Pendahuluan serta Konsep-konsep Dasar Termodinamika

Pendahuluan

 Kata Termodinamika menggabungkan kosakata Yunani, yaitu Therme (Kalor) dan dynamic (daya) untuk bidang yang melibatkan interaksi kalor dan usaha. Temodinamika adalah suatu bidang ilmu yang mempelajari penyimpanan, transformasi (perubahan) dan transfer perpindahan energi (Potter & Somerton, 2008). Energi disimpan sebagai energy internal (yang berkaitan dengan temperatur), energi kinetic (yang disebabkan oleh gerak), energi potensial (yang disebabkan oleh ketinggian) dan energi kimia (yang disebabkan oleh komposisi kimia); ditransformasikan/ diubah dari salah bentuk energi tadi ke bentuk lainnya; ditansfer melintasi suatu batas sebagai kalor atau usaha/ kerja (work).

                Tentu, kalian sudah tahu dengan pepatah ini “tak kenal maka tak sayang, tak sayang maka tak cinta. Bila kita menginginkan atau menyukai sesuatu maka kita harus mengenalnya dari yang terkecil terlebih dahulu. Nah, disini kita akan lebih mengenal secara lebih rinci apa itu termodinamika? Siapa saja yang orang-orang yang berperan dalam perkembangan ilmu termodinamika ini.

1.1.    PENDAHULUAN

Temodinamika adalah suatu bidang ilmu yang mempelajari penyimpanan, transformasi (perubahan) dan transfer perpindahan energi (Potter & Somerton, 2008). Energi disimpan sebagai energy internal (yang berkaitan dengan temperatur), energi kinetic (yang disebabkan oleh gerak), energi potensial (yang disebabkan oleh ketinggian) dan energi kimia (yang disebabkan oleh komposisi kimia); ditransformasikan/ diubah dari salah bentuk energi tadi ke bentuk lainnya; ditansfer melintasi suatu batas sebagai kalor atau usaha/ kerja (work).

Termodinamika ini muncul karena pemikiran Aristoteles, Beliau mengatakan bahwa panas adalah bagian dari materi atau materi tersusun dari panas. Penalaran yang dilakukan oleh Aristoteles diteruskan oleh Galileo Galilei (1593) yang menganggap bahwa panas adalah sesuatu yang dapat diukur dengan penemuannya berupa termometer air.

Beberapa abad setelahnya Sir Humphrey Davy dan Count Rumford (1799) menegaskan bahwa panas adalah sesuatu yang mengalir. Kesimpulan ini mendukung prinsip kerja termometer, tapi membantah pernyataan Aristoteles. Seharusnya hukum ke-nol termodinamika dirumuskan saat itu, tapi karena termodinamika belum berkembang sebagai ilmu, maka belum terpikirkan oleh para ilmuwan.

1.2.    HUKUM-HUKUM TERMODINAMIKA

Hukum I Termodinamika menyatakan bahwa:

Untuk setiap proses apabila kalor Q diberikan kepada sistem dan sistem melakukan usaha W, maka akan terjadi perubahan energi dalam ∆U=Q-W.

Gbr. interaksi sistem dengan lingkungan

∆U=Q-W atau Q= ∆U+W

untuk memahami persamaan, maka ditentukan perjanjian tanda untuk Q dan W sebagai berikut:

a. W bertanda positif jika sistem melakukan usaha terhadap lingkungan.

b. W bertanda negatif jika sistem menerima usaha dari lingkungan.

c. Q bertanda positif jika sistem menerima kalor dari lingkungan.

d. Q bertanda negatif jika sistem melepaskan kalor pada lingkungan.

Hukum II Termodinamika dalam pernyataan aliran kalor:

Kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya.

Hukum II Termodinamika dalam pernyataan tentang pernyataan tentang mesin kalor:

Tidak mungkin membuat suatu mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata menyerap kalor dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi usaha luar.

Hukum II Termodinamika dalam pernyataan entropi:

Total entropi semesta tidak berubah ketika proses resersibel terjadi dan bertambah ketika proses irreversibel terjadi.

Alat-alat yang menggunakan prinsip termodinamika dalam kehidupan sehari-hari:

Lemari Es (Kulkas)

            Adalah suatu unit mesin pendingin di pergunakan dalam rumah tangga, untuk menyimpan bahan makanan atau minuman. Untuk menguapkan bahan pendingin di perlukan panas.                 

  Lemari es memanfaatkan sifat ini. Bahan pendingin yang digunakan sudah menguap pada suhu -200C. panas yang diperlukan untuk penguapan ini diambil dari ruang pendingin, karena itu suhu dalam ruangan ini akan turun. Penguapan berlangsung dalam evaporator yang ditempatkan dalam ruang pendingin. Karena sirkulasi udara, ruang pendingin ini akan menjadi dingin seluruhnya.
              Lemari Es merupakan kebalikan mesin kalor. Lemari Es beroperasi untuk mentransfer kalor keluar dari lingkungan yang sejuk kelingkungn yang hangat. Dengan melakukan kerja W, kalor diambil dari daerah temperatur rendah T_L (katakanlah, di dalam lemari Es), dan kalor yang jumlahnya lebih besar dikeluarkan pada temperature tinggi T_h (ruangan).

Sistem lemari Es yang khas, motor kompresor memaksa gas pada temperatur tinggi melalui penukar kalor (kondensor) di dinding luar lemari Es dimana Q_hdikeluarkan dan gas mendingin untuk menjadi cair. Cairan lewat dari daerah yang bertekanan tinggi , melalui katup, ke tabung tekanan rendah di dinding dalam lemari es, cairan tersebut menguap pada tekanan yang lebih rendah ini dan kemudian menyerap kalor (Q_L) dari bagian dalam lemari es. Fluida kembali ke kompresor dimana siklus dimulai kembali.

             Lemari Es yang sempurna (yang tidak membutuhkan kerja untuk mengambil kalor dari daerah temperatur rendah ke temperatur tinggi) tidak mungkina ada. Ini merupakan pernyataan Clausius mengenai hukum Termodinamika kedua. Kalor tidak mengalir secara spontan dari benda dingin ke benda panas. Dengan demikian tidak akan ada lemari Es yang sempurna.

1.3.    ENERGI

Energi adalah kemampuan melakukan usaha. Suatu sistem dapat memiliki beberapa bentuk energi. Energi kinetik adalah

KE=1/2 mV²

Di mana V adalah kecepatan dari setiap gumpalan zat, yang diasumsikan konstan di seluruh sistem. Jika kecepatan tidak konstan untuk setiap gumpalan, maka energi kinetik dengan mengintegrasikan keseluruhan sistem.

Energi yang dimiliki suatu sistem yang disebabkan oleh ketinggian h disebut sebagai energi potensial. Dimana PE= mgh

1.4.    TEKANAN

Definisi

Untuk gas dan zat cair biasanya efek dari suatu gaya normal yang bereaksi pada suatu luas disebut dengan tekanan (pressure). Satuan SI untuk tekanan adalah pascal (Pa), dimana

1 Pa= 1 N/m²=1 kg/m²

Satuan Inggrisnya adalah lbf/ft²(psf), walaupun yang sering digunakan lbf/in²(psi).

Dengan menganalisis gaya-gaya tekanan yang bereaksi pada suatu elemen fluida segitiga yang  memiliki tinggi konstan, kita dapat menunjukkan bahwa tekanan pada suatu titik dalam suatu fluida yang berada dalam kesetimbangan (tidak bergerak) memiliki nilai sama ke semua arah; berarti tekanan merupakan kuantitas scalar. Untuk gas dan zat cair yang memiliki pergerakan relative tekanan dapat berubah menurut arah pada suatu titik; akan tetapi, perubahannya sangat kecil dapat diabaikan untuk kebanyakan gas dan zat cair yang memiliki viskositas rendah (misalnya air).