah rata-rata molekul pada suatu keadaan

%state& disebut population of the stateM. adasaat 87=, hanya keadaan energi terendah yangterisi oleh molekul. Jenaikkan emperatur akanmenyebabkan beberapa molekul tereksitasi kekeadaan energi yang lebih tinggi.3umus untukmengukur populasi relati pada berbagaikeadaan energi disebut distribusi Lolt@man.

• Distribusi Lolt@mann dapat dinyatakan dalampersamaan berikut:

Dengan NkM adalah nilai konstanta Lolt@mann sebesar#,G# ! #=-+ 'F$.

•

 

8/19/2019 Zeroth Problem

19/20

1al penting yang harus diperhatikan dalampengaplikasiannya untuk tingkat energi :

• Semakin tinggi keadaan energi suatumolekul, semakin sedikit populasi molekulyang menempati keadaan tersebut.

• Semakin tinggi suhu suatu molekul,

semakin banyak populasi molekul yangmenduduki keadaan energi tinggi,

•  8ingkat energi akan semakin banyakterpopulasi apabila perbandingan antaraNEi – E j”  dengan NkT M dekat %seperti dalam

gerak translasi dan gerak rotasi&.

8/19/2019 Zeroth Problem

20/20

Dari gambar, ditun)ukan bahwa tingkat energi pada gerak rotasi lebihbanyak terpopulasi daripada gerak vibrasi dan gerak elektronik padasuhu ruangan. 1al ini bersesuaian dengan poin ketiga dari

pernyataan sebelumnya.alu, pada diagram, semakin tinggi tingkat energinya, semakinsedikit populasi molekul yang menempati tingkat eergi tersebut. 1alini bersesuaian dengan poin pertama dan poin kedua dari pernyataanmengenai distribusi Lolt@mann sebelumnya.