MATERI TERMODINAMIKA
A. Pengertian Termodinamika
Termodinamika adalah satu cabang fisika teoritik yang berkaitan dengan
hukum-hukum pergerakan panas,dan perubahan dari panas menjadi bentuk-bentuk
energi yang lain.Istilah ini diturunkan dari bahasa yunani Therme (panas) dan dynamis
(gaya).Cabang ilmu ini berdasarkan pada dua prinsip dasar yang aslinya
diturunkan dari eksperimen,tapi kini dianggap sebagai aksiom.prinsip pertama
adalah hukum kekekalan energi,yang mengambil bentuk hukum kesetaraan panas dan
kerja.Prinsip yang kedua menyatakan bahwa panas itu sendiri tidak dapat
mengalir dari benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas tanpa adanya
perubahan dikedua benda tersebut.
B. Sistem
termodinamika
Sistem termodinamika adalah bagian dari jagad raya
yang diperhitungkan.semua batasan yang nyata atau imajinasi memisahkansistem
dengan jagad raya,yang disebut lingkungan.
Ada tiga jenis sistem termodinamika berdasarkan
jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan:
Sistem Terisolasi
Sistem ini tidak terjadi pertukaran panas,benda atau
kerja dengan lingkungan.Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah
terisolasi,seperti tabung gas terisolasi.
Sistem Tertutup
Pada sistem ini terjai pertukaran energi tapi tidak
terjadi pertukaran benda dengan lingkungan.Rumah hijau adalah contoh dari
sistem tertutup dimana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran
kerja dengan lingkungan.Apakah suatu sistem terjadi pertukaran panas,kerja atau
keduanya biasanya dipertimbangkan sebagai sifat pembatasnya.Pembatas adibiatik
yaitu tidak diperbolehkan pertukaran panas sedangkan pembatas rigid yaitu tidak
memperbolehkan pertukaran kerja.
Sistem Terbuka
Pada sistem ini terjadi pertukaran energi dan benda
dan lingkungannya.sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebutpermeabel.Samudra
merupakan contoh dari sistem terbuka.
C. Hukum – hukum Dasar Termodinamika
Hukum –hukum termodinamika pada prinsipnya
menjelaskan peristiwa perpindahan panas dan kerja pada proses
termodinamika.Terdapat 4 hukum dasar yang berlaku di dalam sistem
termodinamika,yaitu:
1. Hukum Awal
Termodinamika hukum ini menyatakan bahwa apabila dua
buah benda yang berada didalam kesetimbangan thermal digabungkan dengan sebuah
benda lain,maka ketiga-tiganya berada dalam kesetimbangan thermal.
2. Hukum Pertama
Hukum termodinamika pertama berbunyi “Energi tidak
dapat diciptakan dan dimusnahkan tetapi dapat dikonversi dari suatu bentu ke
bentuk yang lain”.Hukum pertama adalah prinsip kekekalan energi yang memasukan
kalor sebagai model perpindahan energi.Menurut hukum pertama,energi didalam
suatu benda dapat ditingkatkan dengan cara menambahkan kalor ke benda atau
dengan melakukan usaha pada benda.Hukum pertama tidak membatasi arah
perpindahan kalor yang dapat terjadi.
Aplikasi : Mesin-mesin pembangkit energi dan
pengguna energi.Semuanya hanya mentransfer dengan berbagai cara.
3. Hukum kedua
Termodinamika hukum kedua terkait dengan
entropi.Entropi adalah tingkat keacakan energi.Hukum ini menyatakan bahwa total
entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkatkan
waktu,mendekati nilai maksimumnya.
Aplikasi : kulkas harus mempunyai pembuang panas
dibelakangnya,yang suhunya lebih tinggi dari udara sekitar.Karena jika tidak
panas dari isi kulkas tidak bisa terbuang keluar.
4. Hukum ketiga
Hukum termodinamika ketiga terkait dengan temperatur
nol absolut.Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai
temperatur nol absolut,semua proses akan berhenti da entropi sistem akan
mendekati nilai minimum.Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda
berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.
D. Penerapan Hukum Termodinamika
Hukum pertama termodinamika dilakukan dalam empat
proses,Yaitu:
•Proses Isotermal
Dalam proses ini,suhu sistem dijaga agar selalu
konstan.Suhu gas ideal
berbanding lurus dengan energi dalam gas ideal.
dan tekanan sistem berubah penjadi (tekanan sistem
berkurang).
•Proses Adiabatik
Dalam proses adibiatik,tidak ada kalor yang
ditambahkan pada sistem atau meninggalkan sistem (Q = O).Proses adibiatik bisa
terjadi pada sistem tertutup yang terisolasi dengan baik.Untuk sistem tertutup
yang terisolasi dengan baik,biasanya tidak ada kalor yang dengan seenaknya
mengalir kedalam sistem atau meninggalkan sistem.Proses adibiatik juga bisa terjadi
pada sistem tertutup yang tidak terisolasi.Proses dilakukan dengan sangat cepat
sehingga kalor tidak sempat mengalir menuju sistem atau meninggalkan sistem.
•Proses Isokorik
Dalam prose isokorik,volume sistem dijaga agar
selalu konstan.Karenavolume sistem selalu konstan.Maka sistem tidak bisa
melakukan kerjapada lingkungan.Demikian juga sebaliknya,lingkungan tidak bisa
melakukan kerja pada sistem.
•Proses Isobarik
Dalam proses isobarik,tekanan sistem dijaga agar
selalu konstan.Karena yang konstan adalah tekanan,maka perubahan energi dalam
(del U),kalor (Q),dan kerja pada proses isobarik tidak ada yang bernilai
nol.Dengan demikian,Persamaan hukum pertama termodinamika tetep utuh seperti
semula.
E. Penerapan Hukum Pertama Termodinamika pada
Manusia
Kita bisa menerapkan hukum pertama termodinamika
pada manusia agar dapat bertahan hidup.Setiap mahluk hidup,baik manusia,hewan
atau tumbuhan tentu saja membutuhkan energi.Kita tidak bisa
belajar,jalan-jalan,jika kita tidak berdaya karena kekurangan energi.
F. Entropi dan Hukum-hukum termodinamika kedua.
Hukum termodinamika kedua menyatakan bahwa
kondisi-kondisi alam selalu mengarah kepada ketidak aturan atau hilangnya
informasi.Hukum ini juga dikenalsebagai “Hukum Entropi”.Entropi adalah selang
ketidakteraturan dalam suatu sistem.Entropi sistem meningkat ketika suatu
keadaan yang teratur,tersususn dan terencana menjadi lebih tidak
teratur,tersebar dan tidak terencana.Semakin tidak teratur,semakin tinggi pula
entropinya.Hukum entropi menyatakan bahwa seluruh alam semesta bergerak menuju
keadaan yang semakin tidak teratur,tidak terencana,dan tidak terorganisir.
Hukum ini disempurnakan pada tahun 1877 oleh Ludwig
Boitzmann.Dalam versinya,entropi nampak sebagai fungsi peluang darisatu
keadaan,semakin tinggi peluang suatu keadaan,semakin tinggi pula
entropinya.Dalam versi ini,semua sistem cenderung menuju satu keadaan
setimbang.Dengan demikia,ketika suatu benda panas ditempatkan berdampingan
dengan sebuah benda dingin,energi akan mengalir dari yang panas ke yang dingin,sampai
mereka mencapai keadaan setimbang,yaitu memiliki suhu yang sama.
Keteraturan dan Ketidakteraturan (konsep Entropi)
Konsep ini diperkenalkan oleh Rudolf Clausius pada
abad ke 19,seorang fisikawan dan matematikawan jerman,untuk mengukurpelepasan
energi menjadi anas danfriksi.Clausius mendefinisikan entropi yang muncul dalam
proses termal sebagai energi yang dihamburkan dan dipisahkan oleh temperatur
pada saat proses berlansung.
Seorang fisikawan Australia Ludwig Boltzmann pada
awal abad ke-20 memberi arti baru pada konsep entropi dan menetapkan hubungan
antara entropi dan keteraturan molekular.Konsep keteraturan yang diperkenalkan
oleh Boltzmann adalah konsep termodinamika ,dimana molekul-molekul berada dalam
gerak yang konstan. Definisi keteraturan di dalam termodinamika berbeda sekali
dengan pengertian-pengertian kaku mengenai keteraturan dan kesetimbangan dalam
mekanika Newtonian.
G. Rumus - Rumus Minimal
Hukum Termodinamika I
ΔU = Q − W
Keterangan :
ΔU = perubahan energi dalam (joule)
Q = kalor (joule)
W = usaha (joule)
Proses-proses
Isobaris → tekanan tetap
Isotermis → suhu tetap → ΔU = 0
Isokhoris → volume tetap (atau isovolumis atau
isometric) →
W = 0
Adiabatis → tidak terjadi pertukaran kalor → Q = 0
Siklus → daur → ΔU = 0
Persamaan Keadaan Gas
Hukum Gay-Lussac
Tekanan tetap → V/T = Konstan → V1/T1 = V2/T2
Hukum Charles
Volume tetap → P/T = Konstan → P1/T1 = P2/T2
Hukum Boyle
Suhu tetap → PV = Konstan → P1V1 = P2V2
P, V, T Berubah (non adiabatis)
(P1V1) / (T1) = (P2V2) / (T2)
Adiabatis
P1V1 γ= P2V2γ
T1V1 γ − 1= T2V2γ − 1
γ
= perbandingan kalor jenis gas pada tekanan tetap dan volum tetap → γ = Cp/Cv
Usaha
W = P(ΔV) → Isobaris
W = 0 → Isokhoris
W = nRT ln (V2 / V1) → Isotermis
W = − 3/2 nRΔT → Adiabatis ( gas monoatomik)
Keterangan :
T = suhu (Kelvin, jangan Celcius)
P = tekanan (Pa = N/m2)
V = volume (m3)
n = jumlah mol
1 liter = 10−3m3
1 atm = 105 Pa ( atau ikut soal!)
Jika tidak diketahui di soal ambil nilai ln 2 =
0,693
Komentar
Posting Komentar