TERMODINAMIKA

BAB I

PENDAHULUAN

 

 

1.1    Latar Belakang

Para ilmuwan kimia prihatin dengan hukum-hukum pada interaksi kimia.Teori-teori itu diuraikan untuk menjelaskan seperti interaksi dasar secara luas pada haisl percobaan. Pendekatannya sebagian dengan metoda termodinamika atau kinetik. Pada termodinamika, kesimpulannya sampai pada dasar perubahan energi dan entropi yang menyertai perubahan sistem. Dari perubahan nilai energi bebas reaksi dan oleh karena tetapan kesetimbangan, itu hal yang mungkin untuk memperkirakan secara langsung perubahan kimia yang akan terjadi. Termodinamika tidak dapat memberikan beberapa informasi mengenai laju perubahan yang terjadi atau mekanisme pereaksi yang dirubah menjadi produk.

BAB II

PEMBAHASAN

 

2.1  DEFINISI TERMODINAMIKA

Termodinamika 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.

2.2      BENTUK-BENTUK ENERGI

Telah disampaikan sebelumnya bahwa energi dapat terwujud dalam berbagai bentuk, yaitu energi kimia, energi panas, energi mekanis, energi listrik, energi nuklir, energi gelombang elektromagnetik, energi gaya magnit, dan lain-lain. Suatu media pembawa energi dapat mengandung berbagai bentuk energi tersebut sekaligus, dan jumlah energinya disebut energi total (E). Dalam analisis termodinamika sering digunakan energi total setiap satuan masa media (m), yang disebut sebagai energi per-satuan masa (e) yaitu, Berbagai bentuk energi diatas dapat pula dikelompokkan menjadi dua bentuk, yaitu energi makroskopik dan energi mikroskopik. Energi makroskopik adalah keberadaan energi ditandai dari posisinya terhadap lingkungannya atau terhadap suatu referensi yang ditentukan. Contoh bentuk energi makroskopik adalah energi kinetik (KE) dan energi potensial (PE). Keberadaan energi mikroskopik ditentukan oleh struktur internal dari zat pembawa energi sendiri dan tidak tergantung kepada lingkungannnya, yaitu struktur dan gerakan molekul zat tersebut. Energi mikroskopik ini disebut sebagai energi internal (U). Energi makroskopik berhubungan dengan gerakan masa pembawa energi, dan pengaruh luar seperti gaya gravitasi, pengaruh energi listrik, sifat magnit, dan tegangan pemukaan fluida. Energi internal meliputi semua jenis energi mikroskopik, yaitu akibat dari struktur dan aktivitas molekul dalam masa yang ditinjau. Struktur molekul adalah jarak antar molekul dan besar gaya tarik antar molekul, sedang aktivitas molekul adalah kecepatan gerak molekul. Energi laten adalah energi yang merubah jarak dan gaya tarik antar molekul, sehingga masa berubah fase antara fase padat atau cair menjadi gas. Energi sensibel merubah kecepatan gerak molekul, yang ditandai oleh perubahan temperatur dari masa yang ditinjau. Energi kimia adalah energi internal sebagai akibat dari komposisi kimia sua tu zat, yang merupakan energi yang mengikat atom dalam molekul zat tersebut. Perubahan struktur atom menyebabkan perubahan energi pengikat atom dalam molekul, sehingga reaksinya dapat melepaskan energi (eksothermis) misalnya dalam reaksi pembakaran, atau memerlukan energi (indothermis). Bentuk energi internal lainnya adalah energi nuklir, yang merupakan energi ikatan antara atom dengan intinya. Dalam aplikasi bidang teknik masa atau sistem termodinamika yang ditinjau biasanya tidak bergerak selama proses berlangsung, sehingga perubahan energi potensial dan energi kinetisnya sama dengan nol

2.3 SISTEM, PROSES, DAN SIKLUS TERMODINAMIKA

Suatu sistem termodinamika adalah sustu masa atau daerah yang dipilih, untuk dijadikan obyek analisis. Daerah sekitar sistem tersebut disebut sebagai lingkungan. Batas antara sistem dengan lingkungannya disebut batas sistem. Dalam aplikasinya batas sistem nerupakan bagian dari sistem maupun lingkungannya, dan dapat tetap atau dapat berubah posisi atau bergerak. Dalam thermidinamika ada dua jenis sistem, yaitu sistem tertutup dan sistem terbuka. Dalam sistem tertutup masa dari sistem yang dianalisis tetap dan tidak ada masa 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 masa udara didalam balon tetap, tetapi volumenya berubah, dan energi panas masuk kedalam masa udara didalam balon. Dalam sistem terbuka, energi dan masa dapat kelua r sistem atau masuk kedalam sistem melewati batas sistem. Sebagian besar mesinmesin 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 system melalui knalpot. Turbin gas, turbin uap, pesawat jet dan lain-lain adalah merupakan sistem termodinamika terbuka, karena secara simultan ada energi dan masa keluar-masuk sistem tersebut.

Karakteristik yang menentukan sifat dari sistem disebut property dari sistem, seperti tekanan P, temperatur T, volume V, masa m, viskositas, konduksi panas, dan lain-lain. Selain itu ada juga property yang disefinisikan dari property yang lainnya seperti, berat jenis, volume spesifik, panas jenis, dan lain-lain. Suatu sistem dapat berada pada suatu kondisi yang tidak berubah, apabila masing-masing jenis property sistem tersebut dapat diukur pada semua bagiannya dan tidak berbeda nilainya. Kondisi tersebut disebut sebagai keadaan (state) tertentu dari sistem, dimana sistem mempunyai nilai property yang tetap. Apabila property nya berubah, maka keadaan sistem tersebut disebut mengalami perubahan keadaan. Suatu sistem yang tidak mengalami perubahan keadaan disebut sistem dalam keadaan seimbnag (equilibrium). thermidinamika biasanya digambarkan dalam sistem koordinat 2 dua property, yaitu P-V diagram, P-v diagram, atau T-S diagram. Proses yang berjalan pada satu jenis property tetap, disebut proses iso - diikuti nama property nya, misalnya proses isobaris (tekanan konstan), proses isochoris (volume konstan), proses isothermis (temperatur konstan) dan la in-lain. Suatu sistem disebut menjalani suatu siklus, apabila sistem tersebut menjalani rangkaian beberapa proses, dengan keadaan akhir sistem kembali ke keadaan awalnya.

2.4  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.

2.5    HUKUM TERMODINAMIKA

1.  Hukum I  Termodinamika

Kalor yang diserap system, sebagian digunakan untuk menaikkan energi dalam dan sisanya untuk melakukan usaha luar. 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,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.

kalor yang diserap system…joule

= kenaikan energi dalam system…joule

usaha yang dilakukan system…joule

Catatan

Sistem menyerap kalor

System melepas kalor

Suhu system naik

Suhu system turun

Sistem memuai

System menyusut

Penerapan Hukum I termodinamika pada berbagai proses gas

1.      Proses isotermissuhu tetaptidak ada perubahan energi dalamDU = 0Q = W (kalor yang diserap seluruhnya digunakan untuk melakukan usaha)

2.      Proses isobarisQ = DU + W

3.      Proses isokhorikvolume tetaptidak melakukan usahaW = 0Q =DU ( kalor yang diserap hanya digunakan untuk menaikkan energi dalam gas )

4.      Proses adiabatikQ = 0DU + W = 0 W = -DU (usaha yang dilakukan gas sama dengan penurunan energi dalam gas)

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

BAB III

PENUTUP

3.1    Kesimpulan

Termodinamika 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.

DAFTAR PUSTAKA

Surdia, Tata Dan Saito Shinkoru. 1984. Pengetahuan Bahan Teknik.Jakarta :  Pradnya Paramita.

Nainggolan, Werlin. 1977. Termodinamika Teori dan Soal-Penyelesaian. Bandung : Armico.

Holman, J.P. 1988. Perpindahan Kalor. Jakarta : Erlangga

Sumanto.1989. Dasar-Dasar Mesin Pendingin. Yogjakarta : Andi Offset

K, Handoko.1987. Alat Kontrol Mesin Pendingin. Jakarta : P.T. Ichtiar Baru

Cooper, William D. 1999. Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran.  Jakarta : Erlangga