Materi Konsep Dasar dan Hukum I Termodinamika

 Oleh : Widiastuti (@T22-Widiastuti)

ABSTRAK

Termodinamika diartikan sebagai ilmu yang mempelajari energi beserta perubahannya dan hubungan antara sifat-sifat fisis materi. Energi didalam alam dapat terwujud dalam berbagai bentuk, selain energi panas dan kerja, yaitu energi kimia, energi listrik, energi nuklir, energi gelombang elektromagnet, energi akibat gaya magnet, dan lain-lain. Dalam termodinamika ada dua jenis sistem, yaitu sistem tertutup dan sistem terbuka. 

Kata kunci : termodinamika, hukum, energi

ABSTRACK

Thermodynamics is defined as the study of energy and its changes and the relation between the physical properties of matter. Energy in nature can be manifest in many forms, other than heat and work, chemical energy, electrical energy, nuclear energy, electromagnetic pulse energy, magnetic force, and so on. Thermodynamics tells us that there are two types of systems, a closed system and an open system

Keyword : thermodynamics, laws, energy

PENDAHULUAN

Menurut Khuriati (2007), Kata termodinamika berasal dari bahasa Yunani therme berarti kalor dan dynamics berarti kakas. Jadi termodinamika berarti kemampuan benda panas menghasilkan usaha atau kerja. Namun sekarang ini pengertian termodinamika telah berkembang, termodinamika diartikan sebagai ilmu yang mempelajari energi beserta perubahannya dan hubungan antara sifat-sifat fisis materi.

RUMUS MASALAH

1. Apa yang dimaksud termodinamika? 

2. Apa itu sistem termodinamika?

3. Apa yang dimaksud hukum pertama termodinamika? 

TUJUAN

1. Untuk mengetahui apa yang dimaksud dengan termodinamika

2. Untuk mengetahui sistem termodinamika

3. Untuk mengetahui apa yang dimaksud hukum termodinamika

PEMBAHASAN 

Menurut Ansyah, Ramadhan (2018), Termodinamika adalah ilmu tentang energi, yang secara spesifik 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 elektromagnet, energi akibat gaya magnet, dan lain-lain. Suatu sistem termodinamika adalah suatu massa atau daerah yang dipilih, untuk dijadikan obyek analisis. Daerah sekitar sistem tersebut disebut sebagai lingkungan. Dalam termodinamika ada dua jenis sistem, yaitu sistem tertutup dan sistem terbuka. 

Dalam sistem tertutup massa dari sistem yang dianalisis tetap dan tidak ada massa 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 massa udara didalam balon tetap, tetapi volumenya berubah, dan energi panas masuk kedalam massa udara didalam balon. 

Dalam sistem terbuka, energi dan massa dapat keluar sistem atau masuk ke dalam 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 termodinamika terbuka, karena secara simultan ada energi dan massa keluar-masuk sistem tersebut.

Hukum termodinamika pertama menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan tetapi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Energi dapat melintasi batas dari suatu sistem dalam 3 bentuk yang berbeda: panas (heat), kerja (work) dan Aliran massa (mass flow).

a. Panas (heat)

Panas (heat) didefinisikan sebagai bentuk energi yang dapat berpindah antara dua sistem (atau dari sistem ke lingkungan) dengan sifat perbedaan temperatur. Suatu proses jika tidak terjadi perpindahan panas disebut dengan proses adiabatis. Ada dua cara suatu proses dapat dikatakan adiabatis. Pertama, sistem diisolasi sempurna sehingga tidak ada energi panas yang keluar. Kedua, antara sistem dan lingkungan berada pada temperatur yang sama sehingga tidak terjadi aliran panas karna perbedaan temperatur. Satuan energi panas adalah Joule, kJ (atau Btu). Heat transfer per unit massa di simbolkan dengan “q”: 

q = Q/m

b. Kerja (work)

Seperti pada penjelasan sebelumnya, dapat disimpulkan bahwa jika suatu energi dapat melintasi batas sistem adalah bukan panas dapat dipastikan bahwa bentuk energi tersebut adalah kerja. Lebih spesifik kerja dapat diartikan sebagai transfer energi yang berhubungan dengan gaya yang menempuh sebuah jarak. Kerja per unit massa dinotasikan dengan: 

w = W/m

c. Aliran Massa 

Aliran massa dalam sebuah sistem berperan sebagai mekanisme energi tambahan. Ketika massa masuk melalui sistem, maka energi dalam sisitem akan bertambah karena massa membawa energi di dalamnya dan begitu keluar pun akan membawa energi dari dalam sistem. Persamaan umum hukum termodinamika pertama untuk sebuah siklus tertutup diekspresikan sebagai berikut: 

“Perubahan dari total energi bersih di dalam sistem selama proses adalah sama dengan total energi yang masuk ke sistem dikurangi total energi yang keluar sistem selama proses”. 

Ein − Eout = ∆Esystem

total energi E dari sistem terdiri dari tiga bagian: energi dalam U, energi kinetik KE dan energi potensial PE. Sehingga perubahan energi total sistem dapat ditulis sebagai berikut : 

∆E = ∆U + ∆KE + ∆PE 

Dimana: 

∆U = m(u2 − u1) 

∆KE = 1/2m(V2 2 − V2 1) 

∆PE = mg(z2 − z1)

Untuk sistem tertutup yang stasioner perubahan energi kinetik dan energi potensial dapat diabaikan. Sehingga  hukum termodinamika pertama dapar direduksi menjadi : 

∆E = ∆U

KESIMPULAN

Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, maka prinsip alamiah dalam berbagai proses termodinamika direkayasa menjadi berbagai bentuk mekanisme untuk membantu manusia dalam menjalankan kegiatannya. Pendekatan tentang sifat thermodinamis suatu zat berdasarkan perilaku kumpulan partikel-partikel disebut pendekatan mikroskopis yang merupakan perkembangan ilmu termodinamika modern, atau disebut termodinamika statistik.

DAFTAR PUSTAKA

Ansyah, P.R., dan M.Nizar Ramadhan. 2018. Termodinamika Teknik I. Banjarmasin: Universitas Lambung Mangkurat. Dalam https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct=j&url=https://mesin.ulm.ac.id/assets/dist/bahan/Termodinamika_Teknik_I_full.pdf&ved=2ahUKEwi4wcvd0vbyAhWVj-YKHZl1BJcQFnoECCQQAQ&usg=AOvVaw2tKZ72R3io1r1kMaBe7kGi (Diunduh 11 September 2021)

Hidayat, Atep Afia. 2021. Termodinamika dan Perubahan Energi. Modul Kimia Dan Pengetahuan Lingkungan Industri. Jakarta : Universitas Mercu Buana.

Ismunandar. 2013. Termodinamika: Hukum I (lanjutan) dan Hukum II. Bandung: ITB. Dalam https://youtu.be/NilKh3R9Ayk (diunduh 11 September 2021)

Khuriati, Ainie. 2007. Termodinamika. Semarang: Universitas Diponegoro. Dalam http://eprints.undip.ac.id/27839/1/0152-BA-FMIPA-2007.pdf (Diunduh 11 September 2021)