Termodinamika

TERMODINAMIKA

A. Pengertian Termodinamika

Termodinamika (bahasa yunani: thermos = 'panas' and dynamic = 'perubahan') adalah fisika energi, panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana hubungan termodinamika berasal.

Termodinamika adalah cabang dari ilmu Fisika yang mempelajari sistem banyak partikel secara

fenomenologis makroskopik. Secara fenomenologis, karena pendekatan yang dipakai adalah pen-

dekatan empirik, berdasarkan generalisasi hasil-hasil eksperimen, dan secara makroskopik, karena

yang ditinjau adalah keadaan sistem secara makro - yaitu keadaan banyak partikel, bukan keadaan

secara mikro - keadaan masing-masing partikel.

Pada sistem di mana terjadi proses perubahan wujud atau pertukaran energi, termodinamika klasik tidak berhubungan dengan kenatika reaksi (kecepatan suatu proses reaksi berlangsung). Karena alasan ini, penggunaan istilah "termodinamika" biasanya merujuk pada termodinamika setimbang. Dengan hubungan ini, konsep utama dalam termodinamika adalah proses kuasistastik, yang diidealkan, proses "super pelan". Proses termodinamika bergantung-waktu dipelajari dalam termodinamika tak seimbang.

Karena termodinamika tidak berhubungan dengan konsep waktu.telah diusulkan bahwa termodinamika setimbang seharusnya dinamakan termostatik.

B. Hukum-Hukum Termodinamika

Hukum-hukum ini menerangkan bagaimana dan apa saja konsep yang harus diperhatikan. Seperti peristiwa perpindahan panas dan kerja pada proses termodinamika. Sejak perumusannya, hukum-hukum ini sudah menjadi hukum penting dalam dunia fisika yang berhubungan dengan termodinamika. Penerapan hukum-hukum ini juga digunakan dalam berbagai bidang seperti bidang ilmu lingkungan, otomotif, ilmu pangan, ilmu kimaia dan lain-lain. Berikut hukum-hukum termodinamika :

1. Hukum I termodinamika (Kekekalan Energi dalam Sistem)

Hukum I termodinamika menyatakan bahwa "Jumlah kalor pada suatu sistem adalah sama dengan perubahan energi di dalam sistem tersebut ditambah dengan usaha yang dilakukan oleh sistem."
Hubungan antara kalor dan lingkungan dalam hukum I Termodinamika seperti yang ditunjukkan pada gambar 1.
Energi dalam sistem adalah jumlah total semua energi molekul yang ada di dalam sistem. Apabila sistem melakukan usaha atau sistem memperoleh kalor dari lingkungan, maka energi dalam sistem akan naik. Sebaliknya energi dalam sistem akan berkurang jika sistem melakukan usaha terhadap lingkungan atau sistem memberi kalor pada lingkungan.

Dari bunyi hukum I Termodinamika, maka rumus hukum I Termodinamika dapat dituliskan sebagai berikut :
Q = ∆U + W atau ∆U = Q – W atau
Dimana :
∆U : Perubahan energi dalam sistem (J)
Q : Kalor yang diterima/dilepas sistem (J)
W : Usaha (J)

2. Hukum II termodinamika (Arah reaksi sistem dan batasan)

Hukum kedua ini membatasi perubahan energi mana yang bisa terjadi dan yang tidak. Pembatasan ini dinyatakan dengan berbagi cara, yaitu :

“Hukum II termodinamika dalam menyatakan aliran kalorKalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya”

Hukum II termodinamika dalam pernyataan tentang mesin kalor
Tidak mungkin membuat suatu mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata menyerap kalor dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi usaha luar.

Hukum II termodinamika dalam pernyataan entropi (besaran termodinamika yang menyertai suatu perubahan setiap keadaan dari awal sampai akhir sistem dan menyatakan ketidakteraturan suatu sistem)
Total entropi semesta tidak berubah ketika proses reversibel terjadi dan bertambah ketia proses irreversible terjadi.

3. Hukum III termodinamika
Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut (temperatur Kelvin) semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum.hukum ini jugga menyatakn bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.

Contoh Alat Yang Menggunakan Termodinamika :

1. termos
2. kulkas
3. AC
4. radiator
5. mesin mobil/motor
6. refrigerator
7. microwave
8. pemanas air (heater)
9. dispenser air panas dan air dingin
10. turbin angin

C. Jenis-Jenis Proses Termodinamika

Gas dalam ruang tertutup dapat mengalami beberapa proses yaitu proses isobarik, proses isokorik, proses isotermis, dan proses adiabatik.

Proses Isobarik

Proses yang berlangsung pada tekanan tetap dinamakan proses isobarik. Bila volume gas bertambah, berarti gas melakukan usaha atau usaha gas positif (proses ekspansi). Jika volume gas berkurang, berarti pada gas dilakukan usaha atau usaha gas negatif (proses kompresi). Usaha yang dilakukan oleh gas pada proses isobarik besarnya sebagai berikut.

W = p × ΔV atau W = p (V2 – V1)

Usaha yang dilakukan gas terhadap lingkungannya atau kebalikannya sama dengan luas daerah bawah grafik tekanan terhadap volume (grafik p – V).

Proses Isotermal

Proses isotermal adalah proses yang dialami gas pada suhu tetap. Usaha yang dilakukan gas pada proses ini tidak dapat dihitung dengan persamaan W = p × ΔV .

Hal ini dikarenakan tekanannya tidak konstan. Namun, dapat diselesaikan dengan melakukan pengintegralan sebagai berikut.

$Description: W=\int_{v_{1}}^{v_{2}}pdV$

Ingat $Description: p=\frac{nRT}{V}$ , maka $Description: W=\int_{v_{1}}^{v_{2}}\frac{nRT}{V}dV$

karena n, R, dan T konstan, maka persamaannya menjadi sebagai berikut :

$Description: W=nRT\int_{v_{1}}^{v_{2}}\frac{dV}{V}$

$Description: =nRT[lnV]_{v_{1}}^{v_{2}}$

$Description: =nRT [lnV_{2}-lnV_{1}]$

$Description: W=nRT\textit{ ln }\left ( \frac{V_{2}}{V_{1}} \right )$

Proses Isokorik

Proses isokorik adalah proses yang dialami oleh gas di mana gas tidak mengalami perubahan volume atau volume tetap ( ΔV

= 0 ). Oleh karena itu, usaha yang dilakukan gas pada proses isokorik adalah nol (W =

p x

= 0 ).

Proses Adiabatik

Pada proses isobarik, isotermal, dan isokorik dipengaruhi oleh lingkungan yaitu menerima atau melepaskan kalor. Proses adiabatik merupakan proses yang tidak ada kalor yang masuk atau keluar dari sistem (gas) ke lingkungan (ΔQ

= 0) . Hal ini dapat terjadi apabila terdapat sekat yang tidak menghantarkan kalor atau prosesnya berlangsung cepat. Pada proses adiabatik berlaku rumus Poison.

$Description: pV^{\gamma }= \text{Konstan}$

$Description: p_{1}V_{1}^{\gamma }=p_{2}V_{2}^{\gamma }$

Dengan γ merupakan perbandingan kalor jenis gas pada tekanan tetap (C_p) dan kalor jenis gas pada volum tetap (C_V). Selanjutnya, perbandingan ini dinamakan tetapan Laplace.

$Description: \gamma =\frac{C_{p}}{C_{V}}$

Untuk gas ideal, $Description: p=\frac{nRT}{V}$

, sehingga persamaan adiabatik di atas dapat ditulis dalam bentuk :

$Description: p_{1}V_{1}^{\gamma }=p_{2}V_{2}^{\gamma }$

$Description: \frac{nRT_{1}}{V_{1}}V_{1}^{\gamma }=\frac{nRT_{2}}{V_{2}}V_{2}^{\gamma }$

$Description: T_{1}V_{1}^{\gamma -1}=T_{2}V_{2}^{\gamma -1}$

Adapun usaha pada proses adiabatik dapat dicari dengan cara sebagai berikut.

$Description: W=\int_{v_{1}}^{v_{2}}pdV$

Karena p =

CV^-γ , maka

karena C = p₁ V₁^γ= p₂ V₂^γ, maka

$Description: W=\frac{1}{1-\gamma }(p_{2}V_{2}^{\gamma }V_{2}^{1-\gamma }-p_{1}V_{1}^{\gamma }V_{1}^{1-\gamma })$

$Description: W=\frac{1}{1-\gamma }(p_{2}V_{2}-p_{2}V_{2})$

Pada bagian sebelumnya kita telah membahas mengenai energi dalam gas monoatamik. kita juga mengetahui bahwa $Description: U=\frac{3}{2}nRT$ , maka :

$Description: \Delta U=\frac{3}{2}nR\Delta T=\frac{3}{2}nR(T_{2}-T_{1})$

FISIKA-SMK

Cari Blog Ini

Termodinamika

Komentar

Posting Komentar