Termodinamika

termodinamika berasal dari kata termo dan dinamika
termo artinya : suhu
dinamika artinya :perubahan
termodinamika : perubahan suhu

perbedaan suhu dengan perubahan temperatur

suhu:
berlaku untuk 1 benda
lebih spesifik
bersifat khusus

temperatur :
berlaku untuk beberapa / lebih dari 1 benda
mewakili
bersifat umum

proses proses termodinamika :
isotermik : sama suhu
isobarik : sama tekanan (pompa air )
isokhorik : sama volume
adiabatik :berlaku volume,tekanan suhu (shauna)

1.usaha dalam termodinamika
 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.

W = p∆V= p(V₂ – V₁) 

Secara umum, usaha dapat dinyatakan sebagai integral tekanan terhadap perubahan volume yang ditulis sebagai

Kapasitas kalor C suatu zat menyatakan "banyaknya kalor Q yang diperlukan untuk menaikkan suhu zat sebesar 1 kelvin". Pernyataan ini dapat dituliskan secara matematis sebagai

C = Q/ΔT atau Q = CΔT\

keterangan:

C= Kapasitas Kalor

Q = Qalor

∆T = Kenaikan Suhu

Kapasitas gas kalor adalah kalor yang diberikan kepada gas untuk menaikan suhunya dapat dilakukan pada tekanan tetap (proses isobarik) atau volum tetap (proses isokhorik). Karena itu, ada dua jenis kapasitas gas kalor yaitu:

1. Kapasitas kalor gas pada tekanan tetap

2. Kapasitas kalor pada volum tetap

1. kapasitas kalor gas pada tekanan tetap (C_p)

Kapasitas kalor gas adalah kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu suatu zat satu Kelvin pada tekanan tetap. tekanan system dijaga selalu konstan. Karena yang konstan adalah tekanan, maka perubahan energi dalam, kalor, dan kerja pada proses ini tidak ada yang bernilai nol.

Maka secara matematis :

Cp = Q/ΔT = ((5/2PΔV)/(ΔT)) = ((5/2nRΔV)/(ΔT)

Cp = 5/2nR
2. Kapasitas kalor gas pada volum tetap (C_v)

Kapasitas kalor pada volum tetap artinya kalor yang diperlukan untuk menaikan suhu suatu zat satu kelvin pada volum tetap. Artinya kalor yang diberikan dijaga selalu konstan.

 Karena volume system selalu konstan, maka system tidak bisa melakukan kerja pada lingkungan. Demikian juga sebaliknya, lingkungan tidak bisa melakukan kerja pada system. Jadi kalor yang ditambahkan pada system digunakan untuk menaikan energi dalam sistem.

Maka secara matematis :

Cv = Q/ΔT = (3/2nRΔT)/ΔT

Cv = 3/2nR

Berdasarkan persamaan di atas dapat diperoleh bahwa:

Cp – Cv = 5/2nR – 3/2nR

Cp – Cv = nR

Kapasitas yang diperoleh pada persamaan tersebut adalah untuk gas monoatomik. Sedangkan untuk gas diatomik dan poliatomik tergantung pada derajat kebebasan gas. Dapat digunakan pembagian suhu sebagai berikut:

• Pada suhu rendah (± 250 K): Cv = 3/2nR dan Cp = 5/2nR
• Pada suhu sedang (± 500 K): Cv = 5/2nR dan Cp = 7/2nR
• Pada suhu tinggi (± 1000 K): Cv = 7/2nR dan Cp = 9/2nR

Oleh karena itu, konstanta Laplace γ dapat dihitung secara teoretis sesuai persamaan sebagai berikut:

• Gas monoatomik: γ = Cp/Cv = ((5/2nR)/(3/2nR)) = 5/3 = 1,67
• Gas diatomik pada suhu kamar: γ = Cp/Cv = ((7/2nR)/(5/2nR)) = 7/5 = 1,4

Dengan memasukan nilai Q_p danQ_c sertqa W diperoleh :

C _p∆T – C_v∆T = _p∆V

(C _p – C_v ) = _p∆V

C _p – C_v= _p∆V / ∆T

Akhirnya kita mendapatkan rumus lengkap usaha yang dilakukan oleh gas seperti dibawah ini :

· W = p∆V = p (V₂- V₁)

· W = nR∆V = nR(T₂- T₁)

· W = Q_p - Q_{v =} (C_p – Cv)∆T

proses proses termodinamika ;

Proses Isotermis (Suhu Konstan)

Usaha luar ga (W) sebanding dengan luas daerah di bawah kurva, rumusnya

:: Proses Isokhorik (Volume Konstan)

W = p ΔV

karena volume konstan maka ΔV = 0 sehingga
W = 0

:: Proses Isobarik

W = p ΔV = p (V2-V1)

:: Proses Adiabatik

Yang dimaksud proses adibatik adalah proses perubahan sistem tqanpa ada kalor yang masuk atau keluar dari atau ke dalam sistem. Pada proses adiabatik berlaku persamaan:

 p V γ = tetap ; γ = Cp/Cv

γ = tetapan laplace
Cp = kalor jenis gas pada tekanan tetap
Cv = kalor jenis gas pada volume tetap

karena sistem tidak melepas atau menerima kalor maka usaha yang dilakukan oleh sistem hanya untuk merubah energdalam yang besaranya dapat dirumuskan

W = 1/(γ-1) x (P1 V1 – P2 V2)

hukum 1 termodinamika

"meskipun energi panas telah berubah menjadi usaha luar dan perubahan enrgi dalam,tetapi jumlah seluh energi itu selalu tetap"

                                     Q = W + ∆U

Proses Isotermik

Suatu sistem dapat mengalami proses termodinamika dimana terjadi perubahan-perubahan di dalam sistem tersebut

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 perubahan energi dalamnya. Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada volume konstan Q_V.

Q_V = ∆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 konstan Q_p. Berdasarkan hukum I termodinamika, pada proses isobarik berlaku

 

Sebelumnya telah dituliskan bahwa perubahan energi dalam sama dengan kalor yang diserap gas pada volume konstan

Q_V =∆U

Dari sini usaha gas dapat dinyatakan sebagai

W = Q_p − Q_V

Jadi, usaha yang dilakukan oleh gas (W) dapat dinyatakan sebagai selisih energi (kalor) yang diserap gas pada tekanan konstan (Q_p) dengan energi (kalor) yang diserap gas pada volume konstan (Q_V).

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)

Siklus Termodinamika dan Hukum II Termodinamika

1. Pengertian Siklus

Siklus adalah serangkaian proses yang dimulai dari suatu keadaan awal dan berakhir pada keadaan yang sama dengan keadaan awalnya. Agar dapat melakukan usaha terus-menerus, suatu sistem harus bekerja dalam satu tsiklus. Ada 2 macam siklus, yaitu siklus reversibel (siklus yang dapat balik) dan irreversibel (siklus yang tidak dapat balik).

2. Siklus Carnot

Perhatikan gambar diatas. Gambar diatas merupakan gambar siklus mesin pemanas carnot. terdapat empat proses dalam siklus Carnot, yaitu:

• pemuaian secara isotermik. (a-b)
• pemuaian secara adiabatik. (b-c)
• pemampatan secara isotermik. (c-d)
• pemampatan secara adiabatik. (d-a)

3. Mesin Kalor Carnot

Proses-proses dalam mesin kalor Carnot, perhatikan gambar siklus carnot diatas. Siklus dapat dijelaskan sebagai berikut:

• Siklus a-b
  Gas menyerap kalor Qt pada temperatur Tv Suhu sistem sama dengan suhu reservoir panas sehingga disebut proses isotermik. Gas memuai dan melakukan usaha pada pengisap. Oleh karena energi dalam tetap maka usaha yang dilakukan pada sistem sama dengan kalor yang diserap.
• Siklus b-c
  Beban pengisap dikurangi sehingga gas memuai menurut proses adiabatik. Terjadi pengurangan energi dalam dan suhu sistem menurun sampai sama dengan suhu pada reservoir dingin Tr
• Siklus c-d
  Gas mengalami penyusutan secara isotermik dengan membuang kalor Qrpada reservoir dingin pada temperatur 7) sehingga usahanya negatif (usaha dilakukan pada sistem).
• Siklus d-1
  Beban pengisap ditambah sehingga gas menyusut menurut proses adiabatik. Terjadi penambahan energi dalam dan suhu naik sampai sama dengan suhu pada reservoir panasT,. Energi dalam gas kembali seperti pada awal siklus.

BACA JUGA :  Pengertian Media Massa, Jenis, Fungsi dan Karakteristik Media Massa Menurut Ahli

Usaha pada mesin pemanas Carnot:

W = Qt – Qy

Karakteristik mesin kalor carnot dinyatakan dengan efisiensi mesin (η) yaitu perbandingan antara usaha yang dilakukan dengan kalor yang diserap. Secara matematis ditulis sebagai berikut.

Efisiensi suatu mesin kalor jenis apa pun selalu lebih kecil dari efisiensi mesin ideal atau mesin Carnot.

Berdasarkan hukum I Termodinamika berlaku:

Keterangan:η = efisiensi mesin
Tr = temperatur pada reservoir rendah
Tt = temperatur pada reservoir tinggi
Qr = kalor yang dibuang pada reservoir rendah
Qt = kalor yang diserap pada reservoir tinggi

Mesin Pendingin Carnot

Contoh dari mesin pendingin Carnot antara lain mesin pendingin ruangan dan lemari es. Siklus mesin pendingin Carnot merupakan kebalikan siklus mesin kalor Carnot karena siklusnya reversibel (dapat balik).

Usaha pada mesin pendingin Carnot dapat dituliskan:

W= Qt — Qr

Karakteristik pada mesin pendingin dinyatakan dengan koefisien performansi atau koefisien kinerja yang simbolnya Kd. Koefisien kinerja didefinisikan sebagai perbandingan antara kalor yang dipindahkan dengan usaha yang dilakukan sistem.

Mesin Pemanas Carnot

Dari Gambar 4.9 dapat dijelaskan bahwa kalor yang diambil dipindahkan ke dalam ruangan.
Karakteristik mesin pemanas dinyatakan dengan koefisien kerja yang simbolnya Kp . Secara matematis dapat dituliskan:

4. Entropi dan Hukum II Termodinamika

Entropi

Entropi dapat diartikan sebagai ukuran ketidakteraturan. Dalam sistem tertutup peningkatan entropi diikuti oleh penurunan jumlah energi yang tersedia. Semakin tinggi entropi, semakin tinggi ketakteraturannya.

• Entropi pada Proses Temperatur Konstan
  Jika suatu sistem pada suhu mutlak T mengalami proses reversibel dengan menyerap sejumlah kalor Q maka kenaikan entropi ∆S dapat dituliskan:

  ∆S = S2 – S1 = Q/T

Keterangan:∆S= perubahan entropi (J/K)
S1 = entropi mula-mula (J/K)
S2 = entropi akhir (J/K)

• Entropi pada Proses Temperatur Berubah
  Pada proses yang mengalami perubahan temperatur, entropi dituliskan sebagai berikut.
  

Keterangan:
∆S = perubahan entropi (J/K)
S1= entropi mula-mula (J/K)
S2 = entropi akhir (J/K)
c = kalor jenis (J/kg K)
m = massa (kg)
T1= suhu mula-mula (K)
T2 = suhu akhir (K)

Hukum II Termodinamika

Bunyi hukum II Termodinamika:

” Kalor mengalir secara alami dari benda yang panas ke benda yang dingin; kalor tidak akan mengalir secara spontan dari benda dingin ke benda panas tan pa dilakukan usaha”.

Penjelasan hukum II Termodinamika adalah sebagai berikut.

• Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam satu siklus, menerima kalor dari satu reservoir dan mengubah kalor seluruhnya menjadi usaha.
• Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam satu siklus dengan mengambil kalor dari reservoir yang mempunyai suhu rendah dan memberikannya ke reservoir suhu tinggi tanpa usaha dari luar.
• Mesin yang bekerja di antara reservoir suhu Tt dan reservoir suhu Tt(Tt > Tr), memiliki efisiensi maksimum.