energi dan hukum termodinamika

I. ENERGI DAN HUKUM I TERMODINAMIKA
Energi Kinetik dan Energi Potensial
Energi Kinetik  akibat adanya kecepatan benda
Ekinetik = ½ . m . v2
Perubahan Energi KInetik


Dimana :
EK = energi kinetic benda
= N.m = Joule (SI)
= ft.lbf = BTU (British thermal unit)
Energi Potensial  akibat gerak vertical benda bermassa m dari ketinggian z relative terhadap permukaan bumi
EP = m . g .
Perubahan Energi Potensial
∆EP = EP2 - EP1
= m . g . (z2 - z1
Kerja  Perpindahan energy melalui benda
∆EK + ∆EP = 0

Atau
Transformasi Energi : untuk suatu benda yang jatuh dan hanya dipengaruhi oleh gaya gravitasi, EP menurun ketika EK meningkat.
Perpindahan Energi Melalui Kerja
Kerja yang dilakukan oleh atau pada sistem :

Dimana : F = gaya yang dilakukan
S = perpindahan/pergeseran benda
Kerja menurut termodinamika :
“kerja dilakukan oleh suatu sistem pada lingkungannya jika memberikan pengaruh berupa peningkatan beban diluar sistem.”

Atau, kerja = cara untuk memindahkan energy
Konversi tanda :
- W > 0 : kerja dilakukan oleh sistem
- W < 0 : kerja dilakukan pada sistem DAYA (P)  laju perpindahan energy dalam bentuk kerja Dimana : = kerja persatuan waktu (laju) = J/s = Watt (dalam SI) = ft.lbf/s = BTU/hour = HP (dalam British) F = gaya v = kecepatan 1 HP = 550 ft.lbf/s sehingga, Latihan Soal : 1. Sebuah mobil mempunyai massa 1200 kg. Berapakah energy kinetic kendaraan tersebut relative terhadap jalan (dalam kJ), ketika bergerak pada kecepatan 50 km/jam. Jika kendaraan tersebut dipercepat menjadi 100 km/jam, tentukanlah perubahan energy kinetic yang terjadi (dalam kJ). 2. Sebuah benda seberat 40 kN ditempatkan pada ketinggian 30 m diatas permukaan bumi. Untuk gravitasi, g = 9,78 m/s2, tentukanlah Energi Potensial gravitasi benda tersebut (dalam kJ), relative terhadap permukaan bumi. 3. Sebuah benda bervolume 1,5 ft3 dan kerapatannya 3 lbm/ft3 mengalami penurunan EP gravitasi sebesar 500 ft.lbf . Untuk gravitasi, g = 31,0 ft/s2, tentukanlah pertambahan ketinggiannya (dalam ft). 4. Seseorang mengayuh sepeda pada kecepatan 20 mil/jam = 29,33 ft/s. Tentukan daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan sepeda jika terjadi hambatan gaya (drag force) (dalam HP) dari udara disekitarnya. Gaya hambatan aerodinamik (aerodynamic drag), Fd = ½ . Cd . A . ρ . v2. Dimana diketahui : Cd = 0,88 = koefisien hambatan (drag coefficient) A = 3,9 ft2 = luas permukaan frontal sepeda dan pengemudi ρ = 0,075 lbm/ft3 = densitas udara Kerja Ekspansi atau Kompresi  sistem silinder torak berisi gas atau cairan W = P . A . dx Dimana : P = tekanan yang bekerja pada daerah batas gas dan torak A = luas permukaan torak dx = jarak torak bergerak A . dx = dV Sehingga : W = P . dV dV (+) => jika volume bertambah (proses ekspansi)
dV (-) => jika volume berkurang (proses kompresi)


Contoh soal :
Setengah kilogram gas yang berada dalam sistem silinder torak mengalami proses kompresi pada P konstan 4 bar yang diawali pada υ1 = 0,72 m3/kg. Jika gas adalah sistem dengan kerja yang dilakukan sebesar -84 kJ.
Daya yang dipindahkan poros
Poros berputar dengan kecepatan sudut ω yang menghasilkan torsi T kelingkungannya.
T = Ft . R
Dimana :
Ft = gaya tangensial
R = jari-jari poros
Kecepatan pada titik kerja gaya:
v = R . ω ω = kecepatan sudut = rad/s
Sehingga, daya yang dipindahkan poros =


Atau,
Torsi = T = F . r 
Jarak (s)
s = (2..r).n
sehingga, kerja poros:

Kerja poros persatuan waktu (daya):
(kW)
Dimana :
n = jumlah rev. persatuan waktu
1 kW = 1,34050 H
Contoh Soal:
Tentukan daya yang ditransmisikan melalui sebuah mobil ketika torsi yang terjadi sebesar 200 Nm dan poros berputar pada laju 4000 rpm.