Konsep Dasar Termodinamika
Pengertian
Termodinamika adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari kalor dan usaha. Berasal dari katatherme yang berarti kalor dan dynamics yang
berarti kakas atau gaya. Jadi termodinamika berarti kemampuan benda
panas menghasilkan usaha. Sekarang pengertian termodinamika berkembang
menjadi ilmu yang mempelajari energi beserta perubahannya dan hubungan
antara sifat-sifat fisis materi.
Aplikasi Termodinamika
Aplikasi
termodinamika dalam kehidupan sehari-hari sangat banyak dan setiap saat
selalu berkembang. Secara alamiah dapat dilihat bagaimana energi dapat
diubah menjadi kerja yang bermanfaat bagi manusia. Kemampuan manusia
menciptakan mesin-mesin yang mampu mengubah kalor menjadi kerja sangat
membantu dalam memenuhi kebutuhan energi. Sebagai contoh penerapan
prinsip dan metode termodinamika dapat dilihat pada Pembangkit Listrik
Tenaga Uap (PLTU), PLTN, refrigerator, mesin kalor, roket dan lain-lain.
Sistem Termodinamika
Setiap penerapan hukum pertama pada suatu bagian diskrit dari alam semesta memerlukan definisi sistem dan lingkungannya.
Sistem adalah sejumlah zat yang dibatasi oleh dinding tertutup. Yang
dimaksud dengan zat di sini dapat berupa zat padat, cair atau gas, dapat
pula dipol magnet, energi radiasi, foton dan lain-lain. Dinding yang
membatasi sistem dapat dengan lingkungan dapat dinyatakan nyata atau
imajiner, dapat diam atau bergera, dapat berubah ukuran atau bentuknya.
Segala sesuatu di luar sistem yang mempunyai pengaruh langsung terhadap
sistem disebut lingkungan. Suatu sistem dengan lingkungannya disebut dengan semesta (universe).
Berdasarkan hubungan antara sistem dengan lingkungannya, sistem dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu:
- Sistem Terisolasi, yaitu bila antara sistem dengan lingkungannya tidak terjadi pertukaran energi dan materi.
- Sistem Tertutup,
yaitu bila antara sistem dan lingkungannya hanya dapat
dipertukarkan energi, materi tidak dapat menembus sistem tersebut.
- Sistem Terbuka, bila antara sistem dan lingkungan dapat dipertukarkan energi maupun materi.
Makroskopik versus Mikroskopik
Pada
umumnya terdapat dua pandangan yang bisa diambil untuk menyelidiki
karakteristik sistem dan interaksinya dengan lingkungan, yaitu
pandangan makroskopik dan pandanganmikroskopik.
Misalnya
kita mempunyai silinder mesin mobil yang diisi campuran hidrokarbon dan
udara. Setelah campuran tersebut dibakar menghasilkan gas-gas yang
diperikan dengan senyawa kimia tertentu. Pernyataan mengenai jumlah zat
ini merupakan pemerian komposisi sistem itu. Setiap saat sistem yang diperikan dengan komposisi tersebut akan menempati volume yang ditentukan oleh kedudukan piston. Kuantitas lain yang dapat digunakan untuk memerikan sistem tersebut adalah tekanan dan temperatur.
Jadi dengan demikian untuk memerikan sistem campuran hidrokarbon dalam
silinder piston dengan empat kuantitas: komposisi, volume, tekanan dan
temperatur. Kuantitas ini diacu sebagai ciri umum dari sistem dan
merupakan pemerian makroskopik.
Sistem
di atas dapat pula diperikan berdasarkan pandangan mikroskopik. Menurut
mekanika statistik, sistem diandaikan terdiri atas sejumlah besar N
molekul, masing-masing dapat ada dalam keadaan yang energinya E. Molekul
ini dianggap saling berinteraksi melalui tumbukan atau melalui gaya
yang ditimbulkan oleh medan. Konsep peluang diterapkan, dan keadaan
setimbang sistem dianggap sebagai keadaan dengan peluang terbesar. Lebih
lanjut bagaimana pemerian secara mikroskopik sistem tersebut akan
dipelajari dalam mekanika statistik.
Keseimbangan Termodinamik
Pada
umumnya suatu sistem berada dalam keadaan sembarang. Ini berarti bahwa
dalam sistem tersebut terdapat perbedaan suhu antara bagian-bagiannya,
terdapat variasi tekanan dan reaksi kimia. Apabila sistem itu ditunggu
beberapa saat dapatlah terjadi hal-hal berikut:
Apabila
perbedaan suhu hilang, maka dapat dikatakan sistem berada dalam
keseimbangan termal. Jika variasi tekanan hilang, sistem dapat dikatakan
berada dalam keseimbangan mekanik. Dan apabila sudah tidak terdapat
lagi reaksi kimia pada sistem itu, dikatakan telah terjadi keseimbangan
kimia. Jika ketiga macam keseimbangan telah tercapai, maka dapat
dikatakan sistem dalam keseimbangan termodinamik.
Proses
Ketika suatu sistem tertutup bergeser dari keseimbangan, sistem ini menjalani sebuah proses,
selama itu sifat-sifat sistem berubah sampai keadaan seimbang yang baru
tercapai. Selama proses tersebut, sistem dapat berinteraksi dengan
lingkungannya agar dapat menukar kalor atau usaha yang menghasilkan
perubahan yang diinginkan dalam sistem atau lingkungan.
Proses
termodinamika dapat didefinisikan sebagai energetik evolusi sistem
termodinamika yang berubah dari keadaan awal ke keadaan akhir. Biasanya,
setiap proses termodinamika dibedakan dari proses lainnya, berdasarkan
karakteristik energinya, menurut parameter yang tetap misalnya suhu,
tekanan, atau volume, dll. Proses termodinamika ada enam yang paling
umum yaitu:
1. Proses isobarik terjadi pada tekanan konstan.
2. Proses isochorik, atau proses isometrik/isovolumetrik, terjadi pada volume konstan.
3. Proses isotermal terjadi pada suhu konstan.
4. Proses isentropik terjadi pada entropi konstan.
5. Proses isenthalpik terjadi pada entalpi konstan.
6. Proses adiabatik terjadi tanpa kehilangan atau mendapatkan panas.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar