Termodinamika Fisika XI
TERMODINAMIKA
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.
 |
| Gambar 1.2 Pola Hukum ZEROTH LAW OF TERMODINAMIKA |
 |
| Gambar 1.1 Contoh Aplikasi Termodinamika |
|
| Gambar 1.2 Pola Hukum ZEROTH LAW OF TERMODINAMIKA |
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 sekarang ini tentang termodinamika benda hitam.
Menurut Arief MS Termodinamika adalah suatu konsep mekanika perpindahan Energi. Seperti panas, di mana konsep perpindahan panas adalah panas secara spontan akan berpindah dari temperatur tinggi ke temperatur rendah. Pada termodinamika inilah konsep mekanika itu akan di bahas.
Konsep Dasar Dalam Termodinamika
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.
Dari
prinsip-prinsip dasar termodinamika secara umum bisa diturunkan hubungan antara
kuantitas misalnya, koefisien ekspansi, kompresibilitas, panas jenis,
transformasi panas dan koefisien elektrik, terutama sifat-sifat yang
dipengaruhi temperatur
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-hukum Dasar Termodinamika
Terdapat
empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika, yaitu:
- Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika
|
| Gambar 1.2 Pola Hukum ZEROTH LAW OF TERMODINAMIKA |
Hukum awal menyatakan bahwa dua
sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam
saling setimbang satu dengan lainnya. Hukum ini dimasukkan setelah hukum pertama.
- Hukum Pertama Termodinamika
Hukum yang sama juga terkait dengan
kasus 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. Hukum ini dapat diuraikan menjadi beberapa proses, yaitu
proses dengan Isokhorik, Isotermik, Isobarik, dan juga adiabatik.
- Hukum kedua Termodinamika
Hukum kedua termodinamika terkait
dengan entropi. Tidak ada bunyi untuk hukum kedua termodinamika yang ada
hanyalah pernyataan kenyataan eksperimental yang dikeluarkan oleh kelvin-plank
dan clausius. Pernyataan clausius: tidak mungkin suatu sistem apapun bekerja
sedemikian rupa sehingga hasil satu-satunya adalah perpindahan energi sebagai
panas dari sistem dengan temperatur tertentu ke sistem dengan temperatur yang
lebih tinggi. Pernyataan kelvin-planck: tidak mungkin suatu sistem beroperasi
dalam siklus termodinamika dan memberikan sejumlah netto kerja kesekeliling
sambil menerima energi panas dari satu reservoir termal.(sumber Fundamentals of
engineering thermodynamics (Moran J., Shapiro N.M. - 6th ed. - 2007 - Wiley)
Bab5). "total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung
untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya
hal ini disebut dengan prinsip kenaikan entropi" merupakan korolari dari
kedua pernyataan diatas (analisis Hukum kedua termodinamika untuk proses dengan
menggunakan sifat entropi)(sumber Fundamentals of engineering thermodynamics
(Moran J., Shapiro N.M. - 6th ed. - 2007 - Wiley) Bab6).
- 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.
Sistem Termodinamika
Dalam
termodinamika dikenal istilah sistem dan lingkungan. Sistem adalah benda atau
sekumpulan apa saja yang akan diteliti atau diamati dan menjadi pusat
perhatian. Sedangkan lingkungan adalah benda-benda yang berada diluar dari
sistem tersebut. Sistem bersama dengan lingkungannya disebut dengan semesta
atau universal. Batas adalah perantara dari sistem dan lingkungan.
Contohnya adalah pada saat
mengamati sebuah bejana yang berisi gas, yang dimaksud dengan sistem dari
peninjauan itu adalah gas tersebut sedangkan lingkungannya adalah bejana itu
sendiri.Jenis-jenis Sistem Termodinamika
 |
| Gambar 1.3 Jenis-Jenis Sistem Termodinamika |
Klasifikasi
sistem termodinamika berdasarkan sifat dari batasan dan arus benda, energi dan
materi yang melaluinya. Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis pertukaran yang
terjadi antara sistem dan lingkungannya, yaitu :
1) Sistem terbuka
Sistem yang mengakibatkan terjadinya pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda (materi) dengan lingkungannya. Sistem terbuka ini meliputi peralatan yang melibatkan adanya aliran massa kedalam atau keluar sistem seperti pada kompresor, turbin, nozel dan motor bakar.
Sistem mesin
motor bakar adalah ruang didalam silinder mesin, dimana campuran bahan bahan
bakar dan udara masuk kedalam silinder, dan gas buang keluar sistem. Pada
sistem terbuka ini, baik massa maupun energi dapat melintasi batas sistem yang
bersifat permeabel. Dengan demikian, pada sistem ini volume dari sistem tidak
berubah sehingga disebut juga dengan control volume.
Perjanjian
yang kita gunakan untuk menganalisis sistem adalah
- Untuk panas (Q) bernilai positif bila diberikan kepada sistem dan bernilai negatif bila keluar dari sistem
- Untuk usaha (W) bernilai positif apabila keluar dari sistem dan bernilai negatif bila diberikan (masuk) kedalam sistem.
2) Sistem tertutup
Sistem yang mengakibatkan terjadinya pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi pertukaran zat dengan lingkungan. Sistem tertutup terdiri atas suatu jumlah massa yang tertentu dimana massa ini tidak dapat melintasi lapis batas sistem. Tetapi, energi baik dalam bentuk panas (heat) maupun usaha (work) dapat melintasi lapis batas sistem tersebut.Dalam sistem tertutup, meskipun massa tidak dapat berubah selama proses berlangsung, namun volume dapat saja berubah disebabkan adanya lapis batas yang dapat bergerak (moving boundary) pada salah satu bagian dari lapis batas sistem tersebut. Contoh sistem tertutup adalah suatu balon udara yang dipanaskan, dimana massa udara didalam balon tetap, tetapi volumenya berubah dan energi panas masuk kedalam masa udara didalam balon.
Sebagaimana gambar sistem tertutup dibawah ini, apabila panas diberikan kepada sistem (Qin), maka akan terjadi pengembangan pada zat yang berada didalam sistem. Pengembangan ini akan menyebabkan piston akan terdorong ke atas (terjadi Wout). Karena sistem ini tidak mengizinkan adanya keluar masuk massa kedalam sistem (massa selalu konstan) maka sistem ini disebut control mass.
Suatu sistem dapat mengalami pertukaran panas atau kerja atau keduanya, biasanya dipertimbangkan sebagai sifat pembatasnya:
- Pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas.
- Pembatas rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.
Dikenal juga istilah dinding, ada dua jenis dinding yaitu dinding adiabatik dan dinding diatermik. Dinding adiabatik adalah dinding yang mengakibatkan kedua zat mencapai suhu yang sama dalam waktu yang lama (lambat). Untuk dinding adiabatik sempurna tidak memungkinkan terjadinya pertukaran kalor antara dua zat. Sedangkan dinding diatermik adalah dinding yang memungkinkan kedua zat mencapai suhu yang sama dalam waktu yang singkat (cepat).
3) Sistem terisolasi
Sistem yang mengakibatkan tidak terjadinya pertukaran panas, zat atau kerja dengan lingkungannya. Contohnya : air yang disimpan dalam termos dan tabung gas yang terisolasi. 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.Karakteristik yang menentukan sifat dari sistem disebut property (koordinat sistem/variabel keadaan sistem), seperti tekanan (p), temperatur (T), volume (v), masa (m), viskositas, konduksi panas dan lain-lain. Selain itu ada juga koordinat sistem yang didefinisikan dari koordinat sistem yang lainnya seperti, berat jenis, volume spesifik, panas jenis dan lain-lain.
Suatu sistem dapat berada pada suatu kondisi yang tidak berubah, apabila masing-masing jenis koordinat sistem tersebut dapat diukur pada semua bagiannya dan tidak berbeda nilainya. Kondisi tersebut disebut sebagai keadaan (state) tertentu dari sistem, dimana sistem mempunyai nilai koordinat yang tetap. Apabila koordinatnya berubah, maka keadaan sistem tersebut disebut mengalami perubahan keadaan. Suatu sistem yang tidak mengalami perubahan keadaan disebut sistem dalam keadaan seimbang (equilibrium).
Comments
Post a Comment