1. Pengertian Umum Termodinamika
Termodinamika berasal dari bahasa Yunani, yaitu thermos yang artinya panas dandynamic yang artinya perubahan. Cabang 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 hukum kesetaraan panas dan kerja.Prinsip yang kedua menyatakan bahwa panas itu sendiri tidak dapat mengalir dari benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas tanpa adanya perubahan dikedua benda tersebut.
Termodinamika merupakan ilmu yang mempelajari tentang keterkaitan hubungan antara energi panas dan kerja yang disertai parameter-parameter yang mendukung seperti tekanan, temperatur dan volume. Dalam termodinamika, sistem adalah bagian ruang atau benda-benda yang menjadi pusat perhatian untuk diamati. Sedangkan segala sesuatu yang berada di luar sistem dan mempengaruhi sistem tersebut disebut lingkungan.
Karena dalam mempelajari termodinamika, kita harus mengetahui terlebih dahulu hubungan antara energi panas dan kerja atau usaha. Kalor merupakan suatu bentuk eneri yang dapat berpindah dari lingkungan ke suatu sistem atau sebaliknya karena ada perbedaan suhu antara sistem dan lingkungannya. Tanpa pengaruh luar, kalor akan selalu berpindah dari suhu yang lebih tinggi ke suhu yang lebih rendah. Sedangkan usaha merupakan suatu bentuk perpindahan energi melalui gaya yang dilakukan sistem pada lingkungan atau sebaliknya dimana titik tangkap gaya mengalami perpindahan.
Jadi, panas sangat mirip dengan kerja. Untuk membedakannya, panas didefinisikan sebagai transfer energi yang disebabkan oleh perbedaan temperatur, sementara kerja adalah transfer energi yang tidak disebabkan oleh perbedaan temperatur.
Prinsip-prinsip dan metode-metode termodinamika digunakan untuk:
1. Menjelaskan kerja beberapa sistem.
2. Menjelaskan mengapa suatu sistem tertentu tidak bekerja seperti yang diinginkan.
3. Menjelaskan mengapa suatu sistem sama sekali tidak mungkin bekerja.
4. Dasar teoritik dalam merancang sistem-sistem mesin, misalnya: motor bakar, pompa termal, motor roket, pusat pembangkit tenaga listrik, turbin gas, alat pendigin udara, dll.
Termodinamika memusatkan perhatian pada dua hal yaitu energi yang kekal dan proses yang menghasilkan entropi mungkin dapat terjadi tetapi proses yang menghapuskan entropi mustahil terjadi.
Hukum-hukum Dasar Termodinamika
Hukum-hukum termodinamika pada prinsipnya menjelaskan peristiwa perpindahan panas dan kerja pada proses termodinamika. Terdapat 4 hukum dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika,yaitu:
- Hukum Ke-Nol Termodinamika
Termodinamika hukum ini menyatakan bahwa apabila dua buah benda yang berada didalam kesetimbangan thermal digabungkan dengan sebuah benda lain, maka ketiga-tiganya berada dalam kesetimbangan thermal.
- Hukum Pertama Termodinamika
Hukum termodinamika pertama berbunyi “Energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan tetapi dapat dikonversi dari suatu bentu ke bentuk yang lain”. Hukum pertama adalah prinsip kekekalan energi yang memasukan kalor sebagai model perpindahan energi.Menurut hukum pertama,energi didalam suatu benda dapat ditingkatkan dengan cara menambahkan kalor ke benda atau dengan melakukan usaha pada benda.Hukum pertama tidak membatasi arah perpindahan kalor yang dapat terjadi.
Aplikasi : Mesin-mesin pembangkit energi dan pengguna energi.Semuanya hanya mentransfer dengan berbagai cara.
- Hukum Kedua Termodinamika
Termodinamika hukum kedua terkait dengan entropi.Entropi adalah tingkat keacakan energi.Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkatkan waktu,mendekati nilai maksimumnya.
Aplikasi : kulkas harus mempunyai pembuang panas dibelakangnya,yang suhunya lebih tinggi dari udara sekitar.Karena jika tidak panas dari isi kulkas tidak bisa terbuang keluar.
- Hukum Ketiga Termodinamika
Hukum termodinamika ketiga 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.
Aplikasi : kebanyakan logam bisa menjadi superkonduktor pada suhuyang sangat rendah,karena tidak banyak acakan gerakan kinetik dalam skala mokuler yang mengganggu aliran elektron.
2. Sistem Termodinamika dan Lingkungan
Pembahasan mengenai termodinamika selalu berkaitan dengan dua komponen, yaitu sistem dan lingkungan. Sistem adalah sejumlah zat, campuran zat, atau segala sesuatu yang ada dalam pengamatan baik berbentuk padat, cair, maupun gas. Sistem yang tidak termasuk dalam pengamatan digolongkan sebagai lingkungan.
Sistem didefiniskan sebagai permukaan tertutup yang disebut sebagai boundary. Terdapat kemungkinan bahwa Boundary itu real atau imaginer, dan mungkin juga tidak tetap di dalam bentuk dan volumenya. Misalkan cangkir sebagai wadah dari teh, atau balon yang mewadahi gas, disini cangkir dan balon disebut boundary real yang secara jelas dapat dilihat antara sistem dan lingkungannya. Misalkan terdapat es diatas meja. Kita tidak bisa mengamati secara jelas pembatas antara sistem (dalam hal ini es) dengan lingkungannya, sehingga kita memberikan definisi boundary imajiner untuk memisahkan sistem es dengan lingkungannya. Sistem mungkin secara nyata sebuah balok besi, gas di dalam balon, atau mungkin sebuah volume yang didefinisikan oleh boundary imaginer yang tertentu, di dalam cairan yang mengalir.
Sistem termodinamika adalah bagian dari jagat raya yang diperhitungkan. Sebuah batasan yang nyata atau imajinasi memisahkan sistem dengan jagat raya, yang disebut lingkungan. Dimana batas sistem yang merupakan bagian dari sistem dan lingkungannya dapat tetap ataupun berubah posisi. Pembagian sistem menjadi subsistem masih mungkin terjadi, atau membentuk beberapa sistem menjadi sistem yang lebih besar.
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 massa maupun energi (kerja dan kalor) dalam bentuk apapun 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, yaitu :
§ Pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas dan memperbolehkan pertukaran kerja.
§ Pembatas diatermal: tidak memperbolehkan pertukaran kerja dan diperbolehkan pertukaran panas.
3) Sistem terbuka: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan massa (benda) dengan lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebut permeabel. Contoh dari sistem terbuka ini adalah lautan/samudra.
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.
download filex disini ok
