Termodinamika (bahasa Yunani: thermos
= 'panas' and dynamic = 'perubahan') adalah fisika energi , panas,
kerja,
entropi
dan kespontanan proses. Termodinamika berhubungan dekat dengan mekanika statistik
di mana banyak hubungan termodinamika berasal.
Pada sistem di mana terjadi proses
perubahan wujud atau pertukaran energi, termodinamika klasik tidak berhubungan
dengan kinetika
reaksi (kecepatan suatu proses reaksi berlangsung). Karena alasan
ini, penggunaan istilah "termodinamika" biasanya merujuk pada
termodinamika setimbang. Dengan hubungan ini, konsep utama dalam termodinamika
adalah proses
kuasistatik, yang diidealkan, proses "super pelan". Proses
termodinamika bergantung-waktu dipelajari dalam termodinamika tak-setimbang.
Karena termodinamika tidak
berhubungan dengan konsep waktu, telah diusulkan bahwa
termodinamika setimbang seharusnya dinamakan termostatik.
Hukum termodinamika kebenarannya
sangat umum, dan hukum-hukum ini tidak bergantung kepada rincian dari interaksi
atau sistem yang diteliti. Ini berarti mereka dapat diterapkan ke sistem di
mana seseorang tidak tahu apa pun kecual perimbangan transfer energi dan wujud
di antara mereka dan lingkungan. Contohnya termasuk perkiraan Einstein tentang emisi
spontan dalam abad ke-20 dan riset
sekarang ini tentang termodinamika benda hitam.
Konsep
dasar dalam termodinamika
Pengabstrakkan dasar atas
termodinamika adalah pembagian dunia menjadi sistem dibatasi oleh kenyataan
atau ideal dari batasan. Sistem yang tidak termasuk dalam pertimbangan
digolongkan sebagai lingkungan. Dan pembagian sistem menjadi subsistem masih
mungkin terjadi, atau membentuk beberapa sistem menjadi sistem yang lebih
besar. Biasanya sistem dapat diberikan keadaan yang dirinci dengan jelas yang
dapat diuraikan menjadi beberapa parameter !
Sistem
termodinamika
Sistem termodinamika adalah bagian
dari jagat raya yang diperhitungkan. Sebuah batasan
yang nyata atau imajinasi memisahkan sistem dengan jagat raya, yang disebut
lingkungan. Klasifikasi sistem termodinamika berdasarkan pada sifat batas
sistem-lingkungan dan perpindahan materi, kalor dan entropi antara sistem dan
lingkungan.
Ada tiga jenis sistem berdasarkan
jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan:
- sistem terisolasi: tak terjadi pertukaran panas, benda
atau kerja dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah
terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.
- sistem tertutup: 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. Apakah suatu sistem terjadi pertukaran panas,
kerja atau keduanya biasanya dipertimbangkan sebagai 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 lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan
pertukaran benda disebut permeabel. Samudra merupakan contoh dari sistem
terbuka.
Dalam kenyataan, sebuah sistem tidak
dapat terisolasi sepenuhnya dari lingkungan, karena pasti ada terjadi sedikit
pencampuran, meskipun hanya penerimaan sedikit penarikan gravitasi. Dalam analisis sistem terisolasi,
energi yang masuk ke sistem sama dengan energi yang keluar dari sistem.
Keadaan
termodinamika
Ketika sistem dalam keadaan seimbang
dalam kondisi yang ditentukan, ini disebut dalam keadaan pasti (atau keadaan
sistem).
Untuk keadaan termodinamika
tertentu, banyak sifat dari sistem dispesifikasikan. Properti yang tidak
tergantung dengan jalur di mana sistem itu membentuk keadaan tersebut, disebut
fungsi keadaan dari sistem. Bagian selanjutnya dalam seksi ini hanya
mempertimbangkan properti, yang merupakan fungsi keadaan.
Jumlah properti minimal yang harus
dispesifikasikan untuk menjelaskan keadaan dari sistem tertentu ditentukan oleh
Hukum
fase Gibbs. Biasanya seseorang berhadapan dengan properti sistem
yang lebih besar, dari jumlah minimal tersebut.
Pengembangan hubungan antara
properti dari keadaan yang berlainan dimungkinkan. Persamaan keadaan adalah contoh dari hubungan
tersebut.
Hukum-hukum
Dasar Termodinamika
Terdapat empat Hukum Dasar yang
berlaku di dalam sistem termodinamika, yaitu:
- Hukum Awal
(Zeroth Law) Termodinamika
Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan
setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu
dengan lainnya.
- 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 dilakukan 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 proses akan berhenti dan
entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa
entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai
nol.
Termodinamika didasarkan atas tiga postulat yang dikenal sebagai Hukum I Termodinamika, Hukum II Termodinamika dan Hukum III Termodinamika.
1. Hukum I Thermodinamika
Hukum pertama termodinamika menyatakan hubungan antara kalor (q), kerja (w) dan perubahan energi dalam (∆U), yang menerangkan bahwa energi sistem tersekat adalah tetap. Hukum pertama termodinamika dapat dinyatakan dengan persamaan berikut :
q = ∆U – W
q, ∆U,danW dalam satuan joule atau kalori. Hukum pertama termodinamika menunjukkan bahwa energi dalam tidak dapat diukur tapi dapat diukur dari nilai kalor dan kerja. Kalor dapat diukur dengan percobaan dan kerja. Kerja dihitung melalui volume dan tekanan yang melawan perubahan itu.
2. Hukum II Thermodinamika
Hukum kedua termodinamika mengemukakan bahwa semua proses atau reaksi yang terjadi di alam semesta, selalu disertai dengan peningkatan entropi. Perubahan entropi (dS) adalah suatu fungsi keadaan yang merupakan perbandingan perubahan kalor yang dipertukaran antara sistem dan lingkungan secara reversibel (δqrev) terhadap suhu tertentu T (oC). Persamaan yang menyatakan besarnya entropi dinyatakan sebagai berikut :
dS = δqrev/T
3. Hukum III Thermodinamika
Hukum ketiga menyatakan bahwa suatu unsur atau senyawa yang murni dalam bentuk kristal sempurna mempunyai entropi nol pada suhu 0oC, secara matematika dinyatakan sebagai berikut :
Soo = 0
Berdasarkan hukum ketiga dapat dilakukan pengukuran dan perhitungan kalor yang diserap suatu zat murni dari 0oK sampai suhu tertentu. Kerja yang dapat diperoleh dari jumlah kalor sama dengan banyaknya kalor dikurangi sebagian dari jumlah tersebut.
Sistem adalah bagian dari dunia yang menjadi perhatian khusus bagi dunia kita. Sistem dapat berupa tabung reaksi, mesin, sel elektrokimia, dan sebagainya. Di sekitar sistem ada lingkungan, tempat kita melakukan pengamatan. Dengan menetapkan batas sistem dan lingkungannya kita bisa mendapatkan spesifikasi yang teliti batas antara keduanya. Jika materi dapat dipindahkan melalui batas antara sistem dan lingkungannya, maka sistem itu dikatakan terbuka. Sebaliknya jika materi tidak dapat dipindahkan dikatakan sebagai sistem tertutup. Sistem tertutup yang tidak mempunyai kontak mekanis maupun termal dengan lingkungannya disebut sistem terisolasi.
Sebuah sistem dapat mengalami berbagai proses sesuai keadaannya saat itu. Keadaan itu sedemikian rupa sehingga salah satu variabel sistem konstan. Berbagai macam proses itu adalah :
1. Proses isotermal, yaitu proses yang berlangsung pada suhu tetap (T1=T2), akibatnya energi dalam tetap.
2. Proses isovolum, yaitu proses yang tidak mengalami perubahan volum (DV=0), akibatnya sistem tidak melakukan kerja.
Proses adiabatik, yaitu proses yang tidak menyerap atau melepas kalor, yang berarti energi dalam sistem dipakai untuk menghasilkan kerja
No comments:
Post a Comment