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 Luar

Usaha 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 = p_V= p(V2 – V1)

Secara umum, usaha dapat dinyatakan sebagai integral tekanan terhadap perubahan volume yang

ditulis sebagai

Tekanan 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 Dalam

Suatu 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 sebagai

untuk 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 mol−1 K−1, dan _T adalah perubahan suhu gas (dalam kelvin).

Hukum I Termodinamika

Jika 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.

Gambar

Sistem 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 sebagai

Q = 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 Isotermik

Suatu 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

sistem dan kalor dapat dinyatakan sebagai

Dimana V

Proses Isokhorik

Jika gas melakukan proses termodinamika dalam volume yang konstan, gas dikatakan

melakukan proses isokhorik. Karena gas berad

melakukan usaha (W = 0) dan kalor yang diberikan sama dengan perubahan energi dalamnya.

Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada volume konstan

Proses Isobarik

Jika gas melakukan proses termodinamika dengan menjaga tekanan tetap konstan, gas dikatakan

melakukan proses isobarik. Karena gas berada dalam tekanan konstan, gas melakukan usaha (

= p_V). Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada tekanan konstan

hukum I termodinamika, pada proses isobarik berlaku

Sebelumnya telah dituliskan bahwa perubahan energi dalam sama dengan kalor

yang diserap gas pada volume konstan

Dari sini usaha gas dapat dinyatakan sebagai

p – V di bawah ini. Usah

V2 dan V1 adalah volume akhir dan awal gas.

berada dalam volume konstan (_V =

QV.

QV = _U

). QV =_U

W = Qp − QV

Usaha yang dilakukan

1 0), gas tidak

W

Qp. Berdasarkan

Jadi, usaha yang dilakukan oleh gas (

diserap gas pada tekanan konstan (

konstan (QV).

Proses Adiabatik

Dalam proses adiabatik tidak ada kalor yang masuk (diserap) ataupun

sistem (Q = 0). Dengan demikian, usaha yang dilakukan gas sama dengan perubahan energi

dalamnya (W = _U).

Jika suatu sistem berisi gas yang mula

dan V1 mengalami proses adiabatik s

V2, usaha yang dilakukan gas dapat dinyatakan sebagai

Dimana _

molar gas pada tekanan dan volume konstan dan mempunyai nilai yang lebih bes

Proses adiabatik dapat digambarkan dalam grafik

grafik p – V pada proses isotermik namun dengan kelengkungan yang lebih curam.

W) dapat dinyatakan sebagai selisih energi (kalor) yang

Qp) dengan energi (kalor) yang diserap gas pada volume

keluar (dilepaskan) oleh

mula-mula mempunyai tekanan dan volume masing

1 sehingga tekanan dan volume gas berubah menjadi

2, adalah konstanta yang diperoleh perbandingan kapasitas kalor

p – V dengan bentuk kurva yang mirip dengan

) ) masing-masing p1

ehingga p2 dan

besar dari 1 (_ > 1).

Sebuah sistem 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 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

Karena termodinamika tidak berhubungan den

termodinamika setimbang seharusnya dinamakan termostatik.

Hukum termodinamika kebenarannya sangat umum, dan hukum

kepada rincian dari interaksi atau sistem yang diteliti. Ini berarti merek

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 termo

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

imbang. bergantung-waktu dipelajari dalam termodinamika tak

dengan konsep waktu, telah diusulkan bahwa

hukum-hukum ini tidak bergantung

mereka dapat diterapkan ke

termodinamika benda hitam.

gan. tak-setimbang.

gan a dinamika

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.