TERMODINAMIKA dan PENGAPLIKASIANYA
Oleh: Roy Irawan (@V20-Roy)
Mind Mapping
1.DEFINISI TERMODINAMIKA
Termodinamika dalam bahasa Yunani berasal dari kata: thermos: (panas)dan dynamic: (pergeseran). Termodinamika membicarakan fenomena energi yang berganti-ubah alasannya adanya fatwa panas dan usaha yang timbul atau memunculkan. Pada tata cara terjadi proses perubahan wujud atau pertukaran energi, termodinamika klasik tidak berafiliasi dengan kinetika reaksi (kecepatan suatu proses reaksi berlangsung).
A. SISTEM TERMODINAMIKA
Ada tiga jenis tata cara menurut jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan:
1. Sistem Terbuka: Ada pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungan sekitarnya.
Misal: lautan, tumbuh-flora.
2. Sistem Tertutup: Ada pertukaran energi namun tidak terjadi pertukaran massa sistem dengan lingkungannya.
Misal: Green House ada pertukaran kalor tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan.
3. Sistem Terisolasi: Tidak ada pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungan.
Misal: Tabung gas yang terisolasi.
B. HUKUM TERMODINAMIKA
Termodinamika yakni pernyataan perihal hubungan antara usaha dengan pergeseran kalor menjadi sebuah energi. Hubungan tersebut sangat dekat kaitannya dengan perjuangan, energi, suhu, mekanika statik, dan juga suatu proses.
Hukum termodinamika mempunyai hukum awal atau aturan ke-0 yang menjelaskan ihwal kesetimbangan, dimana 2 metode gres berada di antara kedua tata cara yang sedang setimbang.
1. Hukum Termodinamika I
Hukum perihal suatu kekekalan energi merupakan aturan dari termodinamika 1, suara aturan tersebut yakni : “Energi tidak mampu diciptakan maupun dihancurkan, hanya mampu melaksanakan pergeseran bentuk”.
Pernyataan suara aturan termodinamika 1 menjelaskan bahwa suatu energi tidak akan mempunyai pertambahan maupun penghematan dalam suatu metode.
Rumus Hukum Termodinamika
Energi dalam metode tersebut berasal dari kalor dan perjuangan yang bekerja dalam sistem. Apabila dijadikan dalam sebuah persamaan matematis akan menjadi :
Q= △U+W
Penjelasannya, ialah:
Q = Kalor atau Panas (diterima maupun dilepaskan): satuan Joule (J).
△U = Perubahan Energi (Energi selesai dikurangi energi mula – mula): satuan Joule (J).
W = Usaha: satuan Joule (J).
Persamaan tersebut menyatakan bahwa kalor yang diterima maupun dilepaskan dari sebuah benda, maka akan menjadi usaha ditambah perubahan energi.
Sifat kalor yang diterima atau kalor yang dilepaskan akan memilih suatu besaran nilai tersebut kasatmata (+) ataukah negatif (-).
Sifat Kalor
Q = faktual (+), jika mendapatkan kalor. Q = kasatmata (-), jikalau melepakan kalor.
W = faktual (+), kalau melakukan suatu perjuangan. W = negatif (-), bila diberikan perjuangan.
△U = konkret (+), kalau ada penambahan energi. △U = negatif (-), kalau mengalami penurunan energi.
2. Hukum Termodinamika II
Hukum kedua ini menghalangi pergantian energi mana yang bisa terjadi dan yang tidak. Pembatasan ini dinyatakan dengan membuatkan cara, yakni : “Hukum II termodinamika dalam menyatakan aliran kalorKalor mengalir secara impulsif dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara impulsif dalam arah kebalikannya”
Hukum II termodinamika dalam pernyataan tentang mesin kalor
Tidak mungkin menciptakan suatu mesin kalor yang melakukan pekerjaan dalam suatu siklus yang semata-mata menyerap kalor dari suatu reservoir dan mengganti semuanya menjadi perjuangan luar.
Hukum II termodinamika dalam pernyataan entropi (besaran termodinamika yang menyertai sebuah perubahan setiap kondisi dari permulaan sampai simpulan tata cara dan menyatakan ketidakteraturan suatu metode)
Total entropi semesta tidak berubah dikala proses reversibel terjadi dan bertambah ketia proses irreversible terjadi.
3. Hukum Termodinamika III
Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol adikara. Hukum ini menyatakan bahwa pada ketika suatu metode mencapai temperatur nol diktatorial (temperatur Kelvin) semua proses akan berhenti dan entropi tata cara akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakn bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.
Referensi video Termodinamika
2. PENGAPLIKASIAN TERMODINAMIKA
Aplikasi Hukum Termodinamika
Mesin diesel
Mesin diesel yakni sejenis mesin pembakaran dalam; lebih spesifik lagi, suatu mesin pemicu kompresi, dimana bahan bakardinyalakan oleh suhu tinggi gas yang dikompresi, dan bukan oleh alat berenergi lain (mirip busi).
Mesin ini ditemukan pada tahun 1892 oleh Rudolf Diesel, yang menerima paten pada 23 Februari1893. Diesel menghendaki sebuah mesin untuk dapat digunakan dengan banyak sekali macam materi bakar tergolong bubuk batu bara. Dia mempertunjukkannya pada Exposition Universelle (Pameran Dunia) tahun 1900 dengan menggunakan minyak kacang (lihat biodiesel). Kemudian diperbaiki dan disempurnakan oleh Charles F. Kettering.
Prinsip kerja motor diesel yaitu merubah energi kimia menjadi energi mekanis. Energi kimia di peroleh melalui proses reakasi kimia (pembakaran) dari materi bakar (solar) dan oksidiser (udara) di dalam silinder (ruang bakar). Pada motor diesel ruang bakarnya bisa berisikan satu atau lebih tergantung pada penggunaannya dan dalam satu silinder mampu terdiri dari satu atau dua torak. Pada lazimnya dalam satu silinder motor diesel cuma mempunyai satu torak.
Tekanan gas hasil pembakaran bahan bakan dan udara akan mendorong torak yang dihubungkan dengan poros engkol menggunakan batang torak, sehingga torak dapat bergerak bolak-balik (reciprocating). Gerak bolak-balik torak akan diubah menjadi gerak rotasi oleh poros engkol (crank shaft). Dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol juga diubah menjadi gerak bolak-balik torak pada langkah kompresi. Berdasarkan cara mengevaluasi sistim kerjanya, motor diesel dibedakan menjadi dua, yaitu motor diesel yang memakai sistim airless injection (solid injection) yang dianalisa dengan siklus dual dan motor diesel yang menggunakan sistim air injection yang dianalisa dengan siklus diesel (sedangkan motor bensin dianalisa dengan siklus otto).
Pada mesin Diesel, dibentuk ”ruangan” sedemikian rupa sehigga pada ruang itu akan terjadi peningkata suhu hingga meraih ”titik nyala” yang mampu ”aben” minyak bahan bakar. Pemampatan yang lazimnya digunakan hingga meraih kondisi ”terbakar” itu lazimnya 18 sampai 25 kali dari volume ruangan wajar . Sementara suhunya mampu naik meraih 500°C . Cara kerjanya mudah, minyak solar yang sudah diaduk udara (seperti yang keluar dari semprotan obat nyamuk) disemprotkan ke dalam ruangan yang telah ”mampat” dan bersuhu tinggi, sehingga mampu eksklusif menciptakan ”kabut solar” tadi meledak dan mendorong ”piston” yang lalu akan menggerakkan poros-poros roda, singkatnya menjadi tenaga. Kejadian ini berulang-ulang dan tenaga yang timbul pun dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan kendaraan beroda empat, generator listrik, dan sebagainya.
Ketika udara dikompresi suhunya akan meningkat (mirip dinyatakan oleh Hukum Charles), mesin diesel memakai sifat ini untuk proses pembakaran. Udara disedot ke dalam ruang bakar mesin diesel dan dikompresi oleh piston yang merapat, jauh lebih tinggi dari rasio kompresi dari mesin bensin. Beberapa ketika sebelum piston pada posisi Titik Mati Atas (TMA) atau BTDC (Before Top Dead Center), bahan bakar diesel disuntikkan ke ruang bakar dalam tekanan tinggi melalui nozzle supaya bercampur dengan udara panas yang bertekanan tinggi. Hasil pencampuran ini menyala dan mengkremasi dengan cepat. Penyemprotan materi bakar ke ruang bakar mulai dilakukan dikala piston mendekati (sungguh akrab) TMA untuk menghindari detonasi. Penyemprotan bahan bakar yang eksklusif ke ruang bakar di atas piston dinamakan injeksi pribadi (direct injection) sedangkan penyemprotan bahan bakar kedalam ruang khusus yang berhubungan eksklusif dengan ruang bakar utama dimana piston berada dinamakan injeksi tidak pribadi (indirect injection).
Ledakan tertutup ini mengakibatkan gas dalam ruang pembakaran mengembang dengan segera, mendorong piston ke bawah dan menghasilkan tenaga linear. Batang penghubung (connecting rod) menyalurkan gerakan ini ke crankshaft dan oleh crankshaft tenaga linear tadi diubah menjadi tenaga putar. Tenaga putar pada ujung poros crankshaft dimanfaatkan untuk aneka macam kebutuhan.
Untuk mengembangkan kesanggupan mesin diesel, biasanya disertakan bagian : Turbocharger atau supercharger untuk memperbanyak volume udara yang masuk ruang bakar karena udara yang masuk ruang bakar didorong oleh turbin pada turbo/supercharger.
< span style="box-sizing: border-box;">Untuk aplikasi generator listrik, unsur penting dari mesin diesel yakni governor, yang mengontrol suplai materi bakar agar putaran mesin senantiasa para putaran yang diharapkan. Apabila putaran mesin turun terlalu banyak mutu listrik yang dikeluarkan akan menurun sehingga perlengkapan listrik tidak mampu berkerja sebagaimana mestinya, sedangkan jika putaran mesin terlalu tinggi maka bisa menyebabkan over voltage yang mampu menghancurkan perlengkapan listrik. Mesin diesel modern memakai pengontrolan elektronika canggih mencapai tujuan ini melalui elektro kontrol modul (ECM) atau elektro kontrol unit (ECU) – yang merupakan “komputer” dalam mesin. ECM/ECU mendapatkan sinyal kecepatan mesin melalui sensor dan menggunakan algoritma dan mencari tabel kalibrasi yang disimpan dalam ECM/ECU, ia mengendalikan jumlah materi bakar dan waktu lewat aktuator elektronika atau hidrolik untuk mengendalikan kecepatan mesin.
PENUTUP
Termodinamika berasal dari bahasa Yunani: thermos: (panas) dan dynamic: (pergantian). Termodinamika berkaitan dengan fenomena ajaran panas dan pergantian energi karena kerja yang dihasilkan atau disebabkan. Perubahan keadaan atau pertukaran energi terjadi di dalam tata cara. Termodinamika klasik tidak ada relevansinya dengan kinetika reaksi (laju terjadinya reaksi).
Termodinamika mempunyai 3 sistem kerja, yakni sistem terbuka, metode tertutup, dan metode terisolasi. Contoh sistem dalam pemanfaatan sehari-hari banyak kita temui misal dalam penggunaan kendaraan bermotor, mesin pendingin, termos, AC, dll.
Termodinamika sendiri mempunyai hukum permulaan atau aturan 0 yang menjelaskan perihal kesetimbangan. Selain itu terdapat juga Hukum Termodinamika I, II, dan III.
Ilmu ihwal termodinamika sangat berfaedah untuk dunia industri, contohnya dalam pengembangan kendaraan bermotor, penggunaan chiller dan boiler, dan masih banyak faedah lainya.
DAFTAR PUSTAKA
http://yudhipri.wordpress.com/2010/07/05/thermodinamika-maglev-dunia/
Giancoli. 2001. Fisika Universitas Jilid 1. Erlangga: Jakarta.
Http://.goegle.com/2012/11/23/teori-panas-kalor-dunia/
Hukum ketiga termodinamika – Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas