TERMODINAMIKA FISIKA
Nama : Innesya Agita Putri Nim : 2013104103110! Ke"as : #armasi $ %urusan : #armasi #armasi FAK&'TAS I'M& KESE(ATAN &NI)ERSITAS M&(AMMADI*A( MA'AN+ TA(&N A%ARAN 2013,2014
1
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur saya panjatkan kepada tuhan yang maha esa, karena atas berkat dan limpahan rahmatnyalah maka saya boleh menyelesaikan sebuah karya tulis dengan tepat aktu! "erikut ini penulis mempersembahkan sebuah makalah dengan judul # TER$%&'NA$'KA#, yang menurut saya dapat memberikan man(aat yang besar bagi kita untuk mempelajari termodinamika )sika! $elalui kata pengantar ini penulis lebih dahulu meminta maa( dan memohon permakluman bila mana isi makalah ini ada kekurangan dan ada tulisan yang saya buat kurang tepat atau menyinggu perasaan pemba*a! &engan ini saya mempersembahkan makalah ini dengan penuh rasa terima kasih dan semoga allah S+T memberkahi makalah ini sehingga dapat memberikan man(aat!
$alang, - %ktober -1.
'nnesya Agita Putri
.
A- PengertianTerm./inamia Termo din ami ka ada la h sa tu *a ba ng ) si ka te ori ti k ya ng ber ka it an dengan hukum/hukum pergerakan panas,dan perubahan dari panas menjadi bentuk/bentuk energi yang lain!'stilah ini diturunkan dari bahasa yunani Therme 0panas dan dynamis 0gaya!2abang 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 h ukum 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 Term./inamia Sistem 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 lingkungan3
Sistem Teris."a si Sistem ini tidak terjadi pertukaran panas,benda atau kerja dengan lingkungan!2ontoh dari sistem terisolasi adalah adah terisolasi,seperti tabung gas terisolasi!
Sistem Tertutu 4
Pada sistem ini terjai pertukaran energi tapi tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan!Rumah hijau adalah *ontoh 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 si(at pembatasnya!Pembatas adibiatik yaitu tidak diperbolehkan pertukaran panas sedangkan pembatas rigid yaitu tidak memperbolehkan pertukaran kerja!
Sistem Terua Pada sistem ini terjadi pertukaran energi dan benda dan lingkungannya!sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebutpermeabel!Samudra merupakan *ontoh dari sistem terbuka!
- Kea/aanTerm./inamia Ketika sistem dalam keadaan seimbang dalam kondisi yan g ditentukan,inidisebut dalam keadaan pasti 0atau keadaan sistem!5ntuk keadaan termodnamika tertentu,banyak si(at dari sistem di spesi)kasikan!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!
D- (uum (uum Dasar Term./inamia 6ukum 7hukum termodinamika pada prinsipnya menjelaskan peristia perpindahan panas dan kerja pada proses 8
termodinamika!Terdapat 4 hukum dasa r yang berlaku d i dalam sistem termodinamika,yaitu 3
(uum A5a" Termo din ami ka hu kum in i me ny ata ka n bah a ap abi la dua buah benda yang berada didalam kesetimbangan thermal digabungkan dengan sebuah benda lain,maka ketiga/tiganya berada dalam kesetimbangan thermal!
(uum Pertama 9ika ka lor di be ri ka n kepa da si ste m, :o lu me da n suh u si ste m akan bertambah 0sistem akan terlihat mengembang dan bertambah panas! Sebaliknya, jika kalor diambil dari sistem, :olume dan suhu sistem akan berkurang 0sistem tampak mengerut dan terasa lebih dingin! Prinsip ini merupakan hukum alam yang penting dan salah satu bentuk d ari hukum kekekalan energi! Q ; W <=U &imana Q adalah kalor, W adalah usaha, dan =U adalah perubahan energi dalam! Se*ara sederhana, hukum ' termodinamika dapat dinyatakan sebagai berikut! Ji ka su atu ben da (m is aln ya kru pu k) di pana sk an (a ta u dig ore ng) ya ng 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 > ) ya ng be ra rt i me nga la mi per ub aha n en er gi dal am =U! Aplikasi 3 $esin/mesin pembangkit energi dan pengguna energi!Semuanya hanya mentrans(er dengan berbagai *ara!
?
(uum e/ua Termodinamika hukum kedua terkait dengan entropi!Entropi adalah tingkat kea*akan energi!6ukum ini menyatakan baha total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi *enderung untuk meningkatkan aktu,mendekati nilai maksimumnya!
(uum etiga 6ukum termodinamika ketiga terkait dengan temperatur nol absolut!6ukum ini menyatakan baha pada saat suatu sistem men*apai temperatur nol absolut,semua proses akan berhenti da entropi sistem akan mendekati nilai minimum!6ukum ini juga menyatakan baha entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol! Aplikasi 3 kebanyakan logam bisa menjadi superkonduktor pada suhuyang sangat rendah,karena tidak banyak a*akan gerakan kinetik dalam skala mokuler yang mengganggu aliran elektron! Penerapan 6ukum Termodinamika Pertama pada "eberapa proses Termo din am ik a!
6ukum pertamatermodinamika dilakukan dalam empat proses,@aitu3
6Pr.ses Is.terma" Suatu sistem dapat mengalami proses termodinamika dimana terjadi perubahan/perubahan di dalam sistem tersebut! 9ika proses yang terjadi berlangsung dalam suhu konstan, proses inidinamakan proses isotermik! Karena berlangsung dalam suhu konstan, tidak terjadi perubahan energi dalam 0=U ; - dan berdasarkan hukum ' termodinamika kalor yang diberikan sama dengan usaha yang dilakukan sistem 0Q ; W ! Proses
isotermik dapat digam barkan dalam gra)k p 7 V di baah ini! 5sah a yang dilakukan sistem dan kalor dapat dinyata kan sebagai Q = W = n! "n
&imana V dan V 1 adalah :olume akhir dan aal gas!
6Pr.ses A/iaati &alam proses adiabatik tidak ada kalor yang masuk 0diserap ataupun keluar 0dilepaskan oleh sistem 0Q ; -! &engan demik ian, usaha yang dilakukan gas sama dengan perubahan energi dalamnya 0W ; =U! 9ika suatu sistem berisi gas ya ng mula/mula mempunyai tekanan dan :olu me masing/masing p1 dan V 1 mengalami proses adi abatik sehingga tekanan dan :olume gas beru bah menjadi p dan V , usaha yang dilakukan gas dapat dinyatakan sebagai W=
(p"V "#p$#V $ )
&imana B adalah konstanta yang diperoleh perbandin gan kapasitas kalor molar gas pada tekanan dan :olume konstan dan mempunyai nilai yang lebih besar dari 1 0BC 1! Proses adiabatik dapat digambarkan dalam gra)k gra)k p 7 V dengan bentuk kur:a yang mirip dengan gra)k p 7 V pada pada proses isotermik namun dengan kelengkungan yang lebih *uram!
6Pr.ses Is.7.ri 9ika gas melakukan proses termodinamika dalam :olume yang konstan, gas dikatakan melakukan proses isokhorik! Karena gas berada dalam :olume konstan 0=V = -, gas tidak melakukan usaha 0W ; - dan kalor yang D
diberikan sama dengan perubahan energi dalamnya! Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada :olume konstan QV% QV ;=U
6Pr.ses Is.ari 9ika gas melakukan proses termodinamika dengan menjaga tekanan tetap k onstan, gas dikatakan melakukan proses isobarik! Karena gas berada dalam tekanan konstan, gas melakukan usaha 0W ; p=V ! Kalor di sini dapat di nyatakan sebagai kalor gas pada tekanan konstan Qp! "erdasarkan hukum ' termodinamika, pada proses isobarik berlaku Q p = & 'U Sebelumnya telah dituliskan baha perubahan energi dalam sama dengan kalor yang diserap gas pada :olume konstan
QV ;=U
&ari sini usaha gas dapat dinyatakan sebagai W ; Qp QV 9adi, usaha yang dilakukan ol eh gas 0W dapat dinyatakan sebagai selisih energi 0kalor yang diserap gas pada tekanan kons tan 0Qp dengan energi 0kalor yang diserap gas pada :olume konstan 0QV !
E- Peneraan (uum Pertama Term./inamia a/a Manusia Kita bisa menerapkan hukum pertama termodinamika pada manusia agar dapat bertahan hidup!Setiap mahluk hidup,baik manusia,hean atau tumbuhan tentu saja membutuhkan energi!Kita F
tidak bisa belajar,jalan/jalan,jika kita tidak berdaya karena kekurangan energi!
F- Entr.i /an (uum87uum term./inamia e/ua6ukum termodinamika kedua menyatakan baha kondisi/ kondisi alam selalu mengarah kepada ketidak aturan atau hilangnya in(ormasi!6ukum ini juga dikenalsebagai 6ukum EntropiH!Entropi adalah selang ketidakteraturan dalam suatu sistem!Entropi sistem meningkat ketika suatu keadaan yang teratur,tersususn dan teren*ana menjadi lebih tidak teratur,tersebar dan tidak teren*ana!Semakin tidak teratur,semakin tinggi pula entropinya!6ukum entropi menyatakan baha seluruh alam semesta bergerak menuju keadaan yang semakin tidak teratur,tidak teren*ana,dan tida k terorganisir! 6ukum ini disempurnakan pada tahun 1D oleh Iudig "oitJmann!&alam :ersinya,entropi nampak sebagai (ungsi peluang darisatu keadaan,semakin tinggi peluang suatu keadaan,semakin tinggi pula entropinya!&alam :ersi ini,semua sistem *enderung menuju satu keadaan setimbang!&engan demikia,ketika suatu benda panas ditempatkan berdampingan dengan sebuah benda dingin,energi akan mengalir dari yang panas ke yang dingin,sampai mereka men*apai keadaan setimbang,yaitu memiliki suhu yang sama!
1-
+- Keteraturan /an Keti/ateraturan 9.nse Entr.i
Konsep ini diperkenalkan oleh Rudol( 2lausius pada abad ke 1F,seorang )sikaan dan matematikaan jerman,untuk mengukurpelepasan energi menjadi anas dan(riksi!2lausius mende)nisikan entropi yang mun*ul dalam proses termal sebagai energi yang dihamburkan dan dipisahkan oleh temperatur pada saat proses berlansung! Seorang )sikaan Australia Iudig "oltJmann pada aal abad ke/- memberi arti baru pada konsep entropi dan menetapkan hubungan antara entropi da n keteraturan molekular!Konsep keteraturan yang diperkenalkan oleh "oltJmann adalah konsep termodinamika ,dimana molekul/molekul berada dalam gerak yang konstan! &e)nisi keteraturan di dalam termodinamika berbeda sekali dengan pengertian/pengertian kaku mengenai keteraturan dan kesetimbangan dalam mekanika Netonian!
11
