Termodinamika 1 : Transformasi Energi dan Perubahan Fase

Oleh Terrano Putra Utama (Z06-TERRANO)

Abstrak

Artikel ilmiah ini menjelaskan konsep-konsep termodinamika yang mendasari perubahan energi dan perubahan fase materi. Termodinamika 1 menjadi fokus utama, dengan penekanan pada transformasi energi dan transisi materi dari satu bentuk fisik ke bentuk lainnya. 

Pendahuluan

Termodinamika 1 memusatkan perhatian pada dasar-dasar transformasi energi dan perubahan fase materi dalam suatu sistem tertutup. Pengenalan konsep-konsep dasar termodinamika menjadi esensial untuk menjelaskan berbagai fenomena yang terjadi di sekitar kita, mulai dari proses kimia di dalam sel hidup hingga perubahan cuaca yang kompleks. Perubahan fase, sebagai bagian integral dari studi termodinamika, mengeksplorasi transisi antara keadaan zat padat, cair, dan gas. Fenomena ini tidak hanya memberikan pemahaman teoritis, tetapi juga memiliki aplikasi praktis dalam kehidupan sehari-hari, seperti dalam proses pendinginan dan pemanasan, pembentukan awan, atau bahkan dalam industri pengolahan material.

Pembahasan

1. Perubahan Fase dan Energi

Perubahan fase melibatkan transformasi materi dari satu bentuk fisik ke bentuk lainnya, dan energi yang terlibat sangat dipengaruhi oleh arah perubahan fase. Mari kita eksplorasi lebih lanjut contoh-contoh spesifik:

a. Pemanasan dan Pendinginan: 

Perubahan fase terkait erat dengan pemanasan dan pendinginan suatu zat. Pada dasarnya, ketika energi panas ditambahkan ke dalam sistem, molekul-molekul di dalam zat mulai bergerak lebih cepat dan lebih acak. Ini menyebabkan perubahan fase dari padat ke cair, atau dari cair ke gas, tergantung pada sifat zat tersebut. Sebaliknya, pada proses pendinginan, energi panas dihilangkan dari sistem. Molekul-molekul dalam zat mulai kehilangan energi kinetik mereka, dan ini dapat menyebabkan perubahan fase dari gas ke cair, atau dari cair ke padat. 

Kurva Pendinginan

 

Kurva Pemanasan

b. Pembekuan dan Penguapan:

Pembekuan adalah perubahan fase dari cair menjadi padat, dan ini terjadi ketika suhu zat mencapai titik beku. Selama proses ini, energi panas dilepaskan dari sistem. Sebaliknya, penguapan adalah perubahan fase dari cair ke gas, dan ini terjadi ketika suhu zat mencapai titik didih. Selama penguapan, energi panas diserap oleh zat untuk mengatasi gaya tarik antarmolekuler.

2. Hubungan antara Panas, Kerja, dan Perubahan Energi:

Dalam termodinamika, perubahan energi dalam suatu sistem dapat dijelaskan oleh hukum pertama termodinamika: energi total dalam sistem terisolasi adalah konstan. Untuk memahami hubungan antara panas (Q), kerja (W), dan perubahan energi (ΔU) selama perubahan fase, kita perlu mempertimbangkan konsep-konsep berikut:

a. Hukum Pertama Termodinamika: 

Menyatakan bahwa perubahan energi internal (ΔU) suatu sistem sama dengan jumlah panas yang diserap (Q) dikurangi kerja yang dilakukan (W), atau ΔU = Q - W. Menegaskan bahwa energi dalam suatu sistem adalah konstan, dan perubahan energi terjadi melalui penerimaan atau pelepasan panas atau kerja. Selama perubahan fase, panas yang diserap atau dilepaskan mempengaruhi energi internal sistem.

b. Perubahan Entalpi (ΔH): 

Entalpi mengukur perubahan energi panas dalam suatu sistem pada tekanan konstan. Pada perubahan fase, entalpi membantu menggambarkan energi yang terlibat.  

c. Kerja (W):

Selama perubahan fase, sistem dapat melakukan kerja pada sekitarnya atau sebaliknya. Misalnya, saat air membeku, energi dilepaskan ke sekitarnya, dan sistem melakukan kerja pada sekitarnya. Kerja selama perubahan fase dapat dihitung menggunakan rumus W = PΔV, di mana W adalah kerja, P adalah tekanan, dan ΔV adalah perubahan volume. Perubahan volume ini dapat menjadi signifikan terutama pada proses penguapan dan pembekuan di mana zat mengalami perubahan fasa dari cair ke gas atau sebaliknya.

Kesimpulan

Proses pemanasan, pendinginan, pembekuan, dan penguapan melibatkan kompleksitas energi internal sistem, perubahan entalpi, entropi, panas, dan kerja. Hubungan antara panas, kerja, dan perubahan energi dijelaskan oleh hukum pertama termodinamika dan rumus-rumus khusus termodinamika seperti Q = mcΔT dan W = PΔV. Pemahaman mendalam tentang perubahan fase dan energi dapat membuat kita memahami cara mengoptimalkan penggunaan energi dan mengembangkan teknologi yang lebih efisien. Konsep-konsep ini, ketika diterapkan secara cermat, dapat memimpin kita ke arah teknologi yang lebih ramah lingkungan dan berkelanjutan demi kebaikan peradaban manusia.

Daftar Pustaka

Warokka, A. and Boedi, S.D., 2020. Termodinamika Teknik.
http://repository.lppm.unila.ac.id/27414/1/Termodinamika-Front%20page%20upload%20repository%202021.pdf

Perdana, A.T., Selly, J.B., Randjawali, E., Sriwahyuni, E., Sari, D.N., Ansyarif, A.R., Setiawan, J., Saputri, F.R., Rochyani, N., Al Ghifari, A.D. and Pattersons, M.L., 2023. TERMODINAMIKA. Get Press Indonesia. https://books.google.co.id/books?id=JKLUEAAAQBAJ&printsec=frontcover&source=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q&f=false

FISIK II, K.I.M.I.A., Pengaruh Suhu Terhadap Perubahan Energy Gibbs, Entalpi dan Entropi.

https://d1wqtxts1xzle7.cloudfront.net/33444766/pengaruh_suhu_terhadap_energi_bebas_gibbs_entalpi_dan_entropi-libre.pdf?1397210493=&response-content-disposition=inline%3B+filename%3DLAPORAN_PRAKTIKUM_KIMIA_FISIK_II_sel_ele.pdf&Expires=1701099174&Signature=UcJ01zs8PxSlKzNMxrfbI1npojJIavYcWEJEFQnLJnLAW~kWpHHHj-w~fzQimOZoyrM6t11I6Z~0a09uPiKHKwktaOWtjBa5ai3BHw3g6viB7ZgT3Kg-lQwcklUXCbP9C2L6jL1No3Jp~b0vNi2f5zSRL~sPCphhjIa0ES4XCogv1Sfdrm5Wu0R1r4gQrS3BfzQi7O9V7HgMHjSTzeaSc6GmOiQlMK8fp~yb3NPYhmDUPZymA4qF-LnkE6a4luK-l8B0lE39Fl5whvz8Tx1qnDQdede87Dn1a9tDAqKPVRmlKN6VH5Oi6QDoRWk6KxMQxMUTbQivkRvMecTNp7cu0g__&Key-Pair-Id=APKAJLOHF5GGSLRBV4ZA

Pandiangan, P. and Chandra, D.T., Tinjauan Ulang Termodinamika. Fisika Statistik, pp.1-62.

https://pustaka.ut.ac.id/lib/wp-content/uploads/pdfmk/PEFI4418-M1.pdf