PEMANFAATAN KALOR DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI

PEMANFAATAN KALOR DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI

Air Mendidih

1. Termos

Termos berfungsi untuk menyimpan zat cair yang berada di dalamnya agar tetap panas dalam jangka waktu tertentu. Termos dibuat untuk mencegah perpindahan kalor secara konduksi, konveksi, maupun radiasi. Dinding termos dibuat sedemikian rupa, untuk menghambat perpindahan kalor pada termos, yaitu dengan cara:
a. permukaan tabung kaca bagian dalam dibuat mengkilap dengan lapisan perak yang berfungsi mencegah perpindahan kalor secara radiasi dan memantulkan radiasi kembali ke dalam termos,
b. dinding kaca sebagai konduktor yang jelek, tidak dapat memindahkan kalor secara konduksi, dan
c. ruang hampa di antara dua dinding kaca, untuk mencegah kalor secara konduksi dan agar konveksi dengan udara luar tidak terjadi.

2. Seterika

Seterika terbuat dari logam yang bersifat konduktor yang dapat memindahkan kalor secara konduksi ke pakaian yang sedang diseterika. Adapun, pegangan seterika terbuat dari bahan yang bersifat isolator.

3. Panci Masak

Panci masak terbuat dari bahan konduktor yang bagian luarnya mengkilap. Hal ini untuk mengurangi pancaran kalor. Adapun pegangan panci terbuat dari bahan yang bersifat isolator untuk menahan panas.

yhs-fullyhosted_003, manfaat kalor dalam kehidupan sehari-hari, manfaat kalor dalam kehidupan sehari hari, contoh perpindahan kalor dalam kehidupan sehari-hari, penerapan suhu, soal perpindahan kalor dan penyelesaiannya, soal perpindahan kalor dan pembahasannya, ramon84 anak mts, pengertian suhu dan penerapannya dalam kehidupna sehari haru, penerapan suhu dan kalor dalam kehidupan sehari-hari, penerapan suhu dalam kehidupan sehari-hari, daftar contoh perpindahan kalor dalam kehidupan sehari-hari, contoh kalor dalam kehidupan sehari-hari, contoh penerapan suhu, manfaat Kalor, informasi tentang perpindahan kalor dan penerapannya dalam kehidupan sehari hari, fungsi fungsi kalor, faktor faktor yang mempengaruhi laju konduksi, contoh kalor dalam kehidupan sehari hari 

Pemanfaatan Kalor dalam Kehidupan Sehari-hari

yhs-fullyhosted_003, manfaat kalor dalam kehidupan sehari-hari, manfaat kalor dalam kehidupan sehari hari, contoh perpindahan kalor dalam kehidupan sehari-hari, penerapan suhu, soal perpindahan kalor dan penyelesaiannya, soal perpindahan kalor dan pembahasannya, ramon84 anak mts, pengertian suhu dan penerapannya dalam kehidupna sehari haru, penerapan suhu dan kalor dalam kehidupan sehari-hari, penerapan suhu dalam kehidupan sehari-hari, daftar contoh perpindahan kalor dalam kehidupan sehari-hari, contoh kalor dalam kehidupan sehari-hari, contoh penerapan suhu, manfaat Kalor, informasi tentang perpindahan kalor dan penerapannya dalam kehidupan sehari hari, fungsi fungsi kalor, faktor faktor yang mempengaruhi laju konduksi, contoh kalor dalam kehidupan sehari hari.

Aplikasi Termodinamika dalam Kehidupan Sehari-hari

Aplikasi Termodinamika dalam Kehidupan Sehari-hari

            Hukum termodinamika telah berhasil diterapkan dalam penelitian tentang proses kimia dan fisika. Hukum pertama termodinamika didasarkan pada hukum kekekalan energi. Hukum kedua termodinamika berkenaan dengan proses alami atau proses spontan dimana fungsi yang memprediksi kespontanan reaksi ialah entropi, yang merupakan ukuran ketidakteraturan suatu sistem. Hukum kedua ini menyatakan bahwa untuk proses spontan, perubahan entropi semesta haruslah positif. Sedangkan hukum ketiga termodinamika memungkinkan untuk menentukan nilai entropi mutlak (Chang, 2002: 165).

            Berikut beberapa contoh aplikasi termodinamika yang biasa digunakan dalam kehidupan sehari-hari :

1. Air Conditioner (AC)

            Sistem kerja AC terdiri dari bagian yang berfungsi untuk menaikkan dan menurunkan tekanan supaya penguapan dan penyerapan panas dapat berlangsung.

            Kompresor yang ada pada sistem pendingin dipergunakan sebagai alat untuk memampatkan fluida kerja (refrigent), jadi refrigent yang masuk ke dalam kompresor dialirkan ke kondenser yang kemudian dimampatkan di kondenser.

Di bagian kondenser ini refrigent yang dimampatkan akan berubah fase dari refrigent fase uap menjadi refrigent fase cair, maka refrigent mengeluarkan kalor yaitu kalor penguapan yang terkandung di dalam refrigent. Adapun besarnya kalor yang dilepaskan oleh kondenser adalah jumlahan dari energi kompresor yang diperlukan dan energi kalor yang diambil evaparator dari substansi yang akan didinginkan.

Pada kondensor, tekanan refrigent yang berada dalam pipa-pipa kondensor relatif jauh lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan refrigent yang berada pada pipi-pipa evaporator.

            Setelah refrigent lewat kondensor dan melepaskan kalor penguapan dari fase uap ke fase cair maka refrigent dilewatkan melalui katup ekspansi, pada katup ekspansi ini refrigent tekanannya diturunkan sehingga refrigent berubah kondisi dari fase cair ke fase uap yang kemudian dialirkan ke evaporator, di dalam evaporator ini refrigent akan berubah keadaannya dari fase cair ke fase uap, perubahan fase ini disebabkan karena tekanan refrigent dibuat sedemikian rupa sehingga refrigent setelah melewati katup ekspansi dan melalui evaporator tekanannya menjadi sangat turun.

            Hal ini secara praktis dapat dilakukan dengan jalan diameter pipa yang ada dievaporator relatif lebih besar jika dibandingkan dengan diameter pipa yang ada pada kondenser.

            Dengan adanya perubahan kondisi refrigent dari fase cair ke fase uap maka untuk merubahnya dari fase cair ke refrigent fase uap maka proses ini membutuhkan energi yaitu energi penguapan, dalam hal ini energi yang dipergunakan adalah energi yang berada didalam substansi yang akan didinginkan.

            Dengan diambilnya energi yang diambil dalam substansi yang akan didinginkan maka entalpi, substansi yang akan didinginkan akan menjadi turun, dengan turunnya entalpi maka temperatur dari substansi yang akan didinginkan akan menjadi turun. Proses ini akan berubah terus-menerus sampai terjadi pendinginan yang sesuai dengan keinginan.

Berikut rangkaian gambar skema kerja dari AC :

2. Dispenser

Prinsip kerja pemanas air

Proses pemanasan air terjadi pada saat air masuk kedalam tabung pemanas. Tabung pemanas merupakan tabung yang terbuat dari logam yang disekitar tabung tersebut dikelilingi oleh elemen pemanas, sehingga ketika air mengalir dari tampungan menuju tabung pemanas sensor suhu yang ada pada tabung pemanas akan memicu elemen pemanas untuk bekerja, suhu tinggi yang dihasilkan elemen pemanas diserap oleh air yang suhunya lebih rendah, setelah suhu air dalam tabung pemanas tinggi maksimal sensor suhu yang ada pada tabung pemanas akan memutuskan arus listrik pada elemen pemanas, pada saat elemen pemanas menyala lampu indikator pemanas menyala dan pada saat elemen pemanas mati lampu indikator pemanas mati.

Pada tabung dispenser dipasang Heater/pemanas serta sensor suhu atau thermostat yang berfungsi untuk membatasi kerja heater agar tidak bekerja terus-menerus yang akan menimbulkan suhu air dalam tabung dispenser berlebihan, karena apabila heater berkerja berlebih, heater akan panas dan bahkan heater tersebut akan terjadi kerusakan didalamnya. Untuk mengurangi terjadinya resiko tersebut, di heater dipasang thermostat yang berguna untuk mengatur suhu.

Ketika suhu air yang dipanaskan oleh heater mencapai suhu tertentu sehingga melebihi suhu kerja sensor/thermostat maka sensor akan bekerja dan memutuskan arus yang mengalir ke heater, dengan demikian heater akan berhenti bekerja sehingga suhu air tetap terjaga sesuai dengan kebutuhan, bisa dilihat di lampu indikator dari warna merah akan berganti warna hijau. Heater akan bekerja kembali manakala suhu air pada tabung menurun sampai suhunya berada dibawah suhu kerja sensor, sensor dipasang seri dengan heater, dengan demikian fungsi dari sensor ini mirip seperti saklar, hanya saja bekerjanya secara otomatis berdasarkan perubahan suhu.

Prinsip kerja pendingin air

            Proses pendinginan air pada dispenser pada umumnya dibedakan menjadi 2 yaitu:

1.     Pendinginan Air dengan Fan

Proses pendinginan air menggunakan fan dilakukan dengan cara menghisap suhu tinggi pada air ketika air berada pada tampungan air kedua yang letaknya berada dibawah tampungan air pertama, namun pada kenyataannya fan hanya alat bantu untuk mempercepat pembuangan panas pada air, sehingga temperatur air hanya akan turun sedikit saja. Setelah melewati tampungan air kedua air akan dikeluarkan melalui keran dan siap untuk diminum.

2.     Pendinginan Air dengan Sistem Refrigran

Pendinginan air pada dispenser menggunakan sistem refrigran sama seperti sistem refrigran pada kulkas hanya saja evaporatornya dimasukkan kedalam tampungan air kedua yang berada dibawah tampungan air pertama, sehingga air disekitar evapurator akan menjadi air dingin. Hasil pendinginan air pada dispenser menggunakan sistem refrigran lebih maksimal dibandingkan pendinginan air menggunakan fan. Setelah air melalui proses pendinginan pada tampungan air kedua, air akan mengalir dan keluar memalui keran.

 Nama komponen pada dispenser:

1.      Saklar On/Off

2.      Thermostat 1

3.      Thermostat 2

4.      Saluran daya utama

5.      Elemen pemanas

6.      Saluran air panas 

7.      Saluran air normal

8.      Pipa pembuangan

3. Rice Cooker

            Pada rice cooker, energi panas ini dihasilkan dari energi listrik. Suatu cairan akan menguap bila tekanan uap gas yang berasal dari cairan adalah sama dengan tekanan dari cairan ke sekitarnya (Puap = Pcair). Jadi, titik didih suatu cairan sebenarnya bisa dimanipulasi dengan meningkatkan tekanan di luar cairan (tekanan eksternal). Pada penanak nasi biasa, air akan dididihkan dengan tekanan eksternal biasa, yaitu 101 kPa, dan mendidih pada titik didih biasa, yaitu 100°C (373 K).

            Sementara, pada penanak nasi yang memanipulasi tekanan (pressure cooker, atau electric pressure cooker) jika tutup lubang uapnya dibuka, makapressure cooker akan bekerja seperti penanak nasi biasa, karena tekanan eksternalnya sama dengan tekanan udara luar.

            Namun, jika tutup lubang uapnya (biasanya berupa katup) ditutup, akan ada perubahan pada tekanan udara di ruang dalam pressure cooker dan titik didih cairan akan berubah. Ketika katupnya ditutup, kondisi sistem berubah karena uap airnya hanya dapat berada di dalam ruang pressure cooker.

Karena ada tambahan massa (tutup katup), tekanan makin tinggi dan titik kesetimbangan antar fase (dalam hal ini, antara fase cair dan fase uap) berubah ke temperatur yang lebih tinggi, dan terbentuklah titik didih baru.

            Massa tutup katup menentukan tekanan di dalam ruang pressure cooker, karena lubang katup akan membiarkan uap air keluar ketika tekanannya telah mencapai titik tertentu. Kelebihan tekanan akan dikurangi dengan melepaskan sedikit uap melalui katup.

           

usaha luar

Temodinamika merupakan ilmu yang mempelajari energy dari suatu system dan hubungan antara sifat-sifatnya. Termodinamika juga mengenai tentang dinamika termal. Dinamika termal tersebut ditandai dengan adanya perubahan sifat-sifat materi. Materi dapat berphasa cair, padat dan gas ataupun campuran. Cara kerja berbagai sistim perubah energi dapat dijelaskan dengan termodinamika, misalnya : motor bakar, roket turbin gas pembangkit tenaga listrik pendingin udara dan lain-lain.

Dalam ilmu termodinamika dikenal adanya konsep, model dan hukum. Konsep adalah berbagai gagasan yang ditungkan dalam sebuah definisi. Kondisi fisika alam semesta ini sungguh sangat kompleks sehingga sebuah definisi tidak mungkin dapat menjelaskan seluruh penomena yang ada. Oleh karena itu diperlukan model untuk mempersempit permasalahan. Jadi model adalah penyederhanaan suatu permasalahan sehingga dapat dijelaskan secara matematik yang dapat diterima. Kemudian faham dan pengertian yang terkandung dalam model harus dituangkan kedalam istilah matematik yang tepat dalam persaman dasar atau hukum.

Menurut fisika klasik, usaha atau kerja dapat didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya dan jarak. Bila sistem mengalami pergeseran karena beraksinya gaya, maka dikatakan kerja telah dilakukan. Dalam kondisi tertentu sistem dapat melakukan usaha terhadap lingkungannya, atau sebaliknya sistem menerima usaha dari lingkungannya.

Jika hasil sistem secara keseluruhan menimbulkan gaya pada lingkungannya dan terjadi pergeseran, keja yang dilakukan oleh sistem atau pada sistem disebut kerja eksternal. Jadi gas dalam silinder pada tekanan serba sama, ketika memuai dan menggerakkan piston, melakukan kerja pada lingkungannya. Kerja yang dilakukan oleh bagian sistem pada bagian sistem yang lain disebut kerja internal.

            Usaha luar dilakukan oleh sistem, jika kalor ditambahkan (dipanaskan) atau kalor dikurangi (didinginkan) terhadap sistem. Jika kalor diterapkan kepada gas yang menyebabkan perubahan volume gas, usaha luar akan dilakukan oleh gas tersebut. Usaha yang dilakukan oleh gas ketika volume berubah dari volume awal V₁ menjadi volume akhir V₂ pada tekanan p konstan dinyatakan sebagai hasil kali tekanan dengan perubahan volumenya.

W = p∆V= p(V₂ – V₁)

Mesin Diesel

Mesin Diesel (Siklus Rankine)

Siklus Rankine adalah siklus termodinamika yang mengubah panas menjadi kerja. Panas disuplai secara eksternal pada aliran tertutup, yang biasanya menggunakan air sebagai fluida yang bergerak. Siklus ini menghasilkan 80% dari seluruh energi listrik yang dihasilkan di seluruh dunia.Siklus ini dinamai untuk mengenang ilmuan Skotlandia, William John Maqcuorn Rankine.

Siklus Rankine adalah model operasi mesin uap panas yang secara umum ditemukan di pembangkit listrik. Sumber panas yang utama untuk siklus Rankine adalah batu bara, gas alam, minyak bumi, nuklir, dan panas matahari.

Efisiensi siklus Rankine biasanya dibatasi oleh fluidanya. Tanpa tekanan yang mengarah pada keadaan super kritis, range temperatur akan cukup kecil. Uap memasuki turbin pada temperatur 565 °C (batas ketahanan stainless steel) dan kondenser bertemperatur sekitar 30°C. Hal ini memberikan efisiensi Carnot secara teoritis sebesar 63%, namun kenyataannya efisiensi pada pembangkit listrik sebesar 42%.

Gambar Mesin Diesel (Siklus Rankine)

Diagram ini menunjukkan siklus diesel ideal (sempurna). Mula-mula udara ditekan secara adiabatik (a-b), lalu dipanaskan pada tekanan konstan – penyuntik (injector) menyemprotkan solar dan terjadilah pembakaran (b-c), gas yang terbakar mengalami pemuaian adiabatik (c-d), pendinginan pada volume konstan – gas yang terbakar dibuang ke pipa pembuangan dan udara yang baru, masuk ke silinder (d-a).

Asumsi yang digunakan pada siklus diesel ini sama dengan pada siklus Otto, kecuali langkah penambahan panas. Pada siklus diesel langkah 2-3 merupakan penambahan panas pada tekanan konstan.

Sebagaimana pada siklus Otto, efisiensi siklus adalah:

Persamaan penambahan panas pada tekanan konstan pada siklus di atas ialah:

Qin = M cp (T3 – T2)

Sedang pengeluaran panas pada volume tetap ialah

Qout = M cv (T4– T1)

Sehingga efisiensi siklus ialahDalam hal ini cv/cp = k, sehingga

Proses penambahan panas pada 2-3 adalah pada tekanan tetap, sehinggaatauProses 3-4 adalah adiabatik, sehingga atau

dengan mengganti T3 dengan ruas kanan pada persamaan (c), maka

Karena proses 1-2 adalah adiabatik, sedang V4=V1 (lihat grafik), maka

Dengan demikian persamaan (d) akan menjadi

Atau

Dengan demikian efisiensi siklus pada persamaan (b) akan menjadi

Karena telah diketahui bahwa:

Maka,Dengan (V1/V2)k-1 = r adalah perbandingan kompresi motor, maka efisiensi bisa ditulis menjadiDari persamaan di atas terlihat bahwa efisiensi siklus diesel tergantung pada perbandingan kompresi dan perbandingan V3/V2 (untuk memudahkan, diberi notasi b). Efisiensi akan bertambah dengan memperbesar perbandingan kompresi, dan akan berkurang dengan bertambahnya b. Pada persamaan di atas, jika harga b mendekati 1 maka efisiensi siklus akan mendekati harga efisiensi siklus Otto. Dari persamaan tersebut terlihat juga bahwa pada perbandingan kompresi dan pemasukan panas yang sama, efisiensi siklus Otto lebih tinggi dibanding efisiensi siklus Diesel.

CINTA MENURUT TERMODINAMIKA

CINTA MENURUT TERMODINAMIKA :)

menurut Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika :
“jika dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya.”
namun lain halnya dengan cinta :
“jika dua orang yang saling mencintai bertemu dengan orang ketiga, maka ketiganya tidak lagi bisa saling setimbang tapi justru akan saling menghancurkan.”

menurut hukum pertama termodinamika :
“total energi dalam suatu sistem slalu tetap, ketika suatu bentuk energi hilang  maka pada saat yg sama akan muncul bentuk energi yang lain”
begitu pula dengan cinta :
“total cinta seseorang itu selalu tetap,, ketika satu cinta hilang jgnlah berputus asa,,percayalah pasti akan ada cinta lain yang kan menggantikannya”

menurut hukum kedua termodinamika :
“total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya.”
begitu pula dengan cinta :
“total cinta dari seseorang yang lebih sering bersama akan cenderung meningkat seiring dgn berjalannya waktu sampai mendekati nilai maksimumnya.”

menurut hukum ketiga termodinamika :
“pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum.”
begitu pula dengan cinta :
“pada saat cinta mencapai titik terendah,, semua cinta akan hilang dan perasaan kita akan terasa hampa.

Siklus Otto

Mesin Bensin (Siklus Otto)

Siklus Otto adalah siklus termodinamika yang paling banyak digunakan dalam kehidupan manusia. Mobil dan sepeda motor berbahan bakar bensin (Petrol Fuel) adalah contoh penerapan dari sebuah siklus Otto. Mesin bensin dibagi menjadi dua, yaitu mesin dua tak dan mesin empat tak.Mesin dua tak adalah mesin yang memerlukan dua kali gerakan piston naik turun untuk sekali pembakaran (agar diperoleh tenaga).Mesin tersebut banyak digunakan pada motor-motor kecil. Mesin dua tak menghasilkan asap sebagai sisa pembakaran dari oli pelumas. Mesin empat tak memerlukan empat kali gerakan piston untuk sekali pembakaran. Pada motor-motor besar biasa menggunakan mesin empat tak. Akan tetapi, sekarang banyak motor-motor kecil bermesin empat tak. Mesin jenis ini sedikit menghasilkan sisa pembakaran karena bahan bakarnya hanya bensin murni.

Mesin pembakaran dalam empat langkah (empat tak).Mula-mula campuran udara dan uap bensin mengalir dari karburator menuju silinder pada saat piston bergerak ke bawah (langkah masukan).Selanjutnya campuran udara dan uap bensin dalam silinder ditekan secara adiabatik ketika piston bergerak ke atas (langkah kompresi atau penekanan).Karena ditekan secara adiabatik maka suhu dan tekanan campuran meningkat. Pada saat yang sama, busi memercikkan bunga api sehingga campuran udara dan uap bensin terbakar. Ketika terbakar, suhu dan tekanan gas semakin bertambah. Gas bersuhu tinggi dan bertekanan tinggi tersebut memuai terhadap piston dan mendorong piston ke bawah (langkai pemuaian).Selanjutnya gas yang terbakar dibuang melalui katup pembuangan dan dialirkan menuju pipa pembuangan (langkah pembuangan).Katup masukan terbuka lagi dan keempat langkah tersebut diulangi kembali.

Tujuan dari adanya langkah kompresi atau penekanan adiabatik adalah menaikkan suhu dan tekanan campuran udara dan uap bensin. Proses pembakaran pada tekanan yang tinggi akan menghasilkan suhu dan tekanan (P = F/A) yang sangat besar. Akibatnya gaya dorong (F = PA) yang dihasilkan selama proses pemuaian menjadi sangat besar. Mesin motor atau mobil menjadi lebih bertenaga. Walaupun tidak ditekan, campuran udara dan uap bensin bisa terbakar ketika busi memercikkan bunga api. Tapi suhu dan tekanan gas yang terbakar tidak terlalu tinggi sehingga gaya dorong yang dihasilkan juga kecil. Akibatnya mesin menjadi kurang bertenaga.

Proses perubahan bentuk energi dan perpindahan energi pada mesin pembakaran dalam empat langkah di atas bisa dijelaskan seperti ini : Ketika terjadi proses pembakaran, energi potensial kimia dalam bensin + energi dalam udara berubah menjadi kalor alias panas. Sebagian kalor berubah menjadi energi mekanik batang piston dan poros engkol, sebagian kalor dibuang melalui pipa pembuangan (knalpot).Sebagian besar energi mekanik batang piston dan poros engkol berubah menjadi energi mekanik kendaraan (kendaraan bergerak), sebagian kecil berubah menjadi kalor alias panas sedangkan panas timbul akibat adanya gesekan.

Secara termodinamika, siklus Otto memiliki 4 buah proses termodinamika yang terdiri dari 2 buah proses isokhorik (volume tetap) dan 2 buah proses adiabatis (kalor tetap).

Gambar siklus Otto

Proses yang terjadi adalah :

1-2 : Kompresi adiabatis

2-3 : Pembakaran isokhorik

3-4 : Ekspansi / langkah kerja adiabatis

4-1 : Langkah buang isokhorik

Sesuai hukum 1 termodinamika, kesetaraan panas dan gerak dapat dituliskan sebagai persamaan energi sebagai berikut:

Keterangan:

Q = panas yang keluar atau masuk sistem (joule)

ΔU = perubahan energi dalam (joule)

W= kerja yang diberikan sistem (joule)

Rancangan motor bakar diinginkan agar mampu mengubah sebanyak-banyaknya energi panas menjadi gerak. Untuk itu diperlukan pengetahuan teori mengenai efisiensi sistem tersebut. Dalam hal ini, efisiensi dari siklus Otto ialah:

Dengan:

Qin ialah panas yang dimasukkan ke dalam sistem.

Pada siklus di atas D U = 0, karena pada akhir siklus posisi grafik kembali ke titik semula (atau keadaan fluida pada akhir siklus sama seperti pada awal siklus), sehingga:

Dengan:

Qout ialah panas yang dikeluarkan dari sistem

Dengan demikian, efisiensi siklus akan sebesar:

Persamaan penambahan panas pada volume konstan pada siklus di atas ialah,

Sedang pengeluaran panas pada volume tetap ialah,

Dengan cv ialah panas spesifik udara pada volume tetap. (Notasi 1, 2, 3, dan 4 pada persamaan di atas adalah sesuai dengan titik-titik pada grafik dalam gambar 4 di atas.)

Sehingga efisiensi siklus ialah,

Proses 1-2 dan 3-4 adalah adiabatik, sehingga

dan

Sedangkan dari grafik terlihat bahwa V1 = V4 dan V3 = V2, maka

Dengan demikian, maka

Sehingga efisiensi siklus pada persamaan (a) akan menjadi

Dalam hal in r = V1/V2 adalah perbandingan kompresi motor

Hukum Zeroth Termodinamika Sebagai Hubungan Kesetaraan

Hukum Zeroth Termodinamika Sebagai Hubungan Kesetaraan

Suatu sistem dikatakan berada dalam  ketika tidak mengalami perubahan bersih energi panas. Jika A, B, dan C yang berbeda  , hukum zeroth dari  dapat dinyatakan sebagai:

Jika A dan C masing-masing dalam  dengan B, A juga dalam kesetimbangan dengan C.

Pernyataan ini menegaskan bahwa kesetimbangan termal adalah antara sistem termodinamika.Jika kita juga mengakui bahwa semua sistem termodinamika berada dalam kesetimbangan termal dengan diri mereka sendiri, maka kesetimbangan termal juga merupakan  . yang baik refleksif dan Euclidean adalah  . Salah satu konsekuensi dari penalaran ini adalah bahwa kesetimbangan termal adalah  : Jika A berada dalam kesetimbangan termal dengan B dan B berada dalam kesetimbangan termal dengan C, maka A berada dalam kesetimbangan termal dengan C. Konsekuensi lain adalah bahwa hubungan kesetimbangan  : Jika A berada dalam kesetimbangan termal dengan B, maka B berada dalam kesetimbangan termal dengan A. Dengan demikian kita dapat mengatakan bahwa dua sistem berada dalam kesetimbangan termal dengan satu sama lain, atau bahwa mereka berada dalam kesetimbangan bersama. Secara implisit dengan asumsi kedua refleksivitas dan simetri, hukum zeroth Oleh karena itu sering dinyatakan sebagai :

Jika dua sistem berada dalam kesetimbangan termal dengan sistem ketiga, maka mereka berada dalam kesetimbangan termal dengan satu sama lain.

Sekali lagi, secara implisit dengan asumsi kedua refleksivitas dan simetri, hukum zeroth kadang-kadang dinyatakan sebagai hubungan transitif:

Jika A berada dalam kesetimbangan termal dengan B dan jika B berada dalam kesetimbangan termal dengan C, maka A berada dalam kesetimbangan termal dengan C.

Thermal Keseimbangan Antara Banyak Sistem

Banyak sistem dikatakan dalam kesetimbangan jika, kecil pertukaran acak di antara mereka tidak menyebabkan perubahan bersih pada total energi dijumlahkan seluruh sistem. Contoh sederhana ini menggambarkan mengapa hukum zeroth diperlukan untuk melengkapi deskripsi ekuilibrium.

Pertimbangkan sistem N di  terisolasi dari seluruh alam semesta, yaitu tidak ada pertukaran panas di luar kemungkinan dari sistem N, yang semuanya memiliki  dan komposisi, dan yang hanya dapat bertukar  dengan satu sama lain.

Hukum zeroth menetapkan keseimbangan termal sebagai hubungan kesetaraan. Sebuah hubungan kesetaraan pada set (seperti set sistem termal disetimbangkan) membagi set yang menjadi koleksi himpunan bagian yang berbeda ("disjoint subset") di mana setiap anggota himpunan adalah anggota dari satu dan hanya satu bagian tersebut. Dalam kasus hukum ke nol, suhu adalah seperti proses pelabelan yang menggunakan  untuk penandaan. Hukum zeroth membenarkan penggunaan sistem termodinamika cocok sebagai  untuk memberikan seperti pelabelan, yang menghasilkan sejumlah kemungkinan  dan membenarkan penggunaan  untuk memberikan mutlak, atau  skala. Dalam ruang parameter termodinamika, zona suhu konstan membentuk permukaan, yang menyediakan tatanan alam dari permukaan di dekatnya. dimensi dari permukaan suhu konstan adalah salah satu kurang dari jumlah parameter termodinamika, dengan demikian, untuk gas ideal digambarkan dengan tiga parameter termodinamika P, V dan n, itu adalah dua-  permukaan.

Misalnya, jika dua sistem gas yang ideal berada dalam kesetimbangan, maka P₁V₁ / N₁ = P₂V₂ / N₂ di mana P_i adalah tekanan dalam sistem ke-i, V_i adalah volume, dan N _i adalah jumlah (dalam  , atau hanya jumlah atom) gas.

Permukaan PV / N = const mendefinisikan permukaan suhu termodinamika yang sama, dan satu dapat label T mendefinisikan sehingga PV / N = RT, di mana R adalah beberapa konstan. Sistem ini sekarang dapat digunakan sebagai termometer untuk mengkalibrasi sistem lain. Sistem tersebut dikenal sebagai "termometer gas ideal".

Hukum II Termodinamika

Penerapan Hukum II Termodinamika

Hukum pertama termodinamika hanya mengatakan bahwa energi yang dihasilkan suatu mesin dalam bentuk energi mekanis sama dengan selisih antara energi yang diserap dan yang terbuang dalam bentuk kalor. Hukum ini tidak memberikan batasan arah aliran kerja dan kalor. Dengan hukum pertama saja kita juga tidak dapat menentukan berapa besar energi yang diserap akan diubah menjadi energi mekanis.

            Kedua hal tersebut diatas menunjukan bahwa tinjauan hukum pertama saja tidak mencukupi untuk menyatakan peristiwa dapat terjadi atau tidak sehingga perlu dirumuskan suatu hukum untuk melengkapinya. Hukum ini disebut hukum kedua termodinamika.

            Hukum pertama termodinamika mendefisikan besaran energi dalam u. Dengan definisi ini, kita dapat menggunakan hukum pertama secara kuantitatif untuk menganalisis suatu proses. Hukum kedua Termodinamika juga mendefinisikan suatu besaran yang serupa yang disebut dengan entropi S. Dengan besaran ini kita akan dapat menggunakan hukum kedua untuk menganalisis suatu proses secara kuantitatif. Energi dalam dan entropi keduanya merupakan konsep dasar untuk memberikan suatu pengamatan tertentu termodinamika.

Hukum II Termodinamika dapat digunakan untuk:

v  Memperkirakan arah proses

v  Menentukan kondisi kesetimbangan

v  Menentukan prestasi teoritik maksimum siklus

v  Menentukan faktor yang menyatakan maksimum prestasi

v  Menentukan skala temperatur independen terhadap sifat termometik zat

v  Menyatakan sifat u dan h dari sifat-sifat yang dapat diukur dari eksperimen

1.      Interpretasi Pernyataan Kelvin-Planck

Kelvin-Planck: untuk satu reservoir: W_siklus < 0.

·         Untuk siklus terbalikkan:

W_siklus = 0 = Q_siklus  (Hk. Termo 1)

·         Untuk siklus takterbalikkan:

W_siklus < 0 (W masuk bisa!)

W_siklus < 0 (Q keluar bisa!)

1)      Siklus Daya dengan Dua Reservoir Termal:

a.       Efisiensi termal

b.      Jadi efisiensi harus lebih kecil dari 100%. (kesimpulan ini tidak memerlukan data bahan sistem, proses dalam siklus, atau proses merupakan ideal atau sebenarnya)

c.       Korolari (dampak wajar) Carnot:

·         Korolari 1: Efisiensi termal dari siklus daya tak terbalikkan selalu lebih rendah dari efisiensi termal siklus daya terbalikkan bila keduanya beroperasi dengan dua reservoir termal yang sama

·         Korolari 2: Semua siklus daya terbalikkan antara dua reservoir termal yang sama akan memberikan efisiensi termal yang sama.

2)      Siklus Pendingin dan Penukar Panas dengan Dua Reservoir Termal

Hukum II Termodinamika membatasi perstasi siklus daya dan siklus pendingin dan pompa panas sebagai:

·         COP Pendingin

·         COP Pompa panas

Bila W mendekati nol (menentang pernyatan Clausius), COP diatas mendekati infiniti (tidak mungkin diperoleh, dibatasi)

Korolari Siklus Pendingin dan Penukar Panas

·         Korolari 1: COP dari siklus pendingin/pompa panas tak terbalikkan selalu lebih kecil dari COP siklus pendingin/pompa panas terbalikkan bila keduannya bekerja pada dua reservoir termal yang sama.

·         Korolari 2: Semua siklus pendingin/pompa panas terbalikkan bekerja pada temperatur yang sama akan memberikan COP yang sama pula.