Materi Termodinamika 0 komentar Pengertian TermodinamikaTermodinamika 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.

Sistem termodinamikaSistem 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 antarasistem dan lingkungan: Sistem TerisolasiSistem ini tidak terjadi pertukaran panas,benda atau kerja dengan lingkungan.Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi,seperti tabung gas terisolasi.

Sistem TertutupPada 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 TerbukaPada sistem ini terjadi pertukaran energi dan benda dan lingkungannya.sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebutpermeabel.Samudra merupakan contoh dari sistem terbuka.

KeadaanTermodinamika Ketika sistem dalam keadaan seimbang dalam kondisi yang ditentukan,ini disebut dalam keadaan pasti (atau keadaan sistem). Untuk keadaan termodnamika tertentu,banyak sifat dari sistem di spesifikasikan.Properti ini tidak bergantung dengan jalur dimana sistem ini membentuk keadaan tersebut,disebut fungsi keadaan dari sistem.Bagian selanjutnya dalam seksi ini hanya mempertimbangkan properti,yang merupakan fungsi keadaan. 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: 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. 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.

Hukum keduaTermodinamika 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. 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. Aplikasi : kebanyakan logam bisa menjadi superkonduktor pada suhuyang sangat rendah,karena tidak banyak acakan gerakan kinetik dalam skala mokuler yang mengganggu aliran elektron. Penerapan Hukum Termodinamika Pertama pada Beberapa proses Termodinamika Hukum pertamatermodinamika 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 dengansangat 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 (W) pada proses isobarik tidak ada yang bernilai nol.Dengan demikian,Persamaan hukum pertama termodinamika tetep utuh seperti semula. Penerapan HukumPertama 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. 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 danKetidakteraturan (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.

Termodinamika Termodinamika adalah kajian tentang kalor (panas) yang berpindah. Dalam termodinamika kamu akan banyak membahas tentang sistem dan lingkungan. Kumpulan benda-benda yang sedang ditinjau disebut sistem, sedangkan semua yang berada di sekeliling (di luar) sistem disebut lingkungan.Usaha LuarUsaha luar dilakukan oleh sistem, jika kalor ditambahkan (dipanaskan) atau kalor dikurangi (didinginkan) terhadap sistem. Jika kalor diterapkan kepada gas yang menyebabkan perubahan volume gas, usaha luar akan dilakukan oleh gas tersebut. Usaha yang dilakukan oleh gas ketika volume berubah dari volume awal V1 menjadi volume akhir V2 pada tekanan p konstan dinyatakan sebagai hasil kali tekanan dengan perubahan volumenya.W = pV= p(V2 V1) Secara umum, usaha dapat dinyatakan sebagai integral tekanan terhadap perubahan volume yang ditulis sebagaiTekanan dan volume dapat diplot dalam grafik p V. jika perubahan tekanan dan volume gas dinyatakan dalam bentuk grafik p V, usaha yang dilakukan gas merupakan luas daerah di bawah grafik p V. hal ini sesuai dengan operasi integral yang ekuivalen dengan luas daerah di bawah grafik.Gas dikatakan melakukan usaha apabila volume gas bertambah besar (atau mengembang) dan V2 > V1. sebaliknya, gas dikatakan menerima usaha (atau usaha dilakukan terhadap gas) apabila volume gas mengecil atau V2 < V1 dan usaha gas bernilai negatif.Energi DalamSuatu gas yang berada dalam suhu tertentu dikatakan memiliki energi dalam. Energi dalam gas berkaitan dengan suhu gas tersebut dan merupakan sifat mikroskopik gas tersebut. Meskipun gas tidak melakukan atau menerima usaha, gas tersebut dapat memiliki energi yang tidak tampak tetapi terkandung dalam gas tersebut yang hanya dapat ditinjau secara mikroskopik.Berdasarkan teori kinetik gas, gas terdiri atas partikel-partikel yang berada dalam keadaan gerak yang acak. Gerakan partikel ini disebabkan energi kinetik rata-rata dari seluruh partikel yang bergerak. Energi kinetik ini berkaitan dengan suhu mutlak gas. Jadi, energi dalam dapat ditinjau sebagai jumlah keseluruhan energi kinetik dan potensial yang terkandung dan dimiliki oleh partikel-partikel di dalam gas tersebut dalam skala mikroskopik. Dan, energi dalam gas sebanding dengan suhu mutlak gas. Oleh karena itu, perubahan suhu gas akan menyebabkan perubahan energi dalam gas. Secara matematis, perubahan energi dalam gas dinyatakan sebagaiuntuk gas monoatomik

untuk gas diatomik

Dimana U adalah perubahan energi dalam gas, n adalah jumlah mol gas, R adalah konstanta umum gas (R = 8,31 J mol1 K1, dan T adalah perubahan suhu gas (dalam kelvin).Hukum I TermodinamikaJika kalor diberikan kepada sistem, volume dan suhu sistem akan bertambah (sistem akan terlihat mengembang dan bertambah panas). Sebaliknya, jika kalor diambil dari sistem, volume dan suhu sistem akan berkurang (sistem tampak mengerut dan terasa lebih dingin). Prinsip ini merupakan hukum alam yang penting dan salah satu bentuk dari hukum kekekalan energi.GambarSistem yang mengalami perubahan volume akan melakukan usaha dan sistem yang mengalami perubahan suhu akan mengalami perubahan energi dalam. Jadi, kalor yang diberikan kepada sistem akan menyebabkan sistem melakukan usaha dan mengalami perubahan energi dalam. Prinsip ini dikenal sebagai hukum kekekalan energi dalam termodinamika atau disebut hukum I termodinamika. Secara matematis, hukum I termodinamika dituliskan sebagaiQ = W + U Dimana Q adalah kalor, W adalah usaha, dan U adalah perubahan energi dalam. Secara sederhana, hukum I termodinamika dapat dinyatakan sebagai berikut.Jika suatu benda (misalnya krupuk) dipanaskan (atau digoreng) yang berarti diberi kalor Q, benda (krupuk) akan mengembang atau bertambah volumenya yang berarti melakukan usaha W dan benda (krupuk) akan bertambah panas (coba aja dipegang, pasti panas deh!) yang berarti mengalami perubahan energi dalam U.Proses IsotermikSuatu sistem dapat mengalami proses termodinamika dimana terjadi perubahan-perubahan di dalam sistem tersebut. Jika proses yang terjadi berlangsung dalam suhu konstan, proses ini dinamakan proses isotermik. Karena berlangsung dalam suhu konstan, tidak terjadi perubahan energi dalam (U = 0) dan berdasarkan hukum I termodinamika kalor yang diberikan sama dengan usaha yang dilakukan sistem (Q = W).Proses isotermik dapat digambarkan dalam grafik p V di bawah ini. Usaha yang dilakukan sistem dan kalor dapat dinyatakan sebagaiDimana V2 dan V1 adalah volume akhir dan awal gas.

Proses IsokhorikJika gas melakukan proses termodinamika dalam volume yang konstan, gas dikatakan melakukan proses isokhorik. Karena gas berada dalam volume konstan (V = 0), gas tidak melakukan usaha (W = 0) dan kalor yang diberikan sama dengan perubahan energi dalamnya. Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada volume konstan QV.QV = U Proses IsobarikJika gas melakukan proses termodinamika dengan menjaga tekanan tetap konstan, gas dikatakan melakukan proses isobarik. Karena gas berada dalam tekanan konstan, gas melakukan usaha (W = pV). Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada tekanan konstan Qp. Berdasarkan hukum I termodinamika, pada proses isobarik berlakuSebelumnya telah dituliskan bahwa perubahan energi dalam sama dengan kalor yang diserap gas pada volume konstanQV =U Dari sini usaha gas dapat dinyatakan sebagaiW = Qp QV Jadi, usaha yang dilakukan oleh gas (W) dapat dinyatakan sebagai selisih energi (kalor) yang diserap gas pada tekanan konstan (Qp) dengan energi (kalor) yang diserap gas pada volume konstan (QV).

Proses AdiabatikDalam proses adiabatik tidak ada kalor yang masuk (diserap) ataupun keluar (dilepaskan) oleh sistem (Q = 0). Dengan demikian, usaha yang dilakukan gas sama dengan perubahan energi dalamnya (W = U).Jika suatu sistem berisi gas yang mula-mula mempunyai tekanan dan volume masing-masing p1 dan V1 mengalami proses adiabatik sehingga tekanan dan volume gas berubah menjadi p2 dan V2, usaha yang dilakukan gas dapat dinyatakan sebagaiDimana adalah konstanta yang diperoleh perbandingan kapasitas kalor molar gas pada tekanan dan volume konstan dan mempunyai nilai yang lebih besar dari 1 ( > 1).

Proses adiabatik dapat digambarkan dalam grafik p V dengan bentuk kurva yang mirip dengan grafik p V pada proses isotermik namun dengan kelengkungan yang lebih curam.