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 banyak hubungan termodinamika
berasal.
Pada sistem di mana terjadi proses perubahan wujud atau
pertukaran energi, termodinamika klasik tidak berhubungan dengan
kinetika 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 kuasistatik, yang diidealkan, proses "super
pelan".
Proses termodinamika bergantung-waktu dipelajari dalam termodinamika tak-setimbang.
Karena
termodinamika tidak berhubungan dengan konsep waktu, telah diusulkan
bahwa termodinamika setimbang seharusnya dinamakan termostatik.
Hukum termodinamika
kebenarannya sangat umum, dan hukum-hukum ini tidak bergantung kepada
rincian dari interaksi atau sistem yang diteliti. Ini berarti mereka
dapat diterapkan ke sistem di mana seseorang tidak tahu apa pun kecual
perimbangan transfer energi dan wujud di antara mereka dan lingkungan.
Contohnya termasuk perkiraan Einstein tentang emisi spontan dalam abad
ke-20 dan riset sekaran ini tentang termodinamika benda hitam.
Konsep dasar dalam termodinamika
Pengabstrakan
dasar atas termodinamika adalah pembagian dunia menjadi sistem dibatasi
oleh kenyataan atau ideal dari batasan. Sistem yang tidak termasuk
dalam pertimbangan digolongkan sebagai lingkungan. Dan pembagian sistem
menjadi subsistem masih mungkin terjadi, atau membentuk beberapa sistem
menjadi sistem yang lebih besar. Biasanya sistem dapat diberikan keadaan
yang dirinci dengan jelas yang dapat diuraikan menjadi beberapa
parameter.
Sistem termodinamika
Sistem
termodinamika adalah bagian dari jagat raya yang diperhitungkan. Sebuah
batasan yang nyata atau imajinasi memisahkan sistem dengan jagat raya,
yang disebut lingkungan. Klasifikasi sistem termodinamika berdasarkan
pada sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan materi, kalor dan
entropi antara sistem dan lingkungan.
Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan:
1.
sistem terisolasi: tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja
dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah
terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.
2. sistem tertutup:
terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi
pertukaran benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah contoh dari
sistem tertutup di mana 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 adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas.
- pembatas rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.
3.
sistem terbuka: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda
dengan lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda
disebut permeabel. Samudra merupakan contoh dari sistem terbuka.
Dalam
kenyataan, sebuah sistem tidak dapat terisolasi sepenuhnya dari
lingkungan, karena pasti ada terjadi sedikit pencampuran, meskipun hanya
penerimaan sedikit penarikan gravitasi. Dalam analisis sistem
terisolasi, energi yang masuk ke sistem sama dengan energi yang keluar
dari sistem.
Keadaan termodinamika
Ketika sistem dalam keadaan seimbang dalam kondisi yang ditentukan, ini disebut dalam keadaan pasti (atau keadaan sistem).
Untuk
keadaan termodinamika tertentu, banyak sifat dari sistem
dispesifikasikan. Properti yang tidak tergantung dengan jalur di mana
sistem itu membentuk keadaan tersebut, disebut fungsi keadaan dari
sistem. Bagian selanjutnya dalam seksi ini hanya mempertimbangkan
properti, yang merupakan fungsi keadaan.
Jumlah properti minimal
yang harus dispesifikasikan untuk menjelaskan keadaan dari sistem
tertentu ditentukan oleh Hukum fase Gibbs. Biasanya seseorang berhadapan
dengan properti sistem yang lebih besar, dari jumlah minimal tersebut.
Pengembangan
hubungan antara properti dari keadaan yang berlainan dimungkinkan.
Persamaan keadaan adalah contoh dari hubungan tersebut.
Hukum Termodinamika
Hukum
pertama Termodinamika adalah bentuk lain dari hukum kekekalan energi
yang diaplikasikan pada perubahan energi dalam yang dialami oleh suatu
sistem. Maka :
- Sistem adalah sejumlah zat dalam suatu wadah, yang menjadi pusat perhatian untuk dianalisis.
- Lingkungan adalah segala sesuatu diluar sistem.
- Batas , perantara lingkungan dan sistem.
Pengertian Usaha, Kalor dan Energi.
Kalor
= Usaha, yaitu hanya muncul juka terjadi perpindahan energi antara
system dan lingkungan . Kalor muncul ketika energi dipindahkan akibat
adanya perbedaan suhu atau perubahan wujud zat.
Energi terbagi atas dua yaitu energi dalam dan energi luar , dibawah ini beberapa asumsi mengenai energi tersebut.
- Energi kinetik dan energi potensial = energi luar ( external energy )
- Energi yang tidak nampak dari luar adalah energi dalam.
- Energi dalam berhubungan dengan aspek mikroskopik zat.
- Jumlah energi kinetic dan energi potensial yang berhubungan dengan atom –atom atau molekul – molekul zat disebut energi dalam.
Oleh
karena itu, pengertian dari energi dalam adalah suatu sifat mikroskopik
zat, sehingga tidak dapat diukur secara langsung. Yang dapat diukur
secara tidak langsung adalah perubahan energi dalam (notasi ) , yaitu
ketika suatu system berubah dari keadaan awal ke keadaan akhir.
Secara Sistematis
Perubahan Energi Dalam
delta U = U2-U1
Perubahan Energi Dalam
u = u(vT)
Dimana :
du : perubahan energi dalam (kJ/kg)
cv : panas spesifik pada volume konstan (0,707kJ/kg.K)
dT : perubahan suhu (K)
Formulasi Usaha
Proses Isobarik adalah proses yang terjadi pada tekanan tetap.
Secara Sistematis
Usaha pada proses Isobarik
W = p . deltaV = p ( V2 - V1 )
Rumus
pada persamaan diatas hanya dapat digunakan untuk menghitung usaha
gas pada tekanan tetap (proses Isobarik). Jika tekanan gas berubah,
usaha W harus dihitung dengan cara integral. Secara umum, usaha
dihitung dengan cara integral berikut.
Rumus umum Usaha
W = V1 - V2 pdV
Oleh Karena itu, jika grafik tekanan terhadap Volume diberikan , maka arti geometris dari persamaan adalah luas dibawah kurva.
Usaha dalam proses siklus
Pengertian
usaha dalam proses siklus ialah usaha yang dilakukan oleh atau pada
system gas yang menjalani suatu proses siklus sama dengan luas daerah
yang dimuat oleh siklus tersebut.
Hukum-hukum Dasar Termodinamika
Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika, yaitu:
Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika
Hukum
ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem
ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya.
Hukum Pertama Termodinamika
Hukum
ini terkait dengan kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan
energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total
dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang
dilakukan terhadap sistem.
Energi dalam suatu system berubah dari nilai awal U1 ke nilai akhir U2 sehubungan dengan kalor Q dan usaha W, Maka ;
Oleh
karena itu, Hukum Pertama termodinamika berbunyi, energi dalam suatu
system berubah dari nilai U2 sehubungan dengan kalor Q dan usaha W;
dimana Q adalah positif jika system memperoleh kalor dan negative jika
kehilangan kalor, usaha W positif jika usaha dilakukan oleh system dan
negative jika usaha dilakukan pada system.Hukum kedua Termodinamika
Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi.
Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem
termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan
meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya.
Maka, Hukum Kedua
Termodinamika berbunyi, tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor
yang bekerja dalam suatu siklus yang semata – mata mengubah energi panas
yang diperoleh dari suatu sumber pada suhu tertentu seluruhnya menjadi
energi mekanik.
Hukum ketiga Termodinamika
Hukum
ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini
menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut,
semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai
minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur
kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar