TERMODINAMIKA
OLEH : WIDYA SATRIANI
@W18-WIDYA
BAB I
PENDAHULUAN
Termodinamika merupakan ilmu yang mempelajari hukum-hukum yang mengatur perubahan energi dari suatu bentuk ke bentuk lain, aliran dan kemampuan energi melakukan usaha, energi dapat berubah dari satu bentuk kebentuk lain tanpa ada pengurangan maupun penambahan, prinsip ini disebut sebagai prinsip konservasi atau kekekalan energi.
Prinsip termodinamika tersebut sebenarnya telah terjadi dalam kehidupan sehari-hari, dimana salah satunya yaitu energi panas dari matahari yang diserap oleh bumi yang berupa gelombang eletromagnetik. Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, maka prinsip alamiah dalam termodinamika direkayasa menjadi berbagai bentuk mekanisme untuk membantu manusia dalam melakukan kegiatannya.
Aplikasi termodinamika sangat banyak, hal ini terjadi karena perkembangan ilmu termodinamika sejak abad 17 yang dipelopori dengan penemuan mesin uap di Inggris, dan diikuti oleh ilmuan termodinamika seperti Rudolph Clausius, William Rankine, dan Lord Kelvin pada abad ke-19. Perkembangan termodinamika dimulai dengan pendekatan makroskopis hingga yang bersifat mikroskopis.
Adapun bentuk-bentuk energi yang dihasikan dalam proses termodinamika dapat berupa berbagai bentuk, diantaranya energi kimia, energi panas, energi mekanis, energi listrik, energi nuklir dan yang lainnya salah satunya yaitu energi yang terdapat pada biogas itu sendiri yaitu dengan pendekatan Maxwell- Boltzmann.
Biogas sebagai sumber energi alternatif mempunyai beberapa keunggulan daripada BBM yang berasal dari fosil. Yaitu bersifat ramah lingkungan dan dapat diperbaharui. Selain itu biogas memiliki kandungan energi yang tidak kalah dari kandungan energi yang berasal dari bahan bakar fosil. Oleh karena itu, biogas sangat cocok menggantikan minyak tanah, LPG, dan bahan bakar fosil lainnya. Substrat kotoran sapi, dianggap substrat paling cocok untuk pemanfaatan biogas itu sendiri.
Pembuatan biogas pada dasarnya membutuhkan ketekunan dan ketelitian yang sangat besar, jika tidak maka hasil yang didapatkan tidak sesuai dengan yang diinginkan. Banyak kesulitan yang dihadapi oleh para pembuat biogas yang menginginkan hasil yang maksimal. Hal ini dipengaruhi oleh beberapa faktor, misalnya yaitu : temperatur di dalam drum yang dijadikan tempat pembuatan biogas itu sendiri, yang terpenting yaitu perbandingan volume air dan volume kotoran sapi dimana jika perbandingan volume air dan volume sapi tersebut terlalu pekat, maka bakteri yang berperan dalam pembusukan atau terbentuknya biogas tidak dapat bekerja dengan baik. Sehingga berdampak dengan hasil biogas yang buruk.
A. Pengertian Termodinamika
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.
Dari segi bahasa, thermodinamika berasal dari 2 kata bahasa yunani yaitu “Thermos” dan “dynamic”. Dalam bahasa yunani “Thermos” itu artinya panas dan “dynamic” yang berarti dinamis atau perubahan. Jadi, termodinamika itu pasti berhubungan erat sama perubahan atau pergerakan energi panas, meskipun sebenarnya konsepnya tidak sesederhana itu. Konsep ilmu thermodinamika adalah usaha untuk mengubah kalor jadi energi, termasuk proses dari aliran energi tersebut dan akibat yang dihasilkan oleh perpindahan energi tersebut. Singkatnya, thermodinamika mempelajari tentang panas dan temperatur, termasuk hubungan keduanya pada energi dan gerak.
Ilustrasi system termodinamika
Konsepnya, energi dihasilkan oleh sistem yang dibatasi oleh kenyataan, dimana sistem tersebut memungkinkan untuk terbagi lagi menjadi sub-sistem atau membentuk sistem-sistem lainnya menjadi sistem yang lebih besar, dan sistem yang tidak termasuk dalam pertimbangan digolongkan sebagai lingkungan.
Termodinamika Sistem Terbuka
Ada atau terjadi pertukaran massa dan energi sistem dengan lingkungannya, contohnya samudra, lautan dan tumbuh-tumbuhan.
Termodinamika Sistem Tertutup
Jika ada sistem terbuka, maka ada juga sistem tertutup termodinamika, yaitu adanya pertukaran energi namun tidakterjadi pertukaran massa sistem dengan lingkungannya.
Contohnya Green House di mana terjadi pertukaran kalor, namun tidak terjadi pertukaran kerja terhadap lingkungan. Untuk membedakan sebuah sistem tertutup mengalami pertukaran energi yaitu panas atau kerja atau keduanya tergantung sistem pembatasnya
Pembatas Adiabatik, tidak terjadi atau tidak memperbolehkan pertukaran kalor antara sistem dan lingkungan
Pembatas Rigid, tidak terjadi atau tidak memperbolehkan pertukaran kerja dari sistem ke lingkungan maupun sebaliknya.
Ilustrasi prinsip system termodinamik tertutup bisa dilihat dalam wujud greenhouse
Termodinamika Sistem Terisolasi
Tidak terjadi pertukaran, baik pertukaran energi maupun pertukaran massa sistem dengan lingkungan, itulah mengapa sistem ini bernama sistem terisolasi. Contohnya tabung gas yang terisolasi.
Hukum Termodinamika
Hukum dasar yang berlaku dalam sistem thermodinamika dibagi menjadi 4, yaitu:
1. Hukum Awal (Zeroth Law)
Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiganya, maka sistem ketiga tersebut dalam keadaan yang juga setimbang satu sama lain.
Yang artinya apapun zat atau materi benda akan memiliki kesetimbangan termal satu sama lain, atau bisa dikatakan kesetimbangan termal berlaku secara universal.
2. Hukum Termodinamika I (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
Persamaan termodinamika.
Yang artinya perubahan energi dalam (U) sistem merupakan jumlah energi kalor (Q)dalam sistem yang dikurangi dengan kerja (W)yang dilakukan oleh sistem.
Perlu diperhatikan bahwa,
Q bertanda positif (+) jika sistem menyerap kalor
Q bertanda negatif (-) jika sistem melepas kalor
W bertanda positif (+) jika sistem melakukan kerja
W bertanda negatif (-) jika sistem diberikan kerja
Yang artinya perubahan energi dalam (U) sistem merupakan jumlah energi kalor (Q)dalam sistem yang dikurangi dengan kerja (W)yang dilakukan oleh sistem.
Perlu diperhatikan bahwa,
Q bertanda positif (+) jika sistem menyerap kalor
Q bertanda negatif (-) jika sistem melepas kalor
W bertanda positif (+) jika sistem melakukan kerja
W bertanda negatif (-) jika sistem diberikan kerja
Dan pada sistem terisolasi, Q=0 dan W=0, sehingga tidak ada perubahan energi dalam
) 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 Termodinamika II (Arah Reaksi Sistem)
Hukum kedua thermodinamika menyatakan pembatasan perubahan energi dimana alur kalor suatu objek dengan sistem memiliki sifat alami, yaitu:
“Kalor mengalir secara alami atau spontan dari benda yang panas (bersuhu tinggi) ke benda yang dingin (bersuhu rendah); dan sebaliknya kalor tidak akan mengalir secara alami atau spontan dari benda dingin (bersuhu rendah) ke benda panas (bersuhu tinggi) tanpa dilakukan usaha.”
Hukum Termodinamika III
Hukum 3 termodinamika menyatakan bahwa suatu sistem yang mencapai temperatur nol absolut (temperatur dalam kelvin), semua prosesnya akan berhenti dan entropi sistem akan mendekat nilai minimum. Selain itu, untuk entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.
Penerapan Termodinamika dalam AC/Air Conditioner
AC merupakan suatu elektronik yang termasuk ke dalam contoh hukum termodinamika 1 dan 2. AC mengubah energi listrik menjadi energi kinetik pada kondensor (berfungsi untuk membuang panas refrigerant ke lingkungan), kemudian mengubahnya menjadi energi kinetik pada evaporator (berfungsi memberikan udara dingin pada ruangan dengan cara perpindahan panas ke ruangan), dan kemudian mengubah energi kinetik pada kompresor (berfungsi memberikan tekanan pada refrigerant).
Sedangkan penerapan hukum thermodinamika kedua pada AC, bahwa AC tidak dapat secara alami atau spontan mengalirkan kalor dari suhu rendah ke suhu tinggi, diperlukan usaha atau kerja terlebih dahulu. Penerapan Termodinamika dalam Mesin Kendaraan Bermotor
Selain itu, ilmu thermodinamika juga berperan dalam penciptaan mesin kendaraan bermotor, yang tentunya baik secara kita sadari atau tidak juga sangat membantu kita dalam melakukan aktivitas kita sehari-hari.
Perhatikan gambar bagian turbin jet di atas, dimana udara masuk ke dalam kompresor yang berfungsi untuk menghisap dan menaikan tekanan udara tersebut melalui inlet sehingga temperatur udara meningkat. Kemudian, setelahnya udara tersebut dimasukkan kedalam ruang bakar dan di situ dilakukan proses pembakaran dengan cara mencampurkan udara tersebut dengan bahan bakar yang berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat disimpulkan keberadaan ruang bakar bertujuan menaikan temperatur.
Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozzle untuk mengalirkan gas tersebut ke sudu-sudu turbin yang berguna untuk memutar kompresornya sendiri dan juga memutar generator listrik, dan beban lainnya. Setelah melewati turbin gas tersebut akan dibuang ke exhaust.
Penerapan Termodinamika dalam Termos
Penerapan hukum termodinamika I juga terdapat pada termos, dengan menggunakan bahan yang bersifat adiabatik, sehingga menghambat terjadinya pertukaran kalor antara sistem ke lingkungan dan sebaliknya, sehingga tidak terjadi penurunan suhu. Termos juga merupakan contoh sistem terisolasi yang cukup mudah ditemukan. Cara kerjanya kalor dimasukkan kedalam termos dan tidak dapat keluar karena terhambat oleh kaca dengan warna putih mengkilap. Alasan kenapa semua termos kita memiliki kaca putih mengkilap di dalamnya adalah karena dibandingkan warna gelap, putih sedikit menyerap kalor.
Selain dihambat oleh kaca, kalor juga dihambat oleh celah hampa udara antara tabung dan kaca, kemudian dihambat oleh celah udara antara tabung dan dinding, karena udara merupakan penghantar panas yang buruk. Terakhir, dihambat lagi oleh lapisan terluar termos atau yang kita sentuh dan kita lihat yang biasanya terbuat dari plastik atau logam.
DAFTAR PUSTAKA
https://www.zenius.net/blog/materi-konsep-dasar-termodinamika
http://siat.ung.ac.id/files/wisuda/2013-1-84203-421409024-bab1-28072013091245.pdf
https://www.academia.edu/39893042/Makalah_Termodinamika
Tidak ada komentar:
Posting Komentar
Catatan: Hanya anggota dari blog ini yang dapat mengirim komentar.