🌎 Termodinamika 🌍

Halo Sobat Fisika, pada kesempatan kali ini aku mau membagikan informasi seputar termodinamika. Tahukah kalian? Bahwa termodinamika terdiri dari beberapa hukum seperti salah satunya hukum termodinamika 1 dan 2. Keduanya ternyata memiliki perbedaan loh, Yuk langsung kita bahas aja dengan melihat mind map di bawah ini!

Mind Map Gambaran Umum Hukum Termodinamika 1 dan 2

Mind Map Hukum Termodinamika 1

Mind Map Hukum Termodinamika 2

I. Hukum Termodinamika 1

Bunyi = “Jumlah kalor pada suatu sistem ialah sama dengan perubahan energi di dalam sistem tersebut ditambah dengan usaha yang dilakukan oleh sistem.” 

Hukum termodinamika 1 pertama kali dikemukakan berdasarkan fondasi eksperimen-eksperimen seorang ilmuwan berkebangsaan Inggris, tidak lain Ia adalah James Prescott Joule. Dimana hukum termodinamika 1 menyatakan hukum universal dari hukum kekekalan energi dan mengenai perpindahan panas sebagai suatu bentuk perpindahan energi.

Rumus Hukum Termodinamika 1

Keterangan =

- ΔU = Perubahan Energi Dalam (Joule)

- Q    = Kalor (Joule)
- W   = Usaha (Joule)

Adapun ketentuannya , yaitu :

Energi dalam (U) adalah total energi yang dikandung dalam sebuah sistem dengan mengecualikan energi kinetik (Ek) pergerakan sistem sebagai satu kesatuan dan energi potensial (Ep) sistem akibat gaya-gaya dari luar. Berdasarkan gas ideal, energi dalam dibagi menjadi 2 yaitu energi dalam gas ideal monoatomik dan diatomik

1. Energi Dalam Gas ideal monoatomik merupakan jumlah total energi kinetik translasi molekul‐molekul gas ideal monoatomik. Jumlah total energi kinetik translasi molekul‐molekul gas ideal = hasil kali antara energi kinetik translasi rata‐rata setiap molekul dengan jumlah molekul (N).

2. Energi Dalam Gas Ideal diatomik merupakan jumlah total energi kinetik translasi, energi kinetik rotasi dan energi kinetik vibrasi molekul‐molekul gas ideal diatomik.

Hukum Pertama Pada Berbagai Proses Termodinamika Gas

1. Proses Isotermal / Isotermik

Proses Isotermal merupakan perubahan keadaan gas pada suhu yang tetap. Atau bisa kita simpulkan bahwa Suhunya sama.

2. Proses Isokhorik

Proses Isokhorik merupakan perubahan keadaan termodinamika yang terjadi pada volume konstan atau tetap. Atau bisa kita simpulkan bahwa Volumenya sama.

3. Proses Isobarik

Proses Isobarik merupakan adalah perubahan keadaan gas yang terjadi pada tekanan konstan. Atau bisa kita simpulkan bahwa Tekanannya sama.

4. Proses Adiabatik

Proses Adiabatik merupakan perubahan keadaan gas yang terjadi tanpa adanya perpindahan panas atau massa antara sistem dan lingkungannya.

Kapasitas Kalor Gas

Kapasitas Kalor Gas adalah kalor yang diberikan kepada gas untuk menaikan suhunya dapat dilakukan pada tekanan tetap (proses isobarik) atau volum tetap (proses isokhorik).

Jenis Kapasitas Gas Kalor dibagi menjadi 2, yaitu :

1. Kapasitas kalor gas pada Volume Tetap, didefinisikan sebagai kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat satu kelvin pada volume tetap.

2. Kapasitas kalor pada Tekanan Tetap, didefinisikan sebagai kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat satu kelvin pada tekanan tetap.

Beda Cp dan Cv

Kapasitas Kalor Molar dan Tetapan Laplace

Tetapan Laplace (notasi γ) didefinisikan sebagai nilai perbandingan antara kapasitas kalor pada tekanan tetap dengan kapasitas kalor pada volume tetap.

Formulasi kapasitas kalor dan tetapan Laplace

- Gas Monoatomik

- Gas Diatomik

Formula Gas Monoatomik (atas) dan Formula Gas Diatomik (bawah)

Kapasitas Kalor molar atau kapasitas kalor jenis molar adalah besarnya energi kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 mol suatu zat.

- Kalor pada Tekanan Tetap

- Kalor pada Volume Tetap

- Gas Monoatomik

- Gas Diatomik

Gimana sobat? Sudah paham belum. Kalau sudah, ayo kita melihat pembahasan hukum termodinamika 2 👍

II. Hukum Termodinamika 2

Bunyi “kalor mengalir secara alami dari benda yang panas ke benda yang dingin, kalor tidak akan mengalir secara spontan dari benda dingin ke benda panas”.

Hukum 2 Termodinamika memberikan batasan-batasan terhadap perubahan energi. Hukum Kekekalan Energi yang dinyatakan dalam Hukum I Termodinamika menyatakan bahwa energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain. Misalnya, perubahan usaha (energi potensial) menjadi energi kalor atau sebaliknya. Akan tetapi, tidak semua perubahan energi yang terjadi di alam ini prosesnya dapat dibalik seperti pada Hukum I Termodinamika. Contoh, sebuah benda yang jatuh dari ketinggian h sehingga menumbuk lantai. Sehingga munculah pernyataan Hukum Termodinamika 2.

Keberadaan suatu hukum-hukum yang ada pastinya tidak terlepas dari ahli-ahli yang hebat. Konsep hukum termodinamika sendiri pertama kali dicetuskan oleh dua orang tokoh yaitu Lord Kelvin / Penemu Kelvin Planck dan juga Rudolf Clausius.

LORD KELVIN

Tidak ada proses yang mungkin terjadi bila satu-satunya hasil adalah adanya aliran panas satu reservoar pada suhu tertentu dan mengubah seluruhnya menjadi menghasilkan kerja W ( usaha mekanik).

RUDOLF CLAUSIUS

“Tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata memindahkan energi panas dari suatu benda dingin ke benda panas”

SIKLUS CARNOT

Siklus Carnot adalah sebuah siklus reversibel, yang pertama kali dikemukakan oleh Sadi Carnot pada tahun 1824, seorang insinyur Perancis. Mesin teoritis yang menggunakan siklus Carnot disebut dengan Mesin Kalor Carnot. Siklus Carnot adalah proses termodinamik yang dialami oleh zat kerja (working substance) pada mesin Carnot. 

Siklus ini terdiri atas dua proses isotermal dan dua proses adiabatik. Pada proses isotermal pertama, yang terjadi pada temperatur lebih tinggi, zat mengalami ekspansi dan menyerap kalor. Proses isotermal kedua, yang terjadi pada temperatur rendah, zat mengalami kompresi dan melepas kalor.

Siklus carnot  terdiri dari 4 tahapan proses, sebagai berikut.

1. Ekspansi isothermal reversible, dimana material ( working substance) menyerap kalor Q1 dari reservoir kalor pada temperature T1 dan sistem melakukan kerja.
2. Ekspansi adiabatic reversible, dimana working substance berkurang temperaturnya dari T1 menjadi T2 dan sistem melakukan kerja.
3. Kompresi isothermal reversible, dimana working substance melepaskan kalor Q2 ke reservoir dingin dengan tempertaur T2 dan kerja dikenakan terhadap sistem.
4. Kompresi adiabatic reversible, dimana working substance dikembalikan ke keadaan awal (semula), temperature sistem berubah dari T2 menjadi T1 dan kerja dikenakan terhadap sistem.

MESIN KALOR CARNOT

Mesin Kalor disebut juga dengan Mesin Carnot. Mesin ini merupakan alat yang berfungsi mengubah energi panas menjadi energi mekanik. Sebagai contohnya, mesin motor ojek online tadi. Hasil pembakaran dari bahan bakar diubah menjadi energi gerak dalam mesin mobil.

Efisiensi Mesin Carnot

MESIN PENDINGIN

Mesin pendingin merupakan mesin kalor yang bekerja terbalik. Jadi mesin kalor mengambil kalor dari tempat yang bersuhu rendah dan membuang kalor tersebut ke tempat yang bersuhu tinggi. Agar proses ini bisa terjadi maka mesin harus melakukan kerja. Bagaimanapun kalor secara alami hanya mau mengalir dari tempat bersuhu tinggi menuju tempat bersuhu rendah. Kalor tidak mungkin mengalir dengan sendirinya dari tempat bersuhu rendah menuju tempat bersuhu tinggi. Salah satu contoh mesin pendingin adalah kulkas.

Ukuran kinerja (performa) sebuah kulkas dan pendingin ruangan diperoleh dengan menetapkan hasil bagi kalor Q2 yang dipindahkan dari sumber dingin dengan suhu W yang dibutuhkan untuk memindahkan kalor ini. Hasil bagi ini disebut dengan koefisien perfomansi (Cp).

Koefisien Perfomansi

Koefisien performansi Mesin Pendingin Carnot

HUKUM II TERMODINAMIKA DINYATAKAN DALAM ENTROPI

Istilah entropi secara literatur berarti transformasi, dan diperkenalkan oleh Claussius. Entropi adalah sifat termodinamika yang penting dari sebuah zat, dimana harganya akan meningkat ketika ada penambahan kalor dan menurun ketika terjadi pengurangan kalor. Adalah sulit untuk mengukur entropi, tetapi akan mudah untuk mencari perubahan entropi dari suatu zat. Pada jangkauan kecil temperature, kenaikan atau penurunan entropi jika dikalikan dengan temperature akan menghasilkan jumlah kalor yang diserap atau dilepaskan oleh suatu zat.

Entropi adalah ukuran banyaknya energi atau kalor yang tidak dapat diubah menjadi usaha. Besarnya entropi suatu sistem yang mengalami proses reversibel sama dengan kalor yang diserap sistem dan lingkungannya dibagi suhu mutlak sistem tersebut (T).  Entropi adalah fungsi keadaan, nilainya pada suatu keadaan setimbang dapat dinyatakan dalam variabel-variabel yang menentukan keadaan sistem. Asas kenaikan entropi dapat dinyatakan bahwa entropi selalu naik pada tiap proses ireversibel. Karena itu dapat dikatakan bahwa entropi dari suatu sistem terisolasi sempurna selalu naik tiap proses ireversibel.

Rumus kenaikan entropi jika suatu sistem pada suhu mutlak T mengalami proses reversibel dengan menyerap sejumlah kalor

Sekian dari penjelasan mengenai Hukum Termodinamika 1 dan Hukum Termodinamika 2, sampai ketemu di blog selanjutnya. Terimakasih