Termodinamika: Pemahaman, Aturan, Dan Pengaplikasian

by

 Oleh : Aziz Affandi (@V04-Aziz)

Pengertian Termodinamika

Termodinamika ialah bagian dari cabang Fisika yang namanya Termofisika (Thermal Physics). Termodinamika yakni ilmu yang mempelajari relasi antara energi dan kerja dari sebuah sistem. Termodinamika hanya mempelajari besaran-besaran yang berskala besar (makroskopis) dari metode yang dapat diamati dan diukur dalam eksperimen. Besaran-besaran yang berskala kecil (mikroskopis) dipelajari dalam Teori Kinetik Gas (Kinetic Theory of Gas) atau Fisika Statistik (Statistical Physics).

Usaha sistem kepada lingkungan

Persamaan usaha yang dilaksanakan gas dapat ditulis sebagai berikut:
W = p ∆V = p (V2 – V1)
Keterangan :
p = tekanan gas (N/m2)
∆V = pergantian volume (m3)
W = perjuangan yang dikerjakan gas (joule)

Perubahan energi dalam

Perubahan energi dalam ∆U tidak bergantung pada proses bagaimana keadaan tata cara berganti, tetapi hanya bergantung pada keadaan awal dan kondisi selesai metode tersebut.



Hukum Termodinamika

 

Hukum I Termodinamika

Hukum I termodinamika menyatakan bahwa jumlah kalor pada suatu tata cara sama dengan pergeseran energi dalam sistem ditambah perjuangan yang dikerjakan oleh tata cara.

 

Q = ∆U + W

 

Perjanjian tanda untuk Q dan W sebagai berikut :

1.  Jika tata cara melakukan perjuangan terhadap lingkungan maka W bertanda positif.

2. Jika tata cara menerima usaha dari lingkungan maka W bertanda negatif.

3. Q bertanda positif bila metode menerima kalor dari lingkungan< /span>

4. Q bertanda negatif kalau metode menawarkan kalor terhadap lingkungan

  View Tematik Kelas 4 Tema 1 Revisi 2019 Pictures


Proses Termodinamika 

Proses Isokhorik

adalah proses termodinamika yang terjadi pada gas dalam kondisi volum tetap.

Berlaku:

Usaha W= 0 maka Q = ΔU sehingga Q = 3/2 nRT (T2–T1)



Proses Isobarik

yakni proses termodinamika yang terjadi pada gas keadaan tekanan tetap.


berlaku persamaan. Usaha W

W=P(V2 – V1)

Perubahan energi dalam ΔU ΔU= 3/2 P(V2 -V1)

Sehingga

Q= 5/2 P(V2–V1)


Proses Isotermik

merupakan proses termodinamika yang terjadi pada gas kondisi suhu tetap.

berlaku persamaan. 

Usaha W

Perubahan energi dalam ΔU = 0 maka kalor Q = W

 

Proses Adiabatik

merupakan proses termodinamika yang berjalan tanpa adanya pertukaran kalor antara tata cara dan lingkungan.

 

berlaku persamaan. 

Usaha W

Karena Q = 0 sehingga

ΔU = –W

y = konstanta Laplace


Kapasitas Kalor

Merupakan banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikan suhu gas sebesar 1oC, dinyatakan dengan persamaan:

Kapasitas kalor gas dapat dibedakan menjadi dua yaitu kapasitas kalor pada tekanan tetap (Cp) dan pada volume tetap (Cv)

 

Pada proses isokhorik

Qv = ∆U

Pada proses isobarik 

Qp = ∆U + p∆V 

Diperoleh:


Pengaplikasian Termodinamika

Mesin Carnot


Sebuah mesin Carnot mempunyai empat langkah dalam pengoprasiannya. Berikut urutan keempat langkah proses yang terjadi dalam siklus Carnot.

  1. Pada langkah awal, gas mengalami ekspansi isotermal. Reservoir suhu tinggi menyentuh dasar silinder dan jumlah beban di atas piston dikurangi. Selama proses ini berlangsung, temperatur metode tidak berganti, namun volume tata cara bertambah. Dari keadaan 1 ke keadaan 2, sejumlah kalor (Q1) dipindahkan dari reservoir suhu tinggi ke dalam gas.
  2. Pada langkah kedua, gas berganti dari kondisi 2 ke kondisi 3 dan mengalami proses perluasan adiabatik. Selama proses ini berjalan, tidak ada kalor yang keluar atau masuk ke dalam sistem. Tekanan gas diturunkan dengan cara mengurangi beban yang ada di atas piston. Akibatnya, temperatur metode akan turun dan volumenya bertambah.
  3. Pada langkah ketiga, keadaan gas berganti dari keadaan 3 ke keadaan 4 lewat proses kompresi isotermal. Pada langkah ini, reservoir suhu rendah (200  K)  menjamah  dasar  silinder  dan  jumlah  beban  di  atas piston bertambah. Akibatnya tekanan tata cara             meningkat, temperaturnya konstan, dan volume sistem menurun. Dari keadaan 3 ke keadaan 4, sejumlah kalor (Q2) dipindahkan dari gas ke reservoir suhu rendah untuk menjaga temperatur tata cara agar tidak berganti.
  4. Pada  langkah  keempat,  gas  mengalami  proses  kompresi  adiabatik dan keadaannya berubah dari kondisi 4 ke keadaan1. Jumlah beban di atas piston bertambah. Selama proses ini berjalan, tidak ada kalor yang keluar atau masuk ke dalam sistem, tekanan tata cara meningkat, dan volumenya berkurang.

Mesin Carnot yakni mesin efisien yang melakukan pekerjaan dalam suhu reservoir tinggi dan suhu reservoir rendah. Oleh sebab itu, sebuah mesin Carnot mempunyai efisiensi. Rumus efisiensi mesin Carnot selaku berikut.

  Kata-Kata Mutiara Minta Maaf Untuk Istri Romantis Bikin Hati Meleleh

informasi:

ŋ = efisiensi mesin kalor

T2 = suhu pada reservoir rendah (K) 

T1 = suhu pada reservior tinggi (K)

W = perjuangan (Joule)

  Q1= kalor yang diserap (Joule) 

 Q2 = kalor yang dilepas (Joule) 


Mesin Pendingin

Prinsip kerja mesin pendingin misalnya lemari es dan penyejuk ruangan ialah mengalirkan kalor keluar dari lingkungan sejuk ke lingkungan hangat. Sistem menerima kerja sebesar W dan menyerap kalor dengan suhu reservoir rendah T2 sebesar Q2 serta mencampakkan sejumlah kalor yang lebih besar ke reservoir suhu tinggi T1 sebesar Q1. Untuk kerja dari mesin pendingin dapat ditentukan melalui koefisiensi performansi Kp.

Keterangan :

Kp = koefisiensi performansi

T2 = suhu pada reservoir rendah (K) 

T1 = suhu pada reservior tinggi (K) 

W = usaha (Joule)

Q1= kalor yang diserap (Joule) 

Q2 = kalor yang dilepas (Joule)



SUMBER REFERENSI

Hamid, A. A. (2007). Kalor dan termodinamika. Universitas Negeri Yogyakarta.

   Haryanto, A. (2016). Termodinamika.

  Soekardi, C. (2015). Termodinamka Dasar Mesin Konversi Energi. Penerbit Andi.