2. Termodinamika (bahasa Yunani: thermos = 'panas' and dynamic = 'perubahan')
adalah fisika energi , panas, kerja, entropi dan kespontanan proses.
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
3. 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 dipertimbangkanh 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
penarikangravitasi. 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.
4. 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.
5. Usaha Luar
Usaha luar dilakukan oleh sistem, jika kalor ditambahkan (dipanaskan) atau kalor
dikurangi (didinginkan) terhadap sistem. Jika kalor diterapkan kepada gas yang
menyebabkan perubahan volume gas, usaha luar akan dilakukan oleh gas tersebut.
Usaha yang dilakukan oleh gas ketika volume berubah dari volume awal V1 menjadi
volume akhir V2 pada tekanan p konstan dinyatakan sebagai hasil kali tekanan dengan
perubahan volumenya.
Energi Dalam
Suatu gas yang berada dalam suhu tertentu dikatakan memiliki energi dalam. Energi
dalam gas berkaitan dengan suhu gas tersebut dan merupakan sifat mikroskopik gas
tersebut. Meskipun gas tidak melakukan atau menerima usaha, gas tersebut dapat
memiliki energi yang tidak tampak tetapi terkandung dalam gas tersebut yang hanya
dapat ditinjau secara mikroskopik.
Berdasarkan teori kinetik gas, gas terdiri atas partikel-partikel yang berada dalam
keadaan gerak yang acak. Gerakan partikel ini disebabkan energi kinetik rata-rata dari
seluruh partikel yang bergerak. Energi kinetik ini berkaitan dengan suhu mutlak gas.
Jadi, energi dalam dapat ditinjau sebagai jumlah keseluruhan energi kinetik dan
potensial yang terkandung dan dimiliki oleh partikel-partikel di dalam gas tersebut
dalam skala mikroskopik. Dan, energi dalam gas sebanding dengan suhu mutlak gas.
Oleh karena itu, perubahan suhu gas akan menyebabkan perubahan energi dalam gas.
Hukum I Termodinamika
Jika kalor diberikan kepada sistem, volume dan suhu sistem akan bertambah (sistem
akan terlihat mengembang dan bertambah panas). Sebaliknya, jika kalor diambil dari
sistem, volume dan suhu sistem akan berkurang (sistem tampak mengerut dan terasa
lebih dingin). Prinsip ini merupakan
6. Sistem yang mengalami perubahan volume akan melakukan usaha dan sistem yang
mengalami perubahan suhu akan mengalami perubahan energi dalam. Jadi, kalor yang
diberikan kepada sistem akan menyebabkan sistem melakukan usaha dan mengalami
perubahan energi dalam. Prinsip ini dikenal sebagai hukum kekekalan energi dalam
termodinamika atau disebut hukum I termodinamika. Secara matematis, hukum I
termodinamika dituliskan sebagai
Q = W + ∆U
Dimana Q adalah kalor, W adalah usaha, dan ∆U adalah perubahan energi dalam.
Secara sederhana, hukum I termodinamika dapat dinyatakan sebagai berikut.
Jika suatu benda (misalnya krupuk) dipanaskan (atau digoreng) yang berarti diberi
kalor Q, benda (krupuk) akan mengembang atau bertambah volumenya yang berarti
melakukan usaha W dan benda (krupuk) akan bertambah panas (coba aja dipegang,
pasti panas deh!) yang berarti mengalami perubahan energi dalam ∆U.
Proses Isotermik
Suatu sistem dapat mengalami proses termodinamika dimana terjadi perubahan-
perubahan di dalam sistem tersebut. Jika proses yang terjadi berlangsung dalam suhu
konstan, proses ini dinamakan proses isotermik. Karena berlangsung dalam suhu
konstan, tidak terjadi perubahan energi dalam (∆U = 0) dan berdasarkan hukum I
termodinamika kalor yang diberikan sama dengan usaha yang dilakukan sistem
(Q = W).
Proses Isokhorik
Jika gas melakukan proses termodinamika dalam volume yang konstan, gas
dikatakan melakukan proses isokhorik. Karena gas berada dalam volume konstan (∆V
= 0), gas tidak melakukan usaha (W = 0) dan kalor yang diberikan sama dengan
7. perubahan energi dalamnya. Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada
volume konstan QV.
QV = ∆U
Proses Isobarik
Jika gas melakukan proses termodinamika dengan menjaga tekanan tetap konstan,
gas dikatakan melakukan proses isobarik. Karena gas berada dalam tekanan konstan,
gas melakukan usaha (W = p∆V). Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada
tekanan konstanQp. Berdasarkan hukum I termodinamika, pada proses isobarik berlaku
Sebelumnya telah dituliskan bahwa perubahan energi dalam sama dengan kalor yang
diserap gas pada volume konstan
QV =∆U
Dari sini usaha gas dapat dinyatakan sebagai
W = Qp − QV
Jadi, usaha yang dilakukan oleh gas (W) dapat dinyatakan sebagai selisih energi
(kalor) yang diserap gas pada tekanan konstan (Qp) dengan energi (kalor) yang diserap
gas pada volume konstan (QV).
Proses Adiabatik
Dalam proses adiabatik tidak ada kalor yang masuk (diserap) ataupun keluar
(dilepaskan) oleh sistem (Q = 0). Dengan demikian, usaha yang dilakukan gas sama
dengan perubahan energi dalamnya (W = ∆U).
8. Jika suatu sistem berisi gas yang mula-mula mempunyai tekanan dan volume
masing-masing p1 dan V1 mengalami proses adiabatik sehingga tekanan dan volume
gas berubah menjadi p2 dan V2, usaha yang dilakukan gas dapat dinyatakan sebagai
Dimana γ adalah konstanta yang diperoleh perbandingan kapasitas kalor molar gas
pada tekanan dan volume konstan dan mempunyai nilai yang lebih besar dari 1 (γ > 1).
Proses adiabatik dapat digambarkan dalam grafik p – V dengan bentuk kurva yang
mirip dengan grafik p – V pada proses isotermik namun dengan kelengkungan yang
lebih curam.
