Apa itu termodinamika?

20.11 |

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

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