Oleh : Hamid Afifudin
@W07_HAMID
Abstrak
Termodinamika ialah suatu ilmu yang menggambarkan perjuangan buat mengganti kalor (perpindahan energi yang disebabkan perbedaan suhu) jadi energi dan sifat-sifat pendukungnya. Termodinamika ini berhubungan dekat dengan Fisika energi, panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika juga berafiliasi dengan mekanika statik. Cabang ilmu Fisika ini mempelajari suatu pertukaran energi dalam bentuk kalor dan kerja, sistem pembatas dan lingkungan. Aplikasi dan penerapan termodinamika mampu terjadi pada badan manusia, peristiwa meniup kopi panas, perkakas elektronik, refrigerator, kendaraan beroda empat, pembangkit listrik dan industri, itu adalah insiden termodinamika yang erat dengan kehidupan sehari-hari.
Kata Kunci : Termodinamika, Hukum Termodinamika, Sistem, Proses
Pengertian Termodinamika
Termodinamika berasal dari bahasa Yunani dimana Thermos yang artinya panas dan Dynamic yang artinya perubahan. Termodinamika ialah suatu ilmu yang menggambarkan usaha untuk mengubah kalor (perpindahan energi yang disebabkan perbedaan suhu) menjadi energi serta sifat-sifat pendukungnya. Termodinamika berhubungan bersahabat dengan fisika energi, panas, kerja, entropi dan kespontanan proses.
Prinsip Termodinamika
1. Formulasi duduk perkara ke dalam besaran & bentuk termodinamika. Hal ini yang dikatakan sebagai mengganti bahasa dalam persoalan ke dalam bahasa termodinamika, lalu merumuskannya dengan menggunakan besaran-besaran termodinamika.
2. Evaluasi sifat dan fungsi termodinamika, memiliki arti melaksanakan analisis terhadap formulasi yang telah disusun pada langkah awal (1). Tahap ini membutuhkan pengertian wawasan termodinamika yang memadai agar tidak terjadi kesalahan pandangan kepada arah atau tujuan problema tersebut.
3. Penyelesaian masalah termodinamika. Pada tahap ini dibutuhkan pertolongan wawasan matematika/kalkulus (deferensial, integral) sehingga mampu diperoleh tanggapan yang valid atau mampu dipertanggungjawabkan.
Ketiga langkah penyelesaian termodinamika tersebut mesti berpijak pada dalil-dalil atau kaidah-kaidah dalam termodinamika.
Sistem Termodinamika
Sist
em termodinamika yaitu bagian dari jagat raya yang diperhitungkan. Sebuah batasan yang positif atau khayalan memisahkan tata cara dengan jagat raya, yang disebut lingkungan. Klasifikasi sistem termodinamika menurut pada sifat batas tata cara-lingkungan dan perpindahan bahan, kalor dan entropi antara metode dan lingkungan.
Ada tiga jenis metode berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara tata cara dan lingkungan:
1. Sistem Tertutup
Terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) namun tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan. Rumah hijau yaitu acuan dari sistem tertutup di mana terjadi pertukaran panas namun tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan. Apakah sebuah metode terjadi pertukaran panas, kerja atau keduanya biasanya dipertimbangkan selaku sifat pembatasnya:
a) Pembatas Adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas
b) Pembatas Rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.
2. Sistem Terisolasi
Tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi yaitu wadah terisolasi, mirip tabung gas terisolasi.
3. Sistem Terbuka
Terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda dengan lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebut permeabel. Samudra ialah contoh dari sistem terbuka.
Dalam realita, sebuah tata cara tidak mampu terisolasi sepenuhnya dari lingkungan, sebab niscaya ada terjadi sedikit pencampuran, walaupun hanya penerimaan sedikit penarikan gravitasi. Dalam analisis metode terisolasi, energi yang masuk ke metode sama dengan energi yang keluar dari sistem.
Hukum Termodinamika
Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam tata cara termodinamika, ialah:
1. Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika
Hukum awal menyatakan bahwa dua tata cara dalam kondisi setimbang dengan tata cara ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan yang lain. Hukum ini dimasukkan setelah hukum pertama.
2. Hukum Pertama Termodinamika
Hukum yang serupa juga terkait dengan perkara kekekalan energi. Hukum ini menyatakan pergantian energi dalam dari sebuah sistem termodinamika tertutup, sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilaksanakan kepada metode. Hukum ini dapat diuraikan menjadi beberapa proses, yakni proses dengan Isokhorik, Isotermik, Isobarik, dan juga adiabatik.
Bunyi Hukum Termodinamika 1 :
“Untuk setiap proses apabila kalor Q diberikan terhadap tata cara dan sistem melakukan usaha W, maka akan terjadi pergeseran energi dalam ΔU = Q – W”.
Rumus Hukum Termodinamika 1
Secara matematis hukum I termodinamika mampu dirumuskan selaku berikut:
Q = ∆U+W
Dengan ketentuan, bila:
Q(+) → tata cara mendapatkan kalor
OR → sistem melepas kalor
W(+) → metode melakukan usaha
W(-) → sistem dikenai usaha
∆U(+) → terjadi penambahan energi dalam
∆U(-) → terjadi penurunan energi dalam
ΔU = Q − W
Keterangan :
ΔU = perubahan energi dalam (joule)
Q = kalor (joule)
W = perjuangan (joule)
3. Hukum Kedua Termodinamika
Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Tidak ada bunyi untuk hukum kedua termodinamika yang ada hanyalah pernyataan kenyataan eksperimental yang dikeluarkan oleh kelvin-plank dan clausius.
a. Pernyataan clausius: mustahil suatu metode apapun melakukan pekerjaan sedemikian rupa sehingga hasil satu-satunya adalah perpindahan energi sebagai panas dari tata cara dengan temperatur tertentu ke metode dengan temperatur yang lebih tinggi.
b. Pernyataan kelvin-planck: mustahil suatu metode beroperasi dalam siklus termodinamika dan menawarkan sejumlah netto kerja k
esekeliling sambil mendapatkan energi panas dari satu reservoir termal.(sumber Fundamentals of engineering thermodynamics (Moran J., Shapiro N.M. – 6th ed. – 2007 – Wiley).
Total entropi dari suatu metode termodinamika terisolasi condong untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya hal ini disebut dengan prinsip kenaikan entropi” merupakan korolari dari kedua pernyataan diatas (analisis Hukum kedua termodinamika untuk proses dengan menggunakan sifat entropi)(sumber Fundamentals of engineering thermodynamics (Moran J., Shapiro N.M. – 6th ed. – 2007 – Wiley)
“Hukum II termodinamika dalam menyatakan ajaran kalorKalor mengalir secara impulsif dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara impulsif dalam arah kebalikannya”
4. Hukum Ketiga Termodinamika
Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa pada ketika sebuah metode meraih temperatur nol sewenang-wenang, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal tepat pada temperatur nol absolut bernilai nol.
Proses – Proses dalam Termodinamika
Proses termodinamika terbagi menjadi empat macam, tergantung dari keadaan tekanan, volume, dan suhu dikala terjadinya proses tersebut. Ada dua hal penting yang harus diingat dari aneka macam jenis proses-proses termodinamika, ialah variabel yang berubah dan perjuangan yang dijalankan.
1. Isokhorik
Isokhorik ialah proses termodinamika yang gak mengubah nilai volume tata cara (ΔV = 0).
2. Isobarik
Isobarik merupakan proses termodinamika yang gak mengganti nilai tekanan metode (ΔP = 0). Nilai usaha mampu dijumlah dengan persamaan :
W = P . ΔV
Dari rumus diatas, dikenali apabila volume membengkak (terjadi pemuaian) maka usaha bernilai positif, dan kalo volume mengecil (terjadi penyusutan) maka usaha bernilai negatif.
3. Isothermik
Isotermik merupakan proses termodinamika yang gak mengganti nilai suhu sebuah tata cara (ΔT = 0). Nilai usaha bisa dijumlah dengan persamaan :
W = n.R.T.ln.(Vf/Vi)
Dimana, nilai n adalah jumlah zat yang dinyatakan dengan satuan mol, R yakni konstanta gas, dan T ialah suhu. Rumus diatas didapatkan dengan memadukan persamaan perjuangan di diagram P-V dengan persamaan gas ideal.
4. Adiabatik
Adiabatik ialah proses termodinamika yang gak mengganti nilai kalor sistem (Q = 0). Pada gas monoatomic, usaha yang dilakukan pada proses adiabatik ini bisa dinyatakan dengan persamaan ;
W = (-3/2).n.R.ΔT
Kalo diperhatikan, proses adiabatik dan isotermik mempunyai diagram P-V yang sama. Secara detil, mampu dilihat kalo proses adiabatik mempunyai kemiringan yang lebih curam dibandingkan proses isotermik
Referensi :
https://www.quipper.com/id/blog/mapel/fisika/pengertian-termodinamika-lengkap/
https://cerdika.com/termodinamika/
https://www.kompas.com/sains/read/2021/09/13/164600223/termodinamika-faedah-dan-hukumnya
https://www.gurupendidikan.co.id/termodinamika/