TERMODINAMIKA
A. PENGERTIAN
TERMODINAMIKA
Termodinamika berasal dari
bahasa Yunani dimana Thermos yang
artinya panas dan Dynamic yang
artinya perubahan. Termodinamika merupakan ilmu yang menggambarkan usaha untuk mengubah kalor (perpindahan energi yang
disebabkan perbedaan suhu) menjadi energi serta sifat-sifat pendukungnya. Termodinamika
berhubungan erat dengan fisika energi, panas, kerja, entropi dan kespontanan
proses. Termodinamika juga berhubungan dengan mekanika statik. Cabang ilmu
fisika ini mempelajari pertukaran energi dalam bentuk kalor dan kerja, sistem
pembatas dan lingkungan. Aplikasi dan penerapan termodinamika dapat terjadi
pada tubuh manusia, peristiwa meniup kopi panas, perkakas elektronik,
Refrigerator, mobil, pembangkit listrik dan industri.
B.PRINSIP TERMODINAMIKA
Prinsip
termodinamika sebenarnya adalah hal alami yang terjadi dalam kehidupan
sehari-hari. Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, termodinamika
direkayasa sedemikian rupa sehingga menjadi bentuk mekanisme yang dapat
membantu manusia dalam kegiatannya. Aplikasi termodinamika yang begitu luas
dimungkinkan karena perkembangan ilmu termodinamika sejak abad 17. Pengembangan
ilmu termodinamika dimulai dengan pendekatan makroskopik yaitu perilaku umum
partikel zat yang menjadi media pembawa energi.
C. HUKUM HUKUM TERMODINAMIKA
Termodinamika
memiliki hukum-hukum pendukungnya. Hukum-hukum ini menjelaskan bagaimana dan apa
saja konsep yang harus diperhatikan. Seperti peristiwa perpindahan panas dan
kerja pada proses termodinamika. Sejak perumusannya, hukum-hukum ini telah
menjadi hukum penting dalam dunia fisika yang berhubungan dengan termodinamika.
Penerapan hukum-hukum ini juga diperlukan dalam berbagai bidang seperti bidang
ilmu lingkungan, otomotif, ilmu pangan, ilmu kimaia dan lain-lain. Berikut
hukum-hukum termodinamika :
Hukum I termodinamika (Kekekalan Energi dalam Sistem)
Energi tidak
dapat diciptakan maupun dimusnahkan. Manusia hanya dapat mengubah bentuk energi
dari bentuk energi satu ke energi lainnya. Dalam termodinamika, apabila sesuatu
diberikan kalor, maka kalor tersebut akan berguna untukusaha luar dan mengubah
energi dalam.
Bunyi Hukum I Termodinamika “untuk setiap proses apabila kalor Q diberikan kepada sistem dan sistem melakukan usaha W, maka akan terjadi perubahan energi dalam ΔU = Q – W”.
Dimana U
menunjukkan sifat dari sebuah sistem, sedangkan W dan Q tidak. W dan Q bukan
fungsi Variabel keadaan, tetapi termasuk dalam proses termodinamika yang dapat
merubah keadaan. U merupakan fungsi variabel keadaan (P,V,T,n).
W bertanda
positif jika sistem melakukan usaha terhadap lingkungan dan negatif jika
menerima usaha lingkungan.
HUKUM TERMODINAMIKA 1 |
Q bertanda
positif jika sistem menerima kalor dari lingkungan dan negatif jika melepas
kalor pada lingkungan.
Perubahan energi
dari sebuah sistem hanya tergantung pada transfer panas ke dalam sistem dan
kerja yang dilakukan oleh sistem dan tidak bergantung pada proses yang terjadi.
Pada hukum ini tidak ada petunjuk adanya arah perubahan dan batasan-batasan
lain.
Hukum II termodinamika (Arah reaksi sistem dan batasan)
Hukum kedua ini
membatasi perubahan energi mana yang dapat terjadi dan yang tidak. Pembatasan
ini dinyatakan dengan berbagi cara, yaitu :
Hukum II termodinamika dalam menyatakan aliran kalorKalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya.
Hukum
II termodinamika dalam pernyataan tentang mesin kalor
Tidak mungkin membuat suatu mesin kalor yang bekerja
dalam suatu siklus yang semata-mata menyerap kalor dari sebuah reservoir dan
mengubah seluruhnya menjadi usaha luar.
Hukum
II termodinamika dalam pernyataan entropi (besaran termodinamika yang menyertai
perubhan setiap keadaan dari awal sampai akhir sistem dan menyatakan
ketidakteraturan suatu sistem)
Total entropi semesta tidak berubah ketika proses
reversibel terjadi dan bertambah ketia proses irreversible terjadi.
Hukum III termodinamika
Hukum ketiga
termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa
pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut (temperatur Kelvin)
semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai
minimum.hukum ini jugga menyatakn bahwa entropi benda berstruktur kristal
sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.
D. KESETIMBANGAN TERMODINAMIKA
Sebuah benda
dapat dikatakan dalam keadaan kesetimbangan termodinamika bila nilai dari
besaran keadaan makroskopiknya tidak lagi berubah dalam jangka waktu yang lama.
Termodinamika hanya akan meninjau besaran dalam keadaan sistem yang setimbang.
Termodinamika tidak meninjau bagaimana proses perubahan sistem mencapai kondisi
kesetimbangan termodinamika, karena itu tidak ada variabel waktu dalam
realisasi-realisasi termodinamika.
Tetapi, dalam
keadaan nyata, kesetimbangan termodinamika adalah hal yang mustahil terjadi.
Hal ini dikarenakan sebuah benda tidak akan lepas dari interaksinya dengan
lingkungan yang mempengaruhi keadaan benda
sehingga perubahan dapat terjadi begitu cepat. Pengecualian jika kondisi
benda mendekati kesetimbangan termodinamika, realisasi termodinamika dapat
ditrerapkan. Sebagai contoh hukum radiasi benda hitam dapat diterapkan pada
matahari dan bintang walau tidak benar-benar dalam keadaan setimbang. Sehingga
analisa spektrum gelombang dapat dilakukan.
1. Kesetimbangan Termal
Pencapaian
kesetimbangan termal terjadi apabila dalam kondisi adanya kemungkinan interaksi
antara partikel kedua sistem, tidak ada total perpindahan energi panas antara
keduanya (tidak ada lagiperubahan
makro). Relasi kesetimbangan termal adalah suatu relasiekuivalensi sehingga
dapat dikelompokkan benda-benda yang berada dalam keadaan setimbang termal dan
memiliki parameter. Fakta ini dikenal sebagai hukum ke nol termodinamika. Benda
yang mencapai kesetimbangan termal satu sama lainnya,diartikan memiliki temperatur
yang sama. Termodinamika ke nol ini menjelaskan adanya besaran temperatur.
Besaran temperatur tidak bergantung pada nilai partikel.
Walaupun sebuah
benda tidak secara keseluruhan berada dalam kesetimbangan termal, bagian-bagian
dari benda tersebut mungkin berada dalam keadaan kesetimbangan termal lokal.
2. Kesetimbangan Mekanik
Jika didalam
sebuah sistem terdapat kesetimbangan sedemikian sehingga tidak terjadi
perubahan (makro) volume sistem dan lingkungan maka dapat dikatakan bahwa
sistem dan lingkungan berada dalam keadaan kesetimbangan mekanik. Pada kondisi
ini, sistem dan lingkungan akan memiliki nilai tekanan P yang sama.
3. Kesetimbangan Jumlah Partikel
Sebuah sistem
akan dikatakan setimbang jumlah partikelnya jika partikel yang keluar masuk
sistem dalam jumlah yang sama, maka terdapat kesetimbangan jumlah partikel
antara sistem dan lingkungan. Ketika itu antara sistem dan lingkungan akan
memiliki tekanan yang sama.
E. KONSEP DASAR
TERMODINAMIKA
Pembagian dalam termodinamika mengarah kepada pembagian dunia menjadi
sistem yang dibatasi oleh kenyataan atau keidealan batasannya. Sistem yang
tidak termasuk dalam pertimbangan digolongkan sebagai lingkungan. Dan pembagian
yang sistem menjadi subsistem menjadi sistem sangat mungkin terjadi, atau bisa
jadi pembentukan sistem yang lebih besar. Biasanya sistem ini bisa diuraikan
menjadi beberapa parameter. Dari prinsip-prinsip dasar termodinamika secara
umum bisa diturunkan hubungan antara kuantitas misal, koefisian ekspansi,
kompresibilitas, panas jenis, transformasi panas dan koefisien elektrik
terutama sifat-sifat yang dipengaruhi temperatur.