Termodinamika membahas proses pertukaran energi secara teratur dan mendasar. Hukum Kedua Termodinamika menyatakan bahwa suatu proses tidak mungkin menuju ke total entropi menurun dan efisiensi maksimum hanya dapat dicapai pada proses reversible.

1. Termodinamika
PENGERTIAN DASAR ENERGI
Ilmu yang menganalisis proses-proses perubahan
energi (secara teratur dan mendasar)
Karena membahas proses pertukaran energi, maka thermodinamika
lebih tepat disebut dengan energetika.
Panas → suatu bentuk energi yang mudah diukur dan paling dikenal.
Sehingga proses perubahan dan pertukaran energi (yang
meliputi proses fisika dan kimia) ditelaah dari perubahan
panasnya.
Thermo → panas
Dinamika → pergerakan

2. Konsep dasar thermodinamika
Terdiri dua aspek: Energi dan Entropi
Energi secara umum mempunyai dua tipe atau bentuk:
→ tipe energi yang bergerak melalui batas suatu sistem; nilai yang menjelaskan
pergerakan suatu obyek atau bagian-bagian secara kuantitatif (EK) → energi
transisional
→ energi yang terdapat pada massa, elevasi, atau terdapat pada sebuah medan
gaya; interaksi suatu obyek dengan lingkungan atau antar bagian obyek
tersebut yang mengakibatkan gerak (EP) → energi potensial
Entropi:
→ ukuran derajat koherensi suatu gerakan dan interaksi dalam suatu sistem
(Entropi bernilai rendah pada sistem beraturan dan bernilai tinggi pada sistem
tak beraturan)
Disebut juga dengan derajat ketidakteraturan sistem.
PENGERTIAN DASAR ENERGI

3. Interaksi yang terjadi adalah:
→ materi dapat berpindah dari sistem ke lingkungan:
sistem terbuka (volume kendali)
→ materi tidak dapat berpindah dari sistem ke lingkungan:
sistem tertutup (massa kendali)
→ sistem tertutup yang tidak mengalami kontak, baik
mekanik maupun termal dengan lingkungan (tidak ada pertukaran energi) :
sistem terisolasi
Lingkungan
Sistem
Lapis batas
(Boudary)
Sistem → kelompok materi yang menjadi pusat perhatian
dimana terjadi perubahan energi selama proses
→ batasan yang dipakai untuk menunjukkan
suatu benda (benda kerja) dalam suatu
permukaan tertutup
Lingkungan → seluruh materi lain diluar sistem
PENGERTIAN DASAR ENERGI
Interaksi dalam konsep thermodinamika

4. Hk. Thermodinamika I (Hk. Kekekalan Energi)
PENGERTIAN DASAR ENERGI
Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan
(tapi bisa dirubah dalam bentuk yang lain)
yang terjadi pada
SISTEM
↓
→ melepas energi ke lingkungan
→ menyerap energi dari lingkungan
dua keadaan sistem:
→ keadaan awal
→ keadaan akhir
Setimbang: keadaan
dimana tiada
perubahan dalam
sistem atau antara
sistem dan lingkungan

5. PENGERTIAN DASAR ENERGI
Jika diberikan sejumlah panas kecil dQ pada suatu sistem,
maka sistem akan berekspansi melakukan kerja luar dW
pemanasan sistem mengakibatkan pula:
1. pertambahan kecepatan molekuler sistem
2. pertambahan jarak antar molekul karena sistem berekspansi
Energi yang diperlukan untuk dua hal diatas disebut pertambahan
energi dalam (internal energy) dU
Selain itu sistem juga mengalami pertambahan energi kinetik dEk dan
energi potensial dEp akibat gaya-gaya konservatif luar, seperti
gravitasi, dll. Sehingga:
dQ = dW + dU+ dEk + dEp
Persamaan yang menyatakan prinsip konversi energi dari suatu sistem,
menjadi Hk. Thermodinamika I

6. PENGERTIAN DASAR ENERGI
Pada sistem terisolasi (idealisasi termodinamika): Ep dan Ek = konstan
Sehingga dEp = 0, dEk = 0
dQ = dW + dU
Dijelaskan ttg lintasan proses
dQ, dW (tergantung lintasan), dan dU (tidak tergantung lintasan, hanya
tergantung dari keadaan awal dan akhir sistem)
Proses reversible:
Proses dimana keadaan mula-mula proses dari sistem dapat dikembalikan
tanpa merubah keadaan sistem lain (disekelilingnya)
Proses irreversible:
Proses dimana keadaan mula-mula proses dari sistem tidak dapat
dikembalikan tanpa merubah keadaan sistem lain (disekelilingnya)

7. PENGERTIAN DASAR ENERGI
Proses melingkar
Kerja
netto
S1
S2
A
B
Q2+
Q1-
P
V
Keadaan awal = A
Keadaan akhir = A
Kerja netto AS1BS2A
Dari A sistem menyerap panas Q2 dari heat
source sistem berekspansi. Dari B volume
sistem berkurang dan melepas panas di heat
sink
Karena siklus dari A-A maka Energi dalam
tidak berubah dU = 0
Sehingga pada siklus melingkar, panas dQ
seluruhnya dirubah menjadi kerja W atau
sebaliknya
dQ = dW + 0
Q2 – Q1 = W
Kelas A 0803

8. PENGERTIAN DASAR ENERGI
Proses melingkar Carnot
1842 Sadi Carnot
Proses melingkar reversible yang terdiri dari
sepasang lintasan isotherm dan sepasang
lintasan adiabatik
Tujuan: mendapat efisiensi tertinggi secara teoritis
dan mendapatkan derajat kesempurnaan mesin
panas
Kerja netto mesin Carnot:
Q2 – Q1 = W
1-2
2-3
3-4
4-1
1
Q2+
Q1-
P
V
2
3
4
V1 V4 V2 V3
Ekspansi
Isotherm T2
Ekspansi
Adiabatik T2 ke T1
Kompresi
Isotherm T1
Kompresi
Adiabatik T1 ke T2
T2
T1
Efisiensi thermis:
ηt = W / Q2
= (Q2 – Q1) / Q2
= (T2 – T1) / T2
(Q1/Q2) = (T1/T2)
Adiabatis tidak ada perubahan Q
Isothermal energi dalam konstan

9. PENGERTIAN DASAR ENERGI
W
T2 > T1
T1
Q2+
Q1-
Reservoir
panas
Reservoir
dingin
T2
Diagram alir Carnot
Berdasar konsep η dan diagram Carnot:
Panas Q tidak seluruhnya dapat diubah menjadi kerja mekanis W
Kerja mekanis W seluruhnya dapat diubah menjadi panas Q (lihat refrigerator)
T2 > T1
T1
Q2+
Q1-
W
T2
Reservoir
panas
Reservoir
dingin
Diagram alir Carnot
Direct Cycle
Refrigerator Carnot
Reverse Cycle
Koefisien performasi:
c = Q1/W
= Q1 / (Q2 – Q1)
= T1 / (T2 – T1)

10. PENGERTIAN DASAR ENERGI
Contoh:
1. Hitung efisiensi maksimum mesin yg bekerja pada temp 50oC dan 500oC
2. Mesin Carnot dengan res panas 500 K dan res dingin 270 K.
Jika mesin menyerap panas 800 J berapa kerja yang dihasilkan?
3. Bilakah efisiensi pada mesin carnot mencapai 100%, mungkinkah hal
tersebut terjadi?
1. ηt = (T2 – T1) / T2 = ((500+273)-(50+273))/(500+273) = 0.582
2. ηt = W/Q2 = 1 - T1/T2
W/800 = 1 – 270/500
W = 230/500 * 800 = 368 J
3. Pada saat ηt = (T2 – T1) / T2 = 1, T1 = 0 K (-273oC)
Tugas:
1. Sebuah iklan menawarkan mesin yg bekerja pd suhu 257oC dan 107oC.
Dikatakan bahwa kerja yg dihasilkan 15 000 J jika menyerap 50 000 J.
a. Dapatkah iklan tersebut dipercaya?
b. Berapakah batas minimal res panas agar kerja 15 000 J tercapai?
2. Mesin pendingin daya 200 watt. Jika suhu ruang pendingin -4oC dan
suhu luar 25oC serta efisiensi mesin ideal, berapakah kalor maksimum
yang diserap mesin pendingin selama 10 menit?

11. Tugas:
3. Suatu sistem menerima panas 8 000 kal (1 kal = 4.18 J) dan melakukan
kerja sebesar 12 000 J. berapa perubahan energi dalamnya?
4. Hitung perubahan energi dalam sistem pada proses:
a. Menyerap 500 kal panas dan melakukan kerja 700 J
b. Menyerap 600 kal panas dan menerima kerja 400 J
c. Menerima 400 kal panas tanpa melakukan kerja
5. Bangunan akan didinginkan dengan mesin pendingin Carnot. Suhu
luar 30oC dan suhu yang hendak dicapai 16oC. Bila alat tersebut
berkekuatan 10 HP (1 HP = 745 watt), berapakah panas yang
dikeluarkan dari bangunan tiap jam?
PENGERTIAN DASAR ENERGI

12. PENGERTIAN DASAR ENERGI
Hk. Th I
→ Menentukan type-type energi dari suatu proses
→ panas dapat diubah menjadi kerja/sebaliknya
→ W dapat diubah seluruhnya menjadi Q, Q tidak dapat diubah
seluruhnya menjadi W
Belum dijelaskan ke arah mana perubahan keadaan berjalan
Hk. Thermodinamika II (Sadi Carnot)
Memberi batasan tentang arah yang dijalani suatu proses sekaligus
memberi kriteria apakah suatu proses reversible atau irreversible

13. PENGERTIAN DASAR ENERGI
Pernyataan-pernyataan Hk. T II
1. Clausius: tak mungkin membangun suatu mesin yang beroperasi dalam 1 cycle
dengan hanya melulu transfer panas dari benda dingin ke benda panas
2. Kevin Planc: tak mungkin membangun suatu mesin yang mengambil panas
dari suatu reservoir dan menghasilkan kerja sebesar panas yang diambil
3. Clausius singkat: panas tidak akan mengalir dengan sendirinya dari benda yang
dingin ke benda yang panas
4. Ketidakmungkinan mesin abadi: suatu mesin tidak mungkin bekerja dengan
hanya mengambil energi dari sumber suhu tinggi kemudian membuangnya lagi
ke sumber panas tersebut untuk menghasilkan kerja abadi
5. Kevin Planc terakhir: energi yang terdapat di dunia ini selalu berusaha kearah
dispasi yaitu kearah pembagian panas yang merata
Proses reversible:
Proses dimana keadaan mula-mula
proses dari sistem dapat
dikembalikan tanpa merubah keadaan
sistem lain (disekelilingnya)
Artinya:
• Proses dapat balik
• Benda kerja selalu setimbang selama
proses
• Tidak ada transformasi energi yang
terjadi sbg rugi-rugi gesekan
Artinya:
• Proses dapat balik
• Benda kerja selalu setimbang selama
proses
• Tidak ada transformasi energi yang
terjadi sbg rugi-rugi gesekan
Hal ini tidak mungkin terjadi di alam nyata, semua proses alami adalah
proses irreversible atau disebut juga proses sebenarnya

14. PENGERTIAN DASAR ENERGI
Menjelaskan arah yang dijalani suatu proses
Entropi
dS = (dQ/T)
dQ/T = 0 reversible dQ/T > 0 irreversible
Karena semua proses perubahan energi alami adalah irreversible, maka
semua proses kimia, fisika, dll akan mengakibatkan total entropi di
alam akan semakin meningkat (berlangsung ke arah semakin acak)
ke keadaan maksimum, yang merupakan keadaan keseimbangan
Proses perubahan bentuk energi alami selalu akan diikuti oleh
kehilangan energi dalam bentuk energi panas karena gesekan, dan
ditebarkan ke lingkungan dan mengalami pengacakan sehingga tidak
dapat menghasilkan kerja
Seluruh materi dan energi di alam mengalami pengacakan tetap dan
menuju ke keadaan acak sempurna yang disebut sebagai kubah
entropi (entropic doom)
Pernyataan Hk. T II juga menyatakan bahwa suatu proses tidak
mungkin menuju ke total entropi menurun.

15. PENGERTIAN DASAR ENERGI
Illustrasi konsep entropi:
Suatu resistor 20 Ω dialiri arus konstan 10 A selama 1 detik, temp resistor
dibuat konstan pada 27oC dengan mengalirkan air pendingin
Pada sistem ini terjadi 2 hal
1. Perubahan entropi resistor
2. Perubahan entropi sekeliling
Berdasarkan perhitungan proses mempertahankan temp resistor pada 27oC
akan mengakibatkan panas diterima oleh sekeliling, sehingga terjadi
pertambahan entropi sekeliling
Entropi
Hal lain yang dapat di petik adalah tidak mungkin terjadi pada
proses perubahan energi (menjadi bentuk energi lain, kerja, dll)
terdapat efisiensi = 1, karena hal tersebut hanya dapat
dilakukan pada proses reversible dengan res dingin nol mutlak
Selain itu bertentangan pula dgn Hk. T II dan konsep entropi