Materi Termodinamika
0 komentar Pengertian Termodinamika Termodinam T ermodinamika ika adalah satu cabang fsika 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 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 baha panas itu sendiri tidak dapat mengalir dari benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas tanpa adanya perubahan dikedua benda tersebut.
•
Sistem termodinamika
!istem termodinamika termodinamika adalah bagian dari jagad raya yang diperhitungkan.semua diperhitungkan.semua batasan yang nyata atau imajinasi memisahkansistem memisahkansistem dengan jagad raya,yang disebut lingkungan. li ngkungan. "da tiga jenis sistem termodinamika berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan# •
Sistem Terisolasi
!istem ini tidak terjadi pertukaran panas,benda atau kerja dengan lingkungan.Contoh lingkungan.Contoh dari sistem terisolasi adalah adah terisolasi,seperti tabung gas terisolasi.
•
Sistem Tertutup
Pada sistem ini terjai pertukaran energi tapi tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan.$umah hijau adalah contoh dari sistem tertutup dimana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan."pakah suatu sistem terjadi pertukaran panas,kerja atau keduanya biasanya dipertimbangkan sebagai si%at pembatasnya.Pembatas adibiatik yaitu tidak diperbolehkan pertukaran panas sedangkan pembatas rigid yaitu tidak memperbolehkan pertukaran kerja.
•
Sistem Terbuka
Pada sistem ini terjadi pertukaran energi dan benda dan lingkungannya.sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebutpermeabel.!amudra merupakan contoh dari sistem terbuka.
KeadaanTermodinamika &etika sistem dalam keadaan seimbang dalam kondisi yang ditentukan,ini disebut dalam keadaan pasti (atau keadaan sistem). 'ntuk keadaan termodnamika tertentu,banyak si%at dari sistem di spesifkasikan.Properti ini tidak bergantung dengan jalur dimana sistem ini membentuk keadaan tersebut,disebut %ungsi keadaan dari sistem.agian selanjutnya dalam seksi ini hanya mempertimbangkan properti,yang merupakan %ungsi keadaan.
Hukum – hukum Dasar Termodinamika ukum *hukum termodinamika pada prinsipnya menjelaskan peristia perpindahan panas dan kerja pada proses termodinamika.Terdapat + hukum dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika,yaitu#
•
Hukum Awal
Termodinamika hukum ini menyatakan baha apabila dua buah benda yang berada didalam kesetimbangan thermal digabungkan dengan sebuah benda lain,maka ketiga-tiganya berada dalam kesetimbangan thermal.
•
Hukum Pertama
ukum termodinamika pertama berbunyi nergi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan tetapi dapat dikonersi dari suatu bentu ke bentuk yang lain/.ukum pertama adalah prinsip kekekalan energi yang memasukan kalor sebagai model perpindahan energi.0enurut hukum pertama,energi didalam suatu benda dapat ditingkatkan dengan cara menambahkan kalor ke benda atau dengan melakukan usaha pada benda.ukum pertama tidak membatasi arah perpindahan kalor yang dapat terjadi. "plikasi # 0esin-mesin pembangkit energi dan pengguna energi.!emuanya hanya mentrans%er dengan berbagai cara.
•
Hukum kedua Termodinamika hukum kedua terkait dengan entropi.ntropi adalah
tingkat keacakan energi.ukum ini menyatakan baha total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkatkan aktu,mendekati nilai maksimumnya. "plikasi # kulkas harus mempunyai pembuang panas dibelakangnya,yang suhunya lebih tinggi dari udara sekitar.&arena jika tidak panas dari isi kulkas tidak bisa terbuang keluar.
•
Hukum ketiga ukum termodinamika ketiga terkait dengan temperatur nol
absolut.ukum ini menyatakan baha pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut,semua proses akan berhenti da entropi sistem
akan mendekati nilai minimum.ukum ini juga menyatakan baha entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol. "plikasi # kebanyakan logam bisa menjadi superkonduktor pada suhuyang sangat rendah,karena tidak banyak acakan gerakan kinetik dalam skala mokuler yang mengganggu aliran elektron. Penerapan ukum Termodinamika Pertama pada eberapa proses Termodinamika Hukum pertamatermodinamika dilakukan dalam empat proses,Yaitu: •
Proses sotermal
1alam proses ini,suhu sistem dijaga agar selalu konstan.!uhu gas ideal berbanding lurus dengan energi dalam gas ideal. dan tekanan sistem berubah penjadi (tekanan sistem berkurang). •
Proses Adiabatik
1alam proses adibiatik,tidak ada kalor yang ditambahkan pada sistem atau meninggalkan sistem (2 3 4).Proses adibiatik bisa terjadi pada sistem tertutup yang terisolasi dengan baik.'ntuk 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 dengan sangat cepat sehingga kalor tidak sempat mengalir menuju sistem atau meninggalkan sistem. •
Proses sokorik
1alam prose isokorik,olume sistem dijaga agar selalu konstan.&arenaolume sistem selalu konstan.0aka sistem tidak bisa melakukan kerjapada lingkungan.1emikian juga sebaliknya,lingkungan tidak bisa melakukan kerja pada sistem. •
Proses sobarik
1alam proses isobarik,tekanan sistem dijaga agar selalu konstan.&arena yang konstan adalah tekanan,maka perubahan energi dalam (del '),kalor (2),dan kerja (5) pada proses isobarik tidak ada yang bernilai nol.1engan
demikian,Persamaan hukum pertama termodinamika tetep utuh seperti semula.
Penerapan HukumPertama Termodinamika pada !anusia
&ita bisa menerapkan hukum pertama termodinamika pada manusia agar dapat bertahan hidup.!etiap mahluk hidup,baik manusia,hean atau tumbuhan tentu saja membutuhkan energi.&ita tidak bisa belajar,jalan-jalan,jika kita tidak berdaya karena kekurangan energi. ntropi dan ukum-hukum termodinamika kedua. ukum termodinamika kedua menyatakan baha kondisi-kondisi alam selalu mengarah kepada ketidak aturan atau hilangnya in%ormasi.ukum ini juga dikenalsebagai ukum ntropi/.ntropi adalah selang ketidakteraturan dalam suatu sistem.ntropi sistem meningkat ketika suatu keadaan yang teratur,tersususn dan terencana menjadi lebih tidak teratur,tersebar dan tidak terencana.!emakin tidak teratur,semakin tinggi pula entropinya.ukum entropi menyatakan baha seluruh alam semesta bergerak menuju keadaan yang semakin tidak teratur,tidak terencana,dan tidak terorganisir. ukum ini disempurnakan pada tahun 6788 oleh 9udig oit:mann.1alam ersinya,entropi nampak sebagai %ungsi peluang darisatu keadaan,semakin tinggi peluang suatu keadaan,semakin tinggi pula entropinya.1alam ersi ini,semua sistem cenderung menuju satu keadaan setimbang.1engan 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 #ntropi$
&onsep ini diperkenalkan oleh $udol% Clausius pada abad ke 6;,seorang fsikaan dan matematikaan jerman,untuk mengukurpelepasan energi menjadi anas dan%riksi.Clausius
mendefnisikan entropi yang muncul dalam proses termal sebagai energi yang dihamburkan dan dipisahkan oleh temperatur pada saat proses berlansung. !eorang fsikaan "ustralia 9udig olt:mann pada aal abad ke-<= memberi arti baru pada konsep entropi dan menetapkan hubungan antara entropi dan keteraturan molekular.&onsep keteraturan yang diperkenalkan oleh olt:mann adalah konsep termodinamika ,dimana molekul-molekul berada dalam gerak yang konstan. 1efnisi keteraturan di dalam termodinamika berbeda sekali dengan pengertian-pengertian kaku mengenai keteraturan dan kesetimbangan dalam mekanika >etonian.
Termodinamika Termodinamika adalah kajian tentang kalor (panas) yang berpindah. 1alam termodinamika kamu akan banyak membahas tentang sistem dan lingkungan. &umpulan benda-benda yang sedang ditinjau disebut sistem, sedangkan semua yang berada di sekeliling (di luar) sistem disebut lingkungan.
%saha &uar 'saha luar dilakukan oleh sistem, jika kalor ditambahkan (dipanaskan) atau kalor dikurangi (didinginkan) terhadap sistem. ?ika kalor diterapkan kepada gas yang menyebabkan perubahan olume gas, usaha luar akan dilakukan oleh gas tersebut. 'saha yang dilakukan oleh gas ketika olume berubah dari olume aal V 6 menjadi olume akhir V < pada tekanan p konstan dinyatakan sebagai hasil kali tekanan dengan perubahan olumenya. W 3 p @V 3 p(V < * V 6) !ecara umum, usaha dapat dinyatakan sebagai integral tekanan terhadap perubahan olume yang ditulis sebagai
Tekanan dan olume dapat diplot dalam grafk p * V . jika perubahan tekanan dan olume gas dinyatakan dalam bentuk grafk p * V , usaha yang dilakukan gas merupakan luas daerah di baah grafk p * V . hal ini sesuai dengan operasi integral yang ekuialen dengan luas daerah di baah grafk.
Aas dikatakan melakukan usaha apabila olume gas bertambah besar (atau mengembang) dan V < B V 6. sebaliknya, gas dikatakan menerima usaha (atau usaha dilakukan terhadap gas) apabila olume gas mengecil atau V < V 6 dan usaha gas bernilai negati%.
#nergi Dalam !uatu gas yang berada dalam suhu tertentu dikatakan memiliki energi dalam. nergi dalam gas berkaitan dengan suhu gas tersebut dan merupakan si%at mikroskopik gas tersebut. 0eskipun 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. erdasarkan teori kinetik gas, gas terdiri atas partikel-partikel yang berada dalam keadaan gerak yang acak. Aerakan partikel ini disebabkan energi kinetik rata-rata dari seluruh partikel yang bergerak. nergi kinetik ini berkaitan dengan suhu mutlak gas. ?adi, 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. 1an, energi dalam gas sebanding dengan suhu mutlak gas. 4leh karena itu, perubahan suhu gas akan menyebabkan perubahan energi dalam gas. !ecara matematis, perubahan energi dalam gas dinyatakan sebagai untuk gas monoatomik
untuk gas diatomik
1imana @U adalah perubahan energi dalam gas, n adalah jumlah mol gas, R adalah konstanta umum gas (R 3 7,D6 ? molE6 & E6, dan @T adalah perubahan suhu gas (dalam kelin).
Hukum Termodinamika ?ika kalor diberikan kepada sistem, olume dan suhu sistem akan bertambah (sistem akan terlihat mengembang dan bertambah panas). !ebaliknya, jika kalor diambil dari sistem, olume 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. Aambar !istem yang mengalami perubahan olume akan melakukan usaha dan sistem yang mengalami perubahan suhu akan mengalami perubahan energi dalam. ?adi, 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. !ecara matematis, hukum I termodinamika dituliskan sebagai Q 3 W F @U 1imana Q adalah kalor, W adalah usaha, dan @U adalah perubahan energi dalam. !ecara 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 aa dipegang, pasti panas deh G ) yang berarti mengalami perubahan energi dalam @U.
Proses sotermik !uatu sistem dapat mengalami proses termodinamika dimana terjadi perubahanperubahan di dalam sistem tersebut. ?ika proses yang terjadi berlangsung dalam suhu konstan, proses ini dinamakan proses isotermik. &arena berlangsung dalam suhu konstan, tidak terjadi perubahan energi dalam (@U 3 =) dan berdasarkan hukum I termodinamika kalor yang diberikan sama dengan usaha yang dilakukan sistem (Q 3 W ). Proses isotermik dapat digambarkan dalam grafk p * V di baah ini. 'saha yang dilakukan sistem dan kalor dapat dinyatakan sebagai
1imana V < dan V 6 adalah olume akhir dan aal gas.
Proses sokhorik
?ika gas melakukan proses termodinamika dalam olume yang konstan, gas dikatakan melakukan proses isokhorik. &arena gas berada dalam olume konstan (@V ! =), gas tidak melakukan usaha (W 3 =) dan kalor yang diberikan sama dengan perubahan energi dalamnya. &alor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada olume konstan QV . QV 3 @U
Proses sobarik ?ika gas melakukan proses termodinamika dengan menjaga tekanan tetap konstan, gas dikatakan melakukan proses isobarik. &arena gas berada dalam tekanan konstan, gas melakukan usaha (W 3 p @V ). &alor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada tekanan konstan Q p. erdasarkan hukum I termodinamika, pada proses isobarik berlaku !ebelumnya telah dituliskan baha perubahan energi dalam sama
dengan kalor yang diserap gas pada olume konstan QV 3@U 1ari sini usaha gas dapat dinyatakan sebagai W 3 Q p E QV ?adi, usaha yang dilakukan oleh gas (W ) dapat dinyatakan sebagai selisih energi (kalor) yang diserap gas pada tekanan konstan (Q p) dengan energi (kalor) yang diserap gas pada olume konstan (QV ).
Proses Adiabatik 1alam proses adiabatik tidak ada kalor yang masuk (diserap) ataupun keluar (dilepaskan) oleh sistem (Q 3 =). 1engan demikian, usaha yang dilakukan gas sama dengan perubahan energi dalamnya (W 3 @U).
?ika suatu sistem berisi gas yang mula-mula mempunyai tekanan dan olume masing-masing p6 dan V 6 mengalami proses adiabatik sehingga tekanan dan olume gas berubah menjadi p< dan V <, usaha yang dilakukan gas dapat dinyatakan sebagai
1imana H adalah konstanta yang diperoleh perbandingan kapasitas kalor molar gas pada tekanan dan olume konstan dan mempunyai nilai yang lebih besar dari 6 (H B 6).
Proses adiabatik dapat digambarkan dalam grafk p * V dengan bentuk kura yang mirip dengan grafk p * V pada proses isotermik namun dengan kelengkungan yang lebih curam.
