MAKALAH
“BENTUK
ENERGI dan
HUKUM TERMODINAMIKA”
MAKALAH
“BENTUK
ENERGI dan
HUKUM TERMODINAMIKA”
NAMA : SUSI MELINDAH
NIM :201310410311052
KELAS :FARMASI B
UNIVERSITAS
MUHAMMADIYAH MALANG
JL.BENDUNGAN
SUTAMI 108
MALANG
KATA
PENGANTAR
Puji dan syukur saya panjatkan
kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat dan hidayah-Nya sehingga saya
dapat menyelesaikan penyusunan makalah ini.
Saya telah menyusun makalah ini
dengan sebaik-baiknya dan semaksimal mungkin. Namun tentunya sebagai manusia
biasa tidak akan luput dari kesalahan dan kekurangan. Harapan saya, semoga bisa
menjadi koreksi di masa mendatang agar lebih baik dari sebelumnya. Tak lupa
saya ucapkan terimakasih kepada teman-teman sehingga dapat menyusun dan
menyelesaikan makalah ini tepat pada waktunya dan insyaAllah sesuai dengan yang
diharapkan. Pada dasarnya makalah ini saya sajikan untuk membahas tentang “TERMODINAMIKA”. Untuk lebih jelas simak
pembahasan dalam makalah ini. Mudah-mudahan makalah ini bisa memberikan
pengetahuan yang mendalam tentang termodinamika kepada kita semua.
Makalah ini masih banyak memiliki
kekurangan. Tak ada gading yang tak retak. Oleh karena itu, saya mengharapkan
kritik dan saran dari teman-teman untuk memperbaiki makalah saya selanjutnya.
Sebelum dan sesudahnya saya ucapkan terimakasih.
Malang, 10 Oktober 2013
Penyusun
DAFTAR
ISI
HALAMAN JUDUL
KATA PENGANTAR …………………………………………………… 2
DAFTAR ISI …………………………………………………… 3
BAB I PENDAHULUAN ………………………………………………….... 4
1.1
Latar Belakang ………….………………………………………...
4
1.2
Rumusan
Masalah …………………………………………………...
4
1.3
Tujuan …………………………………………………...
4
1.4
Manfaat …………………………………………………...
4
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Termodinamika …………………………………………………... 5
2.2
Bentuk-Bentuk
Energi …………………………………………………...
6
2.3
Sistem,
Proses & Siklus Termo ………………………………………………….. 7
2.4
Hukum Termodinamika ………………………………………………….. 8
2.4.1 Termodinamika I ………………………………………………….. 9
2.4.2 Termodinamika II …………………………………………………... 12
2.4.3 Termodinamika III …………………………………………………... 14
BAB III PENUTUP
Kesimpulan ………………………………………………….. 16
Saran ………………………………………………….. 16
DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………...... 17
BAB
I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Thermodinamika
memainkan peran penting dalam analisis sistem dan piranti yang ada didalamnya
terjadi perpindahan formasi energi. Implikasi thermodinamika bercakupan jauh,
dan penerapannya membentang ke seluruh kegiatan manusia. Bersamaan dengan
sejarah teknologi kita, perkembangan sains telah memperkaya kemampuan kita
untuk memanfaatkan energi dan menggunakan energi tersebut untuk kebutuhan
masyarakat. Kebanyakan kegiatan kita melibatkan perpindahan energi dan
perubahan energi.
Thermodinamika
merupakan ilmu tentang energi, yang secara spesific membahas tentang hubungan
antara energi panas dengan kerja. Seperti telah diketahui bahwa energi didalam
alam dapat terwujud dalam berbagai bentuk, selain energi panas dan kerja, yaitu
energi kimia, energi listrik, energi nuklir, energi gelombang elektromagnit,
energi akibat gaya magnit, dan lain-lain . Energi dapat berubah dari satu
bentuk ke bentuk lain, baik secara alami maupun hasil rekayasa tehnologi.
Selain itu energi di alam semesta bersifat kekal, tidak dapat dibangkitkan atau
dihilangkan, yang terjadi adalah perubahan energi dari satu bentuk menjadi
bentuk lain tanpa ada pengurangan atau penambahan. Prinsip ini disebut sebagai
prinsip konservasi atau kekekalan energi.
1.2 Rumusan Masalah
Adapun
masalah yang akan dibahas pada makalah ini yaitu:
·
Apa pengertian dari hukum-hukum
Termodinamika?
1.3 Tujuan
Adapun
tujuan penulisan Makalah ini yaitu:
·
Dapat memahami bentuk-bentuk energi thermodinamika
·
Dapat mengetahui hukum-hukum dari
Thermodinamika
1.4 Manfaat
Makalah
ini dapat memberikan beberapa manfaat, diantarnya dapat menambah wawasan dan pengetahuan bagi pembaca.
BAB
II
PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Dasar Thermodinamika
Thermodinamika
adalah ilmu tentang energi, yang secara spesific membahas
tentang
hubungan antara energi panas dengan kerja. Seperti telah diketahui bahwa energi
didalam alam dapat terwujud dalam berbagai bentuk, selain energi panas dan kerja,
yaitu energi kimia, energi listrik, energi nuklir, energi gelombang elektromagnit,
energi akibat gaya magnit, dan lain-lain . Energi dapat berubah dari satu
bentuk ke bentuk lain, baik secara alami maupun hasil rekayasa tehnologi.
Selain itu energi di alam semesta bersifat kekal, tidak dapat dibangkitkan atau
dihilangkan, yang terjadi adalah perubahan energi dari satu bentuk menjadi
bentuk lain tanpa ada pengurangan atau penambahan. Prinsip ini disebut sebagai
prinsip konservasi atau kekekalan energi.
Prinsip
thermodinamika tersebut sebenarnya telah terjadi secara alami dalam kehidupan
sehari-hari. Bumi setiap hari menerima energi gelombang elektromagnetik dari
matahari, dan di bumi energi tersebut berubah menjadi energi panas, energi
angin, gelombang laut, proses pertumbuhan berbagai tumbuh-tumbuhan dan banyak
proses alam lainnya. Proses didalam diri manusia juga merupakan proses konversi
energi yang kompleks, dari input energi kimia dalam makanan menjadi energi
gerak berupa segala kegiatan fisik manusia, dan energi yang sangat bernilai yaitu
energi pikiran kita. Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, maka
prinsip alamiah dalam berbagai proses thermodinamika direkayasa menjadi berbagai
bentuk mekanisme untuk membantu manusia dalam menjalankan kegiatannya.
Mesin-mesin transportasi darat, laut, maupun udara merupakan contoh yang sangat
kita kenal dari mesin konversi energi, yang merubah energi kimia dalam bahan
bakar atau sumber. energi lain menjadi energi mekanis dalam bentuk gerak atau
perpindahan diatas permukaan bumi, bahkan sampai di luar angkasa.
Pabrik-pabrik
dapat memproduksi berbagai jenis barang, digerakkan oleh mesin pembangkit
energi listrik yang menggunakan prinsip konversi energi panas dan kerja. Untuk
kenyamanan hidup, kita memanfaatkan mesin air conditioning, mesin
pemanas, dan refrigerators yang menggunakan prinsip dasar thermodinamila.
Aplikasi thermodinamika yang begitu luas dimungkinkan karena perkembangan ilmu
thermodinamika sejak abad 17 yang dipelopori dengan penemuan mesin uap di
Inggris, dan diikuti oleh para ilmuwan thermodinamika seperti Willian Rankine,
Rudolph Clausius, dan Lord Kelvin pada abad ke 19. Pengembangan ilmu
thermodinamika dimulai dengan pendekatan makroskopik, yaitu sifat thermodinamis
didekati dari perilaku umum partikel-partikel zat yang menjadi media pembawa
energi, yang disebut pendekatan thermodinamika klasik.
Pendekatan
tentang sifat thermodinamis suatu zat berdasarkan perilaku kumpulan
partikel-partikel disebut pendekatan mikroskopis yang merupakan perkembangan
ilmu thermodinamika modern, atau disebut thermodinamika statistik. Pendekatan
thermodinamika statistik dimungkinkan karena perkembangan teknologi komputer,
yang sangat membantu dalam menganalisis data dalam jumlah yang sangat besar.
2.2
Bentuk-Bentuk Energi
Total
energi (E) suatu sistem merupakan jumlah dari energi thermal, mekanis, kinetis,
potensial, elektrik, magnetik, kimia dan nuklir.
Di
dalam thermodinamika yang dipelajari adalah besarnya perubahan dari satu bentuk
energi ke bentuk lainnya, bukan menghitung jumlah anergi dari suatu sistem.
Bentuk energi dibagi menjadi dua
kelompok:
1. Energi Makroskopik: Berhubungan
dengan gerak dan pengaruh luar seperti gravitasi, magnetik, elektrik dan
tegangan permukaan.
Energi
Makroskopik terdiri dari:
·
Energi
Kinetik ( KE ): Energi yang disebabkan oleh gerakan
relatif terhadap suatu referensi. Adapun besarnya dalam berntuk energi
per-satuan masa dengan: * m= satuan masa media
pembawa energi
* v= satuan kecepatan gerakan masa
·
Energi
Potensial
( PE ): Energi yang disebabkan oleh elevasinya dalam medan gravitasi,
besarnya adalah:
|
PE=
m.g.z
|
2. Energi Mikroskopik: Berhubungan dengan
struktur molekul dan derajat aktivitas molekul. Jumlah total energi mikroskopik
disebut energi dalam (internal energy) , dengan simbol U.
Energi
Mikroskopik terdiri dari:
·
Energi
Sensibel : Berhubungan dengan
energi kinetik dan gerakan (translasi, rotasi, vibrasi) molekul sistem.
·
Energi
Latent : Berhubungan
dengan fasa dari sistem, mencair,
menguap dll.
·
Energi
Kimia : Berhubungan dengan
ikatan atm-atom dalam sistem.
Dengan
demikian energi total suatu sistem hanya dipengaruhi oleh energi kinetik,energi
potensial
dan energi dalam.
2.3
SISTEM, PROSES DAN SIKLUS TERMODINAMIKA
Suatu sistem
thermodinamika adalah sustu masa atau daerah yang dipilih, untuk dijadikan
obyek analisis. Daerah sekitar sistem tersebut disebut sebagai lingkungan.
Batas antara sistem dengan lingkungannya disebut batas sistem (boundary), dalam
aplikasinya batas sistem merupakan bagian dari sistem maupun lingkungannya, dan
dapat
tetap atau dapat berubah posisi atau bergerak.
Dalam thermodinamika
ada dua jenis sistem, yaitu sistem tertutup
dan
sistem terbuka. Dalam sistem tertutup masa dari sistem yang dianalisis
tetap
dan tidak ada masa keluar dari sistem atau masuk kedalam sistem,
tetapi
volumenya bisa berubah. Yang dapat-keluar masuk sistem tertutup
adalah
energi dalam bentuk panas atau kerja. Contoh sistem tertutup
adalah suatu balon udara yang
dipanaskan, dimana masa udara didalam balon tetap, tetapi volumenya berubah,
dan energi panas masuk kedalam masa udara didalam balon. Dalam sistem terbuka,
energi dan masa dapat keluar sistem atau masuk kedalam sistem melewati batas
sistem. Sebagian besar mesin-mesin konversi energi adalah sistem terbuka.
Sistem mesin motor bakar adalah ruang didalam silinder mesin, dimana campuran
bahan bahan bakar dan udara masuk kedalam silinder, dan gas buang keluar
sistem. melalui knalpot.
Turbin gas, turbin uap, pesawat jet dan
lain-lain adalah merupakan sistem thermodinamika terbuka, karena secara
simultan ada energi dan masa keluar-masuk sistem tersebut. Karakteristik yang
menentukan sifat dari sistem disebut property dari sistem, seperti
tekanan P, temperatur T, volume V, masa m, viskositas, konduksi panas, dan
lain-lain. Selain itu ada juga property yang disefinisikan dari property
yang lainnya seperti, berat jenis, volume spesifik, panas jenis, dan
lain-lain. Suatu sistem dapat berada pada suatu kondisi yang tidak berubah,
apabila masing-masing jenis property sistem tersebut dapat diukur pada
semua bagiannya dan tidak berbeda nilainya. Kondisi tersebut disebut sebagai
keadaan (state) tertentu dari sistem, dimana sistem mempunyai nilai property
yang tetap. Apabila property nya berubah, maka keadaan sistem
tersebut disebut mengalami perubahan keadaan. Suatu sistem yang tidak mengalami
perubahan keadaan disebut sistem dalam keadaan seimbnag (equilibrium). Perubahan
sistem thermodinamika dari keadaan seimbang satu menjadi keadaan seimbang lain
disebut proses, dan rangkaian keadaan diantara keadaan awal dan akhir disebut
lintasan proses. Suatu sistem disebut menjalani suatu siklus, apabila sistem
tersebut menjalani rangkaian beberapa proses, dengan keadaan akhir sistem kembali
ke keadaan awalnya.
2.4 HUKUM-HUKUM TERMODINAMIKA
Energi Dalam
Suatu gas
yang berada dalam suhu tertentu dikatakan memiliki energi dalam. Energi dalam
gas berkaitan dengan suhu gas tersebut dan merupakan sifat mikroskopik gas
tersebut. Meskipun gas tidak melakukan atau menerima usaha, gas tersebut dapat
memiliki energi yang tidak tampak tetapi terkandung dalam gas tersebut yang
hanya dapat ditinjau secara mikroskopik.
Berdasarkan
teori kinetik gas, gas terdiri atas partikel-partikel yang berada dalam keadaan
gerak yang acak. Gerakan partikel ini disebabkan energi kinetik rata-rata dari
seluruh partikel yang bergerak. Energi kinetik ini berkaitan dengan suhu mutlak
gas. Jadi, energi dalam dapat ditinjau sebagai jumlah keseluruhan energi
kinetik dan potensial yang terkandung dan dimiliki oleh partikel-partikel di
dalam gas tersebut dalam skala mikroskopik. Dan, energi dalam gas sebanding dengan
suhu mutlak gas. Oleh karena itu, perubahan suhu gas akan menyebabkan perubahan energi dalam gas.
Dimana ∆U
adalah perubahan energi dalam gas, n adalah jumlah mol gas, R
adalah konstanta umum gas (R = 8,31 J mol−1 K−1,
dan ∆T adalah perubahan suhu gas (dalam kelvin).
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.
2.4.1 TERMODINAMIKA I
Jika kalor diberikan
kepada sistem, volume dan suhu sistem akan bertambah (sistem akan terlihat
mengembang dan bertambah panas). Sebaliknya, jika kalor diambil dari sistem,
volume dan suhu sistem akan berkurang (sistem tampak mengerut dan terasa lebih
dingin). Prinsip ini merupakan hukum alam yang penting dan salah satu bentuk
dari hukum kekekalan energi. Sistem yang mengalami perubahan volume akan
melakukan usaha dan sistem yang mengalami perubahan suhu akan mengalami
perubahan energi dalam. Jadi, kalor yang diberikan kepada sistem akan
menyebabkan sistem melakukan usaha dan mengalami perubahan energi dalam.
Prinsip ini dikenal sebagai hukum kekekalan energi dalam termodinamika atau
disebut hukum I termodinamika. Secara matematis, hukum I termodinamika
dituliskan sebagai :
Q = W
+ ∆U
Dimana Q
adalah kalor, W adalah usaha, dan ∆U adalah perubahan energi
dalam. Secara sederhana, hukum I termodinamika dapat dinyatakan sebagai
berikut.
Jika suatu
benda (misalnya krupuk) dipanaskan (atau digoreng) yang berarti diberi kalor Q,
benda (krupuk) akan mengembang atau bertambah volumenya yang berarti melakukan
usaha W dan benda (krupuk) akan bertambah panas (coba aja dipegang, pasti panas
deh!) yang
berarti mengalami perubahan energi dalam ∆U.
·
Proses Isotermik
Suatu sistem
dapat mengalami proses termodinamika dimana terjadi perubahan-perubahan di
dalam sistem tersebut. Jika proses yang terjadi berlangsung dalam suhu konstan,
proses ini dinamakan proses isotermik. Karena berlangsung dalam suhu konstan,
tidak terjadi perubahan energi dalam (∆U = 0) dan berdasarkan hukum I
termodinamika kalor yang diberikan sama dengan usaha yang dilakukan sistem
(Q
= W).
Proses
isotermik dapat digambarkan dalam grafik p – V di bawah ini.
Usaha yang dilakukan sistem dan kalor dapat dinyatakan sebagaiDimana V2
dan V1 adalah volume akhir dan awal gas.
·
Proses Isokhorik
Jika gas
melakukan proses termodinamika dalam volume yang konstan, gas dikatakan
melakukan proses isokhorik. Karena gas berada dalam volume konstan (∆V = 0),
gas tidak melakukan usaha (W = 0) dan kalor yang diberikan sama dengan
perubahan energi dalamnya. Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas
pada volume konstan QV.
QV = ∆U
·
Proses Isobarik
Jika gas
melakukan proses termodinamika dengan menjaga tekanan tetap konstan, gas dikatakan
melakukan proses isobarik. Karena gas berada dalam tekanan konstan, gas
melakukan usaha (W = p∆V). Kalor di sini dapat dinyatakan
sebagai kalor gas pada tekanan konstan Qp. Sebelumnya telah
dituliskan bahwa perubahan energi dalam sama dengan kalor yang diserap gas pada
volume konstan
QV =∆U
Dari sini usaha gas dapat dinyatakan
sebagai
W = Qp − QV
Jadi, usaha
yang dilakukan oleh gas (W) dapat dinyatakan sebagai selisih energi
(kalor) yang diserap gas pada tekanan konstan (Qp) dengan
energi (kalor) yang diserap gas pada volume konstan (QV).
·
Proses Adiabatik
Dalam proses
adiabatik tidak ada kalor yang masuk (diserap) ataupun keluar (dilepaskan) oleh
sistem (Q = 0). Dengan demikian, usaha yang dilakukan gas sama dengan
perubahan energi dalamnya (W = ∆U).
Jika suatu
sistem berisi gas yang mula-mula mempunyai tekanan dan volume masing-masing p1
dan V1 mengalami proses adiabatik sehingga tekanan dan volume
gas berubah menjadi p2 dan V2, usaha yang
dilakukan gas dapat dinyatakan sebagai
Dimana γ adalah konstanta yang
diperoleh perbandingan kapasitas kalor molar gas pada tekanan dan volume
konstan dan mempunyai nilai yang lebih besar dari 1 (γ > 1). Proses
adiabatik dapat digambarkan dalam grafik p – V dengan bentuk
kurva yang mirip dengan grafik p – V pada proses isotermik namun
dengan kelengkungan yang lebih curam.
Hukum pertama termodinamika adalah suatu pernyataan mengenai hukum
universal dari kekekalan energi dan mengidentifikasikan perpindahan panas
sebagai suatu bentuk perpindahan energi. Pernyataan paling umum dari hukum
pertama termodinamika ini berbunyi:
“ Kenaikan energi internal dari suatu sistem termodinamika sebanding dengan
jumlah energi panas yang ditambahkan ke dalam sistem dikurangi dengan kerja
yang dilakukan oleh sistem terhadap lingkungannya. ”
Pondasi hukum ini pertama kali diletakkan oleh James Prescott Joule yang
melalui eksperimen-eksperimennya berhasil menyimpulkan bahwa panas dan kerja
saling dapat dikonversikan. Pernyataan eksplisit pertama diberikan oleh Rudolf
Clausius pada 1850: "Terdapat suatu fungsi keadaan E, yang disebut
'energi', yang diferensialnya sama dengan jumlah kerja yang dipertukarkan
dengan lingkungannya pada suatu proses adiabatik."
2.4.2
TERMODINAMIKA II
Hukum kedua termodinamika berkaitan
dengan apakah proses-proses yang dianggap taat azas dengan hukum pertama,
terjadi atau tidak terjadi di alam. Hukum kedua termodinamika seperti yang
diungkapkan oleh Clausius mengatakan, “Untuk suatu mesin siklis maka tidak
mungkin untuk menghasilkan efek lain, selain dari menyampaikan kalor secara
kontinu dari sebuah benda ke benda lain pada temperatur yang lebih
tinggi".
Bila ditinjau siklus Carnot, yakni siklus hipotesis yang terdiri
dari empat proses terbalikkan: pemuaian isotermal dengan penambahan kalor,
pemuaian adiabatik, pemampatan isotermal dengan pelepasan kalor dan pemampatan
adiabatik; jika integral sebuah kuantitas mengitari setiap lintasan tertutup
adalah nol, maka kuantitas tersebut yakni variabel keadaan, mempunyai
sebuah nilai yang hanya merupakan ciri dari keadaan sistem tersebut, tak peduli
bagaimana keadaan tersebut dicapai. Variabel keadaan dalam hal ini adalah entropi.
Perubahan entropi hanya gayut keadaan awal dan keadaan akhir dan tak gayut
proses yang menghubungkan keadaan awal dan keadaan akhir sistem tersebut.
Hukum kedua termodinamika dalam konsep entropi mengatakan, "Sebuah
proses alami yang bermula di dalam satu keadaan kesetimbangan dan berakhir di
dalam satu keadaan kesetimbangan lain akan bergerak di dalam arah yang
menyebabkan entropi dari sistem dan lingkungannya semakin besar".
Jika entropi diasosiasikan dengan kekacauan maka pernyataan hukum
kedua termodinamika di dalam proses-proses alami cenderung bertambah ekivalen
dengan menyatakan, kekacauan dari sistem dan lingkungan cenderung semakin
besar.
Di dalam ekspansi bebas, molekul-molekul gas yang menempati keseluruhan ruang
kotak adalah lebih kacau dibandingkan bila molekul-molekul gas tersebut
menempati setengah ruang kotak. Jika dua benda yang memiliki temperatur berbeda
T1 dan T2 berinteraksi, sehingga mencapai temperatur yang
serba sama T, maka dapat dikatakan bahwa sistem tersebut menjadi lebih kacau,
dalam arti, pernyataan "semua molekul dalam sistem tersebut bersesuaian
dengan temperatur T adalah lebih lemah bila dibandingkan dengan pernyataan
semua molekul di dalam benda A bersesuaian dengan temperatur T1 dan
benda B bersesuaian dengan temperatur T2".
Di dalam
mekanika statistik, hubungan antara entropi dan parameter kekacauan adalah, pers. (1): S = k log w
dimana k
adalah konstanta Boltzmann, S adalah entropi sistem, w adalah
parameter kekacauan, yakni kemungkinan beradanya sistem tersebut relatif
terhadap semua keadaan yang mungkin ditempati.
Jika ditinjau perubahan entropi suatu gas ideal di dalam ekspansi
isotermal, dimana banyaknya molekul dan temperatur tak berubah sedangkan
volumenya semakin besar, maka kemungkinan sebuah molekul dapat ditemukan dalam
suatu daerah bervolume V adalah sebanding dengan V; yakni semakin besar V maka
semakin besar pula peluang untuk menemukan molekul tersebut di dalam V.
Kemungkinan untuk menemukan sebuah molekul tunggal di dalam V adalah, pers.
(2):
W1
= c V
dimana c adalah konstanta. Kemungkinan menemukan N molekul
secara serempak di dalam volume V adalah hasil kali lipat N dari w.
Yakni, kemungkinan dari sebuah keadaan yang terdiri dari N molekul
berada di dalam volume V adalah, pers.(3):
w = w1N
= (cV)N.
Jika persamaan (3) disubstitusikan ke (1), maka
perbedaan entropi gas ideal dalam proses ekspansi isotermal dimana temperatur
dan banyaknya molekul tak berubah, adalah bernilai positip. Ini berarti entropi
gas ideal dalam proses ekspansi isotermal tersebut bertambah besar.
Definisi statistik mengenai entropi, yakni persamaan (1), menghubungkan
gambaran termodinamika dan gambaran mekanika statistik yang memungkinkan untuk
meletakkan hukum kedua termodinamika pada landasan statistik. Arah dimana
proses alami akan terjadi menuju entropi yang lebih tinggi ditentukan oleh
hukum kemungkinan, yakni menuju sebuah keadaan yang lebih mungkin. Dalam
hal ini, keadaan kesetimbangan adalah keadaan dimana entropi maksimum secara
termodinamika dan keadaan yang paling mungkin secara statistik. Akan tetapi
fluktuasi, misal gerak Brown, dapat terjadi di sekitar distribusi
kesetimbangan.
Dari sudut pandang ini, tidaklah mutlak bahwa entropi akan semakin besar di
dalam tiap-tiap proses spontan. Entropi kadang-kadang dapat berkurang. Jika
cukup lama ditunggu, keadaan yang paling tidak mungkin sekali pun dapat
terjadi: air di dalam kolam tiba-tiba membeku pada suatu hari musim panas yang
panas atau suatu vakum setempat terjadi secara tiba-tiba dalam suatu ruangan.
2.4.3 TERMODINAMIKA III
Efek
magnetokalorik di pakai untuk menurunkan temperatur senyawa paramagnetikhingga
sekitar 0.001 K. Secara prinsip, temperatur yang lebih rendah lagi dapat
dicapai dengan menerapkan efek magnetokalorik berulang-ulang. Jadi setelah
penaikan medan magnetik semula secara isoterm, penurunan medan magnetik secara
adiabat dapat dipakai untuk menyiapkan sejumlah besar bahan pada temperatur
Tᶠ¹, yang dapat dipakai sebagai tandon kalor untuk menaikan tandon kalor secara
isoterm ynag berikutnya dari sejumlah bahan yang lebih sedikit dari bahan
semula. Penurunan medan magnetik secara adiabat yang kedua dapat menghasilkan
temperatur yang lebih rendah lagi, Tᶠ², dan seterusnya. Maka akan timbul
pertanyaan apakah efek magnetokalorik dapat dipakai untuk mendinginkan zat
hingga mencapai nol mutlak.
Pecobaan
menunjukan bahwa sifat dasar semua proses pendinginan adalah bahwa semakin
rendah temperatur yang dicapai, semakin sulit menurunkannya.hal yang sama
berlaku juga untuk efek magnetokalorik.dengan persyaratan demikian, penurunan
medan secara adiabat yang tak trhingga banyaknya diperlukan untuk mencapai
temperatur nol mutlak. Perampatan dari pengalaman dapat dinyatakan sebagai
berikut :
Temperatur
nol mutlak tidak dapat dicapai dengan sederetan prosesyang banyaknya
terhingga.Ini dikenal sebagi ketercapaian temperatur nol mutlak atau
ketaktercapaian hukum ketiga termodinamika. Pernyataan lain dari hukum ketiga
termodinamika adalahhasil percobaan yang menuju ke perhitungan bahwa bagaimana
ΔST berlaku ketika T mendekati nol. ΔST ialah perubahan entropi sistem
terkondensasi ketika berlangsung proses isoterm terbuktikan. Percobaansangat
memperkuat bahwa ketika T menurun, ΔST berkurang jika sistem itu zat cair atau
zat padat. Jadi prinsip berikut dapat di terima:
Perubahan
entropi yang berkaitan dengan proses-terbalikan-isotermis-suatu
sistem-terkondensasi mendekati nol ketika temperaturnya mendekati nol.
Pernyataan tersebut merupakan hukum ketiga termodinamika menurut Nernst-Simon.
Nernst menyatakan bahwa perubahan entropi yang menyertai tiap proses
reversibel, isotermik dari suatu sistem terkondensasi mendekati nol. Perubahan
yang dinyatakan di atas dapat berupa reaksi kimia, perubahan status fisik, atau
secara umum tiap perubahan yang dalam prinsip dapat dilakukan secara
reversibel.
Hal ini
dikenal sebagai hukun Nernst, yang secara matematika dinyatakan sebagai :
Pada Kemudian, Pada tahun 1911,
Planck membuat suatu hipotesis 0, bukan
hanya beda entropi yg = 0, tetapi entropi setiap zatàsuhu T padat atau cair dalam keseimbangan dakhir
pada suhu nol. Dapat ditunjukkan secara eksperimen, bahwa bila suhunya
mendekati St menurun.D0 K,
perubahan entropi transisi. Persamaan diatas dikenal sebagai 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.
StD Hukum ketiga termodinamika
menyatakan bahwa perubahan entropi yang
berkaitan dengan perubahan kimia atau perubahan fisika bahan murni pada T = 0 K
bernilai nol.
Secara
intuitif hukum ketiga dapat dipahami dari fakta bahwa pergerakan ionik atau
molekular maupun atomik yang menentukan derajat ketidakteraturan dan dengan
demikian juga besarnya entropi, sama sekali berhenti pada 0 K. Dengan mengingat
hal ini, tidak akan ada perubahan derajat ketidakteraturan dalam perubahan
fisika atau kimia dan oleh karena itu tidak akan ada perubahan entropi.
BAB III
PENUTUP
A. KESIMPULAN
ü BENTUK-BENTUK ENERGI
Total
energi (E) suatu sistem merupakan jumlah dari energi thermal,
mekanis, kinetis, potensial, elektrik,
magnetik, kimia dan nuklir.
ü SISTEM, PROSES DAN SIKLUS
TERMODINAMIKA
Dalam thermodinamika ada dua jenis sistem, yaitu sistem tertutup
dan sistem terbuka. Dalam sistem
tertutup masa dari sistem yang dianalisis tetap dan tidak ada masa keluar dari
sistem atau masuk kedalam sistem, tetapi volumenya bisa berubah. Yang
dapat-keluar masuk sistem tertutup adalah energi dalam bentuk panas atau kerja.
ü HUKUM TERMODINAMIKA I,II,III
ü 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.
ü 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.
ü 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.
B.
SARAN
Ø Agar dapat
menambah wawasan dan pengetahuan pembaca
DAFTAR
PUSTAKA
NAMA : SUSI MELINDAH
NIM :201310410311052
KELAS :FARMASI B
UNIVERSITAS
MUHAMMADIYAH MALANG
JL.BENDUNGAN
SUTAMI 108
MALANG
KATA
PENGANTAR
Puji dan syukur saya panjatkan
kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat dan hidayah-Nya sehingga saya
dapat menyelesaikan penyusunan makalah ini.
Saya telah menyusun makalah ini
dengan sebaik-baiknya dan semaksimal mungkin. Namun tentunya sebagai manusia
biasa tidak akan luput dari kesalahan dan kekurangan. Harapan saya, semoga bisa
menjadi koreksi di masa mendatang agar lebih baik dari sebelumnya. Tak lupa
saya ucapkan terimakasih kepada teman-teman sehingga dapat menyusun dan
menyelesaikan makalah ini tepat pada waktunya dan insyaAllah sesuai dengan yang
diharapkan. Pada dasarnya makalah ini saya sajikan untuk membahas tentang “TERMODINAMIKA”. Untuk lebih jelas simak
pembahasan dalam makalah ini. Mudah-mudahan makalah ini bisa memberikan
pengetahuan yang mendalam tentang termodinamika kepada kita semua.
Makalah ini masih banyak memiliki
kekurangan. Tak ada gading yang tak retak. Oleh karena itu, saya mengharapkan
kritik dan saran dari teman-teman untuk memperbaiki makalah saya selanjutnya.
Sebelum dan sesudahnya saya ucapkan terimakasih.
Malang, 10 Oktober 2013
Penyusun
DAFTAR
ISI
HALAMAN JUDUL
KATA PENGANTAR …………………………………………………… 2
DAFTAR ISI …………………………………………………… 3
BAB I PENDAHULUAN ………………………………………………….... 4
1.1
Latar Belakang ………….………………………………………...
4
1.2
Rumusan
Masalah …………………………………………………...
4
1.3
Tujuan …………………………………………………...
4
1.4
Manfaat …………………………………………………...
4
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Termodinamika …………………………………………………... 5
2.2
Bentuk-Bentuk
Energi …………………………………………………...
6
2.3
Sistem,
Proses & Siklus Termo ………………………………………………….. 7
2.4
Hukum Termodinamika ………………………………………………….. 8
2.4.1 Termodinamika I ………………………………………………….. 9
2.4.2 Termodinamika II …………………………………………………... 12
2.4.3 Termodinamika III …………………………………………………... 14
BAB III PENUTUP
Kesimpulan ………………………………………………….. 16
Saran ………………………………………………….. 16
DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………...... 17
BAB
I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Thermodinamika
memainkan peran penting dalam analisis sistem dan piranti yang ada didalamnya
terjadi perpindahan formasi energi. Implikasi thermodinamika bercakupan jauh,
dan penerapannya membentang ke seluruh kegiatan manusia. Bersamaan dengan
sejarah teknologi kita, perkembangan sains telah memperkaya kemampuan kita
untuk memanfaatkan energi dan menggunakan energi tersebut untuk kebutuhan
masyarakat. Kebanyakan kegiatan kita melibatkan perpindahan energi dan
perubahan energi.
Thermodinamika
merupakan ilmu tentang energi, yang secara spesific membahas tentang hubungan
antara energi panas dengan kerja. Seperti telah diketahui bahwa energi didalam
alam dapat terwujud dalam berbagai bentuk, selain energi panas dan kerja, yaitu
energi kimia, energi listrik, energi nuklir, energi gelombang elektromagnit,
energi akibat gaya magnit, dan lain-lain . Energi dapat berubah dari satu
bentuk ke bentuk lain, baik secara alami maupun hasil rekayasa tehnologi.
Selain itu energi di alam semesta bersifat kekal, tidak dapat dibangkitkan atau
dihilangkan, yang terjadi adalah perubahan energi dari satu bentuk menjadi
bentuk lain tanpa ada pengurangan atau penambahan. Prinsip ini disebut sebagai
prinsip konservasi atau kekekalan energi.
1.2 Rumusan Masalah
Adapun
masalah yang akan dibahas pada makalah ini yaitu:
·
Apa pengertian dari hukum-hukum
Termodinamika?
1.3 Tujuan
Adapun
tujuan penulisan Makalah ini yaitu:
·
Dapat memahami bentuk-bentuk energi thermodinamika
·
Dapat mengetahui hukum-hukum dari
Thermodinamika
1.4 Manfaat
Makalah
ini dapat memberikan beberapa manfaat, diantarnya dapat menambah wawasan dan pengetahuan bagi pembaca.
BAB
II
PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Dasar Thermodinamika
Thermodinamika
adalah ilmu tentang energi, yang secara spesific membahas
tentang
hubungan antara energi panas dengan kerja. Seperti telah diketahui bahwa energi
didalam alam dapat terwujud dalam berbagai bentuk, selain energi panas dan kerja,
yaitu energi kimia, energi listrik, energi nuklir, energi gelombang elektromagnit,
energi akibat gaya magnit, dan lain-lain . Energi dapat berubah dari satu
bentuk ke bentuk lain, baik secara alami maupun hasil rekayasa tehnologi.
Selain itu energi di alam semesta bersifat kekal, tidak dapat dibangkitkan atau
dihilangkan, yang terjadi adalah perubahan energi dari satu bentuk menjadi
bentuk lain tanpa ada pengurangan atau penambahan. Prinsip ini disebut sebagai
prinsip konservasi atau kekekalan energi.
Prinsip
thermodinamika tersebut sebenarnya telah terjadi secara alami dalam kehidupan
sehari-hari. Bumi setiap hari menerima energi gelombang elektromagnetik dari
matahari, dan di bumi energi tersebut berubah menjadi energi panas, energi
angin, gelombang laut, proses pertumbuhan berbagai tumbuh-tumbuhan dan banyak
proses alam lainnya. Proses didalam diri manusia juga merupakan proses konversi
energi yang kompleks, dari input energi kimia dalam makanan menjadi energi
gerak berupa segala kegiatan fisik manusia, dan energi yang sangat bernilai yaitu
energi pikiran kita. Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, maka
prinsip alamiah dalam berbagai proses thermodinamika direkayasa menjadi berbagai
bentuk mekanisme untuk membantu manusia dalam menjalankan kegiatannya.
Mesin-mesin transportasi darat, laut, maupun udara merupakan contoh yang sangat
kita kenal dari mesin konversi energi, yang merubah energi kimia dalam bahan
bakar atau sumber. energi lain menjadi energi mekanis dalam bentuk gerak atau
perpindahan diatas permukaan bumi, bahkan sampai di luar angkasa.
Pabrik-pabrik
dapat memproduksi berbagai jenis barang, digerakkan oleh mesin pembangkit
energi listrik yang menggunakan prinsip konversi energi panas dan kerja. Untuk
kenyamanan hidup, kita memanfaatkan mesin air conditioning, mesin
pemanas, dan refrigerators yang menggunakan prinsip dasar thermodinamila.
Aplikasi thermodinamika yang begitu luas dimungkinkan karena perkembangan ilmu
thermodinamika sejak abad 17 yang dipelopori dengan penemuan mesin uap di
Inggris, dan diikuti oleh para ilmuwan thermodinamika seperti Willian Rankine,
Rudolph Clausius, dan Lord Kelvin pada abad ke 19. Pengembangan ilmu
thermodinamika dimulai dengan pendekatan makroskopik, yaitu sifat thermodinamis
didekati dari perilaku umum partikel-partikel zat yang menjadi media pembawa
energi, yang disebut pendekatan thermodinamika klasik.
Pendekatan
tentang sifat thermodinamis suatu zat berdasarkan perilaku kumpulan
partikel-partikel disebut pendekatan mikroskopis yang merupakan perkembangan
ilmu thermodinamika modern, atau disebut thermodinamika statistik. Pendekatan
thermodinamika statistik dimungkinkan karena perkembangan teknologi komputer,
yang sangat membantu dalam menganalisis data dalam jumlah yang sangat besar.
2.2
Bentuk-Bentuk Energi
Total
energi (E) suatu sistem merupakan jumlah dari energi thermal, mekanis, kinetis,
potensial, elektrik, magnetik, kimia dan nuklir.
Di
dalam thermodinamika yang dipelajari adalah besarnya perubahan dari satu bentuk
energi ke bentuk lainnya, bukan menghitung jumlah anergi dari suatu sistem.
Bentuk energi dibagi menjadi dua
kelompok:
1. Energi Makroskopik: Berhubungan
dengan gerak dan pengaruh luar seperti gravitasi, magnetik, elektrik dan
tegangan permukaan.
Energi
Makroskopik terdiri dari:
·
Energi
Kinetik ( KE ): Energi yang disebabkan oleh gerakan
relatif terhadap suatu referensi. Adapun besarnya dalam berntuk energi
per-satuan masa dengan: * m= satuan masa media
pembawa energi
* v= satuan kecepatan gerakan masa
·
Energi
Potensial
( PE ): Energi yang disebabkan oleh elevasinya dalam medan gravitasi,
besarnya adalah:
|
PE=
m.g.z
|
2. Energi Mikroskopik: Berhubungan dengan
struktur molekul dan derajat aktivitas molekul. Jumlah total energi mikroskopik
disebut energi dalam (internal energy) , dengan simbol U.
Energi
Mikroskopik terdiri dari:
·
Energi
Sensibel : Berhubungan dengan
energi kinetik dan gerakan (translasi, rotasi, vibrasi) molekul sistem.
·
Energi
Latent : Berhubungan
dengan fasa dari sistem, mencair,
menguap dll.
·
Energi
Kimia : Berhubungan dengan
ikatan atm-atom dalam sistem.
Dengan
demikian energi total suatu sistem hanya dipengaruhi oleh energi kinetik,energi
potensial
dan energi dalam.
2.3
SISTEM, PROSES DAN SIKLUS TERMODINAMIKA
Suatu sistem
thermodinamika adalah sustu masa atau daerah yang dipilih, untuk dijadikan
obyek analisis. Daerah sekitar sistem tersebut disebut sebagai lingkungan.
Batas antara sistem dengan lingkungannya disebut batas sistem (boundary), dalam
aplikasinya batas sistem merupakan bagian dari sistem maupun lingkungannya, dan
dapat
tetap atau dapat berubah posisi atau bergerak.
Dalam thermodinamika
ada dua jenis sistem, yaitu sistem tertutup
dan
sistem terbuka. Dalam sistem tertutup masa dari sistem yang dianalisis
tetap
dan tidak ada masa keluar dari sistem atau masuk kedalam sistem,
tetapi
volumenya bisa berubah. Yang dapat-keluar masuk sistem tertutup
adalah
energi dalam bentuk panas atau kerja. Contoh sistem tertutup
adalah suatu balon udara yang
dipanaskan, dimana masa udara didalam balon tetap, tetapi volumenya berubah,
dan energi panas masuk kedalam masa udara didalam balon. Dalam sistem terbuka,
energi dan masa dapat keluar sistem atau masuk kedalam sistem melewati batas
sistem. Sebagian besar mesin-mesin konversi energi adalah sistem terbuka.
Sistem mesin motor bakar adalah ruang didalam silinder mesin, dimana campuran
bahan bahan bakar dan udara masuk kedalam silinder, dan gas buang keluar
sistem. melalui knalpot.
Turbin gas, turbin uap, pesawat jet dan
lain-lain adalah merupakan sistem thermodinamika terbuka, karena secara
simultan ada energi dan masa keluar-masuk sistem tersebut. Karakteristik yang
menentukan sifat dari sistem disebut property dari sistem, seperti
tekanan P, temperatur T, volume V, masa m, viskositas, konduksi panas, dan
lain-lain. Selain itu ada juga property yang disefinisikan dari property
yang lainnya seperti, berat jenis, volume spesifik, panas jenis, dan
lain-lain. Suatu sistem dapat berada pada suatu kondisi yang tidak berubah,
apabila masing-masing jenis property sistem tersebut dapat diukur pada
semua bagiannya dan tidak berbeda nilainya. Kondisi tersebut disebut sebagai
keadaan (state) tertentu dari sistem, dimana sistem mempunyai nilai property
yang tetap. Apabila property nya berubah, maka keadaan sistem
tersebut disebut mengalami perubahan keadaan. Suatu sistem yang tidak mengalami
perubahan keadaan disebut sistem dalam keadaan seimbnag (equilibrium). Perubahan
sistem thermodinamika dari keadaan seimbang satu menjadi keadaan seimbang lain
disebut proses, dan rangkaian keadaan diantara keadaan awal dan akhir disebut
lintasan proses. Suatu sistem disebut menjalani suatu siklus, apabila sistem
tersebut menjalani rangkaian beberapa proses, dengan keadaan akhir sistem kembali
ke keadaan awalnya.
2.4 HUKUM-HUKUM TERMODINAMIKA
Energi Dalam
Suatu gas
yang berada dalam suhu tertentu dikatakan memiliki energi dalam. Energi dalam
gas berkaitan dengan suhu gas tersebut dan merupakan sifat mikroskopik gas
tersebut. Meskipun gas tidak melakukan atau menerima usaha, gas tersebut dapat
memiliki energi yang tidak tampak tetapi terkandung dalam gas tersebut yang
hanya dapat ditinjau secara mikroskopik.
Berdasarkan
teori kinetik gas, gas terdiri atas partikel-partikel yang berada dalam keadaan
gerak yang acak. Gerakan partikel ini disebabkan energi kinetik rata-rata dari
seluruh partikel yang bergerak. Energi kinetik ini berkaitan dengan suhu mutlak
gas. Jadi, energi dalam dapat ditinjau sebagai jumlah keseluruhan energi
kinetik dan potensial yang terkandung dan dimiliki oleh partikel-partikel di
dalam gas tersebut dalam skala mikroskopik. Dan, energi dalam gas sebanding dengan
suhu mutlak gas. Oleh karena itu, perubahan suhu gas akan menyebabkan perubahan energi dalam gas.
Dimana ∆U
adalah perubahan energi dalam gas, n adalah jumlah mol gas, R
adalah konstanta umum gas (R = 8,31 J mol−1 K−1,
dan ∆T adalah perubahan suhu gas (dalam kelvin).
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.
2.4.1 TERMODINAMIKA I
Jika kalor diberikan
kepada sistem, volume dan suhu sistem akan bertambah (sistem akan terlihat
mengembang dan bertambah panas). Sebaliknya, jika kalor diambil dari sistem,
volume dan suhu sistem akan berkurang (sistem tampak mengerut dan terasa lebih
dingin). Prinsip ini merupakan hukum alam yang penting dan salah satu bentuk
dari hukum kekekalan energi. Sistem yang mengalami perubahan volume akan
melakukan usaha dan sistem yang mengalami perubahan suhu akan mengalami
perubahan energi dalam. Jadi, kalor yang diberikan kepada sistem akan
menyebabkan sistem melakukan usaha dan mengalami perubahan energi dalam.
Prinsip ini dikenal sebagai hukum kekekalan energi dalam termodinamika atau
disebut hukum I termodinamika. Secara matematis, hukum I termodinamika
dituliskan sebagai :
Q = W
+ ∆U
Dimana Q
adalah kalor, W adalah usaha, dan ∆U adalah perubahan energi
dalam. Secara sederhana, hukum I termodinamika dapat dinyatakan sebagai
berikut.
Jika suatu
benda (misalnya krupuk) dipanaskan (atau digoreng) yang berarti diberi kalor Q,
benda (krupuk) akan mengembang atau bertambah volumenya yang berarti melakukan
usaha W dan benda (krupuk) akan bertambah panas (coba aja dipegang, pasti panas
deh!) yang
berarti mengalami perubahan energi dalam ∆U.
·
Proses Isotermik
Suatu sistem
dapat mengalami proses termodinamika dimana terjadi perubahan-perubahan di
dalam sistem tersebut. Jika proses yang terjadi berlangsung dalam suhu konstan,
proses ini dinamakan proses isotermik. Karena berlangsung dalam suhu konstan,
tidak terjadi perubahan energi dalam (∆U = 0) dan berdasarkan hukum I
termodinamika kalor yang diberikan sama dengan usaha yang dilakukan sistem
(Q
= W).
Proses
isotermik dapat digambarkan dalam grafik p – V di bawah ini.
Usaha yang dilakukan sistem dan kalor dapat dinyatakan sebagaiDimana V2
dan V1 adalah volume akhir dan awal gas.
·
Proses Isokhorik
Jika gas
melakukan proses termodinamika dalam volume yang konstan, gas dikatakan
melakukan proses isokhorik. Karena gas berada dalam volume konstan (∆V = 0),
gas tidak melakukan usaha (W = 0) dan kalor yang diberikan sama dengan
perubahan energi dalamnya. Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas
pada volume konstan QV.
QV = ∆U
·
Proses Isobarik
Jika gas
melakukan proses termodinamika dengan menjaga tekanan tetap konstan, gas dikatakan
melakukan proses isobarik. Karena gas berada dalam tekanan konstan, gas
melakukan usaha (W = p∆V). Kalor di sini dapat dinyatakan
sebagai kalor gas pada tekanan konstan Qp. Sebelumnya telah
dituliskan bahwa perubahan energi dalam sama dengan kalor yang diserap gas pada
volume konstan
QV =∆U
Dari sini usaha gas dapat dinyatakan
sebagai
W = Qp − QV
Jadi, usaha
yang dilakukan oleh gas (W) dapat dinyatakan sebagai selisih energi
(kalor) yang diserap gas pada tekanan konstan (Qp) dengan
energi (kalor) yang diserap gas pada volume konstan (QV).
·
Proses Adiabatik
Dalam proses
adiabatik tidak ada kalor yang masuk (diserap) ataupun keluar (dilepaskan) oleh
sistem (Q = 0). Dengan demikian, usaha yang dilakukan gas sama dengan
perubahan energi dalamnya (W = ∆U).
Jika suatu
sistem berisi gas yang mula-mula mempunyai tekanan dan volume masing-masing p1
dan V1 mengalami proses adiabatik sehingga tekanan dan volume
gas berubah menjadi p2 dan V2, usaha yang
dilakukan gas dapat dinyatakan sebagai
Dimana γ adalah konstanta yang
diperoleh perbandingan kapasitas kalor molar gas pada tekanan dan volume
konstan dan mempunyai nilai yang lebih besar dari 1 (γ > 1). Proses
adiabatik dapat digambarkan dalam grafik p – V dengan bentuk
kurva yang mirip dengan grafik p – V pada proses isotermik namun
dengan kelengkungan yang lebih curam.
Hukum pertama termodinamika adalah suatu pernyataan mengenai hukum
universal dari kekekalan energi dan mengidentifikasikan perpindahan panas
sebagai suatu bentuk perpindahan energi. Pernyataan paling umum dari hukum
pertama termodinamika ini berbunyi:
“ Kenaikan energi internal dari suatu sistem termodinamika sebanding dengan
jumlah energi panas yang ditambahkan ke dalam sistem dikurangi dengan kerja
yang dilakukan oleh sistem terhadap lingkungannya. ”
Pondasi hukum ini pertama kali diletakkan oleh James Prescott Joule yang
melalui eksperimen-eksperimennya berhasil menyimpulkan bahwa panas dan kerja
saling dapat dikonversikan. Pernyataan eksplisit pertama diberikan oleh Rudolf
Clausius pada 1850: "Terdapat suatu fungsi keadaan E, yang disebut
'energi', yang diferensialnya sama dengan jumlah kerja yang dipertukarkan
dengan lingkungannya pada suatu proses adiabatik."
2.4.2
TERMODINAMIKA II
Hukum kedua termodinamika berkaitan
dengan apakah proses-proses yang dianggap taat azas dengan hukum pertama,
terjadi atau tidak terjadi di alam. Hukum kedua termodinamika seperti yang
diungkapkan oleh Clausius mengatakan, “Untuk suatu mesin siklis maka tidak
mungkin untuk menghasilkan efek lain, selain dari menyampaikan kalor secara
kontinu dari sebuah benda ke benda lain pada temperatur yang lebih
tinggi".
Bila ditinjau siklus Carnot, yakni siklus hipotesis yang terdiri
dari empat proses terbalikkan: pemuaian isotermal dengan penambahan kalor,
pemuaian adiabatik, pemampatan isotermal dengan pelepasan kalor dan pemampatan
adiabatik; jika integral sebuah kuantitas mengitari setiap lintasan tertutup
adalah nol, maka kuantitas tersebut yakni variabel keadaan, mempunyai
sebuah nilai yang hanya merupakan ciri dari keadaan sistem tersebut, tak peduli
bagaimana keadaan tersebut dicapai. Variabel keadaan dalam hal ini adalah entropi.
Perubahan entropi hanya gayut keadaan awal dan keadaan akhir dan tak gayut
proses yang menghubungkan keadaan awal dan keadaan akhir sistem tersebut.
Hukum kedua termodinamika dalam konsep entropi mengatakan, "Sebuah
proses alami yang bermula di dalam satu keadaan kesetimbangan dan berakhir di
dalam satu keadaan kesetimbangan lain akan bergerak di dalam arah yang
menyebabkan entropi dari sistem dan lingkungannya semakin besar".
Jika entropi diasosiasikan dengan kekacauan maka pernyataan hukum
kedua termodinamika di dalam proses-proses alami cenderung bertambah ekivalen
dengan menyatakan, kekacauan dari sistem dan lingkungan cenderung semakin
besar.
Di dalam ekspansi bebas, molekul-molekul gas yang menempati keseluruhan ruang
kotak adalah lebih kacau dibandingkan bila molekul-molekul gas tersebut
menempati setengah ruang kotak. Jika dua benda yang memiliki temperatur berbeda
T1 dan T2 berinteraksi, sehingga mencapai temperatur yang
serba sama T, maka dapat dikatakan bahwa sistem tersebut menjadi lebih kacau,
dalam arti, pernyataan "semua molekul dalam sistem tersebut bersesuaian
dengan temperatur T adalah lebih lemah bila dibandingkan dengan pernyataan
semua molekul di dalam benda A bersesuaian dengan temperatur T1 dan
benda B bersesuaian dengan temperatur T2".
Di dalam
mekanika statistik, hubungan antara entropi dan parameter kekacauan adalah, pers. (1): S = k log w
dimana k
adalah konstanta Boltzmann, S adalah entropi sistem, w adalah
parameter kekacauan, yakni kemungkinan beradanya sistem tersebut relatif
terhadap semua keadaan yang mungkin ditempati.
Jika ditinjau perubahan entropi suatu gas ideal di dalam ekspansi
isotermal, dimana banyaknya molekul dan temperatur tak berubah sedangkan
volumenya semakin besar, maka kemungkinan sebuah molekul dapat ditemukan dalam
suatu daerah bervolume V adalah sebanding dengan V; yakni semakin besar V maka
semakin besar pula peluang untuk menemukan molekul tersebut di dalam V.
Kemungkinan untuk menemukan sebuah molekul tunggal di dalam V adalah, pers.
(2):
W1
= c V
dimana c adalah konstanta. Kemungkinan menemukan N molekul
secara serempak di dalam volume V adalah hasil kali lipat N dari w.
Yakni, kemungkinan dari sebuah keadaan yang terdiri dari N molekul
berada di dalam volume V adalah, pers.(3):
w = w1N
= (cV)N.
Jika persamaan (3) disubstitusikan ke (1), maka
perbedaan entropi gas ideal dalam proses ekspansi isotermal dimana temperatur
dan banyaknya molekul tak berubah, adalah bernilai positip. Ini berarti entropi
gas ideal dalam proses ekspansi isotermal tersebut bertambah besar.
Definisi statistik mengenai entropi, yakni persamaan (1), menghubungkan
gambaran termodinamika dan gambaran mekanika statistik yang memungkinkan untuk
meletakkan hukum kedua termodinamika pada landasan statistik. Arah dimana
proses alami akan terjadi menuju entropi yang lebih tinggi ditentukan oleh
hukum kemungkinan, yakni menuju sebuah keadaan yang lebih mungkin. Dalam
hal ini, keadaan kesetimbangan adalah keadaan dimana entropi maksimum secara
termodinamika dan keadaan yang paling mungkin secara statistik. Akan tetapi
fluktuasi, misal gerak Brown, dapat terjadi di sekitar distribusi
kesetimbangan.
Dari sudut pandang ini, tidaklah mutlak bahwa entropi akan semakin besar di
dalam tiap-tiap proses spontan. Entropi kadang-kadang dapat berkurang. Jika
cukup lama ditunggu, keadaan yang paling tidak mungkin sekali pun dapat
terjadi: air di dalam kolam tiba-tiba membeku pada suatu hari musim panas yang
panas atau suatu vakum setempat terjadi secara tiba-tiba dalam suatu ruangan.
2.4.3 TERMODINAMIKA III
Efek
magnetokalorik di pakai untuk menurunkan temperatur senyawa paramagnetikhingga
sekitar 0.001 K. Secara prinsip, temperatur yang lebih rendah lagi dapat
dicapai dengan menerapkan efek magnetokalorik berulang-ulang. Jadi setelah
penaikan medan magnetik semula secara isoterm, penurunan medan magnetik secara
adiabat dapat dipakai untuk menyiapkan sejumlah besar bahan pada temperatur
Tᶠ¹, yang dapat dipakai sebagai tandon kalor untuk menaikan tandon kalor secara
isoterm ynag berikutnya dari sejumlah bahan yang lebih sedikit dari bahan
semula. Penurunan medan magnetik secara adiabat yang kedua dapat menghasilkan
temperatur yang lebih rendah lagi, Tᶠ², dan seterusnya. Maka akan timbul
pertanyaan apakah efek magnetokalorik dapat dipakai untuk mendinginkan zat
hingga mencapai nol mutlak.
Pecobaan
menunjukan bahwa sifat dasar semua proses pendinginan adalah bahwa semakin
rendah temperatur yang dicapai, semakin sulit menurunkannya.hal yang sama
berlaku juga untuk efek magnetokalorik.dengan persyaratan demikian, penurunan
medan secara adiabat yang tak trhingga banyaknya diperlukan untuk mencapai
temperatur nol mutlak. Perampatan dari pengalaman dapat dinyatakan sebagai
berikut :
Temperatur
nol mutlak tidak dapat dicapai dengan sederetan prosesyang banyaknya
terhingga.Ini dikenal sebagi ketercapaian temperatur nol mutlak atau
ketaktercapaian hukum ketiga termodinamika. Pernyataan lain dari hukum ketiga
termodinamika adalahhasil percobaan yang menuju ke perhitungan bahwa bagaimana
ΔST berlaku ketika T mendekati nol. ΔST ialah perubahan entropi sistem
terkondensasi ketika berlangsung proses isoterm terbuktikan. Percobaansangat
memperkuat bahwa ketika T menurun, ΔST berkurang jika sistem itu zat cair atau
zat padat. Jadi prinsip berikut dapat di terima:
Perubahan
entropi yang berkaitan dengan proses-terbalikan-isotermis-suatu
sistem-terkondensasi mendekati nol ketika temperaturnya mendekati nol.
Pernyataan tersebut merupakan hukum ketiga termodinamika menurut Nernst-Simon.
Nernst menyatakan bahwa perubahan entropi yang menyertai tiap proses
reversibel, isotermik dari suatu sistem terkondensasi mendekati nol. Perubahan
yang dinyatakan di atas dapat berupa reaksi kimia, perubahan status fisik, atau
secara umum tiap perubahan yang dalam prinsip dapat dilakukan secara
reversibel.
Hal ini
dikenal sebagai hukun Nernst, yang secara matematika dinyatakan sebagai :
Pada Kemudian, Pada tahun 1911,
Planck membuat suatu hipotesis 0, bukan
hanya beda entropi yg = 0, tetapi entropi setiap zatàsuhu T padat atau cair dalam keseimbangan dakhir
pada suhu nol. Dapat ditunjukkan secara eksperimen, bahwa bila suhunya
mendekati St menurun.D0 K,
perubahan entropi transisi. Persamaan diatas dikenal sebagai 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.
StD Hukum ketiga termodinamika
menyatakan bahwa perubahan entropi yang
berkaitan dengan perubahan kimia atau perubahan fisika bahan murni pada T = 0 K
bernilai nol.
Secara
intuitif hukum ketiga dapat dipahami dari fakta bahwa pergerakan ionik atau
molekular maupun atomik yang menentukan derajat ketidakteraturan dan dengan
demikian juga besarnya entropi, sama sekali berhenti pada 0 K. Dengan mengingat
hal ini, tidak akan ada perubahan derajat ketidakteraturan dalam perubahan
fisika atau kimia dan oleh karena itu tidak akan ada perubahan entropi.
BAB III
PENUTUP
A. KESIMPULAN
ü BENTUK-BENTUK ENERGI
Total
energi (E) suatu sistem merupakan jumlah dari energi thermal,
mekanis, kinetis, potensial, elektrik,
magnetik, kimia dan nuklir.
ü SISTEM, PROSES DAN SIKLUS
TERMODINAMIKA
Dalam thermodinamika ada dua jenis sistem, yaitu sistem tertutup
dan sistem terbuka. Dalam sistem
tertutup masa dari sistem yang dianalisis tetap dan tidak ada masa keluar dari
sistem atau masuk kedalam sistem, tetapi volumenya bisa berubah. Yang
dapat-keluar masuk sistem tertutup adalah energi dalam bentuk panas atau kerja.
ü HUKUM TERMODINAMIKA I,II,III
ü 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.
ü 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.
ü 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.
B.
SARAN
Ø Agar dapat
menambah wawasan dan pengetahuan pembaca
DAFTAR
PUSTAKA
selamat sore kak maaf izin share materi ini untuk buat tugas..terima kasih
BalasHapushttp://silfiamanatar.blogspot.co.id/2017/10/pengertian-dasar-thermodinamika.html
Makasih ya kak.... Contoh makalah nya sangat membantu saya
BalasHapusTerima kasih kak
BalasHapus