1. Termodinamika: Pengertian,Hukum dan Jenis Sistem Termodinamika

– Selamat datang di blog budisma.net, yang selalu mencoba membagikan informasi pengetahuan umum secara ringkas dan jelas. kali ini kita akan membahas tentang pengertian termodinamika, hukum-hukum termodinamika, serta jenis-jenis sistem termodinamika. Untuk itu, mari kita mulai membahas apa pengertian dari termodinamika?.

Pengertian Termodinamika

Termodinamika secara sederhana adalah istilah terkait dengan cabang dari ilmu fisika yang mempelajari tentang proses perpindahan energi sebagai kalor dan usaha antara sistem dan lingkungan. Kalor diartikan sebagai perpindahan energi yang disebabkan oleh perbedaan suhu, sedangkan usaha secara sederhana adalah istilah terkait dengan perubahan energi melalui cara-cara mekanis yang tidak disebabkan oleh perubahan suhu.

Proses perpindahan energi pada termodinamika berdasarkan atas dua hukum, yaitu Hukum 1 Termodinamika yang secara sederhana adalah istilah terkait dengan persyaratan hukum kekekalan energi, dan Hukum 2 Termodinamika yang memberikan batasan tentang arah perpindahan kalor yang dapat terjadi.

Dalam pembahasan kita kali ini, kita akan secara sederhana adalah istilah terkait dengan sistem tertentu, yaitu Sistem Terbuka dan Sitem Tertutup. Sistem terbuka secara sederhana adalah istilah terkait dengan sistem dimana antara sistem dan lingkungan memungkinkan terjadinya pertukaran materi dan energi. Apabila hanya terjadi pertukaran energi tanpa pertukaran materi, sistem disebut Sistem tertutup.

Adapun sistem terisolasi secara sederhana adalah istilah terkait dengan jika antara sistem dan lingkungan tidak terjadi pertukaran materi dan energi.

• Usaha Sistem pada Lingkungan, yaitu Usaha yang dilakukan sistem pada lingkungannya secara sederhana adalah istilah terkait dengan ukuran energi yang dipindahkan dari sistem ke lingkungan.
• Usaha pada Beberapa Proses Termodinamika, yaitu dalam termidinamika terdapat berbagai proses perubahan keadaan sistem, yaitu proses isotermal, isobarik, isokhorik, dan adiabatik.

Hukum-hukum Termodinamika

Dalam termodinamika juga terdapat empat hukum dasar yang menjadi panduan dalam keseluruhan kajiannya. Hukum-hukum termodinamika tersebut antara lain:

• Hukum 0 Termodinamika: Jika dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiga sistem saling setimbang satu dengan lainnya.
• Hukum I Termodinamika: Berbicara tentang prinsip kekekalan energi yang berbunyi “Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan tetapi energi dapat diubah dari suatu bentuk energi ke bentuk energi yang lainnya”.
• Hukum II Termodinamika: Energi kalor tidak dapat seluruhnya diubah menjadi energi mekanik atau usaha, tetapi sebagian akan terbuang.
• Hukum III Termodinamika: Suatu saat sistem akan berada pada suhu nol absolut, proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum.

Sistem Termodinamika

Dalam termodinamika dikenal istilah sistem dan lingkungan. Sistem secara sederhana adalah istilah terkait dengan benda atau sekumpulan apa saja yang akan diteliti atau diamati dan menjadi pusat perhatian. Sedangkan lingkungan secara sederhana adalah istilah terkait dengan benda-benda yang berada diluar dari sistem tersebut. Sistem bersama dengan lingkungannya disebut dengan semesta atau universal. Batas secara sederhana adalah istilah terkait dengan perantara dari sistem dan lingkungan.

Contohnya secara sederhana adalah istilah terkait dengan pada saat mengamati sebuah bejana yang berisi gas, yang dimaksud dengan sistem dari peninjauan itu secara sederhana adalah istilah terkait dengan gas tersebut sedangkan lingkungannya secara sederhana adalah istilah terkait dengan bejana itu sendiri.

Jenis-jenis sistem

Klasifikasi sistem termodinamika berdasarkan sifat dari batasan dan arus benda, energi dan materi yang melaluinya. Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungannya, yaitu :

1)   Sistem terbuka

Sistem yang mengakibatkan terjadinya pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda (materi) dengan lingkungannya. Sistem terbuka ini meliputi peralatan yang melibatkan adanya aliran massa kedalam atau keluar sistem seperti pada kompresor, turbin, nozel dan motor bakar.

Sistem mesin motor bakar secara sederhana adalah istilah terkait dengan ruang didalam silinder mesin, dimana campuran bahan bahan bakar dan udara masuk kedalam silinder, dan gas buang keluar sistem. Pada sistem terbuka ini, baik massa maupun energi dapat melintasi batas sistem yang bersifat permeabel. Dengan demikian, pada sistem ini volume dari sistem tidak berubah sehingga disebut juga dengan control volume.

Perjanjian yang kita gunakan untuk menganalisis sistem adalah

• Untuk panas (Q) bernilai positif bila diberikan kepada sistem dan bernilai negatif bila keluar dari sistem
• Untuk usaha (W) bernilai positif apabila keluar dari sistem dan bernilai negatif bila diberikan (masuk) kedalam sistem.

2)   Sistem tertutup

Sistem yang mengakibatkan terjadinya pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi pertukaran zat dengan lingkungan. Sistem tertutup terdiri atas suatu jumlah massa yang tertentu dimana massa ini tidak dapat melintasi lapis batas sistem. Tetapi, energi baik dalam bentuk panas (heat) maupun usaha (work) dapat melintasi lapis batas sistem tersebut.

Dalam sistem tertutup, meskipun massa tidak dapat berubah selama proses berlangsung, namun volume dapat saja berubah disebabkan adanya lapis batas yang dapat bergerak (moving boundary) pada salah satu bagian dari lapis batas sistem tersebut. Contoh sistem tertutup secara sederhana adalah istilah terkait dengan suatu balon udara yang dipanaskan, dimana massa udara didalam balon tetap, tetapi volumenya berubah dan energi panas masuk kedalam masa udara didalam balon.

Sebagaimana gambar sistem tertutup dibawah ini, apabila panas diberikan kepada sistem (Qin), maka akan terjadi pengembangan pada zat yang berada didalam sistem. Pengembangan ini akan menyebabkan piston akan terdorong ke atas (terjadi Wout). Karena sistem ini tidak mengizinkan adanya keluar masuk massa kedalam sistem (massa selalu konstan) maka sistem ini disebut control mass.

Suatu sistem dapat mengalami pertukaran panas atau kerja atau keduanya, biasanya dipertimbangkan sebagai sifat pembatasnya:

• Pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas.
• Pembatas rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.

Dikenal juga istilah dinding, ada dua jenis dinding yaitu dinding adiabatik dan dinding diatermik. Dinding adiabatik secara sederhana adalah istilah terkait dengan dinding yang mengakibatkan kedua zat mencapai suhu yang sama dalam waktu yang lama (lambat). Untuk dinding adiabatik sempurna tidak memungkinkan terjadinya pertukaran kalor antara dua zat. Sedangkan dinding diatermik secara sederhana adalah istilah terkait dengan dinding yang memungkinkan kedua zat mencapai suhu yang sama dalam waktu yang singkat (cepat).

3)   Sistem terisolasi

Sistem yang mengakibatkan tidak terjadinya pertukaran panas, zat atau kerja dengan lingkungannya. Contohnya : air yang disimpan dalam termos dan tabung gas yang terisolasi. Dalam kenyataan, sebuah sistem tidak dapat terisolasi sepenuhnya dari lingkungan, karena pasti ada terjadi sedikit pencampuran, meskipun hanya penerimaan sedikit penarikan gravitasi. Dalam analisis sistem terisolasi, energi yang masuk ke sistem sama dengan energi yang keluar dari sistem.

Karakteristik yang menentukan sifat dari sistem disebut property (koordinat sistem/variabel keadaan sistem), seperti tekanan (p), temperatur (T), volume (v), masa (m), viskositas, konduksi panas dan lain-lain. Selain itu ada juga koordinat sistem yang didefinisikan dari koordinat sistem yang lainnya seperti, berat jenis, volume spesifik, panas jenis dan lain-lain.

Suatu sistem dapat berada pada suatu kondisi yang tidak berubah, apabila masing-masing jenis koordinat sistem tersebut dapat diukur pada semua bagiannya dan tidak berbeda nilainya. Kondisi tersebut disebut sebagai keadaan (state) tertentu dari sistem, dimana sistem mempunyai nilai koordinat yang tetap. Apabila koordinatnya berubah, maka keadaan sistem tersebut disebut mengalami perubahan keadaan. Suatu sistem yang tidak mengalami perubahan keadaan disebut sistem dalam keadaan seimbang (equilibrium).