Kalor, kerja, energi dalam dan hukum I termodinamika

Kalor, kerja, energi dalam dan hukum I termodinamika

1. Energi, Kalor, Hukum Termodinamika I
TERMODINAMIKA TEKNIK
Tri Ayodha Ajiwiguna

2. ENERGI
●In physics, energy is the property that must be transferred to an object in order to
perform work on, or to heat, the object. It can be converted in form, but not created or
destroyed. (wikipedia).
●Besarnya energi bersifat relatif
Energi Potensial
Energi Kinetik
Energi Elektromagnetik
Energi Kalor
Energi Listrik

3. Temperature
•Hot and cold are the macroscopic representative of molecular energy
•Hot and cold are very relative
•Temperature is the quantitative measure to show hot and cold
•Two object with temperature difference will have the same temperature of
they are “connected” each other
Source of figure: http://www.hk-phy.org/energy/domestic/print/heat_phy_print_e.html

4. Temperature
•Hot and cold are the macroscopic representative of molecular energy
•Hot and cold are very relative
•Temperature is the quantitative measure to show hot and cold
•Two object with temperature difference will have the same temperature of
they are “connected” each other
Source of figure: http://www.hk-phy.org/energy/domestic/print/heat_phy_print_e.html

5. Temperature
Problem:
Thermometer show the ambient temperature at 78 F. Determine this temperature
in Celsius Unit!

6. Heat
•
What is Heat?
•
Specific Heat?
•
Sensible Heat and Latent Heat?

7. Heat
•
Heat is a form of energy related to the temperature
•Unit for heat is same with energy → Joule or cal
•1 cal is the energy required to increase the temperature of 1 gram water by 1
o
C
1 cal = 4.186 Joule
•
Heat is spontaneously transferred from high temperature to low temperature

8. Heat
10 m
10 m
A
X
B
27
o
C 127
o
C77
o
C
Y Z
C
Ground
●Which one has the highest potential energy (A/B/C)!
●Determine the potential energy at A, B, or C!
●Which one has the highest heat energy (X/Y/Z)!
●Determine the heat energy at X, Y, or Z!

9. Heat
●Heat cannot be determined at one state
●The change of heat can be determined
●Heat is not transferred from high energy to low energy
●Heat is transferred from high temperature to low temperature
20
o
C
2 kg
50
o
C
2 kg
20
o
C
1 kg
100
o
C
1 kg
20
o
C
1 kg
50
o
C
1 kg
A
B
C

10. Specific Heat
Specific heat is the thermal property of substance that shows the
amount of energy to increase its temperature per mass
•
The symbol of heat specific is c with the unit of J/kg.
•
Energy required/released to increase/decrease the temperature of
substance is:
 
This is called sensible
heat

11. Specific Heat
•
Hitung energi yang dibutuhkan untuk memanaskan 5 kg air dari 20
oC menuju 100
o
C!!. Kalor jenis air adalah 4186 J/kgK
•
Determine the heat required to increase the temperature of water
from 20
o
C to 100
o
C!
(assume specific heat of water is 4186 J/kg.K)

12. Heat
●
Sepotong besi yang memiliki massa 3 kg, dipanaskan dari suhu 20° C hingga 120° C. Jika kalor
yang diserap besi sebesar 135 kJ, tentukan kapasitas kalor besi dan kalor jenis besi?
3 kg rod of metal is heated up from 20
o
C to 120
o
C. If the heat
required to this process is 125 kJ, determine heat specific and
heat capacity of the metal!

13. Black Principle
•
If heat transfer in two objects occurs, heat released equal to heat absorb
Q
absorb=Q
release
mcΔT
absorb=mcΔT
release

14. Latent Heat
•
At certain condition, adding heat does not change the temperature
of substance: boiling and melting
•
Heat causes phase change
•
It is called latent heat

15. Problems
1. Sebuah bejana yang terinsulasi sempurna berisi 5 kg air bertempatur 20
o
C.
Kemudian 1 kg es bertemperatur -4
o
C di masukkan ke dalam bejana
tersebut. Tentukan:
a. Massa es yang tersisa
b. Temperatur pada saat tunak
Insulated container filled with 5 kg of water at 20
o
C. Then, 1 kg of ice at -4
o
C is put on the container. Determine:
a. The mass of ice left
b. The temperature in steady state condition

16. Problems
1. Sebuah bejana yang terinsulasi sempurna berisi 5 kg air bertempatur 20
o
C.
Kemudian 1 kg es bertemperatur -4
o
C di masukkan ke dalam bejana
tersebut. Tentukan:
a. Massa es yang tersisa
b. Temperatur pada saat tunak
Insulated container filled with 5 kg of water at 20
o
C. Then, 1 kg of ice at -4
o
C is put on the container. Determine:
a. The mass of ice left
b. The temperature in steady state condition

17. Hukum Termodinamika I
●Merupakan hukum kekealan energi
●Energi dalam dan Kerja
http://chemed.chem.purdue.edu
http://engineersacademy.net

18. Hukum Termodinamika I
Empat kilogram gas terdapat pada sebuah sistem piston silinder. Gas ini mengalami
proses mengikuti persamaan:
Awalnya bertekanan 300 kPa degan volume 0.1 m
3
. Setelah proses
volumenya menjadi 0.2 m
3
. Perubahan energi dalam spesifiknya adalah -4.6
kJ/kg. Berapakah kalor yang dibutuhkan untuk proses ini?

19. Hukum Termodinamika I
Sebuahgas denganmassa40 gr mengalamiproses isobarikdari
keadaanawaldenganp
1= 8 bar danV
1= 0,0169 m
3
kekeadaan
akhirV
2= 0,04 m
3
. Diketahuiantaratekanan, volume spesifik,
danenergidalamspesifikberlakupersamaanu = 0,2pv
1/2
–20
kJ/kg. Denganmengabaikanperubahanenergikinetikdan
energipotensialtentukanbesarnyaperpindahankaloryang
terjadi? Apakahkalormasukkedalamsistemataukeluar?

20. Hukum Termodinamika I

21. Siklus Termodinamika
Gabungan dari beberapa proses yang berlangsung secara berurutan dan kembali
ke keadaan awal
Berapakah kerja yang dihasilkan oleh
siklus di samping jika V1=0.2 m
3,
,V3=0.05
m
3
, P2=1000 kPa, dan P4=100 kPa

22. Mesin Kalor
Mengkonversi energi kalor menjadi kerja (mekanik)

23. Mesin Kalor
1. Berapakah efisiensi sebuah mesin yang menghasilkan kerja sebesar 100 Watt
dengan menyerap kalor 800 Watt?
2. Jika efisienis sebuah mesin adalah 65% dan membuang kalor ke reservoir dingin
sebesar 400 Joule, berapakah kerja yang dihasilkan

24. Pompa Kalor

25. Pompa Kalor
1. Sebuah pompa kalor digunakan untuk mendinginkan ruangan agar bisa menyerap
kalor sebesar 600 Watt. Jika kalor yang dibuang adalah 900 Watt, Berapakah COP ini?
2. Jika pompa kalor di no 1 dibalik sehingga menjadi pemanas, berapakah COPnya?

26. Mesin Kalor
Data pada tabel dibawah ini adalah dalam satuan kJ. Sistem mengalami siklus
termodinamka yang terdri dari empat proses.
a. Isilah tabel yang kosong
b. Apakah siklus ini pompa kalor atau mesin kalor?alasannya?

27. Pompa Kalor
A gas undergoes a thermodynamic cycle consisting of three processes:
Process 1–2: compression with pV= constant, from p
1
= 1 bar, V
1
= 1.6
m
3
to V
2= 0.2 m
3
, U
2–U
1= 0
Process 2–3: constant pressure to V
3= V
1
Process 3–1: constant volume, U
1–U
3= -3549 kJ
There are no significant changes in kinetic or potential energy. Determine
the heat transfer and work for Process 2–3, in kJ. Is this a power cycle or a
refrigeration cycle?
Sebuah gas mengalami siklus termodinamika yang terdiri dari tiga proses:
1--> 2, kompresi dengan PV= konstan
P1=100 kPa, V1=1.6 m3, V2=0.2 m3, dan U2-U1=0
2--> 3, tekanan konstan ke V3=V1
3-->1, Volume konstan, U1-U3=-3549 kJ
a. Tentukan siklus ini? Mesin kalor atau pompa kalor?