5
MAKALAH KIMIA FISIK 1
" PENGANTAR HUKUM TERMODINAMIKA DAN HUKUM TERMODINAMIKA 1 "
Dosen Pengampu :
Disusun Oleh :
Elsa Maria Cristi
Chrisyanto Namora Aritonang
Windi Pujiwati
Yasni Oktriani
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS JAMBI
2016/2017
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
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 sekarang ini tentang termodinamika benda hitam.
1.2 Tujuan
Mengetahui Pengertian Termodinamika
Mengetahui Konsep Sistem dalam Termodinamika
Memperkenalkan Hukum Pertama Termodinamika
Memperkenalkan Proses-proses dalam Termodinamika
1.3 Rumusan Masalah
Apa yang dimaksud dengan Termodinamika?
Bagaimanakah Konsep Sistem dalam Termodinamika?
Apa saja yang termasuk dalam Hukum Pertama Termodinamika ?
Bagaimana Proses dalam Termodinamika?
1.4 Manfaat Penulisan
Hasil dari penulisan ini diharapkan dapat memberikan manfaat kepada semua pihak yang membacanya umumnya dan khususnya kepada mahasiswa untuk menambah wawasan dan pemahaman tentang kimia unsur khususnya Pengantardan Konsep dasar Termodinamika
1.5 Metode Penulisan
Data penulisan makalah ini diperoleh dari telah pustaka dari buku-buku yang membahas tentang kimia unsur khususnya Termodinamika. Selain itu pengumpulan data makalah ini diperoleh dari buku dan browsing internet.
. BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Pengertian 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.
Termodinamika secara sederhana dapat diartikan sebagai ilmu pengetahuan yang membahas dinamika panas suatu sistem. Termodinamika merupakan sains eksperimental yang berdasar pada sejumlah kecil prinsip yang digeneralisasi dari pengalaman atau pengamatan. Dari prinsip-prinsip ini diturunkan hubungan umum antara aneka kuantitas makroskopik yang dipengaruhi oleh perubahan panas seperti kapasitas kalor jenis, koefisien magnetik dan dieletrik suatu bahan (Atkins, PW. 1994. Kimia Fisik II. Erlangga: Jakarta).
2.2 Konsep Sistem dalam 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.
Sistem dalam termodinamika merujuk pada bagian tertentu dari semesta (universe) di dalam permukaan tertutup yang disebut batas atau dinding dari sistem. Suatu sistem dapat mengalami pertukaran energi dengan sistem lain atau bagian luar diding yang disebut lingkungan dari sistem yang bersangkutan. Sistem bersama lingkungannya membentuk semesta.
Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan:
sistem terisolasi: tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.
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.
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 system (Chang, R. 1995. Chemistry. Random House: USA).
2.3 Hukum Pertama Termodinamika
. Hukum Pertama Termodinamika (kekekalan energi)
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.
"Perubahan energi dalam (U) sistem pada suatu prosessama dengan aliran panas total (Q) ke dalam sistem dikurangi kerja (W) yang dilakukan sistem"( Sukardjo. 1989. Kimia Anorganik. Bina Aksara: Yogyakarta).
U2-U1 = Q – W ~ kekekalan energi
Hukum 1 Termodinamika
Hukum ini berbunyi: "Kalor dan kerja mekanik adalah bisa saling tukar". Sesuai dengan hukum ini, maka sejumlah kerja mekanik dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah kalor, dan sebaliknya. Hukum ini bisa juga dinyatakan sebagai: "Energi tidak bisa dibuat atau dimusnahkan, namun bisa dirubah dari satu bentuk kebentuk lainnya". Sesuai dengan hukum ini, energi yang diberikan oleh kalor mesti sama dengan kerja eksternal yang dilakukan ditambah dengan perolehan energy dalam karena kenaikan temperatur.
Jika kalor diberikan kepada sistem, volume dan suhu system akan bertambah (system akan terlihat mengembang dan bertambah panas). Sebaliknya, jika kalor diambil dari sistem, volume dan suhu system akan berkurang (system tampak mengerut dan terasa lebih dingin). Prinsip ini merupakan hukum alam yang penting dan salah satu bentuk dari hukum kekekalan energi.
Sistem yang mengalami perubahan volume akan melakukan usaha dan sistem yang mengalami perubahan suhu akan mengalami perubahan energy dalam. Jadi, kalor yang diberikan kepada system akan menyebabkan system melakukan usaha dan mengalami perubahan energy dalam.
Prinsip ini dikenal sebagai hukum kekekalan energy dalam termodinamika atau disebut Hukum I Termodinamika.Untuk suatu proses dengan keadaan akhir (2) dan keadaan awal (1)
U = U2–U1
Temodinamika merupakan cabang ilmu fisika yang mempelajari mengenai pengaliran panas, perubahan-perubahan energi yang diakibatkan dan usaha yang dilakukan oleh panas.
Usaha luar ( W ) yaitu : Usaha yang dilakukan oleh system terhadap sekelilingnya terhadap sistem. Misalkan gas dalam ruangan yang berpenghisap bebas tanpa gesekan dipanaskan ( pada tekanan tetap ) ; maka volume akanbertambahdengan V.
Usaha yang dilakukanoleh gas terhadap udara luar :
W = p.V
Usaha dalam ( U ) adalah : Usaha yang dilakukan oleh bagian dari suatu system pada bagian lain dari system itu pula. Pada pemanasan gas seperti di atas, usaha dalam adalah berupa gerakan-gerakan antara molekul-molekul gas yang dipanaskan menjadi lebih cepat.
Secara matematis, Hukum I Termodinamika dituliskan sebagai
Q = W + U
Dimana
Q = kalor yang masuk/keluarsistem
U = perubahanenergidalam
W = Usaha luar.
Q positif, sistem menerima kalor.
Q negatif, sistem melepas kalor.
W positif, sistem melakukan usaha.
W negatif, sistem menerima usaha.
positif, terjadi penambahan energi dalam pada sistem.
negatif, terjadi penurunan energi dalam pada sistem.
Kalor (Q) merupakan energi yang berpindah dari satu benda ke benda yang lain akibat adanya perbedaan suhu. Berkaitan dengan sistem dan lingkungan, bisa dikatakan bahwa kalor merupakan energi yang berpindah dari sistem ke lingkungan atau energi yang berpindah dari lingkungan ke sistem akibat adanya perbedaan suhu. Jika suhu sistem lebih tinggi dari suhu lingkungan, maka kalor akan mengalir dari sistem menuju lingkungan. Sebaliknya, jika suhu lingkungan lebih tinggi dari suhu sistem, maka kalor akan mengalir dari lingkungan menuju sistem.
Jika Kalor (Q) berkaitan dengan perpindahan energi akibat adanya perbedaan suhu, maka Kerja (W) berkaitan dengan perpindahan energi yang terjadi melalui cara-cara mekanis. Misalnya jika sistem melakukan kerja terhadap lingkungan, maka energi dengan sendirinya akan berpindah dari sistem menuju lingkungan. Sebaliknya jika lingkungan melakukan kerja terhadap sistem, maka energi akan berpindah dari lingkungan menuju sistem.
Ketika suatu benda sedang bergerak maka benda tersebut memiliki energi kinetik dan berdasarkan energi kinetik ini benda dapat melakukan usaha. Serupa dengan itu, benda yang berada pada pada ketinggian tertentu dari suatu acuan memiliki energi potensial dan berdasarkan energi potensial ini benda juga dapat melakukan usaha. Kedua macam energi ini disebut energi luar (eksternal energi). Sebagai tambahan terhadap energi luar ini setap benda memiliki memiliki energi yang tidak nampak dari luar, energi ini disebut energi dalam.
Dari sudut pandang termodinamika, energi dalam (internal energy) didefinisikan suatu sistem sebagai jumlah energi kinetik seluruh partikel penyusunnya, ditambah jumlah seluruh energi potensial dari interaksi antara seluruh partikel itu. Energi dalam merupakan fungsi keadaan sistem, jika keadaan sistem berubah maka energi dalam juga berubah tetapi energi dalam tidak tergantung pada lintasan yang ditempuh sistem untuk perubahan keadaan tersebut. Selama terjadi perubahan suatu sistem, energi dalam dapat berubah dari keadaan awal U1 ke keadaan akhir U2.
Energi dalam (U) atau energi internal disebut juga energi termal. Ketika pada volume tetap dipanaskan, suhu gas akan bertambah. Akibatnya, tekanan gas bertambah. Saat dipanaskan, molekul-molekul gas mendapat energi sehingga energi kinetik molekul-molekul gas bertambah. Tentu saja kecepatan rata-rata molekul juga bertambah dan frekuensi tumbukan molekul dengan dinding bertambah. Hal ini menyebabkan tekanan gas bertambah. Gejala ini menunjukkan energi dalam gas bertambah.
Jika sebuah sistem melakukan kerja dengan berekspansi terhadap lingkungannya dan tidak ada panas yang ditambahkan selama proses, energi meninggalkan system dan energi dalam berkurang. Dari rumus sebelumnya, dapat disimpulkan bahwa secara umum ketika panas Q ditambahkan ke sistem, sebagian dari energi yang ditambahkan ini tetap tinggal di dalam sistem, mengubah energi dalam sebanyak sisanya meninggalkan sistem lagi ketika sistem melakukan kerja W terhadap lingkungannya. Karena W dan Q dapat bernilai positif, negatif atau nol, maka dapat bernilai positif, negatif atau nol untuk proses yang berbeda.
Persamaan di atas merupakan hukum pertama termodinamika (first law of thermodynamics). "Jika energi panas yang diberikan sistem dikurangi dengan usaha yang dilakukan oleh sistem sama dengan perubahan energi dalam sistem". Dengan demikian, hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa sejumlah kalor (Q) yang diterima dan usaha (W) yang dilakukan terhadap suatu gas dapat digunakan untuk menambah energi dalam
Hukum pertama termodinamika atau sering disebut dengan hukum kekekalan energy. Konsep ini pertama kali muncul paada mekanik dan kemudian diperluas dalam elektrostatik dan elektrodinamik. Percobaan Joule dilakukan pada tahun 1843-1878 dan menunjukan bahwa kalor termasuk dalam energy konservasi. Ia menunjkan bahwa dalam keadaan adiabatic memberikan jumlah kalor kerja pada air dalam kalori meter memberikan suhu yang tetap/pasti. Dalam proses adiabatic ada system dalam penelitian isolasi termal bahwa tidak terjadi pertukaran kalor dengan lingkungan. Sejak diberikan perbahan keadaan air dalam calorimeter dapat dicapai dengan cara yang berbeda yang melibatkan jumlah yang sama dari kerja, atau perbedaan urutan langkah, perubahan dalam keadaan bebas pada garis edar dan tergantung hanya pada total jumlah kerja. Ini membuat kemungkinan untuk mengungkapkan perubahan keadaan system pada proses adiabatic dalam hal kerja yang diperlukan tanpa menyatakan tipe kerja atau urutan langkah yang digunakan. Property system perubahan yang dihitung dengan ini disebut dengan energy internal U. Sejak energy internal pada sistem meningkat pada kerja, dapat dihitung dengan kerja w pada perubahan system sari satu keaaan ke keadaan lagi dengan proses adiabatic
U=w (dalam proses adiabatic)
Dengan ini, kerja yang yang dilakukan pada system tertutup dalam proses adiabatic sama dengan pertambahan energy internal pada system. Symbol menunjukkan nilai kuantitas dalam keadaan akhir dikurangi nilai kuantitas dalam keadaan awal U= U2-U1, dimana U1 adalah energy internal pada keadaan awal dan U2 adalah energy internal pada keadaan akhir. Jika system kerja pada lingkungan, w adalah negative dan selanjutnya U juga negative dalam proses adiabatic.
2.4 Proses-proses dalam Termodinamika
2.4.1 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).
2.4.2 Proses Isokhorik
Jika 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
2.4.3 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 (W = p V). Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada tekanan konstan Qp. Berdasarkan hukum I termodinamika, pada proses isobarik berlaku :
Sebelumnya telah dituliskan bahwa perubahan energi dalam sama dengan kalor yang diserap gas pada volume konstan
QV = U
Dari sini usaha gas dapat dinyatakan sebagai
W = 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).
2.4.4 Proses Adiabatik
Dalam 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.
Dimana γ adalah konstanta yang diperoleh perbandingan kapasitas kalor molar gas pada tekanan dan volume konstan dan mempunyai nilai yang lebih besar dari 1 (γ > 1).
2.5 Sifat-sifat Termodinamika
Adapun sifat-sifat dalam termodinamika sebagai berikut:
Variabel/fungsi keadaan
--- Nilai yang ditentukan dari kondisi sekarang dan tidak tergantung dari lintasan (T, p, V, komposisi).
Variabel proses
--- Hanya memiliki arti untuk sistem yang berubah.
Sifat intensif
--- Memiliki nilai pada setiap kedudukan di dalam sistem. Tidak tergantung pada kuantitas materi
Contoh: Temperatur, tekanan, massa jenis, titik didih, pH, Tegangan muka, Indeks bias, kekentalan, panas spesifik
Sifat Ekstensif
--- Merupakan nilai untuk keseluruhan sistem. Tergantung dari kuantitas materi
Contoh: massa, Volume, Energi Dalam, Entalpi, entropi
BAB III
PENUTUP
KESIMPULAN
Termodinamika adalah kajian tentang kalor (panas) yang berpindah. Dalam termodinamika kamu akan banyak membahas tentang sistem dan lingkungan.
Sistem termodinamika adalah bagian dari jagat raya yang diperhitungkan. Sebuah batasan yang nyata atau imajinasi memisahkan sistem dengan jagat raya, yang disebut lingkungan
Proses-proses yang terjadi yaitu isohorik, isothermal,adiabatic
Bagian dari sifat-sifat yang perlu diketahui dalam mempelajari termodinamika yaitu, Variabel/fungsi keadaan, Variabel proses, Sifat intensif, Sifat Ekstensif
DAFTAR PUSTAKA
Atkins, PW. 1994. Kimia Fisik II. Erlangga: Jakarta
Basri, S. 1996. Kamus Kimia. Rineka Cipta: Jakarta
Chang, R. 1995. Chemistry. Random House: USA
Daintith, J. 1990. Kamus Lengkap Kimia. Erlangga: Jakarta
Dogra, SK. 1990. Kimia Fisik dan Soal-soal. UI Press: Jakarta
Mulyono, M. 2001. Kamus Kimia. Ganesindo: Bandung
Petrucci, R. 1987. Kimia Dasar. Erlangga: Jakarta
Robert, and Caselo Mc. 1981. Basic Prinsiples of Org Chemistry. CS: New York
Sukardjo. 1989. Kimia Anorganik. Bina Aksara: Yogyakarta
