bab 2 thermodinamika

7/24/2019 Bab 2 Thermodinamika

1/19

Energi dan Hukum Pertama Termodinamika

Energi adalah konsep dasar termodinamika dan salah satu aspek yang paling

signifkan dari analisis rekayasa. Dalam thischapter kita membahas energi dan

mengembangkan persamaan untuk menerapkan prinsip konservasi energi.

Presentasi saat ini terbatas pada sistem tertutup. Dalam Chap. 4 diskusi

diperpanjang untuk mengontrol volume.

Energi adalah gagasan akrab, dan Anda sudah tahu banyak tentang hal itu. Dalam

bab ini beberapa aspek penting dari konsep energi dikembangkan. eberapa ini

Anda temui sebelumnya. !de dasarnya adalah bah"a energi dapat disimpan dalam

sistem dalam berbagai bentuk. Energi juga dapat dikonversi dari satu bentuk ke

bentuk lainnya dan ditrans#er antara sistem. $ntuk sistem tertutup, energi dapat

ditrans#er oleh kerja dan trans#er panas. %umlah total energi adalah kekal dalam

semua konversi dan trans#er.

&ujuan dari bab ini adalah untuk mengatur ide'ide tentang energi ke dalam bentuk

yang cocok untuk analisis rekayasa. Presentasi dimulai dengan revie" dari konsep

energi dari mekanik. (onsep termodinamika energi ini kemudian diperkenalkan

sebagai ane)tension dari konsep energi mekanik.

2.1 Konsep Teknik dari Energi

*embangun kontribusi dari +alileo dan lain'lain, e"ton merumuskan tion deskripsi

umum dari gerakan benda'benda di ba"ah pengaruh kekuatan diterapkan. -ukum

+erak e"ton, yang memberikan dasar untuk mekanika klasik, menyebabkankonsep kerja, energi kinetik, dan energi potensial, dan ini akhirnya menyebabkan

konsep memperluas energi. Pembahasan ini dimulai dengan penerapan hukum

kedua e"ton tentang gerak.

2.1.1 Kerja Dan Energi Kinetik

+aris melengkung pada +ambar. ./ merupakan jalur tubuh massa m 0sistem

tertutup1 mengeset relati# terhadap )'y koordinat bingkai ditampilkan. (ecepatan

pusat massa tubuh dilambangkan dengan 2./ &ubuh bertindak oleh gaya resultan 3,

yang mungkin berbeda dalam besarnya dari lokasi ke lokasi sepanjang jalan. +aya

resultan diselesaikan menjadi 3s komponen sepanjang jalan dan komponen 3nnormal jalan. E#ek dari


2/19

komponen 3s adalah mengubah besarnya kecepatan, sedangkan e#ek dari'

komponen nen 3n adalah untuk mengubah arah kecepatan. eperti yang

ditunjukkan pada +ambar. ./, s adalah posisi sesaat dari tubuh diukur sepanjangjalan dari beberapa titik tetap dilambangkan dengan 5. (arena besarnya 3 dapat

bervariasi dari lokasi ke lokasi sepanjang jalan, besaran 3s dan 3n, secara umum,

#ungsi s.

*ari kita perhatikan tubuh ketika bergerak dari s6 s/, di mana besarnya

kecepatannya adalah 2/, untuk s/ 7 s, di mana kecepatannya adalah 2.

Asumsikan untuk diskusi ini bah"a satu'satunya interaksi antara tubuh dan

sekitarnya melibatkan kekuatan 3. ecara hukum kedua e"ton tentang gerak,

besarnya 3s komponen terkait dengan perubahan dalam besarnya 2 oleh

*enggunakan aturan rantai, ini dapat ditulis sebagai

di

mana 2 7 ds8 dt. *enata ulang Persamaan. . dan mengintegrasikan dari s/ ke smemberikan


3/19

!ntegral di sebelah kiri Persamaan. .9 dievaluasi sebagai berikut

(uantitas adalah energi kinetik, (E, dari tubuh. Energi kinetik adalah :uantum

skalar

tity. Perubahan energi kinetik,

!ntegral di sebelah kanan Persamaan. .9 adalah karya gaya 3s sebagai tubuh

bergerak dari s/ ke s sepanjang jalan. Pekerjaan juga kuantitas skalar. Dengan

Persamaan. .4, Persamaan. .9 menjadi

di mana ekspresi untuk pekerjaan telah ditulis dalam hal produk skalar 0dot product1

dari 3 vektor gaya dan vektor perpindahan ds. Persamaan .; menyatakan bah"a

karya gaya resultan pada tubuh sama dengan perubahan energi kinetiknya. (etika

tubuh akselerogra# erated oleh gaya resultan, kerja yang dilakukan pada tubuh

dapat dianggap sebagai trans#er energi untuk tubuh, di mana disimpan sebagai

energi kinetik.

Energi kinetik dapat ditugaskan nilai hanya mengetahui massa tubuh dan nitude

*agma dari kecepatannya relati# seketika ke ditentukan berkoordinasi bingkai,

tanpa memperhatikan bagaimana kecepatan ini dicapai.


4/19

Persamaan .; merupakan hasil utama dari bagian sebelumnya. erasal dari hukum

kedua e"ton, persamaan memberikan hubungan antara dua konsep didefnisikan=

energi kinetik dan bekerja. Pada bagian ini digunakan sebagai titik tolak untuk

memperluas konsep energi. $ntuk memulai, lihat +ambar. ., yang menunjukkan

tubuh m massa yang bergerak secara vertikal dari ketinggian >/ ke ketinggian >

relati# terhadap permukaan bumi. Dua pasukan yang ditampilkan bekerja padasistem itu= gaya ke ba"ah karena gravitasi dengan besarnya mg dan gaya vertikal

dengan magnitude ? me"akili resultan dari semua kekuatan lain yang bekerja pada

sistem.

Pekerjaan masing'masing gaya yang bekerja pada tubuh ditunjukkan pada +ambar.

. dapat ditentukan dengan menggunakan defnisi yang diberikan sebelumnya.

&otal kerja adalah jumlah aljabar dari nilai'nilai individual tersebut. esuai dengan

Persamaan. .;, total pekerjaan sama dengan perubahan energi kinetik. !tu adalah

ebuah tanda minus diperkenalkan sebelum masa jabatan kedua di sebelah kanan

karena gaya gravitasi diarahkan ke ba"ah dan > diambil sebagai positi# ke atas.

!ntegral pertama di sebelah kanan Persamaan. .@ merupakan kerja yang dilakukan

oleh gaya ? pada tubuh ketika bergerak secara vertikal dari >/ ke . !ntegral kedua

dapat dievaluasi sebagai berikut


5/19

di mana percepatan gravitasi telah diasumsikan konstan dengan elevasi. Dengan

incor' porating Persamaan. .B ke Persamaan. ,@ dan menata ulang

(uantitas *+ adalah energi potensial gravitasi, PE. Perubahan energi potensial

gravitasi adalah

$nit untuk energi potensial dalam sistem unit adalah sama dengan yang untuk en'

ergy kinetik dan bekerja.

Energi potensial dikaitkan dengan gaya gravitasi dan karena itu adalah atribut dari

suatu sistem yang terdiri dari tubuh dan bumi bersama'sama. amun,

mengevaluasi kekuatan ity grav' sebagai mg memungkinkan energi potensial

gravitasi yang akan ditentukan untuk nilai tertentu g hanya mengetahui massa

tubuh dan elevasi. Dengan pandangan ini, energi potensial dianggap sebagai

properti yang luas dari tubuh. epanjang buku ini diasumsikan bah"a perbedaan

elevasi cukup kecil bah"a gaya gravitasi dapat dianggap konstan. (onsep energi

potensial gravitasi dapat dirumuskan untuk memperhitungkan variasi gaya gravitasi

dengan ketinggian, namun.

$ntuk memberikan nilai pada energi kinetik atau energi potensial dari sebuah

sistem, perlu untuk menganggap datum dan menentukan nilai untuk kuantitas di

datum. ilai energi kinetik dan potensial yang kemudian ditentukan relati# terhadap

pilihan se"enang'"enang ini datum dan nilai re#erensi. amun, karena hanya

perubahan energi kinetik dan potensial antara dua negara diperlukan, spesifkasi ini

re#erensi se"enang'"enang membatalkan.

(etika sistem mengalami proses di mana ada perubahan kinetik dan potensial en'

ergy, pera"atan khusus diperlukan untuk mendapatkan satu set konsisten unit.

6 sebagai contoh.. . untuk menggambarkan penggunaan yang tepat dari unit dalam

perhitungan istilah seperti, mempertimbangkan sistem yang memiliki massa / kg

yang kecepatannya meningkat dari / m8s menjadi 95 m 8 s sedangkan elevasi

menurun sebesar /5 m di lokasi di mana g7,@ m 8 s. (emudian


6/19

(onservasi Energi Di *ekanika

Persamaan . menyatakan bah"a total pekerjaan semua gaya yang bekerja pada

tubuh dari temuan surround', dengan pengecualian dari gaya gravitasi, sama

dengan jumlah perubahan dalam energi kinetik dan potensial dari tubuh. (etika

gaya resultan menyebabkan elevasi yang akan meningkat, tubuh akan dipercepat,

atau keduanya, kerja yang dilakukan oleh gaya dapat dianggap

trans#er energi untuk tubuh, di mana disimpan sebagai energi potensial gravitasi

dan 8 atau energi kinetik. +agasan bah"a energi adalah kekal mendasari pena#siran

ini.

Pena#siran Persamaan. , sebagai ungkapan konservasi prinsip energi dapat

diperkuat dengan mempertimbangkan kasus khusus dari tubuh yang satu'satunya

kekuatan akting adalah bah"a karena gravitasi, untuk kemudian sisi kanan

persamaan lenyap dan persamaan tereduksi menjadi

Dengan kondisi tersebut, jumlah dari energi kinetik dan potensial gravitasi tetap

konstan. Persamaan .// juga menggambarkan bah"a energi dapat dikonversi dari

satu bentuk ke bentuk lainnya an'= $ntuk benda jatuh di ba"ah pengaruh gravitasi

saja, energi potensial akan menurun dengan meningkatnya energi kinetik dengan

jumlah yang sama.


7/19

2.1.3 Penutupan

Presentasi sejauh ini berpusat pada sistem yang diterapkan pasukan hanya

mempengaruhi kecepatan mereka secara keseluruhan dan posisi. amun, sistem

bunga rekayasa biasanya berinteraksi dengan lingkungan sekitar mereka dengan

cara yang lebih rumit, dengan perubahan si#at lain juga. $ntuk menganalisis sistem

seperti ini, konsep energi kinetik dan potensial saja tidak cukup, juga tidak

konservasi dasar prinsip energi diperkenalkan di bagian ini. Dalam dinamika

thermo' konsep energi diperluas untuk memperhitungkan perubahan yang diamati

lainnya, dan prinsip konservasi energi yang diperluas untuk mencakup berbagai

cara di mana sistem berinteraksi dengan lingkungan sekitar mereka. Dasar

generalisasi tersebut adalah bukti eksperimental. Ekstensi ini dari konsep energi

dikembangkan dalam sisa bab ini, mulai di bagian depan dengan pembahasan yang

lebih lengkap dari pekerjaan.

2.3 Energi Bagian Dari Sistem

(ami melihat di ec. Aku bah"a energi potensial kinetik dan gravitasi dari suatu

sistem dapat diubah sebagai hasil dari kerja karena kekuatan eksternal. Defnisi

kerja diperpanjang di ec. . untuk memasukkan berbagai interaksi antara sistem

dan yang Pada bagian ini, konsep kerja diperpanjang digunakan untuk memperoleh

pemahaman yang lebih luas dari energi dari sistem A peran sentral dimainkan

dalam pertimbangan ini b hukum pertama temuan eksperimental

2.3.1 Hukum Pertama Termodinamika

Untuk mengenalkan hukum termudinamika ,kita pilih antara semua proses dengan sebuah sistem tertutup

yg dapat diambil dari salah satu kesetimbangan state untuk sistem yang lain yang hanya melibatkan

interaksi kerja antara sistem dan yang mengelilinginya.semua proses tersebut akan proses

adiabatik.perkembangan berikut menegaskan bahwa pemakaian saat ini dari proses masa adiabatik adalah

sepenuhnya sesuai dengan konsep perkenalan di bagian 1.5.1

Banyak proses adiabatik yang memungkinkan antara memberi sepasang pasangan di setiap ujung bagian

namun itu dapat ditemukan dengan penelitian untuk semua proses adiabatik antara di setiap ujung nilai

jaringan kerja diselesaikan dengan sistem.hal ini di nilai dari bagian jaringan kerja yang diselesaikan

dengan sistem tertutup mengalami sebuah proses adiabatik diantaranya di beri dua nama bagian yang

hanya mengandalkan dari bagian yang terakhir dan tidak dalam perincian dari sistem adiabatik.

Pernyataan sebelumnya di buat atas dasar dari bukti percobaan ,awalnya dengan percobaan dari joule

dalam bagian permulaan dari abad kesembilan belasan.karena tidak dapat dihindarkan dari percobaan

yang berubah-ubah,hal ini tidak mungkin di buktikan dengan ukuran bahwa jaringan ini adalah cukup


8/19

sama untuk semua proses abiabatik diantaranya sama dengan bagian terakhir.bagaimanapun jumlah yang

lebih besar dari percobaan bantuan temuan ini menyimpulkan ,jadi mengambil prinsip pokok supaya kerja

yang sesungguhnya adalah sama.prinsip ini,dijuluki hukum 1 termodinamika ,bagaimanapun juga

pemakaian dari jenis interaksi kerja atau sifat dari sistem tertutup.

2.3.2 Defnisi Perubaan Energi

Defnisi umum dari perubahan energi dari sistem tertutup antara dua e:uilib rium

negara diperkenalkan di bagian ini dengan menggunakan hukum pertama

termodinamika, bersama'sama dengan tes untuk properti diberikan dalam ec. /..

(arena kerja bersih adalah sama untuk semua proses adiabatik dari sistem tertutup

antara sepasang diberikan negara akhir, dapat disimpulkan dari tes properti bah"a

kerja bersih untuk proses tersebut mendefnisikan perubahan di beberapa properti

dari sistem. Properti ini disebut energi. *emilih simbol E untuk menunjukkan energi

dari sebuah sistem. perubahan energi antara dua negara didefnisikan oleh

E ' EF 7 '!ad 0.@1

di mana !ad menunjukkan kerja bersih untuk setiap proses adiabatik antara kedua

negara. &anda minus sebelum masa kerja di Persamaan. ,@ sesuai dengan tanda

konvensi sebelumnya menyatakan untuk bekerja.

(arena setiap nilai se"enang'"enang E, dapat ditugaskan untuk energi dari sistem

di negara tertentu /. tidak ada makna khusus dapat melekat pada nilai energi di

negara l atau negara lain. -anya perubahan energi dari suatu sistem memiliki

makna.

Persamaan .@ memberikan perubahan energi dari sistem sebagai akibat dari

pekerjaan yang dilakukan oleh, atau di atasnya, selama proses adiabatik adalah

ekspresi dari prinsip konservasi energi untuk jenis proses. Persamaan .; dan .,

memperkenalkan perubahan energi kinetik dan energi potensial gravitasi, masing'

masing adalah kasus khusus dari Persamaan. .@

perubahan energi kinetik dan gravitasi pot kasus khusus dari Persamaan. ,@

2.3.3 Energi internal

imbol E diperkenalkan di atas menunjukkan total energi dari sebuah sistem.Energi total termasuk energ kinetik energi potensial gravitasi, dan bentuk lain dari

energi. Contoh'contoh untuk mengikuti menggambarkan beberapa bentuk'bentuk

energi. anyak contoh lain dapat diberikan yang memperbesar pada yang sama ide

musim semi.

(etika saat pekerjaan dilakukan untuk kompres mata air, energi storcd dalam

baterai terisi, energi yang tersimpan di dalamnya meningkat. Dan "her gas 0atau


9/19

cair1 a"alnya pada keadaan setimbang dalam, kapal terisolasi tertutup diaduk

semangat menerus dan dii>inkan untuk datang ke ekuilibrium akhir sta energi gas

meningkat dalam proses Dalam masing'masing contoh perubahan energi sistem

tidak dapat dikaitkan dengan perubahan kinetik atau gravitasi potensial sistem

Perubahan energi dapat acccun ed dalam C!* dari energi internal, namun

Dalam termodinamika rekayasa perubahan total energi dari sistem dianggap terdiri

dari tiga kontribusi makroskopik. alah satunya adalah perubahan energi, terkait

dengan gerakan sistem secara keseluruhan relati# terhadap koordinat bingkai

eksternal. Gain adalah perubahan energi potensial gravitasi, terkait dengan posisi

sistem secara keseluruhan dalam gravitasi bumi yang disatukan dalam energi

internal sistem. eperti energi kinetik dan energi potensial gravitasi, energi internal

adalah milik luas dari sistem, seperti total energy

i internal energ di"akili oleh simbol $. dan perubahan $! energi internal. Energi

internal spesifk dilambangkan dengan u atau masing'masing, tergantung pada

apakah itu dinyatakan pada satuan massa atau per basis mol Perubahan energitotal sistem adalah

emua jumlah dalam Persamaan. ,B yang dinyatakan dalam satuan energi yang

sebelumnya diperkenalkan

!dentifkasi energi internal sebagai bentuk makroskopik energi merupakan langkah

cant signifkan dalam pengembangan ini, untuk itu menetapkan konsep energi

dalam thermody namics selain itu mekanika. Dalam Chap. 9 kita akan belajar

bagaimana untuk mengevaluasi perubahan energi internal untuk kasus'kasus

praktis penting yang melibatkan gas, cairan dan padatan dengan menggunakan

data empiris .

$ntuk lebih pemahaman kita tentang energi internal, mempertimbangkan

sistem kami akan sering menemukan di bagian berikutnya dari buku ini, sistem

yang terdiri dari gas yang terkandung dalam tangki. *ari kita berpikir tentang

energi dikaitkan dengan gerakan dan konfgurasi dari individu molekul, atom, dan

partikel subatom yang membentuk materi dalam sistem. *olekul gas bergerakmenemui molekul lain atau dinding "adah. agian dari energi internal gas adalah

energi kinetik translasi molekul. (ontribusi lain untuk energi internal meliputi energi

kinetik karena rotasi dari molekul relati# terhadap pusat'pusat mereka dari massa

dan energi kinetik terkait dengan gerakan vibrasi dalam molekul. elain itu, energi

yang tersimpan dalam ikatan kimia antara yang membentuk molekul penyimpanan

energi pada tingkat atom termasuk energi yang berkaitan dengan elektron orbital


10/19

negara, spin, dan pasukan mengikat dalam inti. gas, cairan, dan padatan, gaya

antarmolekul memainkan peran penting dalam mempengaruhi energi internal

2.3." Konser#asi Prinsip Energi Sistem Tertutup

ejauh ini. kami telah dianggap secara kuantitati# hanya mereka interaksi antara

sebuah sistem dan sekitarnya yang dapat digolongkan sebagai pekerjaan. amun,

sistem tertutup juga dapat berinteraksi dengan lingkungan sekitar mereka dengan

cara yang tidak dapat dikategorikan sebagai pekerjaan. Contoh disediakan oleh gas

0atau cair1 yang terkandung dalam "adah tertutup menjalani proses sementara di

kontak dengan api pada suhu lebih besar dari gas. %enis interaksi disebut interaksi

panas, dan proses dapat disebut sebagai proses nonadiabatic. Perubahan energi

sistem dalam proses nonadiabatic tidak dapat dipertanggungja"abkan dari segi

Alore kerja.


11/19

ekspresi ini dapat ditulis kembali sebagai

E ' EF 7 K M I 0,1

yang menyatakan bah"a perubahan energi sistem sama dengan perpindahan

energi bersih ke sistem, seperti disimpulkan di atas Persamaan . sumnari>es

konservasi prinsip energi untuk sistem tertutup dari semua jenis . ukti

eksperimental yang melimpah mendukung pernyataan ini. Penerapan persamaan ini

dibahas di ec. .9 setelah trans#er energi dilambangkan dengan K ccnsidered lebih

detai di bagian berikutnya.

2.$ %era&a Energiuntuk Sistem Tertutup

Diskusi kami sebelumnya menunjukkan, satu'satunya energi "aysthe dari sistem

tertutup dapat diubah adalah melalui trans#er energi oleh kerja atau oleh panas.

elanjutnya, berdasarkan percobaan %oule dan lain'lain, aspek #undamental dari

konsep energi adalah bah"a energi adalah kekalH kita sebut ini hukum pertama

termodinamika. persamaan ini dirangkum dalam kata'kata sebagai berikut=

Pernyataan kata ini bah"a persamaan . hanya keseimbangan akuntansi untuk

energi, keseimbangan energi. -al ini membutuhkan bah"a dalam setiap proses

sistem tertutup energi meningkat sistem atau penurunan dengan jumlah yang sama

dengan jumlah bersih energi ditrans#er di batasnya.

$ngkapan jumlah bersih yang digunakan dalam laporan frman keseimbangan

energi harus dita#sirkan secara hati'hati, untuk mungkin ada panas atau bekerja

trans#er energi di berbagai tempat di batas sistem. Di beberapa lokasi trans#er

energi mungkin ke dalam sistem, sedangkan pada orang lain mereka keluar dari

sistem. Dua istilah di akun sisi kanan untuk hasil bersih semua trans#er energi oleh

panas dan kerja, masing'masing, yang terjadi selama interval "aktu yang

dipertimbangkan.

(eseimbangan energi dapat dinyatakan dalam simbol'simbol sebagai


12/19

yang menunjukkan bah"a trans#er energi di seluruh hasil batas sistem dalam

perubahan dalam satu atau lebih dari bentuk'bentuk energi makroskopik= energi

kinetik, energi potensial gravitasi, dan energi internal. emua re#erensi sebelumnya

untuk energi sebagai jumlah dilestarikan dimasukkan sebagai kasus khusus dari

pers. .9.

Perhatikan bah"a tanda'tanda aljabar sebelum panas dan kerja persyaratan pers.

,9 berbeda. !ni mengikuti dari konvensi tanda diadopsi sebelumnya. ebuah

tanda minus muncul sebelum I karena perpindahan energi oleh kerja dari sistemke lingkungan diambil untuk menjadi positi#. ebuah tanda plus muncul sebelum K

karena dianggap menjadi positi# ketika trans#er panas dari energi ke dalam sistem

dari lingkungan.

2.$.1 Bentuk Dari Energi Balan&e

erbagai bentuk khusus dari keseimbangan energi dapat ditulis. *isalnya,

keseimbangan energi dalam bentuk di#erensial adalah

dimana dE di#erensial energi, properti. ejak K dan I tidak si#at, perbedaan mereka

ditulis sebagai , masing'masing.

entuk tingkat "aktu sesaat dari keseimbangan energi adalah

entuk tingkat keseimbangan energi dinyatakan dalam kata'kata adalah


13/19

(arena laju perubahan energi diberikan oleh dE

Persamaan .9@ dapat dinyatakan sebagai alternati#

Persamaan .9 melalui .9B memberikan alternati# bentuk keseimbangan energi

yang mungkin menjadi titik a"al yang mudah ketika menerapkan prinsip konservasi

energi untuk sistem tertutup. Dalam Chap. 4 konservasi prinsip energi dinyatakan

dalam bentuk yang cocok untuk analisis volume control. (etika menerapkan

keseimbangan energi di berbagai bentuknya, itu adalah im' portant untuk berhati'

hati tentang tanda'tanda dan unit dan untuk membedakan dengan hati'hati antara

harga dan jumlah. elain itu, penting untuk mengenali bah"a lokasi batas sistem

dapat relevan dalam menentukan apakah trans#er energi tertentu dianggap sebagai

panas atau bekerja.

. . pertimbangkan +ambar. ./4, di mana tiga sistem alternati# yang akan

ditampilkan yang mencakup kuantitas gas 0atau cair1 dalam kaku, baik'terisolasi

"adah. Pada +ambar. ./4a, gas itu sendiri adalah sistem. ebagai arus mengalir

melalui pelat tembaga, ada trans#er energi dari plat tembaga untuk gas. ejak

perpindahan energi ini terjadi sebagai akibat dari perbedaan suhu antara piring dan

gas, itu adalah rahasia sebagai perpindahan panas. erikutnya, lihat +ambar.

./4b, di mana batas ditarik untuk menyertakan plat tembaga. !ni mengikuti dari

defnisi termodinamika pekerjaan yang trans#er energi yang terjadi saat ini sebagaimelintasi batas sistem ini harus dianggap sebagai pekerjaan. Akhirnya, pada

+ambar. ./4c, batas terletak sehingga tidak ada energi yang ditrans#er di atasnya

oleh panas atau bekerja.


14/19

. ejauh ini, kita telah berhati'hati untuk menekankan bah"a jumlah simbolisboli>ed oleh Iand K di terdahulu persamaan rekening untuk trans#er energi dantidak trans#er kerja dan panas, masing'masing. yarat bekerja dan panasmenunjukkan cara yang berbeda dimana en' ergy ditrans#er dan bukan apa yangditrans#er. amun, untuk mencapai ekonomi berekspresi dalam diskusi berikutnya,I dan K sering disebut hanya sebagai pekerjaan dan perpindahan panas, masing'masing. !ni cara yang kurang #ormal berbicara umumnya digunakan dalam praktekrekayasa.

2.$.2 'lustrasi

Contoh untuk mengikuti memba"a keluar banyak ide penting tentang energi dan

keseimbangan energi. *ereka harus dipelajari dengan hati'hati, dan pendekatanyang sama harus digunakan saat memecahkan akhir'o#'bab masalah.

Dalam teks ini, sebagian besar aplikasi dari keseimbangan energi tidak akan

melibatkan perubahan energi kinetik atau potensial signifkan. Dengan demikian,

untuk mempercepat solusi dari banyak contoh berikutnya dan akhir'o#'bab masalah,

kami menunjukkan dalam pernyataan masalah bah"a perubahan tersebut dapat

negative lected. %ika ini tidak dibuat eksplisit dalam sebuah pernyataan masalah,


15/19

Anda harus memutuskan atas dasar masalah yang dihadapi bagaimana cara terbaik

untuk menangani hal energi kinetik dan potensial dari keseimbangan energi.

contoh .

ebuah sistem tertutup mulanya terletak di atas permukaan bumi mengalami

sebuah proses yang mana di sana energi bersih di kirim sistem dengan gaya

sebesar 55tu . selama proses disana terjadi perpindahan panas energi dari

sistem kelingkungan sebesar 95 tu di akhir proses sistem mempunyai kecepatan

55 3t8s pada ketinggian 553t. *asa sistem 5 Gb dan kecepatan graftasi di

daerah tersebut adalah 9 3t8s . tentukan Perubahan energi dalam sistem untuk

proses tersebut dalam tu

Penyelesaian

Diketahui = sebuah sistem diketahui masanya mengalamai sebuah proses dengan

agaya dan perpindahan panas yang diketahui , a"al dan akhir kecepatan juga

diketahui

Pertanyaan tentukan perubahan energi dalam sistem

istematika dan data yang diketahui

+ambar

Asumsi

/. istem tertutup dalam pertimbangan. Pada akhir proses sitem bergerak pada ketinggian yang sama

9. +aya graftasi pada daerah tersebut adalah konstan pada 9 3t8s

Analisa(eseimbangan energi untuk sitem tertutup di ambil dalam bentuk(ELPEL$7K'IDimana perubahan energi genetik dan potensial dapat ditunjukan masing'masing

sebagai berikut =(E7 /N * 02'2/1PE7 *+0'/1


16/19

Penyelesaian untuk $

?$*$ ....*asukan nilainya

(onto 2."

masalah

Empat kilogram gas tertentu yang terkandung dalam perakitan piston silinder. +as

mengalami proses yang hubungan tekanan'volume

&ekanan a"al 9 bar, volume a"al 5,/ m9, dan volume akhir adalah 5, m9.

Perubahan energi internal spesifk gas dalam proses adalah . &idakada perubahan signifkan dalam energi kinetik atau potensial. *enentukan

perpindahan panas bersih untuk proses, di k%.

solusi

Dikenal= ebuah gas dalam perakitan piston silinder mengalami proses ekspansi

yang hubungan tekanan'volume dan perubahan energi internal spesifk ditentukan.

Cari= &entukan perpindahan panas bersih untuk proses.

kema dan *engingat Data=

Asumsi=

/. gas adalah sistem tertutup.

. Proses ini dijelaskan oleh p2/.6 konstan.


17/19

9. &idak ada perubahan dalam energi kinetik atau potensial dari sistem.

Analisis= ebuah keseimbangan energi untuk sistem tertutup mengambil bentuk

di mana istilah energi kinetik dan potensial drop out oleh asumsi 9. (emudian,menulis6 $ dalam hal strategi'ener' internal yang spesifk, keseimbangan energimenjadi

di mana m adalah massa sistem. Pemecahan untuk K

ilai pekerjaan untuk proses ini ditentukan dalam larutan untuk bagian 0a1 dari

Contoh ./= . Perubahan energi internal diperoleh dengan menggunakan

data yang diberikan sebagai

*engganti nilai'nilai

(omentar

&anda minus untuk nilai K berarti bah"a jumlah bersih energi telah dipindahkan darisistem untuk pembulatan kelangsungan sebesar perpindahan panas.

-ubungan diberikan antara tekanan dan volume memungkinkan proses yang akan

di"akili oleh jalur ditampilkan pada menemani diagram. Daerah di ba"ah kurva

me"akili pekerjaan. (arena mereka tidak properti, nilai'nilai pekerjaan dan

perpindahan panas tergantung pada rincian dari proses dan tidak dapat ditentukan

dari negara akhir saja.

Gihat komentar 9 dari contoh ./

(onto 2.$

Gaju perpindahan panas antara motor listrik tertentu dan sekitarnya bervariasi

dengan "aktu sebagai

dimana t dalam detik dan K di kI. Poros motor berputar pada kecepatan konstan "

7 /55 rad 8 s 0sekitar revolusi per menit, atau ?P*1 dan menerapkan torsi


18/19

konstan ke beban eksternal. *otor menarik konstan input daya listrik

sebesar ,5 kI. $ntuk motor, plot dan, masing'masing dalam kI, dan perubahan

energi OE, di k%, sebagai #ungsi

tions "aktu dari t 7 5 ke t 7 /5 s. Diskusikan.

olusi

Dikenal= ebuah motor beroperasi dengan input daya listrik konstan, kecepatan

poros, dan torsi diterapkan. &ingkat "aktu bervariasi dari perpindahan panas antara

motor dan sekitarnya diberikan.

Cari= Plot K dan E terhadap "aktu, Diskusikan6.

kema dan *engingat Data=

Asumsi= istem ditampilkan dalam sketsa yang menyertainya adalah sistem

tertutup.

Analisis= laju perubahan energi sistem

I merupakan daya bersih dari sistem= jumlah kekuatan yang berhubungan dengan

memutar poros, poros, dan kekuasaan terkait dengan aliran listrik,

&ingkat diketahui dari pernyataan masalah= , di mana tanda

negati# diperlukan karena energy diba"a ke sistem dengan pekerjaan listrik. !stilah

dapat dievaluasi dengan Persamaan. .5 sebagai


19/19

(arena energi keluar sistem sepanjang poros berputar, kecepatan trans#er energi ini

adalah positi#. kesimpulan

di mana tanda minus berarti bah"a input daya listrik lebih besar dari kekuatan

ditrans#er sepanjang poros. Dengan hasil tersebut di atas untuk I dan ekspresi

yang diberikan untuk K, keseimbangan tingkat energi menjadi

(omentar

bab 2 thermodinamika

Documents