TERMODINAMIKA
OLEH : WIDYA SATRIANI
@W18-WIDYA
BAB I
PENDAHULUAN
Termodinamika merupakan ilmu yang mempelajari hukum-hukum yang mengendalikan perubahan energi dari suatu bentuk ke bentuk lain, fatwa dan kemampuan energi melakukan perjuangan, energi mampu berubah dari satu bentuk kebentuk lain tanpa ada pengurangan maupun penambahan, prinsip ini disebut selaku prinsip konservasi atau kekekalan energi.
Prinsip termodinamika tersebut sesungguhnya sudah terjadi dalam kehidupan sehari-hari, dimana salah satunya adalah energi panas dari matahari yang diserap oleh bumi yang berupa gelombang eletromagnetik. Dengan berkembangnya ilmu wawasan dan teknologi, maka prinsip alamiah dalam termodinamika direkayasa menjad
i berbagai bentuk mekanisme untuk membantu manusia dalam melakukan kegiatannya.
Aplikasi termodinamika sangat banyak, hal ini terjadi karena perkembangan ilmu termodinamika semenjak periode 17 yang dipelopori dengan penemuan mesin uap di Inggris, dan diikuti oleh ilmuan termodinamika mirip Rudolph Clausius, William Rankine, dan Lord Kelvin pada era ke-19. Perkembangan termodinamika dimulai dengan pendekatan makroskopis hingga yang bersifat mikroskopis.
Adapun bentuk-bentuk energi yang dihasikan dalam proses termodinamika mampu berupa aneka macam bentuk, diantaranya energi kimia, energi panas, energi mekanis, energi listrik, energi nuklir dan yang lainnya salah satunya ialah energi yang terdapat pada biogas itu sendiri yakni dengan pendekatan Maxwell- Boltzmann.
Biogas selaku sumber energi alternatif mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan BBM yang berasal dari fosil. Yaitu bersifat ramah lingkungan dan dapat diperbaharui. Selain itu biogas mempunyai kandungan energi yang tidak kalah dari kandungan energi yang berasal dari materi bakar fosil. Oleh alasannya itu, biogas sangat sesuai mengambil alih minyak tanah, LPG, dan materi bakar fosil lainnya. Substrat kotoran sapi, dianggap substrat paling cocok untuk pemanfaatan biogas itu sendiri.
Pembuatan biogas pada dasarnya memerlukan ketekunan dan kecermatan yang sangat besar, bila tidak maka hasil yang didapatkan tidak cocok dengan yang diharapkan. Banyak kesulitan yang dihadapi oleh para pembuat biogas yang mengharapkan hasil yang maksimal. Hal ini dipengaruhi oleh beberapa aspek, misalnya adalah : temperatur di dalam drum yang dijadikan tempat pengerjaan biogas itu sendiri, yang paling penting yakni perbandingan volume air dan volume kotoran sapi dimana bila perbandingan volume air dan volume sapi tersebut terlalu pekat, maka basil yang berperan dalam pembusukan atau terbentuknya biogas tidak dapat melakukan pekerjaan dengan baik. Sehingga berpengaruh dengan hasil biogas yang buruk.
A. Pengertian Termodinamika
Termodinamika ialah salah satu cabang fisika yang membahas mengenai pergantian energi panas menjadi bentuk energi lain. Hukum pertama termodinamika dan aturan termodinamika kedua menjadi acuan dalam membahas mengenai perubahan energi.
Dari segi bahasa, thermodinamika berasal dari 2 kata bahasa yunani adalah “Thermos” dan “dynamic”. Dalam bahasa yunani “Thermos” itu artinya panas dan “dynamic” yang berarti dinamis atau pergantian. Makara, termodinamika itu niscaya berafiliasi dekat sama perubahan atau pergerakan energi panas, meskipun bergotong-royong konsepnya tidak sesederhana itu. Konsep ilmu thermodinamika yakni usaha untuk mengganti kalor jadi energi, termasuk proses dari pemikiran energi tersebut dan balasan yang dihasilkan oleh perpindahan energi tersebut. Singkatnya, thermodinamika mempelajari perihal panas dan temperatur, tergolong hubungan keduanya pada energi dan gerak.
Ilustrasi system termodinamika
Konsepnya, energi dihasilkan oleh sistem yang dibatasi oleh kenyataan, dimana tata cara tersebut memungkinkan untuk terbagi lagi menjadi sub-tata cara atau membentuk metode-sistem lainnya menjadi tata cara yang lebih besar, dan metode yang tidak termasuk dalam pertimbangan digolongkan selaku lingkungan.
Termodinamika Sistem Terbuka
Ada atau terjadi pertukaran massa dan energi metode dengan lingkun
gannya, misalnya samudra, lautan dan berkembang-tanaman.
Termodinamika Sistem Tertutup
Jika ada metode terbuka, maka ada juga metode tertutup termodinamika, ialah adanya pertukaran energi namun tidakterjadi pertukaran massa tata cara dengan lingkungannya.
Contohnya Green House di mana terjadi pertukaran kalor, tetapi tidak terjadi pertukaran kerja kepada lingkungan. Untuk membedakan sebuah tata cara tertutup mengalami pertukaran energi adalah panas atau kerja atau keduanya tergantung metode pembatasnya
Pembatas Adiabatik, tidak terjadi atau tidak memperbolehkan pertukaran kalor antara tata cara dan lingkungan
Pembatas Rigid, tidak terjadi atau tidak memperbolehkan pertukaran kerja dari sistem ke lingkungan maupun sebaliknya.
Ilustrasi prinsip system termodinamik tertutup bisa dilihat dalam wujud greenhouse
Termodinamika Sistem Terisolasi
Tidak terjadi pertukaran, baik pertukaran energi maupun pertukaran massa metode dengan lingkungan, itulah mengapa tata cara ini bernama sistem terisolasi. Contohnya tabung gas yang terisolasi.
Hukum Termodinamika
Hukum dasar yang berlaku dalam metode thermodinamika dibagi menjadi 4, adalah:
1. Hukum Awal (Zeroth Law)
Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam kondisi setimbang dengan sistem ketiganya, maka tata cara ketiga tersebut dalam keadaan yang juga setimbang satu sama lain.
Yang artinya apapun zat atau bahan benda akan memiliki kesetimbangan termal satu sama lain, atau mampu dibilang kesetimbangan termal berlaku secara universal.
2. Hukum Termodinamika I (Kekekalan Energi)
Hukum termodinamika 1 menyatakan bahwa energi tidak mampu diciptakan maupun dimusnahkan, dan hanya bisa diubah bentuk energinya saja. Oleh sebab itu, dalam aturan ini didapat persamaan
Persamaan termodinamika.
Yang artinya pergantian energi dalam (U) metode ialah jumlah energi kalor (Q)dalam sistem yang dikurangi dengan kerja (W)yang dilaksanakan oleh metode.
Perlu diperhatikan bahwa,
Q bertanda konkret (+) jika sistem menyerap kalor
Q bertanda negatif (-) kalau metode melepas kalor
W bertanda konkret (+) jika tata cara melakukan kerja
W bertanda negatif (-) kalau sistem diberikan kerja
Yang artinya pergantian energi dalam (U) metode merupakan jumlah energi kalor (Q)dalam tata cara yang dikurangi dengan kerja (W)yang dilakukan oleh metode.
Perlu diperhatikan bahwa,
Q bertanda faktual (+) jikalau sistem menyerap kalor
Q bertanda negatif (-) jika sistem melepas kalor
W bertanda nyata (+) jika tata cara melaksanakan kerja
W bertanda negatif (-) bila sistem diberikan kerja
Bertanda nyata (+) bila system mengalami kenaikan suhu
Bertanda negatif (-) bila system mengalami penurunan suhu
Dan pada tata cara terisolasi, Q=0 dan W=0, sehingga tidak ada pergantian energi dalam
) Hukum ini diuraikan menjadi 4 proses termodinamika, yaitu
Isobarik (Tekanan tetap atau konstan)
Isokhorik (Volume tetap atau konstan)
Isotermik (Suhu tetap atau konstan)
Adiabatik (tata cara diisolasi biar tidak ada kalor yang keluar maupun masuk atau tidak terjadi pertukaran kalor)
Hukum Termodinamika II (Arah Reaksi Sistem)
Hukum kedua thermodinamika menyatakan pembatasan perubahan energi dimana alur kalor suatu objek dengan sistem memiliki sifat alami, adalah:
“Kalor mengalir secara alami atau impulsif dari benda yang panas (bersuhu tinggi) ke benda yang acuh taacuh (bersuhu rendah); dan sebaliknya kalor tidak akan mengalir secara alami atau impulsif dari benda dingin (bersuhu rendah) ke benda panas (bersuhu tinggi) tanpa dikerjakan usaha.”
Hukum Termodinamika III
Hukum 3 termodinamika menyatakan bahwa sebuah metode yang mencapai temperatur nol diktatorial (temperatur dalam kelvin), semua prosesnya akan berhenti dan entropi tata cara akan mendekat nilai minimum. Selain itu, untuk entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol diktatorial bernilai nol.
Penerapan Termodinamika dalam AC/Air Conditioner
AC merupakan sebuah elektro yang tergolong ke dalam teladan hukum termodinamika 1 dan 2. AC mengganti energi listrik menjadi energi kinetik pada kondensor (berfungsi untuk membuang panas refrigerant ke lingkungan), kemudian mengubahnya menjadi energi kinetik pada evaporator (berfungsi menunjukkan udara hambar pada ruangan dengan cara perpindahan panas ke ruangan), dan kemudian mengubah energi kinetik pada kompresor (berfungsi memberikan tekanan pada refrigerant).
Sedangkan penerapan aturan thermodinamika kedua pada AC, bahwa AC tidak dapat secara alami atau spontan mengalirkan kalor dari suhu rendah ke suhu tinggi, diharapkan usaha atau kerja terlebih dahulu. Penerapan Termodinamika dalam Mesin Kendaraan Bermotor
Selain itu, ilmu thermodinamika juga berperan dalam penciptaan mesin kendaraan bermotor, yang pastinya baik secara kita sadari atau tidak juga sungguh membantu kita dalam melaksanakan aktivitas kita sehari-hari.
Perhatikan gambar bagian turbin jet di atas, dimana udara masuk ke dalam kompresor yang berfungsi untuk menghisap dan menaikan tekanan udara tersebut melalui inlet sehingga temperatur udara meningkat. Kemudian, setelahnya udara tersebut dimasukkan kedalam ruang bakar dan di situ dilaksanakan proses pembakaran dengan cara mencampurkan udara tersebut dengan materi bakar yang berjalan dalam kondisi tekanan konstan sehingga dapat ditarik kesimpulan eksistensi ruang bakar bertujuan menaikan temperatur.
Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozzle untuk mengalirkan gas tersebut ke sudu-sudu turbin yang memiliki kegunaan untuk memutar kompresornya sendiri dan juga memutar generator listrik, dan beban yang lain. Setelah melalui turbin gas tersebut akan dibuang ke exhaust.
Penerapan Termodinamika dalam Termos
Penerapan aturan termodinamika I juga terdapat pada termos, dengan memakai bahan yang bersifat adiabatik, sehingga menghalangi terjadinya pertukaran kalor antara sistem ke lingkungan dan sebaliknya, sehingga tidak terjadi penurunan suhu. Termos juga merupakan teladan tata cara terisolasi yang cukup mudah didapatkan. Cara kerjanya kalor dimasukkan kedalam termos dan tidak dapat keluar karena terhambat oleh kaca dengan warna putih mengkilap. Alasan kenapa semua termos kita memiliki kaca putih mengkilap di dalamnya ialah karena dibandingkan warna gelap, putih sedikit menyerap kalor.
Selain dihambat oleh beling, kalor juga dihambat oleh celah hampa udara antara tabung dan beling, lalu dihambat oleh celah udara antara tabung dan dinding, karena udara merupakan penghantar panas yang buruk. Terakhir, dihambat lagi oleh lapisan terluar termos atau yang kita sentuh dan kita lihat yang biasanya yang dibuat dari plastik atau logam.
DAFTAR PUSTAKA
https://www.zenius.net/blog/materi-rancangan-dasar-termodinamika
http://siat.ung.ac.id/files/wisuda/2013-1-84203-421409024-bab1-28072013091245.pdf
https://www.academia.edu/39893042/Makalah_Termodinamika