Panas Spesifik

Daftar Isi

• Termodinamika Atmosfer: Menyelami Fisika Pada Proses di Atmosfer
  • Daftar Isi
• III. Hukum Pertama Termodinamika - Panas dan Kerja Sistem
• 3.1 Panas Spesifik

Termodinamika Atmosfer: Menyelami Fisika Pada Proses di Atmosfer

Daftar Isi

1. Hukum Tentang Gas

Sistem Terbuka vs Sistem Tertutup

Persamaan Matematika Pendukung

Persamaan Gas Ideal

Hipotesis Avogadro

Gas Campuran dan Tekanan Parsialnya

Temperatur Virtual

Exercise 1 - Persamaan Gas

2. Persamaan Hidrostatik

Laju Susut Tekanan versus Ketinggian

Ketinggian Geopotensial

Tinggi Skala dan Persamaan Hipsometrik

Ketebalan dan Ketinggian Permukaan Tekanan Konstan

Reduksi Tekanan terhadap Permukaan Laut

3. Hukum Pertama Termodinamika - Panas dan Kerja Sistem

Konsep Hukum I Termodinamika

Hukum Joule tentang Perilaku Gas

Panas Spesifik

Entalpi

4. Proses Adiabatik

Konsep Proses Adiabatik

Konsep Paket Udara di Atmosfer

Laju Penurunan Adiabatik Kering

Temperatur Potensial - Persamaan Poisson

Diagram Termodinamika Skew T-ln P

5. Uap Air dalam Udara

Rasio Campuran dan Kelembaban spesifik

Tekanan Uap Jenuh

Rasio Campuran Jenuh

Kelembapan Relatif (RH), Titik Embun (Td) dan Titik Embun Beku

Lifting Condensation Level (LCL)

Suhu Bola Basah

Panas Laten

Proses Adiabatik Jenuh dan Proses Pseudoadiabatik

6. Stabilitas Statis

7. Hukum Kedua Termodinamika

Referensi:

Diterjemahkan dan dikembangkan dari: Atmospheric Thermodynamics, Jeremy A. Gibbs, https://gibbs.science/ teaching/efd/handouts /wallace_hobbs_ch3.pdf.

III. Hukum Pertama Termodinamika - Panas dan Kerja Sistem

3.1 Panas Spesifik

Misalkan sejumlah kecil panas $dq$ diberikan kepada massa satuan suatu bahan dan, sebagai akibatnya, suhu bahan tersebut meningkat dari $T$ menjadi $T + dT$ tanpa adanya perubahan fase dalam bahan.

Catatan:
Simbol $dq$ kadang-kadang disebut sebagai pemanasan atau pendinginan diabatik (atau nonadiabatik), di mana "diabatik" berarti melibatkan transfer panas.

Istilah "diabatik" akan menjadi berlebihan jika "pemanasan" dan "pendinginan" selalu diartikan sebagai "penambahan atau penghilangan panas."

Namun, "pemanasan" dan "pendinginan" sering digunakan dalam arti "menaikkan atau menurunkan suhu," dalam hal ini bermakna untuk membedakan antara bagian dari perubahan suhu $dT$ yang disebabkan oleh efek diabatik ($dq$) dan bagian yang disebabkan oleh efek adiabatik ($p\ dα$). alert-info

Rasio $dq/dT$ disebut panas spesifik bahan tersebut. Panas spesifik yang didefinisikan dengan cara ini bisa memiliki berbagai nilai, tergantung pada bagaimana bahan berubah saat menerima panas.

Jika volume bahan tetap konstan, didefinisikan panas spesifik pada volume konstan $c_v$ adalah:

$$c_v = \left ( \frac{dq}{dT}) \right )_{v\ const} \tag{39}$$

Namun, jika volume bahan tetap maka persamaan (38) menjadi $dq = du$. Oleh karena itu:

$$c_v = \left ( \frac{du}{dT}) \right )_{v\ const}$$

Untuk gas ideal, berlaku hukum Joule dan oleh karena itu $u$ hanya bergantung pada suhu. Maka, tanpa memandang apakah volume gas berubah, kita dapat menuliskan:

$$c_v = \left ( \frac{du}{dT}) \right ) \tag{40}$$

Dari persamaan (38) dan (40), hukum pertama termodinamika untuk gas ideal dapat dituliskan dalam bentuk:

$$dq= c_{v}dT+p\ d\alpha \tag{41}$$

Karena $u$ adalah fungsi keadaan, tidak peduli bagaimana bahan berubah dari keadaan 1 ke keadaan 2, perubahan energi internalnya adalah, berdasarkan persamaan (40):

$$u_{2}-u _{1}=\int_{T_{1}}^{T_{2}}c_{v}\ dT$$

Kita juga dapat mendefinisikan panas spesifik pada tekanan konstan $c_p$ yaitu:

$$c_p = \left ( \frac{dq}{dT}\right )_{p\ const} \tag{42}$$

di mana bahan dapat mengembang saat panas ditambahkan pada bahan tersebut sehingga suhunya naik, tetapi tekanannya tetap konstan.

Dalam hal ini, sejumlah panas yang ditambahkan ke bahan tersebut digunakan untuk melakukan kerja saat sistem mengembang melawan tekanan konstan dari lingkungannya.

Oleh karena itu, panas yang lebih besar dalam jumlah tertentu harus ditambahkan ke bahan untuk meningkatkan suhunya daripada jika volume bahan tetap konstan.

Untuk kasus gas ideal, ketidaksetaraan ini dapat dilihat secara matematis sebagai berikut. Persamaan (41) dapat ditulis ulang dalam bentuk:

$dq= c_{v}\ dT+d(p\alpha) - \alpha\ dp$

(43)

Dari persamaan gas ideal (3), $d(p𝛼) = R \, dT$. Oleh karena itu, persamaan (43) menjadi:

$dq= (c_{v}+R)\ dT - \alpha\ dp$

(44)

Pada tekanan konstan, suku terakhir dalam (44) ditiadakan, sehingga, dari persamaan (42) dan (44) diperoleh:

$$c_{p}= c_{v}+R \tag{45}$$

Panas spesifik pada volume konstan dan tekanan konstan untuk udara kering masing-masing adalah 717 dan 1004 J.K⁻¹.kg⁻¹, dan selisihnya = 287 J.K⁻¹.kg⁻¹, merupakan konstanta gas untuk udara kering. 

Dapat ditunjukkan bahwa untuk gas monatom ideal, 

$c_p:c_v:R = 5:3:2$, dan untuk gas diatom ideal, 

$c_p:c_v:R = 7:5:2$.

Dengan menggabungkan (44) dan (45), kita mendapatkan bentuk alternatif dari hukum pertama termodinamika:

$$dq = c_p \, dT - \alpha \, dp  \tag{46}$$

Climate4life.info mendapat sedikit keuntungan dari penayangan iklan dan digunakan untuk operasional blog ini.

Jika menurut anda artikel ini bermanfaat, maukah mentraktir kami secangkir kopi melalu "trakteer id"?

Dukung Saya di Trakteer