√ Hukum Termodinamika 2 : Pengertian, Proses dan Contohnya

Oleh Diposting pada

Pengertian termodinamika

Termodinamika adalah cabang dari ilmu fisika yang mempelajari tentang proses perpindahan energi sebagai kalor dan usaha antara sistem dan lingkungan. Kalor didefinisikan sebagai perpindahan energi yang disebabkan oleh perbedaan suhu, sedangkan usaha merupakan perubahan energi melalui cara-cara mekanis yang tidak disebabkan oleh perubahan suhu.

Proses perpindahan energi pada termodinamika berdasarkan atas dua hukum, yaitu Hukum I Termodinamika yang merupakan pernyataan Hukum Kekekalan Energi, dan Hukum II Termodinamika yang memberikan batasan tentang arah perpindahan kalor yang dapat terjadi.

Dalam membahas termodinamika kita akan mengacu pada sistem tertentu. Sistem adalah benda atau sekumpulan benda yang akan diteliti, sedangkan lingkungan adalah semua yang ada di sekitar benda. Sistem dibedakan menjadi beberapa macam.

Sistem terbuka adalah sistem dimana antara sistem dan lingkungan memungkinkan terjadinya pertukaran materi dan energi. Apabila hanya terjadi pertukaran energi tanpa pertukaran materi, sistem disebut sistem tertutup. Adapun sistem terisolasi adalah jika antara sistem dan lingkungan tidak terjadi pertukaran materi dan energi.

Usaha dan Proses dalam Termodinamika

  • Usaha Sistem pada Lingkungan

Usaha yang dilakukan sistem pada lingkungannya merupakan ukuran energi yang dipindahkan dari sistem ke lingkungan. Gambar 9.1 menunjukkan suatu gas di dalam silinder tertutup dengan piston (penghisap) yang dapat bergerak bebas tanpa gesekan. Pada saat gas memuai,

Untuk gas yang mengalami perubahan volume dengan tekanan tidak konstan, maka usaha yang dilakukan sistem terhadap lingkungan dirumuskan:

Usaha pada Beberapa Proses Termodinamika

Dalam termodinamika terdapat berbagai proses perubahan keadaan sistem, yaitu proses isotermal, isobarik, isokhorik, dan adiabatik.

  • Proses Isotermal

Proses isotermal adalah proses perubahan keadaan sistem pada suhu konstan. Usaha yang dilakukan sistem adalah:

  • Proses Isobarik

Proses isobarik adalah proses perubahan keadaan sistem pada tekanan konstan. Usaha yang dilakukan oleh sistem adalah:

  • Proses Isokhorik

Proses isokhorik adalah proses perubahan keadaan sistem pada volume konstan. Pada proses isokhorik gas tidak mengalami perubahan volume, sehingga usaha yang dilakukan sistem sama dengan nol.

  • proses adiabatic

Proses adiabatik adalah proses perubahan keadaan sistem tanpa adanya pertukaran kalor antara sistem dengan lingkungan. Proses adiabatik terjadi jika sistem terisolasi dengan baik atau proses terjadi dengan sangat cepat sehingga kalor yang mengalir dengan lambat tidak memiliki waktu untuk mengalir masuk atau keluar sistem. Hubungan antara tekanan dan volume pada proses adiabatik dinyatakan dalam rumus Poisson berikut:

Grafik pada proses adiabatik mengalami penurunan agak curam dibandingkan grafik isotermal, seperti ditunjukkan oleh Gambar 9.6.

Hokum termodinamika 1

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 kerja (usaha). Hukum I Termodinamika menyatakan bahwa untuk setiap proses, apabila kalor ditambahkan ke dalam sistem dan sistem melakukan usaha, maka akan terjadi perubahan energi. Jadi, dapat dikatakan bahwa Hukum I Termodinamika menyatakan adanya konsep kekekalan energi.

Energi dalam sistem merupakan jumlah total semua energi molekul pada sistem. Apabila usaha dilakukan pada sistem atau sistem memperoleh kalor dari lingkungan, maka energi dalam pada sistem akan naik.

Sebaliknya, energi dalam akan berkurang apabila sistem melakukan usaha pada lingkungan atau sistem memberi kalor pada lingkungan. Dengan demikian, perubahan energi dalam pada sistem yang tertutup merupakan selisih kalor yang diterima dengan usaha yang dilakukan oleh sistem.

Usaha W positif jika sistem melakukan usaha dan negatif jika usaha dilakukan pada sistem. Kalor Q positif jika sistem menerima kalor dan negatif jika sistem melepas kalor. Persamaan (9.9) dikenal dengan Hukum I Termodinamika.

Penerapan hokum 1 termodinamika

Pada bagian ini kita akan menggunakan Hukum I Termodinamika pada beberapa proses termodinamika, yaitu proses isobarik, isokhorik, isotermal, dan adiabatik. Konsep tentang energi dalam untuk gas monoatomik sesuai dengan teorema ekipartisi energi yang telah dibahas pada bab sebelumnya.

Hokum II termodinamika

Hukum Kekekalan Energi yang dinyatakan dalam Hukum I Termodinamika menyatakan bahwa energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain. Misalnya, perubahan usaha (energi potensial) menjadi energi kalor atau sebaliknya. Akan tetapi, tidak semua perubahan energi yang terjadi di alam ini prosesnya dapat dibalik seperti pada Hukum I Termodinamika.

Contoh, sebuah benda yang jatuh dari ketinggian h sehingga menumbuk lantai. Pada peristiwa ini terjadi perubahan energi kinetik menjadi energi kalor (panas) dan sebagian kecil menjadi energi bunyi. Mungkinkah energi-energi kalor dapat berubah menjadi energi kinetik dan menggerakkan benda setinggi h? Jelas bahwa hal ini akan terjadi, meskipun benda kita panaskan terus-menerus.

Hukum II Termodinamika memberikan batasan-batasan terhadap perubahan energi yang mungkin terjadi dengan beberapa perumusan.

  1. Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam satu siklus, menerima kalor dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi energi atau usaha luas (Kelvin Planck).

2 .           Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam suatu siklus mengambil kalor dari sebuah reservoir rendah dan memberikan pada reservoir bersuhu tinggi tanpa memerlukan usaha dari luar (Clausius).

  1. Pada proses reversibel, total entropi semesta tidak berubah dan akan bertambah ketika terjadi proses irreversibel (Clausius).

Untuk menjelaskan tidak adanya reversibilitas para ilmuwan merumuskan prinsip baru, yaitu Hukum

Termodinamika, dengan pernyataan: “kalor mengalir secara alami dari benda yang panas ke benda yang dingin, kalor tidak akan mengalir secara spontan dari benda dingin ke benda panas”.

Pengertian entropi

Termodinamika menyatakan bahwa proses alami cenderung bergerak menuju ke keadaan ketidakteraturan yang lebih besar. Ukuran ketidakteraturan ini dikenal dengan sistem entropi. Entropi merupakan besaran termodinamika yang menyerupai perubahan setiap keadaan, dari keadaan awal hingga keadaan akhir sistem.

Semakin tinggi entropi suatu sistem menunjukkan sistem semakin tidak teratur. Entropi sama seperti halnya tekanan dan temperatur, yang merupakan salah satu sifat dari sifat fisis yang dapat diukur dari sebuah sistem. Apabila sejumlah kalor Q diberikan pada suatu sistem dengan proses reversibel pada suhu konstan, maka besarnya perubahan entropi sistem adalah:

Mesin pendingin

Mesin pendingin merupakan peralatan yang prinsip kerjanya berkebalikan dengan mesin kalor. Pada mesin pendingin terjadi aliran kalor dari reservoir bersuhu rendah ke reservoir bersuhu tinggi dengan melakukan usaha pada sistem. Contohnya, pada lemari es (kulkas) dan pendingin ruangan (AC). Bagan mesin pendingin dapat dilihat pada Gambar 9.13.

Ukuran kinerja mesin pendingin yang dinyatakan dengan koefisien daya guna merupakan hasil bagi kalor yang dipindahkan dari reservoir bersuhu rendah Q2 terhadap usaha yang dibutuhkan W.

Demikianlah artikel dari dosenmipa.com mengenai Hukun Termodinamika, semoga artikel ini bermanfaat bagi anda semuanya.

Posting terkait: