Diberdayakan oleh Blogger.
RSS

Rumus Dasar Termodinamika


Hukum Termodinamika I
ΔU = Q − W
Keterangan :
ΔU = perubahan energi dalam (joule)
Q = kalor (joule)
W = usaha (joule)

Proses-proses
Isobaris → tekanan tetap
Isotermis → suhu tetap → ΔU = 0
Isokhoris → volume tetap (atau isovolumis atau isometric) → W = 0
Adiabatis → tidak terjadi pertukaran kalor → Q = 0
Siklus → daur → ΔU = 0

Persamaan Keadaan Gas
Hukum Gay-Lussac
Tekanan tetap →
 V/T = Konstan → V1/T1 = V2/T2

Hukum Charles
Volume tetap →
 P/T = Konstan → P1/T1 = P2/T2

Hukum Boyle
Suhu tetap → PV = Konstan → P1V1
 = P2V2

P, V, T Berubah (non adiabatis)
(P1V1)
 / (T1) = (P2V2) / (T2)

Adiabatis
P1V1
 γ= P2V2γ
T1V1
 γ − 1= T2V2γ − 1
γ = perbandingan kalor jenis gas pada tekanan tetap dan volum tetap → γ =
 Cp/Cv 

Usaha
W = P(ΔV) → Isobaris
W = 0 → Isokhoris
W = nRT ln (V2
 / V1) → Isotermis
W = −
 3/2 nRΔT → Adiabatis ( gas monoatomik) 
Keterangan :
T = suhu (Kelvin, jangan Celcius)
P = tekanan (Pa = N/m2)
V = volume (m3)
n = jumlah mol
1 liter = 10−3m3
1 atm = 105
 Pa ( atau ikut soal!)
Jika tidak diketahui di soal ambil nilai
 ln 2 = 0,693 

Mesin Carnot
η = ( 1 −
 Tr / Tt ) x 100 %
η = (
 W / Q1 ) x 100%
W = Q1
 − Q2
Keterangan :
η = efisiensi mesin Carnot (%)
Tr
 = suhu reservoir rendah (Kelvin)
Tt
 = suhu reservoir tinggi (Kelvin)
W = usaha (joule)
Q1
 = kalor masuk / diserap reservoir tinggi (joule)
Q2
 = kalor keluar / dibuang reservoir rendah (joule)

  • Digg
  • Del.icio.us
  • StumbleUpon
  • Reddit
  • RSS

TERMODINAMIKA

Termodinamika

Termodinamika (bahasa Yunani: thermos = 'panas' and dynamic = 'perubahan') adalah fisika energi , panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana banyak hubungan termodinamika berasal.
Pada sistem di mana terjadi proses perubahan wujud atau pertukaran energi, termodinamika klasik tidak berhubungan dengan kinetika reaksi (kecepatan suatu proses reaksi berlangsung). Karena alasan ini, penggunaan istilah "termodinamika" biasanya merujuk pada termodinamika setimbang. Dengan hubungan ini, konsep utama dalam termodinamika adalah proses kuasistatik, yang diidealkan, proses "super pelan". Proses termodinamika bergantung-waktu dipelajari dalam termodinamika tak-setimbang.
Karena termodinamika tidak berhubungan dengan konsep waktu, telah diusulkan bahwa termodinamika setimbang seharusnya dinamakan termostatik.
Hukum termodinamika kebenarannya sangat umum, dan hukum-hukum ini tidak bergantung kepada rincian dari interaksi atau sistem yang diteliti. Ini berarti mereka dapat diterapkan ke sistem di mana seseorang tidak tahu apa pun kecual perimbangan transfer energi dan wujud di antara mereka dan lingkungan. Contohnya termasuk perkiraan Einstein tentang emisi spontan dalam abad ke-20 dan riset sekarang ini tentang termodinamika benda hitam.

Konsep dasar dalam termodinamika

Pengabstrakan dasar atas termodinamika adalah pembagian dunia menjadi sistem dibatasi oleh kenyataan atau ideal dari batasan. Sistem yang tidak termasuk dalam pertimbangan digolongkan sebagai lingkungan. Dan pembagian sistem menjadi subsistem masih mungkin terjadi, atau membentuk beberapa sistem menjadi sistem yang lebih besar. Biasanya sistem dapat diberikan keadaan yang dirinci dengan jelas yang dapat diuraikan menjadi beberapa parameter !

Sistem termodinamika

Sistem termodinamika adalah bagian dari jagat raya yang diperhitungkan. Sebuah batasan yang nyata atau imajinasi memisahkan sistem dengan jagat raya, yang disebut lingkungan. 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:
  • sistem terisolasi: tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.
  • 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:
    • pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas.
    • pembatas rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.
  • sistem terbuka: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda dengan lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebut permeabel. Samudra merupakan contoh dari sistem terbuka.
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.

Keadaan termodinamika

Ketika sistem dalam keadaan seimbang dalam kondisi yang ditentukan, ini disebut dalam keadaan pasti (atau keadaan sistem).
Untuk keadaan termodinamika tertentu, banyak sifat dari sistem dispesifikasikan. Properti yang tidak tergantung dengan jalur di mana sistem itu membentuk keadaan tersebut, disebut fungsi keadaan dari sistem. Bagian selanjutnya dalam seksi ini hanya mempertimbangkan properti, yang merupakan fungsi keadaan.
Jumlah properti minimal yang harus dispesifikasikan untuk menjelaskan keadaan dari sistem tertentu ditentukan oleh Hukum fase Gibbs. Biasanya seseorang berhadapan dengan properti sistem yang lebih besar, dari jumlah minimal tersebut.
Pengembangan hubungan antara properti dari keadaan yang berlainan dimungkinkan. Persamaan keadaan adalah contoh dari hubungan tersebut.

Hukum-hukum Dasar Termodinamika

Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika, yaitu:
  • Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika
Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya.
  • Hukum Pertama Termodinamika
Hukum ini terkait dengan kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem.
  • Hukum kedua Termodinamika
Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya.
  • Hukum ketiga Termodinamika
Hukum ketiga termodinamika 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.

  • Digg
  • Del.icio.us
  • StumbleUpon
  • Reddit
  • RSS

Aplikasi Termodinamika Di Kehidupan Sehari-hari

Aplikasi Termodinamika dalam Kehidupan Sehari-hari
            Hukum termodinamika telah berhasil diterapkan dalam penelitian tentang proses kimia dan fisika. Hukum pertama termodinamika didasarkan pada hukum kekekalan energi. Hukum kedua termodinamika berkenaan dengan proses alami atau proses spontan dimana fungsi yang memprediksi kespontanan reaksi ialah entropi, yang merupakan ukuran ketidakteraturan suatu sistem. Hukum kedua ini menyatakan bahwa untuk proses spontan, perubahan entropi semesta haruslah positif. Sedangkan hukum ketiga termodinamika memungkinkan untuk menentukan nilai entropi mutlak (Chang, 2002: 165).
            Berikut beberapa contoh aplikasi termodinamika yang biasa digunakan dalam kehidupan sehari-hari :
1. Air Conditioner (AC)
            Sistem kerja AC terdiri dari bagian yang berfungsi untuk menaikkan dan menurunkan tekanan supaya penguapan dan penyerapan panas dapat berlangsung.
            Kompresor yang ada pada sistem pendingin dipergunakan sebagai alat untuk memampatkan fluida kerja (refrigent), jadi refrigent yang masuk ke dalam kompresor dialirkan ke kondenser yang kemudian dimampatkan di kondenser.
Di bagian kondenser ini refrigent yang dimampatkan akan berubah fase dari refrigent fase uap menjadi refrigent fase cair, maka refrigent mengeluarkan kalor yaitu kalor penguapan yang terkandung di dalam refrigent. Adapun besarnya kalor yang dilepaskan oleh kondenser adalah jumlahan dari energi kompresor yang diperlukan dan energi kalor yang diambil evaparator dari substansi yang akan didinginkan.
Pada kondensor, tekanan refrigent yang berada dalam pipa-pipa kondensor relatif jauh lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan refrigent yang berada pada pipi-pipa evaporator.
            Setelah refrigent lewat kondensor dan melepaskan kalor penguapan dari fase uap ke fase cair maka refrigent dilewatkan melalui katup ekspansi, pada katup ekspansi ini refrigent tekanannya diturunkan sehingga refrigent berubah kondisi dari fase cair ke fase uap yang kemudian dialirkan ke evaporator, di dalam evaporator ini refrigent akan berubah keadaannya dari fase cair ke fase uap, perubahan fase ini disebabkan karena tekanan refrigent dibuat sedemikian rupa sehingga refrigent setelah melewati katup ekspansi dan melalui evaporator tekanannya menjadi sangat turun.
            Hal ini secara praktis dapat dilakukan dengan jalan diameter pipa yang ada dievaporator relatif lebih besar jika dibandingkan dengan diameter pipa yang ada pada kondenser.
            Dengan adanya perubahan kondisi refrigent dari fase cair ke fase uap maka untuk merubahnya dari fase cair ke refrigent fase uap maka proses ini membutuhkan energi yaitu energi penguapan, dalam hal ini energi yang dipergunakan adalah energi yang berada didalam substansi yang akan didinginkan.
            Dengan diambilnya energi yang diambil dalam substansi yang akan didinginkan maka entalpi, substansi yang akan didinginkan akan menjadi turun, dengan turunnya entalpi maka temperatur dari substansi yang akan didinginkan akan menjadi turun. Proses ini akan berubah terus-menerus sampai terjadi pendinginan yang sesuai dengan keinginan.
Berikut rangkaian gambar skema kerja dari AC :
2. Dispenser
Prinsip kerja pemanas air
Proses pemanasan air terjadi pada saat air masuk kedalam tabung pemanas. Tabung pemanas merupakan tabung yang terbuat dari logam yang disekitar tabung tersebut dikelilingi oleh elemen pemanas, sehingga ketika air mengalir dari tampungan menuju tabung pemanas sensor suhu yang ada pada tabung pemanas akan memicu elemen pemanas untuk bekerja, suhu tinggi yang dihasilkan elemen pemanas diserap oleh air yang suhunya lebih rendah, setelah suhu air dalam tabung pemanas tinggi maksimal sensor suhu yang ada pada tabung pemanas akan memutuskan arus listrik pada elemen pemanas, pada saat elemen pemanas menyala lampu indikator pemanas menyala dan pada saat elemen pemanas mati lampu indikator pemanas mati.
Pada tabung dispenser dipasang Heater/pemanas serta sensor suhu atau thermostat yang berfungsi untuk membatasi kerja heater agar tidak bekerja terus-menerus yang akan menimbulkan suhu air dalam tabung dispenser berlebihan, karena apabila heater berkerja berlebih, heater akan panas dan bahkan heater tersebut akan terjadi kerusakan didalamnya. Untuk mengurangi terjadinya resiko tersebut, di heater dipasang thermostat yang berguna untuk mengatur suhu.
Ketika suhu air yang dipanaskan oleh heater mencapai suhu tertentu sehingga melebihi suhu kerja sensor/thermostat maka sensor akan bekerja dan memutuskan arus yang mengalir ke heater, dengan demikian heater akan berhenti bekerja sehingga suhu air tetap terjaga sesuai dengan kebutuhan, bisa dilihat di lampu indikator dari warna merah akan berganti warna hijau. Heater akan bekerja kembali manakala suhu air pada tabung menurun sampai suhunya berada dibawah suhu kerja sensor, sensor dipasang seri dengan heater, dengan demikian fungsi dari sensor ini mirip seperti saklar, hanya saja bekerjanya secara otomatis berdasarkan perubahan suhu.
Prinsip kerja pendingin air
            Proses pendinginan air pada dispenser pada umumnya dibedakan menjadi 2 yaitu:
1.     Pendinginan Air dengan Fan
Proses pendinginan air menggunakan fan dilakukan dengan cara menghisap suhu tinggi pada air ketika air berada pada tampungan air kedua yang letaknya berada dibawah tampungan air pertama, namun pada kenyataannya fan hanya alat bantu untuk mempercepat pembuangan panas pada air, sehingga temperatur air hanya akan turun sedikit saja. Setelah melewati tampungan air kedua air akan dikeluarkan melalui keran dan siap untuk diminum.
2.     Pendinginan Air dengan Sistem Refrigran
Pendinginan air pada dispenser menggunakan sistem refrigran sama seperti sistem refrigran pada kulkas hanya saja evaporatornya dimasukkan kedalam tampungan air kedua yang berada dibawah tampungan air pertama, sehingga air disekitar evapurator akan menjadi air dingin. Hasil pendinginan air pada dispenser menggunakan sistem refrigran lebih maksimal dibandingkan pendinginan air menggunakan fan. Setelah air melalui proses pendinginan pada tampungan air kedua, air akan mengalir dan keluar memalui keran.
 Nama komponen pada dispenser:
1.      Saklar On/Off
2.      Thermostat 1
3.      Thermostat 2
4.      Saluran daya utama
5.      Elemen pemanas
6.      Saluran air panas 
7.      Saluran air normal
8.      Pipa pembuangan
3. Rice Cooker
            Pada rice cooker, energi panas ini dihasilkan dari energi listrik. Suatu cairan akan menguap bila tekanan uap gas yang berasal dari cairan adalah sama dengan tekanan dari cairan ke sekitarnya (Puap = Pcair). Jadi, titik didih suatu cairan sebenarnya bisa dimanipulasi dengan meningkatkan tekanan di luar cairan (tekanan eksternal). Pada penanak nasi biasa, air akan dididihkan dengan tekanan eksternal biasa, yaitu 101 kPa, dan mendidih pada titik didih biasa, yaitu 100°C (373 K).
            Sementara, pada penanak nasi yang memanipulasi tekanan (pressure cooker, atau electric pressure cooker) jika tutup lubang uapnya dibuka, maka pressure cooker akan bekerja seperti penanak nasi biasa, karena tekanan eksternalnya sama dengan tekanan udara luar.
            Namun, jika tutup lubang uapnya (biasanya berupa katup) ditutup, akan ada perubahan pada tekanan udara di ruang dalam pressure cooker dan titik didih cairan akan berubah. Ketika katupnya ditutup, kondisi sistem berubah karena uap airnya hanya dapat berada di dalam ruang pressure cooker.
Karena ada tambahan massa (tutup katup), tekanan makin tinggi dan titik kesetimbangan antar fase (dalam hal ini, antara fase cair dan fase uap) berubah ke temperatur yang lebih tinggi, dan terbentuklah titik didih baru.
            Massa tutup katup menentukan tekanan di dalam ruang pressure cooker, karena lubang katup akan membiarkan uap air keluar ketika tekanannya telah mencapai titik tertentu. Kelebihan tekanan akan dikurangi dengan melepaskan sedikit uap melalui katup.

  • Digg
  • Del.icio.us
  • StumbleUpon
  • Reddit
  • RSS

Apa itu termodinamika?

PENGERTIAN TERMODINAMIKA

 Termodinamika bersal dari (bahasa yunani: thermos = 'panas' and dynamic = 'perubahan') adalah fisiska energi , panas, kerja,entropi dan kespontanan proses.
Hukum termodinamika kebenarannya sangat umum, dan hukum-hukum ini tidak bergantung kepada rincian dari interaksi atau sistem yang diteliti. Ini berarti mereka dapat diterapkan ke sistem di mana seseorang tidak tahu apa pun kecuali perimbangan transfer energi dan wujud di antara mereka dan lingkungan.
Termodinamika adalah satu cabang fisika teoritik yang berkaitan dengan hukum-hukum pergerakan panas,dan perubahan dari panas menjadi bentuk-bentuk energi yang lain.Istilah ini diturunkan dari bahasa yunani Therme (panas) dan dynamis (gaya).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.
HUKUM I TERMODINAMIKA 
 Hukum I Termodinamika berkaitan dengan Hukum Kekekalan Energi untuk sebuah sistem yang sedang melakukan pertukaran energi dengan lingkungan dan memberikan hubungan antara kalor, energi, dan usaha.
Hukum I Termodinamika menyatakan bahwa“ untuk setiap proses, apabila kalor ditambahkan ke dalamsistem dan sistem melakukan usaha, maka akan terjadiperubahan energi” Jadi, dapat dikatakan bahwa Hukum I Termodinamika menyatakan adanya konsep kekekalan energi. 
Secara matematis, Hukum Pertama Termodinamika dituliskan sebagai berikut.dengan: 
Q = kalor yang diterima atau dilepaskan olehsistem (Joule)
ΔU = U2 —U1=perubahan energi dalam sistem
W = usaha yang dilakukan sistem (Newton)
Perjanjian tanda yang berlaku untuk persamaan 1.1tersebut adalah sebagai berikut :Jika sistem melakukan kerja maka nilai W berharga positif.Jika sistem menerima kerja maka nilai W berharga negatif Jika sistem melepas kalor maka nilai Q berharga negatif Jika sistem menerima kalor maka nilai Q berharga positif Perubahan yang terjadi pada gas berada dalam keadaan tekanan tetap.Usaha yang dilakukan gas dalam proses ini memenuhi persamaan W = P ΔV = p(V2 – V1). Dengan demikian, persamaan Hukum Pertama Termodinamika untuk proses isobarik dapat dituliskan sebagai berikut.
Q = ΔU + W… 1.2
Suatu proses yang terjadi dalam sistem pada suhutetap. Besar usaha yang dilakukan sistem proses isotermal ini adalah Oleh karena ΔT = 0, menurut Teori Kinetik Gas, energi dalam sistem juga tidak berubah (ΔU = 0) karena perubahan energi dalam bergantung pada perubahan suhu.Ingatlah kembali persamaan energi dalam gas monoatomik yang dinyatakan dalam persamaan

HUKUM KE II TERMODINAMIKA
Hukum termodinamika II dalam pernyataan aliran kalor
"Kalor mengalir secara spontan dari suatu benda bersuhu tingg ke benda bersuhu rendah secara spontan dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya"

Hukum ke II Termodinamika dalam pernyataan tentang mesin kalor

"Tidak mungkin membuat suatu mesin kalor yang bekerja dalam satu siklus yang semata-mata menyerap kalor dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi usaha luar"

Hukum II Termodinamika dalam pernyataan entropi

"Total entropi semesta tidak berubah ketika proses reversible terjadi dan bertambah ketika proses ireversible terjadi"

  Entropi

Entropi (S) adalah ukuran keacakan atau selang ketidakteraturan dalam suatu sistem. Entropi sistem meningkat ketika suatu keadaan yang teratur, tersusun dan terencana menjadi lebih tidak teratur, tersebar dan tidak terencana. Semakin tidak teratur, semakin tinggi pula entropinya. Dalam istilah yang lebih sederhana, entropi suatu sistem adalah suatu sistem dari manifestasi ketidakberaturan. Dengan kata lain entropi adalah banyaknya kalor atau energi yang tidak dapat diubah menjadi usaha
Contoh:
Pecahan gelas dan percikan air memiliki tingkat entropi lebih tinggi dibandingkan dengan gelas yang menyatu dan terisi di atas meja. Contoh lain telur yang digoreng memiliki tingkat entropi yang tinggi.
Ketika suatu sistem menyerap sejumlah kalor Q dari reservoir  yang memiliki temperatur mutlak, entropi sistem tersebut akan meningkat dan entropi reservoirnya akan menurun sehingga perubahan entropi sistem dapat dinyatakan dengan persamaan
\bg_red \large \Delta S=\frac{\Delta Q}{T}
\large Q= jumlah \ kalor \ (joule)
\large T= suhu \ (kelvin)
\large \Delta S= perubahan \ entropi

Ciri proses reversible adalah perbuhan total entropi (ΔS = 0 )baik bagi sistem maupun lingkungan. Pada irreversible perubahan entropi ΔS > 0 . Proses irreversible selalu menaikan entropi semesta
\bg_red \large \Delta S_{sistem} + \Delta S_{lingkungan}= \Delta S_{seluruhnya}\geq 0

Contoh Soal


Gambar di samping menunjukkan bahwa 1.200 J kalor mengalir secara spontan dari reservoir panas bersuhu
600 K ke reservoir dingin bersuhu 300 K. Tentukanlah jumlah entropi dari sistem tersebut. Anggap tidak ada
perubahan lain yang terjadi.
Diketahui:
\large Q= 1200 joule
\large T_{1}= 600 K
\large T_{2}= 300 K
Perubahan pada reservoir panas (yang memberikan kalor diberi tanda "-")
\large \Delta S=\frac{\Delta Q}{T_{1}}
\large \Delta S=\frac{-1200}{600}= - 2 \ joule /K

Perubahan pada reservoir dingin (positif karena menerima kalor)
\large \Delta S=\frac{Q}{T_{2}}
\large \Delta S=\frac{1200}{300}
\large \Delta S=4 \ joule / K
Total perubahan entropi adalah jumlah aljabar   perubahan entropi  setiap reservoir

\large \Delta S_{system}=-2 + 4
\bg_red \large \Delta S_{system}=2 \ joule/K


Perubahan entropi reservoir adalah
\bg_red \small \Delta S_{reservoir}=\frac{Q}{T_{1}}
\small \Delta S_{reservoir}=\frac{-21000}{350}
\small \Delta S_{reservoir}= -60 \ joule /K
(tanda " - " menunjukkan kalor dilepas )
Perubahan entropi keseluruhan sistem adalah

\small {\color{Blue} \Delta S _{total}= \Delta S_{air}+\Delta S_{reservoir}}
\small \small {\color{Blue} \Delta S _{total}= 63 - 60}
\small \small {\color{Blue} \Delta S _{total}= 3 \ joule/K}

  • Digg
  • Del.icio.us
  • StumbleUpon
  • Reddit
  • RSS