FISIKA DASAR

TERMODINAMIKA

Termodinamika adalah satu cabang fisika teoritik yang berkaitan dengan hukum-hukum pergerakan panas,dan perubahan dari panas menjadi bentuk-bentuk energi yang lain.Istilah ini diturunkan dari bahasa yunani Therme (panas) dan dynamis (gaya).Cabang ilmu ini berdasarkan pada dua prinsip dasar yang aslinya diturunkan dari eksperimen,tapi kini dianggap sebagai aksiom.prinsip pertama adalah hukum kekekalan energi,yang mengambil bentuk hukum kesetaraan panas dan kerja.Prinsip yang kedua menyatakan bahwa panas itu sendiri tidak dapat mengalir dari benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas tanpa adanya perubahan dikedua benda tersebut.

• Sistem termodinamika

Sistem termodinamika adalah bagian dari jagad raya yang diperhitungkan.semua batasan yang nyata atau imajinasi memisahkansistem dengan jagad raya,yang disebut lingkungan.

Ada tiga jenis sistem termodinamika berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan.

• Sistem Terisolasi

Sistem ini tidak terjadi pertukaran panas,benda atau kerja dengan lingkungan.Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi,seperti tabung gas terisolasi.

• Sistem Tertutup

Pada sistem ini terjai pertukaran energi tapi tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan.Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup dimana 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 adibiatik yaitu tidak diperbolehkan pertukaran panas sedangkan pembatas rigid yaitu tidak memperbolehkan pertukaran kerja.

• Sistem Terbuka

Pada sistem ini terjadi pertukaran energi dan benda dan lingkungannya.sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebutpermeabel.Samudra merupakan contoh dari sistem terbuka.

• Keadaan Termodinamika

Ketika sistem dalam keadaan seimbang dalam kondisi yang ditentukan,ini

disebut dalam keadaan pasti (atau keadaan sistem).

Untuk keadaan termodnamika tertentu,banyak sifat dari sistem di spesifikasikan.Properti ini tidak bergantung dengan jalur dimana sistem ini membentuk keadaan tersebut,disebut fungsi keadaan dari sistem.Bagian selanjutnya dalam seksi ini hanya mempertimbangkan properti,yang merupakan fungsi keadaan.

• Hukum – hukum Dasar Termodinamika

Hukum –hukum termodinamika pada prinsipnya menjelaskan peristiwa perpindahan panas dan kerja pada proses termodinamika.Terdapat 4 hukum dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika,yaitu:

• Hukum Awal

Termodinamika hukum ini menyatakan bahwa apabila dua buah benda yang berada didalam kesetimbangan thermal digabungkan dengan sebuah benda lain,maka ketiga-tiganya berada dalam kesetimbangan thermal.

• Hukum Pertama

Hukum termodinamika pertama berbunyi “Energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan tetapi dapat dikonversi dari suatu bentu ke bentuk yang lain”.Hukum pertama adalah prinsip kekekalan energi yang memasukan kalor sebagai model perpindahan energi.Menurut hukum pertama,energi didalam suatu benda dapat ditingkatkan dengan cara menambahkan kalor ke benda atau dengan melakukan usaha pada benda.Hukum pertama tidak membatasi arah perpindahan kalor yang dapat terjadi.

Aplikasi : Mesin-mesin pembangkit energi dan pengguna energi.Semuanya hanya mentransfer dengan berbagai cara.

• Hukum kedua

Termodinamika hukum kedua terkait dengan entropi.Entropi adalah tingkat keacakan energi.Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkatkan waktu,mendekati nilai maksimumnya.

Aplikasi : kulkas harus mempunyai pembuang panas dibelakangnya,yang suhunya lebih tinggi dari udara sekitar.Karena jika tidak panas dari isi kulkas tidak bisa terbuang keluar.

• Hukum ketiga

Hukum termodinamika ketiga terkait dengan temperatur nol absolut.Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut,semua proses akan berhenti da entropi sistem akan mendekati nilai minimum.Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.

Aplikasi : kebanyakan logam bisa menjadi superkonduktor pada suhuyang sangat rendah,karena tidak banyak acakan gerakan kinetik dalam skala mokuler yang mengganggu aliran elektron.

Penerapan Hukum Termodinamika Pertama pada Beberapa proses Termodinamika

Hukum pertama termodinamika dilakukan dalam empat proses,Yaitu:

•Proses Isotermal

Dalam proses ini,suhu sistem dijaga agar selalu konstan.Suhu gas ideal

berbanding lurus dengan energi dalam gas ideal.

dan tekanan sistem berubah penjadi (tekanan sistem berkurang).

•Proses Adiabatik

Dalam proses adibiatik,tidak ada kalor yang ditambahkan pada sistem atau meninggalkan sistem (Q = O).Proses adibiatik bisa terjadi pada sistem tertutup yang terisolasi dengan baik.Untuk sistem tertutup yang terisolasi dengan baik,biasanya tidak ada kalor yang dengan seenaknya mengalir kedalam sistem atau meninggalkan sistem.Proses adibiatik juga bisa terjadi pada sistem tertutup yang tidak terisolasi.Proses dilakukan dengan

sangat cepat sehingga kalor tidak sempat mengalir menuju sistem atau

meninggalkan sistem.

•Proses Isokorik

Dalam prose isokorik,volume sistem dijaga agar selalu konstan.Karenavolume sistem selalu konstan.Maka sistem tidak bisa melakukan kerjapada lingkungan.Demikian juga sebaliknya,lingkungan tidak bisa melakukan kerja pada sistem.

•Proses Isobarik

Dalam proses isobarik,tekanan sistem dijaga agar selalu konstan.Karena yang konstan adalah tekanan,maka perubahan energi dalam (del U),kalor (Q),dan kerja (W) pada proses isobarik tidak ada yang bernilai nol.Dengan demikian,Persamaan hukum pertama termodinamika tetep utuh seperti semula.

Penerapan Hukum Pertama Termodinamika pada Manusia

Kita bisa menerapkan hukum pertama termodinamika pada manusia agar dapat bertahan hidup.Setiap mahluk hidup,baik manusia,hewan atau tumbuhan tentu saja membutuhkan energi.Kita tidak bisa belajar,jalan-jalan,jika kita tidak berdaya karena kekurangan energi.

Entropi dan Hukum-hukum termodinamika kedua.

Hukum termodinamika kedua menyatakan bahwa kondisi-kondisi alam selalu mengarah kepada ketidak aturan atau hilangnya informasi.Hukum ini juga dikenalsebagai “Hukum Entropi”.Entropi adalah selang ketidakteraturan dalam suatu sistem.Entropi sistem meningkat ketika suatu keadaan yang teratur,tersususn dan terencana menjadi lebih tidak teratur,tersebar dan tidak terencana.Semakin tidak teratur,semakin tinggi pula entropinya.Hukum entropi menyatakan bahwa seluruh alam semesta bergerak menuju keadaan yang semakin tidak teratur,tidak terencana,dan tidak terorganisir.

Hukum ini disempurnakan pada tahun 1877 oleh Ludwig Boitzmann.Dalam versinya,entropi nampak sebagai fungsi peluang darisatu keadaan,semakin tinggi peluang suatu keadaan,semakin tinggi pula entropinya.Dalam versi ini,semua sistem cenderung menuju satu keadaan setimbang.Dengan demikia,ketika suatu benda panas ditempatkan berdampingan dengan sebuah benda dingin,energi akan mengalir dari yang panas ke yang dingin,sampai mereka mencapai keadaan setimbang,yaitu memiliki suhu yang sama.

Keteraturan dan Ketidakteraturan (konsep Entropi)

Konsep ini diperkenalkan oleh Rudolf Clausius pada abad ke 19,seorang fisikawan dan matematikawan jerman,untuk mengukurpelepasan energi menjadi anas danfriksi.Clausius mendefinisikan entropi yang muncul dalam proses termal sebagai energi yang dihamburkan dan dipisahkan oleh temperatur pada saat proses berlansung.

Seorang fisikawan Australia Ludwig Boltzmann pada awal abad ke-20 memberi arti baru pada konsep entropi dan menetapkan hubungan antara entropi dan keteraturan molekular.Konsep keteraturan yang diperkenalkan oleh Boltzmann adalah konsep termodinamika ,dimana molekul-molekul berada dalam gerak yang konstan. Definisi keteraturan di dalam termodinamika berbeda sekali dengan pengertian-pengertian kaku mengenai keteraturan dan kesetimbangan dalam mekanika Newtonian.