Sifat Fisik Suatu Sistem Dalam Hukum Termodinamika

Oleh : @P23-FIRSTA, @P18-ANANTIA, @P24-VIVIANCHO,

ABSTRAK

Termodinamika merupakan salah satu alat konseptual yang berguna dalam memahami sains. Melalui termodinamika dapat diramalkan proses kimia yang berlangsung spontan dan yang tidak spontan pada kondisi tertentu berdasarkan perubahan energinya serta dapat menentukan secara kuantitatif sifat-sifat keadaan kesetimbangan yang dihasilkan jika proses itu berlangsung. Melalui hukum termodinamika dapat diketahui bahwa suatu proses kimia akan terjadi atau tidak mungkin terjadi pada kondisi tertentu, sehingga dapat menghemat waktu dan biaya.

KATA KUNCI

Termodinamika, sistem, fungsi, sistem tersekat, sistem terbuka, sistem tertutup

I.          PENDAHULUAN

Termodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara energi dan kerja dari suatu sistem. Termodinamika hanya mempelajari besaran-besaran yang berskala besar dari sistem yang dapat diamati dan diukur dalam eksperimen. Dalam termodinamika banyak menggunakan istilah-istilah yang telah didefinisikan secara seksama dan telah dikukuhkan oleh semua masyarakat ilmiah seperti sistem, lingkungan, fungsi keadaan, dan beberapa istilah makroskopis lainnya. Termodinamika berhubungan dengan dengan sifat-sifat makroskopis sistem dan cara sifat-sifat sistem itu berubah.

II.       PERMASALAHAN

Permasalahan termodinamika sangat berkaitan dengan sifat-sifat fisik suatu sistem. Oleh karena itu berbicara sifat-sifat fisik suatu sistem tidak dapat dilepaskan dari permasalahan termodinamika. Suatu besaran termodinamika mewakili suatu sifat fisik tertentu, sehingga dengan menentukan harga suatu besaran termodinamik sama halnya telah menentukan salah satu sifat fisik sistem itu

III.    PEMBAHASAN

Sistem dan fungsi keadaan

Sistem adalah bagian dari semesta, baik nyata ataupun konseptual yang dibatasi oleh batas-batas fisik tertentu. Batas pada kasus ini adalah batas konseptual. Material lain dalam semesta yang tidak termasuk sistem dinamakan lingkungan. Dengan kata lain, lingkungan adalah bagian dari semesta selain sistem. Terdapat jenis-jenis sistem antara lain yaitu Sistem tersekat merupakan sistem yang tidak dapat melakukan pertukaran materi maupun energi dengan lingkungannya. Sistem tersekat memiliki jenis energi yang tetap. Sistem tertutup merupakan sistem yang tidak berhubungan dan tidak berpengaruh dengan lingkungan luarnya. Sistem ini bekerja secara otomatis tanpa adanya turut campur tangan dari pihak luarnya. Sistem terbuka merupakan sistem yang berhubungan dan terpengaruh oleh lingkungan luarnya. Sistem ini menerima masukan dan menghasilkan keluaran untuk lingkungan luar/sub sistem yang lainnya, karena sistem sifatnya terbuka aka suatu sistem harus mempunyai sistem pengendalian yang baik.

Sifat-sifat makroskopis sistem dan cara sifat-sifat sistem itu berubah. Sifat sistem seperti itu ada dua jenis yaitu sifat intensif merupakan sifat yang tidak bergantung pada kualitas sistem, contohnya suhu, massa jenis dan kapasitas kalor. Sifat ekstensif merupakan sifat yang bergantung pada kualitas sistem, contohnya volume, energi, dan tekanan. Keadaan sistem adalah keadaan makroskopis dimana sifat-sifatnya dapat ditentukan secara khas dan bebas waktu. Contoh keadaan sistem misalnya suhu, tekanan, volume dam energi. Besaran yang mempengaruhi keadaan sistem dinamakan fungsi keadaan yang dapat ditentukan dari keadaan termodinamik sistem.

Hukum Pertama Termodinamika

Hukum pertama termodinamika menyatakan perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai kedalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem. Hukum tersebut menyatakan bahwa energi tidak dapat dimusnahkan tetapi hanya dapat berubah dari bentuk satu kebentuk lainnya. Hukum termodinamika pertama merupakan hukum kekekalan energi yang dirumuskan dalam hubungan antara perubahan energi dalam (∆U), kalor (Q), dan usaha (W). Bagi sistem yang memiliki jumlah partikel seragam, hukum ini biasanya ditulis dalam dua bentuk berbeda sesuai dengan acuan terhadap sistem:

∆U_sistem = Q_{ke sistem} + W_{pada sistem}

atau dalam bentuk usaha oleh sistem (Walker, Halliday dan Resnick, 2014),

∆U_sistem = Q_{ke sistem} - W_{pada sistem}

Usaha dan kalor adalah besaran skalar. Aplikasi dalam penelitian ini dibatasi hanya untuk sistem gas ideal dan proses kuasistatik saja. Siswa diharapkan dapat menggunakan hukum pertama dalam berbagai proses termodinamik dengan ketentuan yang tepat. Bagi gas ideal, besar energi dalam gas memenuhi persamaan

U = k_BT

dimana N jumlah partikel gas, dk derajat kebebasan, kB konstanta Boltzman, dan T suhu gas. Jika energi dalam gas meningkat, maka suhu juga meningkat. Energi dalam gas adalah sebuah fungsi keadaan, dimana perubahannya hanya bergantung pada keadaan awal dan akhir gas, bukan pada proses. Sedangkan usaha dan kalor bergantung pada proses (fungsi bergantung proses/jalur)

contoh soal :

1.      Kalor sebanyak 4000 Joule ditambahkan pada sistem dan sistem melakukan usaha 3500 Joule pada lingkungan. Perubahan energi dalam sistem adalah…

Pembahasan

Diketahui :

Kalor (Q) = +4000 Joule

Usaha (W) = +3500 Joule

Ditanya : perubahan energi dalam
Jawab :
Q positif jika kalor ditambahkan pada sistem
W positif jika sistem melakukan usaha pada lingkungan
Q negatif jika kalor dilepaskan sistem
W negatif jika lingkungan melakukan usaha pada sistem

Perubahan energi dalam sistem :

∆U = Q – W

∆U = 4000-3500

∆U = 500 Joule
Energi dalam sistem bertambah 500 Joule.

2. Kalor sebanyak 3000 Joule ditambahkan pada sistem dan lingkungan melakukan usaha 2500 Joule pada sistem. Perubahan energi dalam sistem adalah…

Pembahasan

Diketahui :

Kalor (Q) = +3000 Joule
Usaha (W) = -2500 Joule
Ditanya : perubahan energi dalam sistem
Jawab :

∆U = Q – W

∆U = 3000 – (-2500)

∆U = 5500 Joule

Energi dalam sistem bertambah 5500 Joule

IV.    KESIMPULAN

Termodinamika adalah bidang ilmu yang meliputi hubungan antara panas dan jenis energi lainnya. Termodinamika ditemukan dan diteliti awal tahun 1800-an. Pada saat itu, itu terkait dengan dan mendapat perhatian karena penggunaan mesin uap.

Termodinamika dapat dipecah menjadi empat hukum. Meskipun ditambahkan ke dalam hukum termodinamika setelah tiga hukum lainnya, hukum ke nol biasanya dibahas terlebih dahulu. Ini menyatakan bahwa jika dua sistem berada dalam kesetimbangan termal dengan sistem ketiga, maka mereka berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain. Dengan kata lain, jika dua sistem adalah temperatur yang sama sebagai sistem yang ketiga, maka ketiganya adalah suhu yang sama.

DAFTAR PUSTAKA

Sunarya, Yayan. 2010. Kimia Dasar 1

SYL, Isana. 2006. Sifat Termodinamik Sistem Biner Etanol-Air. Dalam http://staffnew.uny.ac.id/upload/131808339/penelitian/sifat-termodinamik-sistem-biner-etanol-air.pdf

A.H. Ahmad. 2007.  Kalor dan Termodinamika. Dalam https://s3.amazonaws.com/academia.edu.documents/36952832/Diktat_Termodinamika.pdf?response-content-disposition=inline%3B%20filename%3DDiktat_Termodinamika.pdf&X-Amz-Algorithm=AWS4-HMAC-SHA256&X-Amz-Credential=AKIAIWOWYYGZ2Y53UL3A%2F20190921%2Fus-east-1%2Fs3%2Faws4_request&X-Amz-Date=20190921T123901Z&X-Amz-Expires=3600&X-Amz-SignedHeaders=host&X-Amz-Signature=86a00ebfadf1124a3ef2a2bea5b4edc20f2afce19da402640b0a8336166b2047

O.A, Nozi; Asrizal dan Zulhendri Kamus. 2013. Pembuatan Bahan Ajar Fisika Bebasis Web pada Konsep Termodinamika Untuk Pembelajaran Menurut Standar Proses Siswa Kelas XI SMA. Dalam http://ejournal.unp.ac.id/students/index.php/pfis/article/view/724/481

Sriyansyah, Syakti Perdana. 2015.  Penerapan Pembelajaran Konseptual Interaktif Dengan Pendekatan Multiprestasi Untuk Meningkatkan Konsistensi Ilmiah  dan Menurunkan Kuantitas Mahasiswa Yang Miskonsepsi Pada Materi Termodinamika. Dalam http://repository.upi.edu/18064/