TERMODINAMIKA

ABSTRAK

Proses termodinamika  jika kita tinjau sebuah gas nitrogen yang dicairkan, dengan melakukan kompresi  terhadap gas tersebut sampai pada tekanan yang sangat tinggi sambil tetap menjaga agar suhu konstan kemudian mengisolasi gas tersebut danmembiarkannya berekspansi. Pada saat berekspansi ke suhu yang lebih dingin itulah gas akan mulai mencair. Proses termodinamika didasarkan pada hukum-hukum termodinamika antara  lain hukumke-nol, hukumpertama dan hukum kedua. Beberapa variable termodinamika yang penting kita kenal sebelum dirumuskannya hukum-hukum termodinamika antara lain adalah :  tekanan (P), Volume (V), suhu (T), Entropi (S), kalor/ panas (Q), kerja (W), dan energy dalam (U). Beberapa konstanta yang lain adalah : kalor jenis ( c ), tetapan gas ( R ) dan lain-lain.

KATA KUNCI : sistem, hukum, jenis Termodinamika

PENDAHULUAN

Termodinamika merupakan bagian dari cabang Fisika yang namanya Termofisika (Thermal Physics). Termodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara energi dan kerja dari suatu sistem. Termodinamika hanya mempelajari besaran-besaran yang berskala besar (makroskopis) dari sistem yang dapat diamati dan diukur dalam eksperimen. Besaran-besaran yang berskala kecil (mikroskopis) dipelajari dalam Teori Kinetik Gas (Kinetic Theory of Gas) atau Fisika Statistik (Statistical Physics). Termodinamika juga dapat diartikan sebagai ilmu yang menjelaskan kaitan antara besaran fisis tertentu yang menggambarkan sikap zat di bawah pengaruh kalor. Besaran fisis ini disebut koordinat makroskopis sistem. Kaitan atau rumus yang menjelaskan hubungan antar besaran fisis diperoleh dari eksperimen dan kemudian dapat digunakan untuk meramalkan perilaku zat di bawah pengaruh kalor. Jadi, Termodinamika merupakan ilmu yang berlandaskan pada hasil-hasil eksperimen.

PEMBAHASAN

A.    SISTEM TERMODINAMIKA

Sistem termodinamika yaitu anggota dari jagat raya yang dianggarkan. Sebuah batasan yang nyata atau imajinasi memisahkan sistem dengan jagat raya, yang disebut sekeliling yang terkait. Klasifikasi sistem termodinamika berlandaskan pada sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan materi, kalor dan entropi sela sistem dan sekeliling yang terkait.

Hadir tiga jenis sistem berlandaskan jenis pertukaran yang terjadi sela sistem dan lingkungan:

sistem terisolasi: tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan sekeliling yang terkait. Contoh dari sistem terisolasi yaitu wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.

sistem tertutup: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi pertukaran benda dengan sekeliling yang terkait. Rumah hijau yaitu contoh dari sistem tertutup di mana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan sekeliling yang terkait. Apakah suatu sistem terjadi pertukaran panas, kerja atau keduanya biasanya dipertimbangkanh menjadi 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 sekeliling yang terkaitnya. Sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebut permeabel. Samudra yaitu contoh dari sistem terbuka.

Dalam kenyataan, sebuah sistem tidak dapat terisolasi sepenuhnya dari sekeliling yang terkait, karena pasti hadir terjadi sedikit pencampuran, meskipun hanya penerimaan sedikit penarikan gravitasi. Dalam analisis sistem terisolasi, energi yang turut ke sistem sama dengan energi yang keluar dari sistem.

B.    MUNCULNYA TERMODINAMIKA

Ketika sistem dalam hadirnya seimbang dalam kondisi yang ditentukan, ini disebut dalam hadirnya pasti (atau hadirnya sistem).

Untuk hadirnya termodinamika tertentu, banyak sifat dari sistem dispesifikasikan. Properti yang tidak tergantung dengan jalur di mana sistem itu mewujudkan hadirnya tersebut, disebut fungsi hadirnya dari sistem. Anggota selanjutnya dalam seksi ini hanya mempertimbangkan properti, yang yaitu fungsi hadirnya.

Jumlah properti minimal yang harus dispesifikasikan untuk menjelaskan hadirnya dari sistem tertentu ditentukan oleh Hukum fase Gibbs. Biasanya seseorang bertemu muka dengan properti sistem yang semakin akbar, dari jumlah minimal tersebut.

Pengembangan hubungan sela properti dari hadirnya yang berbeda-beda dimungkinkan. Persamaan hadirnya yaitu contoh dari hubungan tersebut.

C. HUKUM HUKUM TERMODINAMIKA

Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika

Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam hadirnya setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan selisihnya.

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 diteruskan 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 babak akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut berguna nol.

D. JENIS JENIS TERMODINAMIKA

1.     Termometer Gas Volume Tetap Sesuai dengan namanya, termometer ini dibuat berdasarkan pada perubahan tekanan gas karena adanya perubahan temperatur. Volume gas dapat membesar karena kenaikan temperatur yang diikuti oleh penurunan tekanan gas dan dapat mengecil karena penurunan temperatur yang diikuti oleh kenaikan tekanan gas. Jadi, pada termometer gas volume tetap, thermometric property-nya adalah tekanan gas (p) yang diwakili oleh perubahan panjang kolom air raksa (raksa). Ini berarti p = p ( T ).

2.     Termometer Gas Tekanan Tetap Termometer gas tekanan tetap dibuat berdasarkan pada perubahan volume gas yang berubah karena adanya perubahan temperatur. Pada proses volume tetap, kenaikan temperatur mengakibatkan tekanan gas naik dan sebaliknya penurunan temperatur akan mengakibatkan tekanan gas menurun. Pada proses tekanan tetap, volume gas akan bertambah jika temperatur gas naik dan sebaliknya volume gas akan mengecil jika temperatur gas turun. Jadi, pada termometer gas tekanan tetap, thermometric property-nya adalah volume gas (V) yang diwakili oleh panjang kolom air raksa. Ini berarti V = V ( T ).

3.     Termometer Cairan Termometer cairan dibuat berdasarkan pada perubahan volume cairan karena adanya perubahan temperatur. Namun karena luas penampang kolom cairan A dipandang tetap, maka perubahan volume cairan dapat diwakili oleh perubahan tinggi kolom cairannya. Ini berarti Thermometric Property-nya adalah panjang atau tinggi kolom cairan, sehingga dapat diperoleh L = L ( T ).

4.     Termometer Hambatan Listrik Termometer hambatan jenis dibuat berdasarkan pada perubahan hambatan jenis suatu penghantar karena adanya perubahan temperatur. Ini berarti Thermometric Property-nya adalah hambatan suatu konduktor, sehingga R = R ( T ).

5.     Termometer Termokopel Termometer termokopel dibuat berdasarkan pada: (1) adanya gaya gerak listrik (ggl) Seebeck, (2) adanya ggl Peltier, dan (3) adanya ggl Thomson pada sambungan dua logam yang berbeda jenisnya, serta (4) adanya perubahan temperatur pada sambungan dua logam. Ini berarti termometer termokopel dibuat berdasarkan pada hasil percobaan Seebeck, Peltier, dan Thomson. Pada tahun 1826 Thomas Johann Seebeck menemukan bahwa ggl dapat ditimbulkan dengan cara-cara termal. Jika logam A disambungkan dengan logam B dan kedua sambungan berbeda temperaturnya, maka akan timbul ggl termal atau ggl Seebeck yang disebabkan karena adanya kerapatan elektron bebas dalam logam yang berbeda temperaturnya. Apabila dua logam A dan B yang berlainan jenisnya disambungkan dan kedua sambungan itu berbeda temperaturnya, maka elektron-elektronnya berdifusi dari logam A ke logam B atau sebaliknya. Kedua sambungan berfungsi sebagai sumber ggl dan jika ada arus listrik dari logam yang satu ke logam lainnya, maka ada tenaga yang dibebaskan atau diabsorbsikan. Perpindahan tenaga ini berbentuk aliran kalor di antara sambungan dan sekelilingnya. Kalor ini disebut kalor Peltier (Jean C.A. Peltier adalah penemu kalor yang mengalir di antara dua sambungan logam yang berbeda jenisnya dan berlainan temperaturnya dan beliau adalah seorang ahli Ilmu Alam bangsa Perancis).

6.     Pirometer Optik Pirometer Optik (Optis) merupakan termometer sekunder, dalam arti pirometer optik digunakan untuk mengukur temperatur di atas 10000 C sampai 12000 C. Mengapa demikian ? Karena suatu benda yang bertemperatur lebih dari 5000 C akan memancarkan cahaya yang dapat dilihat (cahaya tampak). Hal ini dapat dilihat dengan jelas dalam kegelapan. Intensitas cahaya tampak akan meningkat dengan bertambahnya temperatur. Pada suatu benda yang bertemperatur 6000 C akan tampak cahaya merah tua, pada temperatur 7000 C tampak cahaya merah, pada temperatur 8500 C tampak cahaya merah muda, dan jika temperaturnya 10000 C tampak cahaya jingga kekuning-kuningan. Setelah temperatur benda lewat 10000 C sampai 12000 C, benda akan memancarkan cahaya putih kekuning-kuningan. Di atas temperatur 12000 C, benda akan memancarkan cahaya dengan perubahan warna yang lambat dan perubahan intensitas yang cepat. Ini berarti, intensitas cahaya yang kelihatan oleh mata bertambah dengan sangat cepat dan intensitas segala warna bertambah serta warna cahaya mendekati maksimum (ingat grafik warna untuk mata dalam kuliah Optika).

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. Bab I Konsep Dasar. Online. (irzaman.staff.ipb.ac.id/files/2011/08/materi-termodinamika-2010.pdf 

fathurohman, Apit. 2008. Termodinamika. Indralaya: Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sriwijaya.

Nurachmandani, Setya. 2009. Fisika Untuk SMA/MA Kelas XI. Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional.