RUANG LINGKUP TERMODINAMIKA

 Oleh : Rizky Dhita Samudra (W22-Rizky)

RUANG LINGKUP TERMODINAMIKA 

Abstrak

Kajian termodinamika secara formal dimulai sejak awal abad ke-19 walaupun berbagai aspek termodinamika telah dipelajari sejak dulu kala. Penemuan konsep tersebut untuk membuat mesin yang memiliki kemampuan untuk mengadakan perubahan energi. Tujuan pengubahan energi ini awalnya untuk memudahkan pekerjaan dengan mengubah energi menjadi usaha dengan besar perubahan energi yang maksimal. Mesin paling awal yang dibuat oleh para ilmuwan mampu mengubah energi gerak menjadi energi potensial. Kata termodinamika berasal dari bahasa Yunani therme berarti kalor dan dymanics berarti kakas. Jaditermodinamika berarti kemampuan benda panas menghasilkan usaha/kerja. Namunsekarang ini pengertian termodinamika telah berkembang, termodinamika diartikansebagai ilmu yang mempelajari energy beserta perubahannya dan hubungan antarasifat-sifat.

Pengertian Termodinamika

Dikutip dari situs id.wikipedia.org, Termodinamika merupakan salah satu cabang fisika yang membahas mengenai perubahan energi panas menjadi bentuk energi lain. Hukum pertama termodinamika dan hukum termodinamika kedua menjadi acuan dalam membahas mengenai perubahan energi. Pengukuran di dalam termodinamika tidak dinyatakan dengan besaran mikroskopis melainkan dengan besaran makroskopis. Termodinamika membahas mengenai hubungan antara energi, panas, kerja, entropi dan kespontanan proses.

 

Sistem dan Lingkungan

Sistem adalah satu kesatuan yang sedang diamati. Sedangkan Lingkungan adalah segala sesuatu yang berada di luar sistem. Kemudian, ada juga yang disebut dengan Batasan Sistem (Boundary System) yakni sesuatu yang membatasi antara Sistem dan Lingkungan. Jadi batas sistem-lingkungan dan perpindahan, kalor dan entropi antara sistem dan lingkungan, sistem pada termodinamika dibagi menjadi 3, yaitu

1.      Sistem Terbuka

Dikutip dari situs id.wikipedia.org, Sistem terbuka adalah sistem termodinamika yang di dalamnya terjadi pertukaran energi dalam bentuk panas dan kerja serta terjadi pada benda dengan lingkungannya. Dalam sistem terbuka, terdapa sebuah pembatas yang memperbolehkan pertukaran benda. Pembatas ini disebut permeable. Contohnya Samudra, lautan, dan tumbuh-tumbuhan.

2.      Sistem Tertutup

Sistem tertutup adalah sistem termodinamika yang di dalamnya terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup di mana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan.

3.      Sistem Terisolasi

Sistem terisolasi adalah sistem termodinamika yang di dalamnya tidak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi

Hukum Termodinamika

Hukum dasar yang berlaku dalam sistem thermodinamika dibagi menjadi 4, yaitu:

·         Hukum Awal Termodinamika (Zeroth Law)

Apa sih, kesetimbangan termal itu?

Kesetimbangan termal adalah kondisi di mana suhu dari sistem-sistem yang terlibat adalah sama atau tidak ada kalor yang mengalir. Jadi, jika ada benda A dan benda B yang dikatakan mencapai kesetimbangan termal, artinya benda A dan benda B tersebut memiliki suhu yang sama dan tidak ada kalor yang mengalir di antara keduanya. Kalor sendiri mengalir dari sistem bersuhu tinggi ke sistem bersuhu rendah. Oleh karena itu, jika suhu kedua sistem sama, maka kalor tidak akan mengalir di antara keduanya.

 

·         Hukum I Termodinamika (Kekekalan Energi)

Hukum termodinamika 1 menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan, dan hanya bisa diubah bentuk energinya saja. Oleh karena itu, dalam hukum ini didapat persamaan diatas. Dari persamaan atau rumus tersebut, kamu perlu mengetahui aturan nilai positif dan negatif, yakni sebagai berikut:

-          ΔU bertanda positif (+) jika sistem mengalami kenaikan suhu dan bertanda negatif (-) jika sistem mengalami penurunan suhu.

-          Q bertanda positif (+) jika sistem menyerap kalor dan bertanda negatif (-) jika sistem melepas kalor.

-          W bertanda positif (+) jika sistem melakukan usaha dan bertanda negatif (-) jika sistem menerima usaha.

Hukum ini diuraikan menjadi 4 proses termodinamika, yaitu

Isobarik (Tekanan tetap atau konstan)

Isokhorik (Volume tetap  atau konstan)

Isotermik (Suhu tetap atau konstan)

Adiabatik (sistem diisolasi agar tidak ada kalor yang keluar maupun masuk atau tidak terjadi pertukaran kalor)

 

·         Hukum II Termodinamika (Arah Reaksi Sistem)

Apa yang dimaksud Entropi?

Entropi adalah besaran yang menggambarkan tingkat keacakan sistem. Semakin acak benda maka benda akan semakin homogen (sejenis) dan entropinya akan semakin besar. Kamu bisa perhatikan ilustrasi di atas untuk lebih memahami tentang entropi. Secara spontan (alamiah), sistem akan selalu menuju homogen (menjadi lebih acak), sehingga entropi akan selalu semakin besar (perubahan entropi positif). Selain itu, dalam termodinamika, ketika ada perbedaan suhu antara sistem yang terlibat, maka sistem akan selalu menuju suhu yang homogen (kesetimbangan termal).

 

·         Hukum III Termodinamika

Hukum III termodinamika menyatakan bahwa suatu sistem yang mencapai temperatur nol absolut (temperatur dalam kelvin), semua prosesnya akan berhenti dan entropi sistem akan mendekat nilai minimum.

 

Penerapan Termodinamika

Dikutip dari id.wikipedia.org, Termodinamika digunakan di berbagai bidang dalam kehidupan sehari-hari, berikut contohya:

-          Mesin termal

Dalam bidang teknik, ilmu termodinamika dimanfaatkan untuk menghitung tingkat efisiensi bahan bakar mesin dan perancangan mesin. Manfaat ini diperoleh dari penggunaan data empiris dan persamaan aljabar. Ilmu termodinamika digunakan untuk bidang ilmu yang berkaitan dengan pemanfaatan dari perubahan energi. Termodinamika secara khusus diterapkan dan digunakan dalam analisa mesin-mesin termal oleh para teknisi. Ilmu termodinamika dimanfaatkan dalam berbagai jenis motor seperti motor diesel dan motor bensin. Dalam bidang kelistrikan, ilmu termodinamika digunakan dalam pembangkit listrik dan turbin gas. Dalam kehidupan rumah tangga, termodinamika dimanfaatkan dalam perancangan mesin pendingin, penanak nasi, setrika, sistem pemanas surya dan televisi. Sementara itu, dalam teknologi luar angkasa, termodinamika dimanfaatkan dalam perancangan mesin roket. Sementara itu, di bidang industri, mesin termal ini dimanfaatkan sebagai mesin penggerak, mesin pendingin maupun mesin pemanas.

-          Konversi energi

Konsep mengenai sistem termodinamika digunakan sebagai pemikiran awal menuju ke proses konversi energi. Prinsip sistem termodinamika ini dipadukan dengan prinsip kesetimbangan energi. Pemanfaatan kedua prinsip ini adalah untuk mengetahui besarnya unjuk kerja yang timbul selama proses konversi energi.