Dasar hukum pertama Termodinamika
BAB I PENDAHULUAN
Latar Belakang
Termodinamika (bahasa Yunani: thermos = 'panas' and dynamic = 'perubahan') adalah fisika energi , panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana banyak hubungan termodinamika berasal. Pada sistem di mana terjadi proses perubahan wujud atau pertukaran energi, termodinamika klasik tidak berhubungan dengan kinetika reaksi (kecepatan suatu proses reaksi berlangsung). Karena alasan ini, penggunaan istilah "termodinamika" biasanya merujuk pada termodinamika setimbang. Dengan hubungan ini, konsep utama dalam termodinamika adalah proses kuasistatik, yang diidealkan, proses "super pelan". Proses termodinamika bergantung-waktu dipelajari dalam termodinamika tak-setimbang.
Termodinamika adalah kajian tentang kalor (panas) yang berpindah. Dalam termodinamika kamu akan banyak membahas tentang sistem dan lingkungan. Kumpulan benda-benda yang sedang ditinjau disebut sistem, sedangkan semua yang berada di sekeliling (di luar) sistem disebut lingkungan. Termodinamika merupakan suatu ilmu pengetahuan yang membahas hubungan antara panas dan kerja yang menyebabkan perubahan suatu zat. Maksudnya apabila suatu zat atau benda diberi panas (suhunya dinaikkan), maka akan timbul berbagai-bagai akibat seperti :
Gas, cairan dan zat padat → memuai
Termo-elemen membangkitkan GGL
Kawat-kawat mengalami perubahan daya tahannya.
Dalam proses demikian, biasanya terdapat suatu pengaliran panas dan bekerjanya suatu gaya yang mengalami perpindahan (panas) yang mengakibatkan terjadinya “Usaha atau Kerja”. Tujuannya memecahkan persoalan termodinamika dengan menguasai prinsip dasar (dalil, persamaan), sistematika pemecahan soal dan defenisi dasar suatu hukum termodinamika.
Prinsip-prinsip Termodinamika dapat dirangkum dalam 3 Hukum yaitu :
> Hukum Termodinamika ke-Nol : berkenaan dengan kesetimbangan termal atau Konsep Temperatur.
> Hukum Termodinamika I :
- konsep energi dalam dan menghasilkan prinsip kekekalan energi.
- menegaskan ke ekivalenan perpindahan kalor dan perpindahan kerja.
> Hukum Termodinamika II : memperlihatkan arah perubahan alami distribusi energi dan memperkenalkan prinsip peningkatan entropi.
Hukum-hukum Termodinamika didasarkan pada penalaran logis , bukti yang membenarkan penggunaan hukum-hukum ini secara menerus diperoleh dari percobaan yang menyetujui akibat-akibatnya.
Penerapan termodinamika secara teknik (dalam perencanaan) yaitu :
Refrigerasi dan Pengkondisian Udara
Pembangkit Daya Listrik
Motor Bakar
Sistem pemanasan surya
Pesawat Terbang
Karena termodinamika tidak berhubungan dengan konsep waktu, telah diusulkan bahwa termodinamika setimbang seharusnya dinamakan termostatik Hukum termodinamika kebenarannya sangat umum, dan hukum-hukum ini tidak bergantung kepada rincian dari interaksi atau sistem yang diteliti. Ini berarti mereka dapat diterapkan ke sistem di mana seseorang tidak tahu apa pun kecual perimbangan transfer energi dan wujud di antara mereka dan lingkungan. Contohnya termasuk perkiraan Einstein tentang emisi spontan dalam abad ke-20 dan riset sekarang ini tentang termodinamika benda hitam.
Pengabstrakan dasar atas termodinamika adalah pembagian dunia menjadi sistem dibatasi oleh kenyataan atau ideal dari batasan. Sistem yang tidak termasuk dalam pertimbangan digolongkan sebagai lingkungan. Dan pembagian sistem menjadi subsistem masih mungkin terjadi, atau membentuk beberapa sistem menjadi sistem yang lebih besar. Biasanya sistem dapat diberikan keadaan yang dirinci dengan jelas yang dapat diuraikan menjadi beberapa parameter !
Rumusam Masalah
Bagaimana sejarah perkembangan dari eksperimen Joule?
Apa yang dimaksud dengan energy internal dan hubungannya dengan energy kinetic dan energy potensial?
Bagaimana hukum pertama termodinamika?
Apa yang dimaksud dengan keseimbangan dan hubungannya dengan termodinamika?
Bagaimana proses irreversible dan reversible?
Bagaimana hubungan antara tekanan, volume dan temperature?
Apa yang dimaksud dengan entalpi?
Apa yang dimaksud dengan kapasitas kalor dan proses perpindahan kalor?
Tujuan
Mengetahui bagaimana sejarah eksperimen dari Joule
Memahami definisi dari energy internal dan hubungannya dengan energy-energi yang lain
Untuk memahami bagaimana hukum pertama dari termodinamika
Untuk mengetahui definisi dari keseimbangan dan hubungannya dengan termodinamik
Mengetahui bagaimana perbedaan dari proses reversible dan irreversible
Mengetahui hubungan antara P,V dan T
BAB II KAJIAN TEORI
2.I Eksperimen Joule
2.1.1 Sejarah Perkembangan Eksperimen Joule
Awal tahun1892 ilustrasi dari Joule Anak Jerry Joule (1784-1858), seorang pembuat bir kaya, James Prescott Joule lahir di rumah berdampingan dengan Brewery Joule di New Bailey Street, Salford 24 Desember 1818. James mengajar privat di rumah keluarga 'Broomhill', Pendlebury, dekat Salford, sampai 1834 ketika ia dikirim dengan kakaknya Benyamin, untuk belajar dengan John Dalton di Manchester dan Sastra Philosophical Society. [2] Pasangan satunya menerima pendidikan dua tahun dalam aritmatika dan geometri sebelum Dalton terpaksa pensiun karena stroke. Namun, pengaruh Dalton membuat kesan abadi seperti halnya yang dari rekan-rekannya, kimia William Henry dan Manchester insinyur Peter Ewart dan Eaton Hodgkinson. Joule kemudian diajari oleh John Davies. Terpesona oleh listrik, ia dan saudaranya bereksperimen dengan memberikan kejutan listrik untuk satu sama lain dan kepada hamba-hamba keluarga. Joule menjadi seorang manajer dari tempat pembuatan bir dan mengambil peran aktif sampai penjualan bisnis pada 1854. Ilmu hobi, tapi ia segera mulai menyelidiki kelayakan penggantian mesin uap bir dengan motor listrik yang baru diciptakan. Pada tahun 1838, makalah ilmiah pertama pada listrik disumbangkan kepada Annals of Listrik, jurnal ilmiah didirikan dan dioperasikan oleh Davies rekan William Sturgeon. Ia merumuskan hukum Joule's pada tahun 1840 dan berharap untuk mengesankan Royal Society tetapi ditemukan, bukan untuk terakhir kalinya, bahwa ia dianggap sebagai penggemar provinsi belaka. Ketika Sturgeon pindah ke Manchester tahun 1840, Joule dan ia menjadi inti lingkaran intelektual kota. Pasangan ini berbagi simpati sama bahwa sains dan teologi dapat dan harus terintegrasi. Joule melanjutkan kuliah di Sturgeon's Royal Victoria Gallery of Praktis Ilmu. Dia melanjutkan untuk menyadari bahwa pembakaran satu pon batu bara di mesin uap menghasilkan lima kali sebagai tugas sebanyak satu pon seng dikonsumsi dalam sel Grove, baterai listrik awal. Joule's umum standar "tugas ekonomi "adalah kemampuan untuk meningkatkan £ 1 dengan ketinggian satu kaki, pound-kaki. Joule dipengaruhi oleh pemikiran Franz Aepinus dan mencoba untuk menjelaskan fenomena listrik dan magnet dalam hal atom dikelilingi oleh "eter kalori dalam keadaan getaran". Pada 1843 ia menerbitkan hasil percobaan menunjukkan bahwa efek pemanasan ia telah diukur pada tahun 1841 adalah karena generasi panas pada konduktor dan tidak mengalihkan dari bagian lain peralatan. Hal ini merupakan tantangan langsung terhadap teori kalori yang berpendapat bahwa panas tidak bisa diciptakan atau dihancurkan. teori kalori telah mendominasi pemikiran dalam ilmu panas sejak diperkenalkan oleh Antoine Lavoisier pada tahun 1783. Lavoisier prestise dan keberhasilan praktis dari teori kalori Sadi Carnot dari mesin panas sejak tahun 1824 memastikan bahwa Joule muda, yang bekerja di luar baik akademisi atau profesi rekayasa, memiliki jalan sulit di depan. Pendukung teori kalori siap menunjuk ke simetri efek Peltier-Seebeck untuk mengklaim bahwa panas dan saat ini adalah konversi, setidaknya sekitar, dengan proses reversibel The setara mekanik panas Joule menulis pada tahun 1845 kertas: kekuatan mekanik diberikan dalam mengubah mesin magneto-listrik diubah menjadi panas yang berkembang oleh bagian arus induksi melalui kumparan tersebut, dan, di sisi lain, bahwa kekuatan motif dari mesin elektro-magnetik diperoleh di Beban panas karena reaksi kimia baterai dengan yang dikerjakan. Joule's Panas Aparatur, 1845 Joule sini mengadopsi bahasa vis viva (energi), mungkin karena Hodgkinson pernah membaca review dari Ewart's On ukuran kekuatan untuk bergerak Masyarakat Sastra dan Filsafat pada bulan April 1844.
Percobaan lanjutan dan pengukuran oleh Joule membawanya untuk memperkirakan setara mekanik panas sebagai 838 ft lbf kerja untuk menaikkan suhu satu pon air dengan satu derajat Fahrenheit. Dia mengumumkan hasil di pertemuan dari bagian kimia Asosiasi Inggris untuk Kemajuan Ilmu di Cork di tahun 1843 dan disambut oleh keheningan. Joule itu gentar dan mulai mencari demonstrasi murni mekanis konversi kerja menjadi panas. Dengan memaksa air melalui sebuah silinder berlubang, ia mampu mengukur pemanasan kental sedikit cairan. Ia memperoleh setara mekanis 770 lbf ft / Btu (4.14 J / cal). Kenyataan bahwa nilai yang diperoleh baik oleh sarana listrik dan mekanik murni berada di perjanjian untuk setidaknya satu urutan besarnya itu, untuk Joule, bukti kuat dari realitas konvertibilitas kerja menjadi panas. Joule sekarang mencoba rute ketiga. Ia mengukur panas yang dihasilkan terhadap pekerjaan yang dilakukan dalam menekan gas. Dalam banyak hal, percobaan ini menawarkan target termudah untuk pengkritik Joule tapi Joule melepas keberatan diantisipasi oleh eksperimen pintar.. Namun, makalahnya ditolak oleh Royal Society dan ia harus puas dengan penerbitan di Majalah Philosophical. Dalam tulisan ini ia terus terang dalam penolakannya terhadap penalaran kalori Carnot dan Émile Clapeyron, tetapi motivasi juga menjadi teologisnya jelas: Saya membayangkan bahwa teori ini ... bertentangan dengan prinsip-prinsip yang diakui filsafat karena itu mengarah pada kesimpulan bahwa vis viva bisa dihancurkan oleh disposisi yang tidak tepat aparatur: Jadi Bapak Clapeyron menarik kesimpulan bahwa 'suhu api yang sedang 1000 ° C sampai 2000 ° C lebih tinggi dibandingkan dengan boiler ada kerugian besar vis viva dalam perjalanan panas dari tungku ke boiler. " Percaya bahwa kekuatan untuk menghancurkan milik Sang Pencipta saja saya tegaskan ... bahwa setiap teori yang, ketika dilakukan, menuntut penghancuran kekuatan, tentu salah.
Pada tahun 1845, Joule membaca koran nya Di setara mekanik panas ke pertemuan British Association di Cambridge Dalam karya ini., Ia melaporkan eksperimen paling terkenal, yang melibatkan penggunaan berat jatuh ke spin dayung-roda di tong terisolasi air, yang meningkatkan suhu ia mengukur. Pada tahun 1850, Joule menerbitkan pengukuran halus dekat dengan perkiraan abad kedua puluh. Penerimaan dan prioritas.
Joule's aparatus untuk mengukur setara mekanis panas Untuk kontroversi atas prioritas dengan Mayer, lihat setara Mekanik panas: Prioritas Sebagian besar perlawanan awal untuk bekerja Joule's berasal dari ketergantungan pada pengukuran sangat tepat. Ia mengaku dapat mengukur temperatur di dalam 1 / 200 dari derajat Fahrenheit. presisi semacam itu tentu jarang dalam percobaan fisika kontemporer tetapi ragu-ragu ia mungkin telah diabaikan pengalamannya dalam seni pembuatan bir dan akses ke teknologi praktisnya. Dia juga cakap didukung oleh instrumen ilmiah pembuat John Benjamin Dancer. Namun, di Jerman, Hermann Helmholtz menyadari kedua Joule kerja dan pekerjaan yang sama 1842 Julius Robert von Mayer. Meskipun kedua pria telah diabaikan sejak publikasi masing-masing, yang pasti Helmholtz 1847 deklarasi mengenai konservasi energi dikreditkan mereka berdua. uga pada 1847, lain dari presentasi Joule di British Association di Oxford dihadiri oleh George Gabriel Stokes, Michael Faraday, dan William dewasa sebelum waktunya dan maverick Thomson, kemudian menjadi Lord Kelvin, yang baru saja profesor diangkat filsafat alam di Universitas Glasgow. Stokes adalah "cenderung menjadi Joulite" dan Faraday adalah "banyak memukul dengan itu" sekalipun ia memendam keraguan. Thomson tertarik tapi skeptis. Terduga, Thomson dan Joule bertemu akhir tahun yang di Chamonix. Joule menikah Amelia Grimes pada 18 Agustus dan pasangan ini melanjutkan bulan madu. Perkawinan meskipun antusiasme, Joule dan Thomson diatur untuk mencoba percobaan beberapa hari kemudian untuk mengukur perbedaan suhu antara bagian atas dan bawah air terjun de Cascade Sallanches, meskipun ini kemudian terbukti tidak praktis. Meskipun Thomson merasa bahwa hasil Joule itu menuntut penjelasan teoritis, ia mundur ke dalam pertahanan bersemangat sekolah Carnot-Clapeyron. Pada tahun 1848 ceritanya tentang suhu absolut, Thomson menulis bahwa "konversi panas (atau kalori) berlaku mekanis mungkin mustahil, tentu belum ditemukan" [15] - tetapi catatan kaki mengisyaratkan keraguan pertama tentang teori kalori, mengacu Joule's " sangat luar biasa penemuan ". Anehnya, Thomson tidak mengirimkan Joule salinan kertas, tetapi ketika membacanya Joule akhirnya ia menulis kepada Thomson pada tanggal 6 Oktober, mengklaim bahwa studinya telah menunjukkan konversi panas menjadi pekerjaan tetapi bahwa ia berencana eksperimen lebih lanjut. Thomson menjawab pada tanggal 27, mengungkapkan bahwa ia berencana percobaan sendiri dan berharap untuk rekonsiliasi dua pandangan mereka. Meskipun tidak dilakukan Thomson percobaan baru, selama dua tahun berikutnya ia menjadi semakin tidak puas dengan teori Carnot dan yakin Joule's. Pada tahun 1851 makalahnya, Thomson bersedia untuk pergi tidak lebih dari kompromi dan menyatakan "teori seluruh kekuatan motif panas yang didirikan pada ... dua ... proposisi, karena masing-masing untuk Joule, dan untuk Carnot dan Clausius" . Begitu Joule membaca koran ia menulis untuk Thomson dengan komentar dan pertanyaan. Jadi mulai, berbuah meskipun sebagian besar berkenaan dgn tulisan, kolaborasi antara dua orang, melakukan eksperimen Joule, Thomson menganalisis hasil dan menyarankan percobaan lebih lanjut. Kerjasama ini berlangsung dari 1852 sampai 1856 penemuan termasuk efek Joule-Thomson, dan hasilnya dipublikasikan berbuat banyak untuk membawa tentang penerimaan umum pekerjaan Joule dan teori
2.1.2 Teori Kinetik James Prescott Joule
Kinetika adalah ilmu gerak. Joule adalah murid dari Dalton dan tidak mengherankan bahwa ia telah mempelajari keyakinan dalam teori atom, meskipun ada banyak ilmuwan pada masanya yang masih skeptis. Dia juga menjadi salah satu dari sedikit orang menerima pekerjaan diabaikan Yohanes Herapath pada teori kinetik gas. Dia lebih lanjut sangat dipengaruhi oleh kertas 1813 Peter Ewart's On ukuran bergerak gaya. Joule dirasakan hubungan antara penemuannya dan teori kinetik panas. notebook laboratorium-Nya mengungkapkan bahwa ia percaya panas menjadi bentuk rotasi, daripada gerak translasi. Joule tidak bisa menahan menemukan anteseden pandangannya di Francis Bacon, Sir Isaac Newton, John Locke, Benjamin Thompson (Count Rumford) dan Sir Humphry Davy. Meskipun pandangan seperti itu dibenarkan, Joule melanjutkan untuk memperkirakan nilai untuk padanan mekanik panas 1034 £ kaki-dari publikasi Rumford's. Beberapa penulis modern mengkritik pendekatan ini dengan alasan bahwa percobaan Rumford itu sama sekali tidak diwakili pengukuran kuantitatif yang sistematis. Dalam salah satu catatan pribadinya, Joule berpendapat bahwa pengukuran Mayer tidak lebih akurat daripada Rumford, mungkin dengan harapan bahwa Mayer tidak diantisipasi karyanya sendiri. Joule dikaitkan dengan menjelaskan fenomena Green Flash dalam sebuah surat kepada Sastra Manchester dan Philosophical Society pada tahun 1869. Honour sebuah patung Joule di Manchester Town Hall Joule's nisan di kuburan Brooklands, Penjualan oule meninggal di rumah di Jual [16] dan dimakamkan di pemakaman Brooklands sana. nisan ini bertuliskan nomor "772,55", klimakterik nya 1878 pengukuran setara mekanik panas, dan dengan kutipan dari Injil Yohanes, "Aku harus mengerjakan pekerjaan Dia yang mengutus Aku, selama masih siang: yang datang malam hari, ketika tidak ada seorangpun yang dapat bekerja "(9:4).
Pondasi hukum ini pertama kali diletakkan oleh James Prescott Joule yang melalui eksperimen-eksperimennya berhasil menyimpulkan bahwa panas dan kerja saling dapat dikonversikan. Pernyataan eksplisit pertama diberikan oleh Rudolf Clausius pada 1850: "Terdapat suatu fungsi keadaan E, yang disebut 'energi', yang diferensialnya sama dengan jumlah kerja yang dipertukarkan dengan lingkungannya pada suatu proses adiabatik." Hukum kekekalan energi: Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dihancurkan/dihilangkan. Tetapi dapat ditransfer dengan berbagai cara. Aplikasi: Mesin-mesin pembangkit energi dan pengguna energi. Semuanya hanya mentransfer energi, tidak menciptakan dan menghilangkan.
Joule's aparatus untuk mengukur setara mekanis panas
Dalam Percobaan Joule, dia menciptakan aneh dimana ia bisa mengukur energi mekanik dan pada saat yang sama energi panas (suhu). Dalam wadah terisolasi termal ditempatkan ada dayung yang diaduk saat massa ditarik tali dan memutar perangkat. Karena diaduk, suhu air naik karena gesekan antara air dan dayung. Energi mekanik adalah energi potensial dari massa. Inilah yang memanaskan air. Joule menemukan bahwa kehilangan energi mekanik berbanding lurus dengan peningkatan suhu air dan jumlah air yang digunakan proporsionalitas konstan atau (yang membuat kerugian dalam energi mekanik sama dengan peningkatan suhu air) telah ditemukan 4,186 J / (g · º C).
2.2 Energi Internal
Ditinjau dari perspektif fisika, setiap sistem fisik mengandung (secara alternatif, menyimpan) sejumlah energi; berapa tepatnya ditentukan dengan mengambil jumlah dari sejumlah persamaan khusus, masing-masing didesain untuk mengukur energi yang disimpan secara khusus. Secara umum, adanya energi diketahui oleh pengamat setiap ada pergantian sifat objek atau sistem. Tidak ada cara seragam untuk memperlihatkan energi;
Satuan
Satuan SI untuk energi dan kerja adalah joule (J), dinamakan untuk menghormati James Prescott Joule dan percobaannya dalam persamaan mekanik panas. Dalam istilah yang lebih mendasar 1 joule sama dengan 1 newton-meter dan, dalam istilah satuan dasar SI, 1 J sama dengan 1 kg m2 s−2.
Transfer energi
Kerja didefinisikan sebagai "batas integral" gaya F sejauh s:
Persamaan di atas mengatakan bahwa kerja (W) sama dengan integral dari dot product gaya ( ) di sebuah benda dan infinitesimal posisi benda ( ).
Jenis energi
Energi kinetik
Energi kinetik adalah bagian energi yang berhubungan dengan gerakan suatu benda.
Persamaan di atas menyatakan bahwa energi kinetik (Ek) sam dengan integral dari dot product velocity ( ) sebuah benda dan infinitesimal momentum benda ( ).
Energi potensial
Berlawanan dengan energi kinetik, yang adalah energi dari sebuah sistem dikarenakan gerakannya, atau gerakan internal dari partikelnya, energi potensial dari sebuah sistem adalah energi yang dihubungkan dengan konfigurasi ruang dari komponen-komponennya dan interaksi mereka satu sama lain. Jumlah partikel yang mengeluarkan gaya satu sama lain secara otomatis membentuk sebuah sistem dengan energi potensial. Gaya-gaya tersebut, contohnya, dapat timbul dari interaksi elektrostatik (lihat hukum Coulomb), atau gravitasi.
Energi internal
Energi internal adalah energi kinetik dihubungkan dengan gerakan molekul-molekul, dan energi potensial yang dihubungkan dengan getaran rotasi dan energi listrik dari atom-atom di dalam molekul. Energi internal seperti energi adalah sebuah fungsi keadaan yang dapat dihitung dalam sebuah sistem.
Dalam termodinamika, energi internal total energi yang dikandung oleh suatu sistem termodinamika. Ini adalah energi yang diperlukan untuk menciptakan sistem, tetapi tidak termasuk energi untuk menggantikan lingkungan sistem, setiap energi yang berkaitan dengan bergerak secara keseluruhan, atau karena medan gaya eksternal. energi internal memiliki dua komponen utama, energi kinetik dan energi potensial. Energi kinetik ini disebabkan oleh gerakan partikel sistem (terjemahan, rotasi, getaran), dan energi potensial dikaitkan dengan konstituen statis materi, energi listrik statis dari atom dalam molekul atau kristal, dan energi statis ikatan kimia . Energi internal sistem dapat diubah dengan sistem pemanas atau dengan melakukan pekerjaan di dalamnya; [1] hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa peningkatan energi internal adalah sama dengan jumlah panas yang ditambahkan dan kerja yang dilakukan. Jika sistem terisolasi, energi internal yang tidak dapat berubah.
Energi internal adalah fungsi keadaan dari suatu sistem, karena nilainya hanya bergantung pada keadaan saat ini sistem dan bukan pada jalur yang diambil atau proses mengalami untuk tiba di negara ini. Ini adalah jumlah yang luas. Satuan SI untuk energi adalah joule (J). Kadang-kadang sebuah properti termodinamika terkait intensif disebut energi internal spesifik didefinisikan, yang merupakan energi internal per unit massa dari sistem yang bersangkutan. Dengan demikian, satuan SI energi internal spesifik adalah joule / kilogram (J / kg). Jika energi internal yang intensif diungkapkan pada basis per mol, maka energi internal disebut sebagai molar dan unit Joule / mol (J / mol). Dari sudut pandang mekanika statistik, energi internal sama dengan rata-rata ansambel dari energi total sistem. Hal ini juga disebut energi intrinsik. Energi kinetik dari sistem muncul sebagai jumlah dari gerakan dari semua partikel sistem, apakah itu gerakan atom, molekul, inti atom, elektron, atau partikel lainnya. Energi potensial mencakup semua energi yang diberikan oleh massa partikel, oleh komposisi kimia, yaitu energi kimia yang tersimpan dalam ikatan kimia memiliki potensi untuk mengalami reaksi kimia, energi nuklir yang disimpan oleh konfigurasi dari proton, neutron, dan partikel dasar lainnya dalam inti atom, dan ladang kekuatan fisik dalam sistem, seperti karena induksi internal momen dipol listrik atau magnet, serta energi deformasi padatan (stress-strain). energi internal tidak termasuk energi karena gerak sistem secara keseluruhan.
2.2.1 energi internal dari suatu sistem termodinamika tertutup
Ini penjumlahan di atas dari semua komponen perubahan energi dalam berasumsi bahwa energi panas menunjukkan positif ditambahkan ke dalam sistem atau kerja yang dilakukan pada sistem, sementara energi negatif menunjukkan kerja dari sistem terhadap lingkungan. Biasanya hubungan ini dinyatakan dalam istilah yang sangat kecil menggunakan istilah diferensial masing-masing. Hanya energi internal adalah diferensial yang tepat. Untuk sistem hanya menjalani proses termodinamika, yaitu sistem tertutup yang hanya dapat bertukar panas dan kerja, perubahan energi internal.
2.3 Hukum pertama Termodinamika
Hukum pertama termodinamika adalah suatu pernyataan mengenai hukum universal dari kekekalan energi dan mengidentifikasikan perpindahan panas sebagai suatu bentuk perpindahan energi. Pernyataan paling umum dari hukum pertama termodinamika ini berbunyi: Kenaikan energi internal dari suatu sistem termodinamika sebanding dengan jumlah energi panas yang ditambahkan ke dalam sistem dikurangi dengan kerja yang dilakukan oleh sistem terhadap lingkungannya
Hukum ini terkait dengan kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem.
Latar Belakang
Termodinamika (bahasa Yunani: thermos = 'panas' and dynamic = 'perubahan') adalah fisika energi , panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana banyak hubungan termodinamika berasal. Pada sistem di mana terjadi proses perubahan wujud atau pertukaran energi, termodinamika klasik tidak berhubungan dengan kinetika reaksi (kecepatan suatu proses reaksi berlangsung). Karena alasan ini, penggunaan istilah "termodinamika" biasanya merujuk pada termodinamika setimbang. Dengan hubungan ini, konsep utama dalam termodinamika adalah proses kuasistatik, yang diidealkan, proses "super pelan". Proses termodinamika bergantung-waktu dipelajari dalam termodinamika tak-setimbang.
Termodinamika adalah kajian tentang kalor (panas) yang berpindah. Dalam termodinamika kamu akan banyak membahas tentang sistem dan lingkungan. Kumpulan benda-benda yang sedang ditinjau disebut sistem, sedangkan semua yang berada di sekeliling (di luar) sistem disebut lingkungan. Termodinamika merupakan suatu ilmu pengetahuan yang membahas hubungan antara panas dan kerja yang menyebabkan perubahan suatu zat. Maksudnya apabila suatu zat atau benda diberi panas (suhunya dinaikkan), maka akan timbul berbagai-bagai akibat seperti :
Gas, cairan dan zat padat → memuai
Termo-elemen membangkitkan GGL
Kawat-kawat mengalami perubahan daya tahannya.
Dalam proses demikian, biasanya terdapat suatu pengaliran panas dan bekerjanya suatu gaya yang mengalami perpindahan (panas) yang mengakibatkan terjadinya “Usaha atau Kerja”. Tujuannya memecahkan persoalan termodinamika dengan menguasai prinsip dasar (dalil, persamaan), sistematika pemecahan soal dan defenisi dasar suatu hukum termodinamika.
Prinsip-prinsip Termodinamika dapat dirangkum dalam 3 Hukum yaitu :
> Hukum Termodinamika ke-Nol : berkenaan dengan kesetimbangan termal atau Konsep Temperatur.
> Hukum Termodinamika I :
- konsep energi dalam dan menghasilkan prinsip kekekalan energi.
- menegaskan ke ekivalenan perpindahan kalor dan perpindahan kerja.
> Hukum Termodinamika II : memperlihatkan arah perubahan alami distribusi energi dan memperkenalkan prinsip peningkatan entropi.
Hukum-hukum Termodinamika didasarkan pada penalaran logis , bukti yang membenarkan penggunaan hukum-hukum ini secara menerus diperoleh dari percobaan yang menyetujui akibat-akibatnya.
Penerapan termodinamika secara teknik (dalam perencanaan) yaitu :
Refrigerasi dan Pengkondisian Udara
Pembangkit Daya Listrik
Motor Bakar
Sistem pemanasan surya
Pesawat Terbang
Karena termodinamika tidak berhubungan dengan konsep waktu, telah diusulkan bahwa termodinamika setimbang seharusnya dinamakan termostatik Hukum termodinamika kebenarannya sangat umum, dan hukum-hukum ini tidak bergantung kepada rincian dari interaksi atau sistem yang diteliti. Ini berarti mereka dapat diterapkan ke sistem di mana seseorang tidak tahu apa pun kecual perimbangan transfer energi dan wujud di antara mereka dan lingkungan. Contohnya termasuk perkiraan Einstein tentang emisi spontan dalam abad ke-20 dan riset sekarang ini tentang termodinamika benda hitam.
Pengabstrakan dasar atas termodinamika adalah pembagian dunia menjadi sistem dibatasi oleh kenyataan atau ideal dari batasan. Sistem yang tidak termasuk dalam pertimbangan digolongkan sebagai lingkungan. Dan pembagian sistem menjadi subsistem masih mungkin terjadi, atau membentuk beberapa sistem menjadi sistem yang lebih besar. Biasanya sistem dapat diberikan keadaan yang dirinci dengan jelas yang dapat diuraikan menjadi beberapa parameter !
Rumusam Masalah
Bagaimana sejarah perkembangan dari eksperimen Joule?
Apa yang dimaksud dengan energy internal dan hubungannya dengan energy kinetic dan energy potensial?
Bagaimana hukum pertama termodinamika?
Apa yang dimaksud dengan keseimbangan dan hubungannya dengan termodinamika?
Bagaimana proses irreversible dan reversible?
Bagaimana hubungan antara tekanan, volume dan temperature?
Apa yang dimaksud dengan entalpi?
Apa yang dimaksud dengan kapasitas kalor dan proses perpindahan kalor?
Tujuan
Mengetahui bagaimana sejarah eksperimen dari Joule
Memahami definisi dari energy internal dan hubungannya dengan energy-energi yang lain
Untuk memahami bagaimana hukum pertama dari termodinamika
Untuk mengetahui definisi dari keseimbangan dan hubungannya dengan termodinamik
Mengetahui bagaimana perbedaan dari proses reversible dan irreversible
Mengetahui hubungan antara P,V dan T
BAB II KAJIAN TEORI
2.I Eksperimen Joule
2.1.1 Sejarah Perkembangan Eksperimen Joule
Awal tahun1892 ilustrasi dari Joule Anak Jerry Joule (1784-1858), seorang pembuat bir kaya, James Prescott Joule lahir di rumah berdampingan dengan Brewery Joule di New Bailey Street, Salford 24 Desember 1818. James mengajar privat di rumah keluarga 'Broomhill', Pendlebury, dekat Salford, sampai 1834 ketika ia dikirim dengan kakaknya Benyamin, untuk belajar dengan John Dalton di Manchester dan Sastra Philosophical Society. [2] Pasangan satunya menerima pendidikan dua tahun dalam aritmatika dan geometri sebelum Dalton terpaksa pensiun karena stroke. Namun, pengaruh Dalton membuat kesan abadi seperti halnya yang dari rekan-rekannya, kimia William Henry dan Manchester insinyur Peter Ewart dan Eaton Hodgkinson. Joule kemudian diajari oleh John Davies. Terpesona oleh listrik, ia dan saudaranya bereksperimen dengan memberikan kejutan listrik untuk satu sama lain dan kepada hamba-hamba keluarga. Joule menjadi seorang manajer dari tempat pembuatan bir dan mengambil peran aktif sampai penjualan bisnis pada 1854. Ilmu hobi, tapi ia segera mulai menyelidiki kelayakan penggantian mesin uap bir dengan motor listrik yang baru diciptakan. Pada tahun 1838, makalah ilmiah pertama pada listrik disumbangkan kepada Annals of Listrik, jurnal ilmiah didirikan dan dioperasikan oleh Davies rekan William Sturgeon. Ia merumuskan hukum Joule's pada tahun 1840 dan berharap untuk mengesankan Royal Society tetapi ditemukan, bukan untuk terakhir kalinya, bahwa ia dianggap sebagai penggemar provinsi belaka. Ketika Sturgeon pindah ke Manchester tahun 1840, Joule dan ia menjadi inti lingkaran intelektual kota. Pasangan ini berbagi simpati sama bahwa sains dan teologi dapat dan harus terintegrasi. Joule melanjutkan kuliah di Sturgeon's Royal Victoria Gallery of Praktis Ilmu. Dia melanjutkan untuk menyadari bahwa pembakaran satu pon batu bara di mesin uap menghasilkan lima kali sebagai tugas sebanyak satu pon seng dikonsumsi dalam sel Grove, baterai listrik awal. Joule's umum standar "tugas ekonomi "adalah kemampuan untuk meningkatkan £ 1 dengan ketinggian satu kaki, pound-kaki. Joule dipengaruhi oleh pemikiran Franz Aepinus dan mencoba untuk menjelaskan fenomena listrik dan magnet dalam hal atom dikelilingi oleh "eter kalori dalam keadaan getaran". Pada 1843 ia menerbitkan hasil percobaan menunjukkan bahwa efek pemanasan ia telah diukur pada tahun 1841 adalah karena generasi panas pada konduktor dan tidak mengalihkan dari bagian lain peralatan. Hal ini merupakan tantangan langsung terhadap teori kalori yang berpendapat bahwa panas tidak bisa diciptakan atau dihancurkan. teori kalori telah mendominasi pemikiran dalam ilmu panas sejak diperkenalkan oleh Antoine Lavoisier pada tahun 1783. Lavoisier prestise dan keberhasilan praktis dari teori kalori Sadi Carnot dari mesin panas sejak tahun 1824 memastikan bahwa Joule muda, yang bekerja di luar baik akademisi atau profesi rekayasa, memiliki jalan sulit di depan. Pendukung teori kalori siap menunjuk ke simetri efek Peltier-Seebeck untuk mengklaim bahwa panas dan saat ini adalah konversi, setidaknya sekitar, dengan proses reversibel The setara mekanik panas Joule menulis pada tahun 1845 kertas: kekuatan mekanik diberikan dalam mengubah mesin magneto-listrik diubah menjadi panas yang berkembang oleh bagian arus induksi melalui kumparan tersebut, dan, di sisi lain, bahwa kekuatan motif dari mesin elektro-magnetik diperoleh di Beban panas karena reaksi kimia baterai dengan yang dikerjakan. Joule's Panas Aparatur, 1845 Joule sini mengadopsi bahasa vis viva (energi), mungkin karena Hodgkinson pernah membaca review dari Ewart's On ukuran kekuatan untuk bergerak Masyarakat Sastra dan Filsafat pada bulan April 1844.
Percobaan lanjutan dan pengukuran oleh Joule membawanya untuk memperkirakan setara mekanik panas sebagai 838 ft lbf kerja untuk menaikkan suhu satu pon air dengan satu derajat Fahrenheit. Dia mengumumkan hasil di pertemuan dari bagian kimia Asosiasi Inggris untuk Kemajuan Ilmu di Cork di tahun 1843 dan disambut oleh keheningan. Joule itu gentar dan mulai mencari demonstrasi murni mekanis konversi kerja menjadi panas. Dengan memaksa air melalui sebuah silinder berlubang, ia mampu mengukur pemanasan kental sedikit cairan. Ia memperoleh setara mekanis 770 lbf ft / Btu (4.14 J / cal). Kenyataan bahwa nilai yang diperoleh baik oleh sarana listrik dan mekanik murni berada di perjanjian untuk setidaknya satu urutan besarnya itu, untuk Joule, bukti kuat dari realitas konvertibilitas kerja menjadi panas. Joule sekarang mencoba rute ketiga. Ia mengukur panas yang dihasilkan terhadap pekerjaan yang dilakukan dalam menekan gas. Dalam banyak hal, percobaan ini menawarkan target termudah untuk pengkritik Joule tapi Joule melepas keberatan diantisipasi oleh eksperimen pintar.. Namun, makalahnya ditolak oleh Royal Society dan ia harus puas dengan penerbitan di Majalah Philosophical. Dalam tulisan ini ia terus terang dalam penolakannya terhadap penalaran kalori Carnot dan Émile Clapeyron, tetapi motivasi juga menjadi teologisnya jelas: Saya membayangkan bahwa teori ini ... bertentangan dengan prinsip-prinsip yang diakui filsafat karena itu mengarah pada kesimpulan bahwa vis viva bisa dihancurkan oleh disposisi yang tidak tepat aparatur: Jadi Bapak Clapeyron menarik kesimpulan bahwa 'suhu api yang sedang 1000 ° C sampai 2000 ° C lebih tinggi dibandingkan dengan boiler ada kerugian besar vis viva dalam perjalanan panas dari tungku ke boiler. " Percaya bahwa kekuatan untuk menghancurkan milik Sang Pencipta saja saya tegaskan ... bahwa setiap teori yang, ketika dilakukan, menuntut penghancuran kekuatan, tentu salah.
Pada tahun 1845, Joule membaca koran nya Di setara mekanik panas ke pertemuan British Association di Cambridge Dalam karya ini., Ia melaporkan eksperimen paling terkenal, yang melibatkan penggunaan berat jatuh ke spin dayung-roda di tong terisolasi air, yang meningkatkan suhu ia mengukur. Pada tahun 1850, Joule menerbitkan pengukuran halus dekat dengan perkiraan abad kedua puluh. Penerimaan dan prioritas.
Joule's aparatus untuk mengukur setara mekanis panas Untuk kontroversi atas prioritas dengan Mayer, lihat setara Mekanik panas: Prioritas Sebagian besar perlawanan awal untuk bekerja Joule's berasal dari ketergantungan pada pengukuran sangat tepat. Ia mengaku dapat mengukur temperatur di dalam 1 / 200 dari derajat Fahrenheit. presisi semacam itu tentu jarang dalam percobaan fisika kontemporer tetapi ragu-ragu ia mungkin telah diabaikan pengalamannya dalam seni pembuatan bir dan akses ke teknologi praktisnya. Dia juga cakap didukung oleh instrumen ilmiah pembuat John Benjamin Dancer. Namun, di Jerman, Hermann Helmholtz menyadari kedua Joule kerja dan pekerjaan yang sama 1842 Julius Robert von Mayer. Meskipun kedua pria telah diabaikan sejak publikasi masing-masing, yang pasti Helmholtz 1847 deklarasi mengenai konservasi energi dikreditkan mereka berdua. uga pada 1847, lain dari presentasi Joule di British Association di Oxford dihadiri oleh George Gabriel Stokes, Michael Faraday, dan William dewasa sebelum waktunya dan maverick Thomson, kemudian menjadi Lord Kelvin, yang baru saja profesor diangkat filsafat alam di Universitas Glasgow. Stokes adalah "cenderung menjadi Joulite" dan Faraday adalah "banyak memukul dengan itu" sekalipun ia memendam keraguan. Thomson tertarik tapi skeptis. Terduga, Thomson dan Joule bertemu akhir tahun yang di Chamonix. Joule menikah Amelia Grimes pada 18 Agustus dan pasangan ini melanjutkan bulan madu. Perkawinan meskipun antusiasme, Joule dan Thomson diatur untuk mencoba percobaan beberapa hari kemudian untuk mengukur perbedaan suhu antara bagian atas dan bawah air terjun de Cascade Sallanches, meskipun ini kemudian terbukti tidak praktis. Meskipun Thomson merasa bahwa hasil Joule itu menuntut penjelasan teoritis, ia mundur ke dalam pertahanan bersemangat sekolah Carnot-Clapeyron. Pada tahun 1848 ceritanya tentang suhu absolut, Thomson menulis bahwa "konversi panas (atau kalori) berlaku mekanis mungkin mustahil, tentu belum ditemukan" [15] - tetapi catatan kaki mengisyaratkan keraguan pertama tentang teori kalori, mengacu Joule's " sangat luar biasa penemuan ". Anehnya, Thomson tidak mengirimkan Joule salinan kertas, tetapi ketika membacanya Joule akhirnya ia menulis kepada Thomson pada tanggal 6 Oktober, mengklaim bahwa studinya telah menunjukkan konversi panas menjadi pekerjaan tetapi bahwa ia berencana eksperimen lebih lanjut. Thomson menjawab pada tanggal 27, mengungkapkan bahwa ia berencana percobaan sendiri dan berharap untuk rekonsiliasi dua pandangan mereka. Meskipun tidak dilakukan Thomson percobaan baru, selama dua tahun berikutnya ia menjadi semakin tidak puas dengan teori Carnot dan yakin Joule's. Pada tahun 1851 makalahnya, Thomson bersedia untuk pergi tidak lebih dari kompromi dan menyatakan "teori seluruh kekuatan motif panas yang didirikan pada ... dua ... proposisi, karena masing-masing untuk Joule, dan untuk Carnot dan Clausius" . Begitu Joule membaca koran ia menulis untuk Thomson dengan komentar dan pertanyaan. Jadi mulai, berbuah meskipun sebagian besar berkenaan dgn tulisan, kolaborasi antara dua orang, melakukan eksperimen Joule, Thomson menganalisis hasil dan menyarankan percobaan lebih lanjut. Kerjasama ini berlangsung dari 1852 sampai 1856 penemuan termasuk efek Joule-Thomson, dan hasilnya dipublikasikan berbuat banyak untuk membawa tentang penerimaan umum pekerjaan Joule dan teori
2.1.2 Teori Kinetik James Prescott Joule
Kinetika adalah ilmu gerak. Joule adalah murid dari Dalton dan tidak mengherankan bahwa ia telah mempelajari keyakinan dalam teori atom, meskipun ada banyak ilmuwan pada masanya yang masih skeptis. Dia juga menjadi salah satu dari sedikit orang menerima pekerjaan diabaikan Yohanes Herapath pada teori kinetik gas. Dia lebih lanjut sangat dipengaruhi oleh kertas 1813 Peter Ewart's On ukuran bergerak gaya. Joule dirasakan hubungan antara penemuannya dan teori kinetik panas. notebook laboratorium-Nya mengungkapkan bahwa ia percaya panas menjadi bentuk rotasi, daripada gerak translasi. Joule tidak bisa menahan menemukan anteseden pandangannya di Francis Bacon, Sir Isaac Newton, John Locke, Benjamin Thompson (Count Rumford) dan Sir Humphry Davy. Meskipun pandangan seperti itu dibenarkan, Joule melanjutkan untuk memperkirakan nilai untuk padanan mekanik panas 1034 £ kaki-dari publikasi Rumford's. Beberapa penulis modern mengkritik pendekatan ini dengan alasan bahwa percobaan Rumford itu sama sekali tidak diwakili pengukuran kuantitatif yang sistematis. Dalam salah satu catatan pribadinya, Joule berpendapat bahwa pengukuran Mayer tidak lebih akurat daripada Rumford, mungkin dengan harapan bahwa Mayer tidak diantisipasi karyanya sendiri. Joule dikaitkan dengan menjelaskan fenomena Green Flash dalam sebuah surat kepada Sastra Manchester dan Philosophical Society pada tahun 1869. Honour sebuah patung Joule di Manchester Town Hall Joule's nisan di kuburan Brooklands, Penjualan oule meninggal di rumah di Jual [16] dan dimakamkan di pemakaman Brooklands sana. nisan ini bertuliskan nomor "772,55", klimakterik nya 1878 pengukuran setara mekanik panas, dan dengan kutipan dari Injil Yohanes, "Aku harus mengerjakan pekerjaan Dia yang mengutus Aku, selama masih siang: yang datang malam hari, ketika tidak ada seorangpun yang dapat bekerja "(9:4).
Pondasi hukum ini pertama kali diletakkan oleh James Prescott Joule yang melalui eksperimen-eksperimennya berhasil menyimpulkan bahwa panas dan kerja saling dapat dikonversikan. Pernyataan eksplisit pertama diberikan oleh Rudolf Clausius pada 1850: "Terdapat suatu fungsi keadaan E, yang disebut 'energi', yang diferensialnya sama dengan jumlah kerja yang dipertukarkan dengan lingkungannya pada suatu proses adiabatik." Hukum kekekalan energi: Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dihancurkan/dihilangkan. Tetapi dapat ditransfer dengan berbagai cara. Aplikasi: Mesin-mesin pembangkit energi dan pengguna energi. Semuanya hanya mentransfer energi, tidak menciptakan dan menghilangkan.
Joule's aparatus untuk mengukur setara mekanis panas
Dalam Percobaan Joule, dia menciptakan aneh dimana ia bisa mengukur energi mekanik dan pada saat yang sama energi panas (suhu). Dalam wadah terisolasi termal ditempatkan ada dayung yang diaduk saat massa ditarik tali dan memutar perangkat. Karena diaduk, suhu air naik karena gesekan antara air dan dayung. Energi mekanik adalah energi potensial dari massa. Inilah yang memanaskan air. Joule menemukan bahwa kehilangan energi mekanik berbanding lurus dengan peningkatan suhu air dan jumlah air yang digunakan proporsionalitas konstan atau (yang membuat kerugian dalam energi mekanik sama dengan peningkatan suhu air) telah ditemukan 4,186 J / (g · º C).
2.2 Energi Internal
Ditinjau dari perspektif fisika, setiap sistem fisik mengandung (secara alternatif, menyimpan) sejumlah energi; berapa tepatnya ditentukan dengan mengambil jumlah dari sejumlah persamaan khusus, masing-masing didesain untuk mengukur energi yang disimpan secara khusus. Secara umum, adanya energi diketahui oleh pengamat setiap ada pergantian sifat objek atau sistem. Tidak ada cara seragam untuk memperlihatkan energi;
Satuan
Satuan SI untuk energi dan kerja adalah joule (J), dinamakan untuk menghormati James Prescott Joule dan percobaannya dalam persamaan mekanik panas. Dalam istilah yang lebih mendasar 1 joule sama dengan 1 newton-meter dan, dalam istilah satuan dasar SI, 1 J sama dengan 1 kg m2 s−2.
Transfer energi
Kerja didefinisikan sebagai "batas integral" gaya F sejauh s:
Persamaan di atas mengatakan bahwa kerja (W) sama dengan integral dari dot product gaya ( ) di sebuah benda dan infinitesimal posisi benda ( ).
Jenis energi
Energi kinetik
Energi kinetik adalah bagian energi yang berhubungan dengan gerakan suatu benda.
Persamaan di atas menyatakan bahwa energi kinetik (Ek) sam dengan integral dari dot product velocity ( ) sebuah benda dan infinitesimal momentum benda ( ).
Energi potensial
Berlawanan dengan energi kinetik, yang adalah energi dari sebuah sistem dikarenakan gerakannya, atau gerakan internal dari partikelnya, energi potensial dari sebuah sistem adalah energi yang dihubungkan dengan konfigurasi ruang dari komponen-komponennya dan interaksi mereka satu sama lain. Jumlah partikel yang mengeluarkan gaya satu sama lain secara otomatis membentuk sebuah sistem dengan energi potensial. Gaya-gaya tersebut, contohnya, dapat timbul dari interaksi elektrostatik (lihat hukum Coulomb), atau gravitasi.
Energi internal
Energi internal adalah energi kinetik dihubungkan dengan gerakan molekul-molekul, dan energi potensial yang dihubungkan dengan getaran rotasi dan energi listrik dari atom-atom di dalam molekul. Energi internal seperti energi adalah sebuah fungsi keadaan yang dapat dihitung dalam sebuah sistem.
Dalam termodinamika, energi internal total energi yang dikandung oleh suatu sistem termodinamika. Ini adalah energi yang diperlukan untuk menciptakan sistem, tetapi tidak termasuk energi untuk menggantikan lingkungan sistem, setiap energi yang berkaitan dengan bergerak secara keseluruhan, atau karena medan gaya eksternal. energi internal memiliki dua komponen utama, energi kinetik dan energi potensial. Energi kinetik ini disebabkan oleh gerakan partikel sistem (terjemahan, rotasi, getaran), dan energi potensial dikaitkan dengan konstituen statis materi, energi listrik statis dari atom dalam molekul atau kristal, dan energi statis ikatan kimia . Energi internal sistem dapat diubah dengan sistem pemanas atau dengan melakukan pekerjaan di dalamnya; [1] hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa peningkatan energi internal adalah sama dengan jumlah panas yang ditambahkan dan kerja yang dilakukan. Jika sistem terisolasi, energi internal yang tidak dapat berubah.
Energi internal adalah fungsi keadaan dari suatu sistem, karena nilainya hanya bergantung pada keadaan saat ini sistem dan bukan pada jalur yang diambil atau proses mengalami untuk tiba di negara ini. Ini adalah jumlah yang luas. Satuan SI untuk energi adalah joule (J). Kadang-kadang sebuah properti termodinamika terkait intensif disebut energi internal spesifik didefinisikan, yang merupakan energi internal per unit massa dari sistem yang bersangkutan. Dengan demikian, satuan SI energi internal spesifik adalah joule / kilogram (J / kg). Jika energi internal yang intensif diungkapkan pada basis per mol, maka energi internal disebut sebagai molar dan unit Joule / mol (J / mol). Dari sudut pandang mekanika statistik, energi internal sama dengan rata-rata ansambel dari energi total sistem. Hal ini juga disebut energi intrinsik. Energi kinetik dari sistem muncul sebagai jumlah dari gerakan dari semua partikel sistem, apakah itu gerakan atom, molekul, inti atom, elektron, atau partikel lainnya. Energi potensial mencakup semua energi yang diberikan oleh massa partikel, oleh komposisi kimia, yaitu energi kimia yang tersimpan dalam ikatan kimia memiliki potensi untuk mengalami reaksi kimia, energi nuklir yang disimpan oleh konfigurasi dari proton, neutron, dan partikel dasar lainnya dalam inti atom, dan ladang kekuatan fisik dalam sistem, seperti karena induksi internal momen dipol listrik atau magnet, serta energi deformasi padatan (stress-strain). energi internal tidak termasuk energi karena gerak sistem secara keseluruhan.
2.2.1 energi internal dari suatu sistem termodinamika tertutup
Ini penjumlahan di atas dari semua komponen perubahan energi dalam berasumsi bahwa energi panas menunjukkan positif ditambahkan ke dalam sistem atau kerja yang dilakukan pada sistem, sementara energi negatif menunjukkan kerja dari sistem terhadap lingkungan. Biasanya hubungan ini dinyatakan dalam istilah yang sangat kecil menggunakan istilah diferensial masing-masing. Hanya energi internal adalah diferensial yang tepat. Untuk sistem hanya menjalani proses termodinamika, yaitu sistem tertutup yang hanya dapat bertukar panas dan kerja, perubahan energi internal.
2.3 Hukum pertama Termodinamika
Hukum pertama termodinamika adalah suatu pernyataan mengenai hukum universal dari kekekalan energi dan mengidentifikasikan perpindahan panas sebagai suatu bentuk perpindahan energi. Pernyataan paling umum dari hukum pertama termodinamika ini berbunyi: Kenaikan energi internal dari suatu sistem termodinamika sebanding dengan jumlah energi panas yang ditambahkan ke dalam sistem dikurangi dengan kerja yang dilakukan oleh sistem terhadap lingkungannya
Hukum ini terkait dengan kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem.
2.3.1 Penerapan Hukum Pertama Termodinamika pada beberapa proses Termodinamika
Sebelumnya kita sudah membahas Hukum Pertama Termodinamika dan menganalisis usaha yang dilakukan oleh sistem. Kali ini kita mencoba meninjau beberapa penerapan Hukum Pertama Termodinamika dalam empat proses termodinamika. Keempat proses termodinamika yang dimaksud adalah proses isotermal, isokorik, isobarik dan adiabatik. Istilah aneh ini berasal dari bahasa yunani. Isotermal = suhu yang sama atau suhu selalu konstan, isokorik = volume yang sama atau volume selalu konstan, isobarik = tekanan yang sama atau tekanan selalu konstan.
Proses Isotermal (suhu selalu konstan)
Terlebih dahulu kita tinjau penerapan hukum pertama termodinamika pada proses isotermal. Dalam proses Isotermal, suhu sistem dijaga agar selalu konstan… Sistem yang kita analisis secara teoritis adalah gas ideal. Suhu gas ideal berbanding lurus dengan energi dalam gas ideal (U = 3/2 nRT). Karena T tidak berubah maka U juga tidak berubah. Dengan demikian, jika diterapkan pada proses isotermal, persamaan Hukum pertama termodinamika akan berubah bentuk seperti ini :
Dari hasil ini, kita bisa menyimpulkan bahwa pada proses isotermal (suhu konstan), kalor (Q) yang ditambahkan pada sistem digunakan sistem untuk melakukan kerja (W).
Suatu sistem dapat mengalami proses termodinamika dimana terjadi perubahan-perubahan di dalam sistem tersebut. Jika proses yang terjadi berlangsung dalam suhu konstan, proses ini dinamakan proses isotermik. Karena berlangsung dalam suhu konstan, tidak terjadi perubahan energi dalam (∆U = 0) dan berdasarkan hukum I termodinamika kalor yang diberikan sama dengan usaha yang dilakukan sistem (Q = W). Proses isotermik dapat digambarkan dalam grafik p – V di bawah ini. Usaha yang dilakukan sistem dan kalor dapat dinyatakan sebagai
pers04Dimana V2 dan V1 adalah volume akhir dan awal gas.
Proses Adiabatik
Dalam proses adiabatik, tidak ada kalor yang ditambahkan pada sistem atau meninggalkan sistem (Q = 0). Proses adiabatik bisa terjadi pada sistem tertutup yang terisolasi dengan baik. Untuk sistem tertutup yang terisolasi dengan baik, biasanya tidak ada kalor yang dengan seenaknya mengalir ke dalam sistem atau meninggalkan sistem. Proses adiabatik juga bisa terjadi pada sistem tertutup yang tidak terisolasi. Untuk kasus ini, proses harus dilakukan dengan sangat cepat sehingga kalor tidak sempat mengalir menuju sistem atau meninggalkan sistem. Energi dalam sistem (gas ideal) berbanding lurus dengan suhu (U = 3/2 nRT), karenanya jika energi dalam sistem bertambah maka sistem juga bertambah. Sebaliknya, jika energi dalam sistem berkurang maka suhu sistem berkurang.
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).
Jika suatu sistem berisi gas yang mula-mula mempunyai tekanan dan volume masing-masing p1 dan V1 mengalami proses adiabatik sehingga tekanan dan volume gas berubah menjadi p2 dan V2, usaha yang dilakukan gas dapat dinyatakan sebagai
pers06Dimana γ adalah konstanta yang diperoleh perbandingan kapasitas kalor molar gas pada tekanan dan volume konstan dan mempunyai nilai yang lebih besar dari 1 (γ >
Proses adiabatik dapat digambarkan dalam grafik p – V dengan bentuk kurva yang mirip dengan grafik p – V pada proses isotermik namun dengan kelengkungan yang lebih curam.
Proses Isokorik (volume selalu konstan)
Dalam proses Isokorik, volume sistem dijaga agar selalu konstan. Karena volume sistem selalu konstan, maka sistem tidak bisa melakukan kerja pada lingkungan. Demikian juga sebaliknya, lingkungan tidak bisa melakukan kerja pada sistem.
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 QV.
QV = ∆U
Proses Isobarik (tekanan selalu konstan)
Dalam proses Isobarik, tekanan sistem dijaga agar selalu konstan. Karena yang konstan adalah tekanan, maka perubahan energi dalam (delta U), kalor (Q) dan kerja (W) pada proses isobarik tidak ada yang bernilai nol. Dengan demikian, persamaan hukum pertama termodinamika tetap utuh seperti semula.
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 Qp. Berdasarkan hukum I termodinamika, pada proses isobarik berlaku
pers05Sebelumnya telah dituliskan bahwa perubahan energi dalam sama dengan kalor yang diserap gas pada volume konstan
QV =∆U
Dari sini usaha gas dapat dinyatakan sebagai
W = Qp − QV
Jadi, usaha yang dilakukan oleh gas (W) dapat dinyatakan sebagai selisih energi (kalor) yang diserap gas pada tekanan konstan (Qp) dengan energi (kalor) yang diserap gas pada volume konstan (QV).
Terlebih dahulu kita tinjau penerapan hukum pertama termodinamika pada proses isotermal. Dalam proses Isotermal, suhu sistem dijaga agar selalu konstan… Sistem yang kita analisis secara teoritis adalah gas ideal. Suhu gas ideal berbanding lurus dengan energi dalam gas ideal (U = 3/2 nRT). Karena T tidak berubah maka U juga tidak berubah. Dengan demikian, jika diterapkan pada proses isotermal, persamaan Hukum pertama termodinamika akan berubah bentuk seperti ini :
Dari hasil ini, kita bisa menyimpulkan bahwa pada proses isotermal (suhu konstan), kalor (Q) yang ditambahkan pada sistem digunakan sistem untuk melakukan kerja (W).
Suatu sistem dapat mengalami proses termodinamika dimana terjadi perubahan-perubahan di dalam sistem tersebut. Jika proses yang terjadi berlangsung dalam suhu konstan, proses ini dinamakan proses isotermik. Karena berlangsung dalam suhu konstan, tidak terjadi perubahan energi dalam (∆U = 0) dan berdasarkan hukum I termodinamika kalor yang diberikan sama dengan usaha yang dilakukan sistem (Q = W). Proses isotermik dapat digambarkan dalam grafik p – V di bawah ini. Usaha yang dilakukan sistem dan kalor dapat dinyatakan sebagai
pers04Dimana V2 dan V1 adalah volume akhir dan awal gas.
Proses Adiabatik
Dalam proses adiabatik, tidak ada kalor yang ditambahkan pada sistem atau meninggalkan sistem (Q = 0). Proses adiabatik bisa terjadi pada sistem tertutup yang terisolasi dengan baik. Untuk sistem tertutup yang terisolasi dengan baik, biasanya tidak ada kalor yang dengan seenaknya mengalir ke dalam sistem atau meninggalkan sistem. Proses adiabatik juga bisa terjadi pada sistem tertutup yang tidak terisolasi. Untuk kasus ini, proses harus dilakukan dengan sangat cepat sehingga kalor tidak sempat mengalir menuju sistem atau meninggalkan sistem. Energi dalam sistem (gas ideal) berbanding lurus dengan suhu (U = 3/2 nRT), karenanya jika energi dalam sistem bertambah maka sistem juga bertambah. Sebaliknya, jika energi dalam sistem berkurang maka suhu sistem berkurang.
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).
Jika suatu sistem berisi gas yang mula-mula mempunyai tekanan dan volume masing-masing p1 dan V1 mengalami proses adiabatik sehingga tekanan dan volume gas berubah menjadi p2 dan V2, usaha yang dilakukan gas dapat dinyatakan sebagai
pers06Dimana γ adalah konstanta yang diperoleh perbandingan kapasitas kalor molar gas pada tekanan dan volume konstan dan mempunyai nilai yang lebih besar dari 1 (γ >
Proses adiabatik dapat digambarkan dalam grafik p – V dengan bentuk kurva yang mirip dengan grafik p – V pada proses isotermik namun dengan kelengkungan yang lebih curam.
Proses Isokorik (volume selalu konstan)
Dalam proses Isokorik, volume sistem dijaga agar selalu konstan. Karena volume sistem selalu konstan, maka sistem tidak bisa melakukan kerja pada lingkungan. Demikian juga sebaliknya, lingkungan tidak bisa melakukan kerja pada sistem.
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 QV.
QV = ∆U
Proses Isobarik (tekanan selalu konstan)
Dalam proses Isobarik, tekanan sistem dijaga agar selalu konstan. Karena yang konstan adalah tekanan, maka perubahan energi dalam (delta U), kalor (Q) dan kerja (W) pada proses isobarik tidak ada yang bernilai nol. Dengan demikian, persamaan hukum pertama termodinamika tetap utuh seperti semula.
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 Qp. Berdasarkan hukum I termodinamika, pada proses isobarik berlaku
pers05Sebelumnya telah dituliskan bahwa perubahan energi dalam sama dengan kalor yang diserap gas pada volume konstan
QV =∆U
Dari sini usaha gas dapat dinyatakan sebagai
W = Qp − QV
Jadi, usaha yang dilakukan oleh gas (W) dapat dinyatakan sebagai selisih energi (kalor) yang diserap gas pada tekanan konstan (Qp) dengan energi (kalor) yang diserap gas pada volume konstan (QV).
2.3.2 Hukum Pertama Termodinamika pada manusia
Kita bisa menerapkan hukum pertama termodinamika pada manusia :
Agar bisa bertahan hidup, setiap makhluk hidup, baik manusia, hewan atau tumbuhan tentu saja membutuhkan energi. Kita tidak bisa belajar, jalan-jalan atau pacaran kalau tubuh kita lemas tak berdaya karena kekurangan energi. Biasanya tubuh memperoleh energi dari makanan. Ketika menyantap makanan, kita membawa energi potensial kimia yang terkandung dalam makanan ke dalam tubuh. Adanya tambahan energi dari makanan menyebabkan energi potensial kimia dalam tubuh kita bertambah (delta U bertambah)…
Selanjutnya energi tersebut dipakai untuk melakukan Kerja (W). Banyak sekali bentuk kerja yang kita lakukan… Pacaran, jalan-jalan, berlari mengejar tikus dkk…. Energi yang kita peroleh dari makanan juga digunakan tubuh untuk menghasilkan sel-sel yang baru, menggantikan sel-sel lama yang rusak… Adanya sel-sel yang baru membuat dirimu bisa bertambah panjang Selain dipakai untuk melakukan kerja, sebagian energi dibuang ke luar tubuh (udara dan sekitarnya) dalam bentuk kalor alias panas. Setiap proses metabolisme dalam tubuh biasanya menghasilkan kalor atau panas. Demikian juga ketika dirimu dan diriku melakukan kerja, tubuh pun terasa panas… Panas alias kalor tersebut dibuang melalui keringat (melalui poses penguapan)
Setelah melakukan kerja dan membuang-buang kalor ke luar tubuh, dirimu dan diriku pun merasa lapar lagi. Ketika merasa lapar, tubuh memberi tahu kita bahwa stok energi dalam berkurang. Segera ditambahkan secepatnya… Makanan dan minuman pun langsung disikat… energi dalam tubuh bertambah lagi. Pacaran pun jalan terus, belajarnya nanti saja, biar dapat nilai merah terus. Sekian dan sampai jumpa lagi di episode berikutnya… cerita bersambungnya gak pernah habis-habis.
2.4 Keseimbangan
Sebuah sistem dikatakan seimbang dalam artian termodinamika, jika memiliki 3 komponen keseimbangan, yaitu:
Keseimbangan Mekanika, yaitu adanya keseimbangan gaya-gaya yang bekerja pada sistem, itu dalam sistem sendiri (bisanya disebut juga sebagai interior) atau antara sistem dengan lingkungannya. Kesimbangan gaya, bisa dalam bentuk akibat gravitasi, listrik, dll. Dengan kata yang mudah dapat dikatakan, bahwa semua gaya-2 yang bekerja harus memiliki resultant sama dengan zero.
* Keseimbangan Kalor, keseimbagan ini akan terjadi jika tidak ada perpindahan kalor dalam interion atau antara sistem dengan lingkungannya. Artinya semua temperatur dalam sistem harus sama.
* Keseimbangan Kimia, keseimbangan ini terjadi jika tidak ada reaksi kimia yang terjadi lagi dalam system, walau dalam kecepatan yang lambat sekalipun.
2.4.1 Keseimbangan Termal dan Hukum Ke-O Termodinamika
Dirimu pernah minum es teh-kah ? atau mungkin es sirup, es susu biasanya kalau kita mau minum es teh dkk, kita mencampur air panas atau air hangat yang ada di dalam gelas dengan es batu. Jika diperhatikan secara saksama, es batu perlahan-lahan mulai mencair. Pada saat es batu mencair, air panas yang ada di dalam gelas menjadi dingin. Setelah beberapa menit, campuran es batu dan teh hangat pun berubah menjadi es teh yang begitu sejuk dan mengundang selera… apalagi pas lagi gerah atau kepanasan.
Mencampur es batu dengan air panas dalam gelas hanya merupakan salah satu contoh saja. Masih banyak contoh lain yang sering kita lakukan dalam kehidupan sehari-hari. Kalau kita ingin mandi dengan air hangat, biasanya kita mencampur air mendidih dengan air yang lebih dingin. Ketika kita ingin mendinginkan benda padat, seperti besi panas, kita bisa mencelupkan besi ke dalam air. Apa yang kita lakukan ini kelihatannya sederhana dan sepele. Walaupun demikian, hal tersebut merupakan salah satu konsep yang penting dalam ilmu fisika.
Keseimbangan Termal
Sebagaimana yang telah mr.ozan jelaskan pada awal tulisan ini, jika kita ingin memperoleh air hangat, kita bisa mencampur air panas dengan air dingin. Kita bisa mengatakan air panas memiliki suhu tinggi sedangkan air dingin memiliki suhu yang lebih rendah. Setelah dicampur, perlahan-lahan air panas menjadi dingin (suhu air panas menurun), sebaliknya air dingin menjadi hangat (suhu air dingin meningkat). Beberapa saat kemudian, campuran air panas dan air dingin berubah menjadi air hangat. Adanya air hangat menunjukkan bahwa suhu campuran air panas dan air dingin telah sama. Ketika campuran air panas dan air dingin mencapai suhu yang sama, keduanya dikatakan berada dalam keseimbangan termal.
Proses yang sama juga terjadi ketika kita memasukan es batu ke dalam gelas yang berisi teh hangat. Setelah dimasukan ke dalam gelas, es batu mulai mencair dan air teh yang pada mulanya hangat menjadi dingin. Setelah saling bersenggolan di dalam gelas, campuran es batu dan teh hangat pun berubah menjadi es teh yang sejuk dan mengundang selera. Adanya es teh menujukan bahwa suhu campuran sama. Ketika es batu dan teh hangat mencapai suhu yang sama, keduanya dikatakan berada dalam keseimbangan termal.
Pada dasarnya, dua benda dikatakan berada dalam keseimbangan termal, jika setelah bersentuhan, kedua benda tersebut mencapai suhu yang sama. Misalnya terdapat 2 benda, sebut saja benda A dan benda B. Pada mulanya benda A memiliki suhu tinggi (benda A panas) sedangkan benda B memiliki suhu rendah (Benda B dingin). Setelah bersentuhan cukup lama, kedua benda tersebut mencapai suhu yang sama. Dalam hal ini, benda A dan benda B dikatakan berada dalam keseimbangan termal. Untuk memperjelas, amati gambar di bawah….
Ini cuma ilustrasi saja. Gambar ini kayaknya lebih cocok untuk benda padat. Perlu diketahui bahwa benda yang bersentuhan bisa berupa benda padat, cair atau gas. Apabila yang saling bersentuhan adalah benda padat, maka kedua benda bisa ditempelin seperti gambar di atas. Sebaliknya, jika yang saling bersentuhan adalah benda padat dan cairan, maka benda padat dicelupkan ke dalam cairan (misalnya besi yang panas dimasukkan ke dalam air). Apabila yang saling bersentuhan adalah cairan, maka kita bisa menuangkan salah satu cairan ke dalam cairan lainnya (misalnya mencampur air panas dengan air dingin).
Hukum Ke-O Termodinamika
Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya.
Sejauh ini kita baru meninjau keseimbangan termal yang dialami oleh dua benda yang bersentuhan. Untuk memahami konsep keseimbangan termal secara lebih mendalam, mari kita tinjau 3 benda (sebut saja benda A, benda B dan benda C). Benda C bisa dianggap sebagai termometer. Misalnya benda A dan benda B tidak saling bersentuhan, tetapi benda A dan benda B bersentuhan dengan benda C.
Karena bersentuhan, maka setelah beberapa saat benda A dan benda C berada dalam keseimbangan termal. Demikian juga benda B dan benda C berada dalam keseimbangan termal.
Berhubung ini bukan permainan logika atau tebak2an, maka perlu dibuktikan melalui percobaan. Dirimu tidak perlu repot2 membuat percobaan karena om dan tante ilmuwan yang sudah pensiun di alam baka telah melakukan percobaan. Berdasarkan hasil percobaan, ternyata benda A dan benda B juga berada dalam keseimbangan termal. Dalam hal ini, suhu benda A = suhu benda B. Jadi walaupun benda A dan benda B tidak bersentuhan, tapi karena keduanya bersentuhan dengan benda C, maka benda A dan benda B juga ikut2an berada dalam keseimbangan termal. Hal ini disimpulkan dalam sebaris kalimat indah di bawah ini :
“Jika dua benda berada dalam keseimbangan termal dengan benda ketiga, maka ketiga benda tersebut berada dalam keseimbangan termal satu sama lain.”
Ini adalah hukum ke-0 termodinamika. Kedengarannya agak aneh, jarang-jarang hukum dimulai dari nol. Kisahnya begini… Setelah para ilmuwan menemukan hukum termodinamika pertama, kedua dan ketiga, mereka baru sadar kalau hukum ini belum dinyatakan. Bagaimanapun, hukum ini merupakan dasar bagi hukum termodinamika pertama, kedua dan ketiga, maka para ilmuwan harus menyatakannya terlebih dahulu. Munculnya belakangan, lagian ilmuwan juga bingung mau nempelin dimana, ya lebih bagus dan lebih tepat kalau diberi julukan hukum ke-0 saja.
2.5 Proses Reversible Dan Ireversible
2.5.1 Proses Reversible
Proses reversible yaitu proses di mana sistem dan sekitarnya dapat dikembalikan ke keadaan awal dari keadaan akhir tanpa menghasilkan perubahan pada properti termodinamika alam semesta ini disebut sebagai proses reversibel. Pada gambar di bawah ini, mari kita anggap bahwa sistem telah mengalami perubahan dari negara A ke negara B. Jika sistem dapat dikembalikan dari negara B negara A, dan tidak ada perubahan di alam semesta, maka proses dikatakan reversibel proses. Proses reversibel dapat dikembalikan sepenuhnya dan tidak ada jejak yang tersisa untuk menunjukkan bahwa sistem yang telah mengalami perubahan termodinamika. Untuk sistem untuk mengalami perubahan reversibel, itu harus terjadi jauh lambat karena gradien sangat kecil. Selama reversibel semua proses perubahan di negara terjadi dalam sistem berada dalam kesetimbangan termodinamika satu sama lain.
Jadi ada dua kondisi yang penting untuk proses reversibel terjadi. Pertama, proses ini harus terjadi dalam waktu sangat kecil dan kedua semua keadaan awal dan akhir dari sistem harus dalam keseimbangan satu sama lain. Jika selama proses reversibel isi panas dari sistem tetap konstan itu adalah proses adiabatik, maka proses juga proses yaitu isentropic entropi sistem tetap konstan. Fenomena mengalami perubahan reversibel juga disebut sebagai reversibilitas. Dalam praktek proses reversibel tidak pernah terjadi, sehingga merupakan proses ideal atau hipotetis.
2.5.2 Proses Ireversible
Proses ireversibel juga disebut sebagai proses alamiah karena semua proses yang terjadi di alam ini adalah proses ireversibel. Proses alami terjadi karena gradien terbatas antara kedua negara dari sistem. Misalnya aliran panas antara dua benda terjadi karena gradien suhu antara dua benda, ini adalah sebenarnya aliran alami panas. Demikian pula, air mengalir dari tingkat tinggi ke tingkat rendah, bergerak arus dari potensial tinggi ke rendah potensi dll
Berikut adalah beberapa hal penting tentang proses ireversibel:
Dalam proses ireversibel keadaan awal dari sistem dan sekitarnya tidak dapat dikembalikan dari keadaan akhir.
Selama proses ireversibel berbagai negara bagian dari sistem di jalan perubahan dari keadaan awal ke keadaan final tidak dalam kesetimbangan dengan satu sama lain.
Selama proses reversibel entropi sistem meningkat tegas dan tidak dapat dikurangi kembali ke nilai awalnya.
Fenomena sistem menjalani proses ireversibel disebut sebagai ireversibilitas.
2.6 Proses T-V dan-P Konstan
Jika keadaan berubah, kita akan selalu menunggu sampai temperature dan tekanan mencapai nilai yang sama secara keseluruhan. Dengan demikian kita hanya mempertimbangkan keadaan setimbang dari system ketika variable yang mendeskripsikannya (seperti temperature dan tekanan) sama diseluruh bagian system dan tidak berubah terhadap waktu. Untuk penjumlahan gas tertentu, ditemukan secara eksperimen bahwa, sampai pendekatan yang cukup baik, volume gas berbanding terbalik dengan tekanan yang diberikan padanya ketika temperature dijaga konstan. Yaitu:
V∞ T= konstan
Dimana p adalah tekanan absolute (bukan “tekanan ukur”), sebagai contoh, jika tekanan pada gas digandakan, maka volume diperkecil sampai setengah nilai awalnya. Hubungan ini dikenal sebagai hukum boyle. Hukum boyle juga dapat dituliskan
PV= Konstan T= konstan
Yaitu, pada temperature konstan, jika tekanan ataupun volume gas dibiarkan berubah, variable yang satunya juga berubah sehingga hasil kali PV tetap konstan.
Adapun hukum gas yang kedua yaitu volume gas dengan jumlah gas tertentu berbanding lurus dengan temperature mutlak ketika tekanan dijaga konstan. Pernyataan ini dikenal sebagai hukum Charles, dan dituliskan :
V∞ T P=konstan
Hukum gas ketiga, dikenal sebagai hukum Gay-Lussac dari Joseph Gay-Lussac (1778-1850), menyatakan bahwa pada volume konstan, tekanan gas berbanding lurus dengan tempertur mutlak.
P∞ T V= konstan
2.7 Entalpi
2.7.1 Entalpi dan Perubahan Entalpi
Setiap sistem atau zat mempunyai energi yang tersimpan didalamnya. Energi potensial berkaitan dengan wujud zat, volume, dan tekanan. Energi kinetik ditimbulkan karena atom – atom dan molekulmolekul dalam zat bergerak secara acak. Jumlah total dari semua bentuk energi itu disebut entalpi (H) . Entalpi akan tetap konstan selama tidak ada energi yang masuk atau keluar dari zat. . Misalnya entalpi untuk air dapat ditulis H H20 (l) dan untuk es ditulis H H20 (s).
Perhatikan lampu spiritus, jumlah panas atau energi yang dikandung oleh spiritus pada tekanan tetap disebut entalpi spiritus. Entalpi tergolong sifat eksternal, yakni sifat yang bergantung pada jumlah mol zat. Bahan bakar fosil seperti minyak bumi, batubara mempunyai isi panas atau entalpi.
Entalpi (H) suatu zat ditentukan oleh jumlah energi dan semua bentuk energi yang dimiliki zat yang jumlahnya tidak dapat diukur. Perubahan kalor atau entalpi yang terjadi selama proses penerimaan atau pelepasan kalor dinyatakan dengan ” perubahan entalpi (ΔH) ” . Misalnya pada perubahan es menjadi air, maka dapat ditulis sebagai berikut:
Δ H = H H20 (l) -H H20 (s) (7)
Marilah kita amati reaksi pembakaran bensin di dalam mesin motor. Sebagian energi kimia yang dikandung bensin, ketika bensin terbakar, diubah menjadi energi panas dan energi mekanik untuk menggerakkan motor. Demikian juga pada mekanisme kerja sel aki. Pada saat sel aki bekerja, energi kimia diubah menjadi energi listrik, energi panas yang dipakai untuk membakar bensin dan reaksi pembakaran bensin menghasilkan gas, menggerakkan piston sehingga menggerakkan roda motor.
Gambar 10 berikut ini menunjukkan diagram perubahan energi kimia menjadi berbagai bentuk energi lainnya.
Harga entalpi zat sebenarnya tidak dapat ditentukan atau diukur. Tetapi ΔH dapat ditentukan dengan cara mengukur jumlah kalor yang diserap sistem. Misalnya pada perubahan es menjadi air, yaitu 89 kalori/gram. Pada perubahan es menjadi air, ΔH adalah positif, karena entalpi hasil perubahan, entalpi air lebih besar dari pada entalpi es.
Termokimia merupakan bagian dari ilmu kimia yang mempelajari perubahan entalpi yang menyertai suatu reaksi. Pada perubahan kimia selalu terjadi perubahan entalpi. Besarnya perubahan entalpi adalah sama besar dengan selisih antara entalpi hasil reaksi dam jumlah entalpi pereaksi. Pada reaksi endoterm, entalpi sesudah reaksi menjadi lebih besar, sehingga ΔH positif. Sedangkan pada reaksi eksoterm, entalpi sesudah reaksi menjadi lebih kecil, sehingga ΔH negatif. Perubahan entalpi pada suatu reaksi disebut kalor reaksi. Kalor reaksi untuk reaksi-reaksi yang khas disebut dengan nama yang khas pula, misalnya kalor pembentukan,kalor penguraian, kalor pembakaran, kalor pelarutan dan sebagainya. Suatu reaksi kimia dapat dipandang sebagai suatu sistem yang terdiri dari dua bagian yang berbeda, yaitu pereaksi dan hasil reaksi atau produk. Perhatikan suatu reaksi yang berlangsung pada sistem tertutup dengan volume tetap (ΔV = 0), maka sistem tidak melakukan kerja, w = 0. Jika kalor reaksi pada volume tetap dinyatakan dengan qv , maka persamaan hukum I termodinamika dapat ditulis:
ΔU = qv + 0 = qv = q reaksi (8)
q reaksi disebut sebagai kalor reaksi. Hal ini berarti bahwa semua perubahan energi yang menyertai reaksi akan muncul sebagai kalor. Misal: suatu reaksi eksoterm mempunyai perubahan energi dalam sebesar 100 kJ. Jika reaksi itu berlangsung dengan volume tetap, maka jumlah kalor yang dibebaskan adalah 100 kJ.
Kebanyakan reaksi kimia berlangsung dalam sistem terbuka dengan tekanan tetap (tekanan atmosfir). Maka sistem mungkin melakukan atau menerima kerja tekanan – volume, w = 0). Oleh karena itu kalor reaksi pada tekanan tetap dinyatakan dengan qp , maka hukum I termodinamika dapat ditulis sebagai berikut:
ΔU = qp + w atau qp = ΔU – w = q reaksi (9)
Untuk menyatakan kalor reaksi yang berlangsung pada tekanan tetap, para ahli mendefinisikan suatu besaran termodinamika yaitu entalpi (heat content) dengan lambang “H” Entalpi didefinisikan sebagai jumlah energi dalam dengan perkalian tekanan dan volume sistem, yang dapat dinyatakan:
H = U + P V (10)
Reaksi kimia termasuk proses isotermal, dan bila dilakukan di udara terbuka maka kalor reaksi dapat dinyatakan sebagai:
qp = Δ H (11)
Jadi, kalor reaksi yang berlangsung pada tekanan tetap sama dengan perubahan entalpi. Oleh karena sebagian besar reaksi berlangsung pada tekanan tetap, yaitu tekanan atmosfir, maka kalor reaksi selalu dinyatakan sebagai perubahan entalpi (ΔH). Akibatnya, kalor dapat dihitung dari perubahan entalpi reaksi, dan perubahan entalpi reaksi yang menyertai suatu reaksi hanya ditentukan oleh keadaan awal (reaktan) dan keadaan akhir (produk).
q = ΔH reaksi = Hp-Hr (12)
Entalpi = H = Kalor reaksi pada tekanan tetap = Qp
Perubahan entalpi adalah perubahan energi yang menyertai peristiwa perubahan kimia pada tekanan tetap.
2.7.2 Istilah yang Digunakan Pada Perubahan Emtalpi
Data termokimia pada umumnya ditetapkan pada suhu 25 0 C dan tekanan 1 atm yang selanjutnya disebut kondisi standar . Perubahan entalpi yang diukur pada suhu 25 0 C dan tekanan 1 atm disebut perubahan entalpi standar dan dinyatakan dengan lambang Δ H 0 atau ΔH298. Sedangkan perubahan entalpi yang pengukurannya tidak merujuk kondisi pengukurannya dinyatakan dengan lambang ΔH saja. Entalpi molar adalah perubahan entalpi reaksi yang dikaitkan dengan kuantitas zat yang terlibat dalam reaksi. Dalam termokimia dikenal berbagai macam entalpi molar, seperti entalpi pembentukan, entalpi penguraian, dan entalpi pembakaran.
Entalpi Pembentukan
Ada suatu macam persamaan termokimia yang penting yang berhubungan dengan pembentukan satu mol senyawa dari unsurunsurnya. Perubahan entalpi yang berhubungan dengan reaksi ini disebut panas pembentukan atau entalpi pembentukan yang diberi simbol ΔH f . Misalnya persamaan termokimia untuk pembentukan air dan uap air pada 100 0 C dan 1 atm masing-masing.
Bagaimana dapat kita gunakan persamaan ini untuk mendapatkan panas penguapan dari air? Yang jelas persamaan (1) harus kita balik, lalu dijumlahkan dengan persamaan (2). Jangan lupa untuk mengubah tanda ΔH. (Jika pembentukan H 2 O (l) eksoterm, seperti dicerminkan oleh ΔH f yang negatif, proses kebalikannya haruslah endoterm) yang berarti eksoterm menjadi positif yang berarti menjadi endoterm.
Eksoterm (menghasilkan panas)
Endoterm
Bila kita jumlahkan persamaan (1) dan (2), kita dapat
Dan panas reaksinya =
Perhatikan bahwa panas reaksi untuk seluruh perubahan sama dengan panas pembentukan hasil reaksi dikurangi panas pembentukan dari pereaksi. Secara umum dapat ditulis :
Harga perubahan entalpi reaksi dapat dipengaruhi oleh kondisi yakni suhu dan tekanan saat pengukuran. Oleh karena itu, perlu kondisi suhu dan tekanan perlu dicantumkan untuk setiap data termokimia.
Entalpi Pembakaran
Reaksi suatu zat dengan oksigen disebut reaksi pembakaran . Zat yang mudah terbakar adalah unsur karbon, hidrogen, belerang, dan berbagai senyawa dari unsur tersebut. Pembakaran dikatakan sempurna apabila karbon (c) terbakar menjadi CO2, hidrogen (H) terbakar menjadi H2O, belerang (S) terbakar menjadi SO2. Perubahan entalpi pada pembakaran sempurna 1 mol suatu zat yang diukur pada 298 K, 1 atm disebut entalpi pembakaran standar (standard enthalpy of combustion), yang dinyatakan dengan Δ Hc 0 . Entalpi pembakaran juga dinyatakan dalam kJ mol -1 .
Pembakaran Sempurna dan Tidak Sempurna
Pembakaran bahan bakar dalam mesin kendaraan atau dalam industri tidak terbakar sempurna. Pembakaran sempurna senyawa hidro karbon (bahan bakar fosil) membentuk karbon dioksida dan uap air. Sedangkan pembakaran tak sempurna membentuk karbon monoksida dan uap air. Misalnya:
Pembakaran sempurna isooktana:
C8H18 (l) +12 ½ O2 (g) –> 8 CO2 (g) + 9 H2O (g) ΔH = -5460 kJ
Pembakaran tak sempurna isooktana:
C8H18 (l) + 8 ½ O2 (g) -> 8 CO (g) + 9 H2O (g) ΔH = -2924,4 kJ
Dampak Pembakaran tak Sempurna
Sebagaimana terlihat pada contoh di atas, pembakaran tak sempurna menghasilkan lebih sedikit kalor. Jadi, pembakaran tak sempurna mengurangi efisiensi bahan bakar. kerugian lain dari pembakaran tak sempurna adalah dihasilkannya gas karbon monoksida (CO), yang bersifat racun. Oleh karena itu, pembakaran tak sempurna akan mencemari udara
Entalpi Penguraian
Reaksi penguraian adalah kebalikan dari reaksi pembentukan. Oleh karena itu, sesuai dengan azas kekekalan elvin, nilai entalpi penguraian sama dengan entalpi pembentukannya, tetapi tandanya berlawanan
2.8 Kapasitas Kalor
Sudah dijelaskan pada bab sebelumnya apabila dua buah benda yang berbeda temperaturnya saling berkontak termal, elvinture benda yang lebih panas berkurang sedangkan elvinture benda yang lebih dingin bertambah. Ada sesuatu yang berpindah dalam kasus ini, apa ?
“Kalorik, suatu materi yang tak terlihat, yang mengalir dari benda yang bertemperatur tinggi ke benda yang bertemperatur rendah”.
Benyamin Thomson/Count Rumford (1753-1814) dengan eksperimen-nya, dia mengebor logam, teramati bahwa mata bor menjadi panas dan didinginkan dengan air (sampai airnya mendidih), tentunya dari teori “kalorik”, kalorik tersebut lama kelamaan akan habis dan ternyata bila proses tersebut berlanjut terus kalorik tersebut tidak habis, jadi teori kalorik tidak tepat. Jadi kalor bukan materi.
Kalor
T1 T2 T1>T2
2.8.1 Kalor dan Energi Termal
“ Kalor merupakan energy yang ditransfer dari satu benda ke benda yang lain karena adanya perbedaan temperature”
Satuan Kalor.
Satuan kalor adalah kalori dimana, 1 kalori adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 gr air dari 14,5 C menjadi 15,5 C. Dalam elvin British, 1 Btu (British Thermal Unit) adalah kalor untuk menaikkan elvinture 1 lb air dari 63 F menjadi 64 F.
1 kal = 4,186 J = 3,968 x 10-3 Btu
1 J = 0,2389 kal = 9,478 x 10-4 Btu
1 Btu = 1055 J = 252,0 kal
Kesetaraan Mekanik dari Kalor.
Dari konsep elvin mekanik diperoleh bahwa bila gesekan terjadi pada elvin mekanis, ada elvin mekanis yang hilang. Dan dari eksperimen diperoleh bahwa elvin yang hilang tersebut berubah menjadi elvin termal. Dari eksperimen yang dilakukan oleh Joule (aktif penelitian pada tahun 1837-1847) diperoleh kesetaraan mekanis dari kalor :
1 kal = 4,186 joule
2.8.2 Kapasitas Kalor dan Kalor Jenis
Kapasitas kalor (C) : jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan elvinture dari suatu sampel bahan sebesar 1 Co.
Q = C T
Kapasitas panas dari beberapa benda sebanding dengan massanya, maka lebih mudah bila didefinisikan kalor jenis, c : Kalor jenis, c : jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan elvinture dari 1 gr massa bahan sebesar 1 Co.
Q = m c T
T2
Bila harga c tidak konstan : Q = m c Dt
T1
Catatan : untuk gas kalor jenis biasanya dinyatakan untuk satu mol bahan, dsb kalor jenis molar,
Q = n c T
Kalor jenis beberapa bahan pada 25 C.
Bahan c (kal/gr. Co) Bahan c (kal/gr. Co)
Aluminium 0,215 Kuningan 0,092
Tembaga 0,0924 Kayu 0,41
Emas 0,0308 Glas 0,200
Besi 0,107 Es (-5 C) 0,50
Timbal 0,0305 Alkohol 0,58
Perak 0,056 Air Raksa 0,033
Silikon 0,056 Air (15 C) 1,00
2.8.3 Kalor Laten
Suatu bahan biasanya mengalami perubahan elvinture bila terjadi perpindahan kalor antara bahan dengan lingkungannya. Pada suatu situasi tertentu, aliran kalor ini tidak merubah temperaturnya. Hal ini terjadi bila bahan mengalami perubahan fasa. Misalnya padat menjadi cair (mencair), cair menjadi uap (mendidih) dan perubahan struktur elvin (zat padat). Energi yang diperlukan disebut kalor transformasi.
Kalor yang diperlukan untuk merubah fasa dari bahan bermassa m adalah
Q = m L
dimana L adalah kalor laten.
2.8.4 Perpindahan Kalor
Bila dua benda atau lebih terjadi kontak termal maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah, hingga tercapainya kesetimbangan termal. Proses perpindahan panas ini berlangsung dalam 3 mekanisme, yaitu : konduksi, konveksi dan radiasi.
Konduksi
Proses perpindahan kalor secara konduksi bila dilihat secara elvin merupakan pertukaran elvin elvin antar molekul (atom), dimana partikel yang energinya rendah dapat meningkat dengan menumbuk partikel dengan elvin yang lebih tinggi.
Sebelum dipanaskan atom dan elvint dari logam bergetar pada posisi setimbang. Pada ujung logam mulai dipanaskan, pada bagian ini atom dan elvint bergetar dengan elvintu yang makin membesar. Selanjutnya bertumbukan dengan atom dan elvint disekitarnya dan memindahkan sebagian energinya. Kejadian ini berlanjut hingga pada atom dan elvint di ujung logam yang satunya. Konduksi terjadi melalui getaran dan gerakan elvint bebas.
T2 T1 T1
Aliran kalor
A
x
Bila T2 dan T1 dipertahankan terus besarnya, maka kesetimbangan termal tidak akan pernah tercapai, dan dalam keadaan mantap/tunak (stedy state), kalor yang mengalir persatuan waktu sebanding dengan luas penampang A, sebanding dengan perbedaan elvinture T dan berbanding terbalik dengan lebar bidang x
Q/t = H A T/
Untuk penampang berupa bidang datar :
T1 T2
L
H = - k A (T1 – T2 ) / L
k adalah kondutivitas termal.
Konduktivitas termal untuk beberapa bahan :
Bahan k (W/m.Co) Bahan k (W/m.Co)
Aluminium 238 Asbestos 0,08
Tembaga 397 Concrete 0,8
Emas 314 Gelas 0,8
Besi 79,5 Karet 0,2
Timbal 34,7 air 0,6
Perak 427 kayu 0,08
udara 0,0234
Untuk susunan beberapa bahan dengan ketebalan L1, L2,, … dan konduktivitas masing-masing k1, k2,, … adalah :
H = A (T1 – T2 )
(L1/k1)
k1 k2
T1 L1 L2 T2
Bagaimana dengan bidang yang berbentuk silinder ?
Konveksi
Apabila kalor berpindah dengan cara gerakan partikel yang telah dipanaskan dikatakan perpindahan kalor secara konveksi. Bila perpindahannya dikarenakan perbedaan kerapatan disebut konveksi alami (natural convection) dan bila didorong, elvin dengan fan atau pompa disebut konveksi paksa (forced convection).
Besarnya konveksi tergantung pada :
a. Luas permukaan benda yang bersinggungan dengan fluida (A).
b. Perbedaan suhu antara permukaan benda dengan fluida (T).
c. koefisien konveksi (h), yang tergantung pada :
# viscositas fluida
# kecepatan fluida
# perbedaan elvinture antara permukaan dan fluida
# kapasitas panas fluida
# rapat massa fluida
# bentuk permukaan kontak
Konveksi : H = h x A x T
Radiasi
Pada proses radiasi, elvin termis diubah menjadi elvin radiasi. Energi ini termuat dalam gelombang elektromagnetik, khususnya daerah inframerah (700 nm – 100 m). Saat gelombang elektromagnetik tersebut berinteraksi dengan materi elvin radiasi berubah menjadi elvin termal. Untuk benda hitam, radiasi termal yang dipancarkan per satuan waktu per satuan luas pada elvinture T elvin adalah :
E = e T4.
Dimana : konstanta Boltzmann : 5,67 x 10-8 W/ m2 K4.
E : emitansi (0 e 1)
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Termodinamika merupakan suatu ilmu pengetahuan yang membahas hubungan antara panas dan kerja yang menyebabkan perubahan suatu zat. Maksudnya apabila suatu zat atau benda diberi panas (suhunya dinaikkan).
Prinsip-prinsip Termodinamika dapat dirangkum dalam 3 Hukum yaitu :
Hukum Termodinamika ke-Nol : berkenaan dengan kesetimbangan termal atau Konsep Temperatur.
Hukum Termodinamika I :
konsep energi dalam dan menghasilkan prinsip kekekalan energi.
menegaskan ke ekivalenan perpindahan kalor dan perpindahan kerja.
Hukum Termodinamika II : memperlihatkan arah perubahan alami distribusi energi dan memperkenalkan prinsip peningkatan entropi.
James Prescott Joule adalah seorang fisikawan Inggris dan pembuat bir, lahir di Salford, Lancashire. Joule mempelajari sifat panas, dan menemukan hubungannya dengan kerja mekanik. Hal ini menyebabkan teori kekekalan energi, yang menyebabkan perkembangan hukum pertama termodinamika. Satuan turunan SI energi, joule, adalah namanya.
Hukum pertama termodinamika adalah suatu pernyataan mengenai hukum universal dari kekekalan energi dan mengidentifikasikan perpindahan panas sebagai suatu bentuk perpindahan energi. Pernyataan paling umum dari hukum pertama termodinamika ini berbunyi: Kenaikan energi internal dari suatu sistem termodinamika sebanding dengan jumlah energi panas yang ditambahkan ke dalam sistem dikurangi dengan kerja yang dilakukan oleh sistem terhadap lingkungannya
Setiap sistem atau zat mempunyai energi yang tersimpan didalamnya. Energi potensial berkaitan dengan wujud zat, volume, dan tekanan. Energi kinetik ditimbulkan karena atom – atom dan molekulmolekul dalam zat bergerak secara acak. Jumlah total dari semua bentuk energi itu disebut entalpi (H).
Kita bisa menerapkan hukum pertama termodinamika pada manusia :
Agar bisa bertahan hidup, setiap makhluk hidup, baik manusia, hewan atau tumbuhan tentu saja membutuhkan energi. Kita tidak bisa belajar, jalan-jalan atau pacaran kalau tubuh kita lemas tak berdaya karena kekurangan energi. Biasanya tubuh memperoleh energi dari makanan. Ketika menyantap makanan, kita membawa energi potensial kimia yang terkandung dalam makanan ke dalam tubuh. Adanya tambahan energi dari makanan menyebabkan energi potensial kimia dalam tubuh kita bertambah (delta U bertambah)…
Selanjutnya energi tersebut dipakai untuk melakukan Kerja (W). Banyak sekali bentuk kerja yang kita lakukan… Pacaran, jalan-jalan, berlari mengejar tikus dkk…. Energi yang kita peroleh dari makanan juga digunakan tubuh untuk menghasilkan sel-sel yang baru, menggantikan sel-sel lama yang rusak… Adanya sel-sel yang baru membuat dirimu bisa bertambah panjang Selain dipakai untuk melakukan kerja, sebagian energi dibuang ke luar tubuh (udara dan sekitarnya) dalam bentuk kalor alias panas. Setiap proses metabolisme dalam tubuh biasanya menghasilkan kalor atau panas. Demikian juga ketika dirimu dan diriku melakukan kerja, tubuh pun terasa panas… Panas alias kalor tersebut dibuang melalui keringat (melalui poses penguapan)
Setelah melakukan kerja dan membuang-buang kalor ke luar tubuh, dirimu dan diriku pun merasa lapar lagi. Ketika merasa lapar, tubuh memberi tahu kita bahwa stok energi dalam berkurang. Segera ditambahkan secepatnya… Makanan dan minuman pun langsung disikat… energi dalam tubuh bertambah lagi. Pacaran pun jalan terus, belajarnya nanti saja, biar dapat nilai merah terus. Sekian dan sampai jumpa lagi di episode berikutnya… cerita bersambungnya gak pernah habis-habis.
2.4 Keseimbangan
Sebuah sistem dikatakan seimbang dalam artian termodinamika, jika memiliki 3 komponen keseimbangan, yaitu:
Keseimbangan Mekanika, yaitu adanya keseimbangan gaya-gaya yang bekerja pada sistem, itu dalam sistem sendiri (bisanya disebut juga sebagai interior) atau antara sistem dengan lingkungannya. Kesimbangan gaya, bisa dalam bentuk akibat gravitasi, listrik, dll. Dengan kata yang mudah dapat dikatakan, bahwa semua gaya-2 yang bekerja harus memiliki resultant sama dengan zero.
* Keseimbangan Kalor, keseimbagan ini akan terjadi jika tidak ada perpindahan kalor dalam interion atau antara sistem dengan lingkungannya. Artinya semua temperatur dalam sistem harus sama.
* Keseimbangan Kimia, keseimbangan ini terjadi jika tidak ada reaksi kimia yang terjadi lagi dalam system, walau dalam kecepatan yang lambat sekalipun.
2.4.1 Keseimbangan Termal dan Hukum Ke-O Termodinamika
Dirimu pernah minum es teh-kah ? atau mungkin es sirup, es susu biasanya kalau kita mau minum es teh dkk, kita mencampur air panas atau air hangat yang ada di dalam gelas dengan es batu. Jika diperhatikan secara saksama, es batu perlahan-lahan mulai mencair. Pada saat es batu mencair, air panas yang ada di dalam gelas menjadi dingin. Setelah beberapa menit, campuran es batu dan teh hangat pun berubah menjadi es teh yang begitu sejuk dan mengundang selera… apalagi pas lagi gerah atau kepanasan.
Mencampur es batu dengan air panas dalam gelas hanya merupakan salah satu contoh saja. Masih banyak contoh lain yang sering kita lakukan dalam kehidupan sehari-hari. Kalau kita ingin mandi dengan air hangat, biasanya kita mencampur air mendidih dengan air yang lebih dingin. Ketika kita ingin mendinginkan benda padat, seperti besi panas, kita bisa mencelupkan besi ke dalam air. Apa yang kita lakukan ini kelihatannya sederhana dan sepele. Walaupun demikian, hal tersebut merupakan salah satu konsep yang penting dalam ilmu fisika.
Keseimbangan Termal
Sebagaimana yang telah mr.ozan jelaskan pada awal tulisan ini, jika kita ingin memperoleh air hangat, kita bisa mencampur air panas dengan air dingin. Kita bisa mengatakan air panas memiliki suhu tinggi sedangkan air dingin memiliki suhu yang lebih rendah. Setelah dicampur, perlahan-lahan air panas menjadi dingin (suhu air panas menurun), sebaliknya air dingin menjadi hangat (suhu air dingin meningkat). Beberapa saat kemudian, campuran air panas dan air dingin berubah menjadi air hangat. Adanya air hangat menunjukkan bahwa suhu campuran air panas dan air dingin telah sama. Ketika campuran air panas dan air dingin mencapai suhu yang sama, keduanya dikatakan berada dalam keseimbangan termal.
Proses yang sama juga terjadi ketika kita memasukan es batu ke dalam gelas yang berisi teh hangat. Setelah dimasukan ke dalam gelas, es batu mulai mencair dan air teh yang pada mulanya hangat menjadi dingin. Setelah saling bersenggolan di dalam gelas, campuran es batu dan teh hangat pun berubah menjadi es teh yang sejuk dan mengundang selera. Adanya es teh menujukan bahwa suhu campuran sama. Ketika es batu dan teh hangat mencapai suhu yang sama, keduanya dikatakan berada dalam keseimbangan termal.
Pada dasarnya, dua benda dikatakan berada dalam keseimbangan termal, jika setelah bersentuhan, kedua benda tersebut mencapai suhu yang sama. Misalnya terdapat 2 benda, sebut saja benda A dan benda B. Pada mulanya benda A memiliki suhu tinggi (benda A panas) sedangkan benda B memiliki suhu rendah (Benda B dingin). Setelah bersentuhan cukup lama, kedua benda tersebut mencapai suhu yang sama. Dalam hal ini, benda A dan benda B dikatakan berada dalam keseimbangan termal. Untuk memperjelas, amati gambar di bawah….
Ini cuma ilustrasi saja. Gambar ini kayaknya lebih cocok untuk benda padat. Perlu diketahui bahwa benda yang bersentuhan bisa berupa benda padat, cair atau gas. Apabila yang saling bersentuhan adalah benda padat, maka kedua benda bisa ditempelin seperti gambar di atas. Sebaliknya, jika yang saling bersentuhan adalah benda padat dan cairan, maka benda padat dicelupkan ke dalam cairan (misalnya besi yang panas dimasukkan ke dalam air). Apabila yang saling bersentuhan adalah cairan, maka kita bisa menuangkan salah satu cairan ke dalam cairan lainnya (misalnya mencampur air panas dengan air dingin).
Hukum Ke-O Termodinamika
Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya.
Sejauh ini kita baru meninjau keseimbangan termal yang dialami oleh dua benda yang bersentuhan. Untuk memahami konsep keseimbangan termal secara lebih mendalam, mari kita tinjau 3 benda (sebut saja benda A, benda B dan benda C). Benda C bisa dianggap sebagai termometer. Misalnya benda A dan benda B tidak saling bersentuhan, tetapi benda A dan benda B bersentuhan dengan benda C.
Karena bersentuhan, maka setelah beberapa saat benda A dan benda C berada dalam keseimbangan termal. Demikian juga benda B dan benda C berada dalam keseimbangan termal.
Berhubung ini bukan permainan logika atau tebak2an, maka perlu dibuktikan melalui percobaan. Dirimu tidak perlu repot2 membuat percobaan karena om dan tante ilmuwan yang sudah pensiun di alam baka telah melakukan percobaan. Berdasarkan hasil percobaan, ternyata benda A dan benda B juga berada dalam keseimbangan termal. Dalam hal ini, suhu benda A = suhu benda B. Jadi walaupun benda A dan benda B tidak bersentuhan, tapi karena keduanya bersentuhan dengan benda C, maka benda A dan benda B juga ikut2an berada dalam keseimbangan termal. Hal ini disimpulkan dalam sebaris kalimat indah di bawah ini :
“Jika dua benda berada dalam keseimbangan termal dengan benda ketiga, maka ketiga benda tersebut berada dalam keseimbangan termal satu sama lain.”
Ini adalah hukum ke-0 termodinamika. Kedengarannya agak aneh, jarang-jarang hukum dimulai dari nol. Kisahnya begini… Setelah para ilmuwan menemukan hukum termodinamika pertama, kedua dan ketiga, mereka baru sadar kalau hukum ini belum dinyatakan. Bagaimanapun, hukum ini merupakan dasar bagi hukum termodinamika pertama, kedua dan ketiga, maka para ilmuwan harus menyatakannya terlebih dahulu. Munculnya belakangan, lagian ilmuwan juga bingung mau nempelin dimana, ya lebih bagus dan lebih tepat kalau diberi julukan hukum ke-0 saja.
2.5 Proses Reversible Dan Ireversible
2.5.1 Proses Reversible
Proses reversible yaitu proses di mana sistem dan sekitarnya dapat dikembalikan ke keadaan awal dari keadaan akhir tanpa menghasilkan perubahan pada properti termodinamika alam semesta ini disebut sebagai proses reversibel. Pada gambar di bawah ini, mari kita anggap bahwa sistem telah mengalami perubahan dari negara A ke negara B. Jika sistem dapat dikembalikan dari negara B negara A, dan tidak ada perubahan di alam semesta, maka proses dikatakan reversibel proses. Proses reversibel dapat dikembalikan sepenuhnya dan tidak ada jejak yang tersisa untuk menunjukkan bahwa sistem yang telah mengalami perubahan termodinamika. Untuk sistem untuk mengalami perubahan reversibel, itu harus terjadi jauh lambat karena gradien sangat kecil. Selama reversibel semua proses perubahan di negara terjadi dalam sistem berada dalam kesetimbangan termodinamika satu sama lain.
Jadi ada dua kondisi yang penting untuk proses reversibel terjadi. Pertama, proses ini harus terjadi dalam waktu sangat kecil dan kedua semua keadaan awal dan akhir dari sistem harus dalam keseimbangan satu sama lain. Jika selama proses reversibel isi panas dari sistem tetap konstan itu adalah proses adiabatik, maka proses juga proses yaitu isentropic entropi sistem tetap konstan. Fenomena mengalami perubahan reversibel juga disebut sebagai reversibilitas. Dalam praktek proses reversibel tidak pernah terjadi, sehingga merupakan proses ideal atau hipotetis.
2.5.2 Proses Ireversible
Proses ireversibel juga disebut sebagai proses alamiah karena semua proses yang terjadi di alam ini adalah proses ireversibel. Proses alami terjadi karena gradien terbatas antara kedua negara dari sistem. Misalnya aliran panas antara dua benda terjadi karena gradien suhu antara dua benda, ini adalah sebenarnya aliran alami panas. Demikian pula, air mengalir dari tingkat tinggi ke tingkat rendah, bergerak arus dari potensial tinggi ke rendah potensi dll
Berikut adalah beberapa hal penting tentang proses ireversibel:
Dalam proses ireversibel keadaan awal dari sistem dan sekitarnya tidak dapat dikembalikan dari keadaan akhir.
Selama proses ireversibel berbagai negara bagian dari sistem di jalan perubahan dari keadaan awal ke keadaan final tidak dalam kesetimbangan dengan satu sama lain.
Selama proses reversibel entropi sistem meningkat tegas dan tidak dapat dikurangi kembali ke nilai awalnya.
Fenomena sistem menjalani proses ireversibel disebut sebagai ireversibilitas.
2.6 Proses T-V dan-P Konstan
Jika keadaan berubah, kita akan selalu menunggu sampai temperature dan tekanan mencapai nilai yang sama secara keseluruhan. Dengan demikian kita hanya mempertimbangkan keadaan setimbang dari system ketika variable yang mendeskripsikannya (seperti temperature dan tekanan) sama diseluruh bagian system dan tidak berubah terhadap waktu. Untuk penjumlahan gas tertentu, ditemukan secara eksperimen bahwa, sampai pendekatan yang cukup baik, volume gas berbanding terbalik dengan tekanan yang diberikan padanya ketika temperature dijaga konstan. Yaitu:
V∞ T= konstan
Dimana p adalah tekanan absolute (bukan “tekanan ukur”), sebagai contoh, jika tekanan pada gas digandakan, maka volume diperkecil sampai setengah nilai awalnya. Hubungan ini dikenal sebagai hukum boyle. Hukum boyle juga dapat dituliskan
PV= Konstan T= konstan
Yaitu, pada temperature konstan, jika tekanan ataupun volume gas dibiarkan berubah, variable yang satunya juga berubah sehingga hasil kali PV tetap konstan.
Adapun hukum gas yang kedua yaitu volume gas dengan jumlah gas tertentu berbanding lurus dengan temperature mutlak ketika tekanan dijaga konstan. Pernyataan ini dikenal sebagai hukum Charles, dan dituliskan :
V∞ T P=konstan
Hukum gas ketiga, dikenal sebagai hukum Gay-Lussac dari Joseph Gay-Lussac (1778-1850), menyatakan bahwa pada volume konstan, tekanan gas berbanding lurus dengan tempertur mutlak.
P∞ T V= konstan
2.7 Entalpi
2.7.1 Entalpi dan Perubahan Entalpi
Setiap sistem atau zat mempunyai energi yang tersimpan didalamnya. Energi potensial berkaitan dengan wujud zat, volume, dan tekanan. Energi kinetik ditimbulkan karena atom – atom dan molekulmolekul dalam zat bergerak secara acak. Jumlah total dari semua bentuk energi itu disebut entalpi (H) . Entalpi akan tetap konstan selama tidak ada energi yang masuk atau keluar dari zat. . Misalnya entalpi untuk air dapat ditulis H H20 (l) dan untuk es ditulis H H20 (s).
Perhatikan lampu spiritus, jumlah panas atau energi yang dikandung oleh spiritus pada tekanan tetap disebut entalpi spiritus. Entalpi tergolong sifat eksternal, yakni sifat yang bergantung pada jumlah mol zat. Bahan bakar fosil seperti minyak bumi, batubara mempunyai isi panas atau entalpi.
Entalpi (H) suatu zat ditentukan oleh jumlah energi dan semua bentuk energi yang dimiliki zat yang jumlahnya tidak dapat diukur. Perubahan kalor atau entalpi yang terjadi selama proses penerimaan atau pelepasan kalor dinyatakan dengan ” perubahan entalpi (ΔH) ” . Misalnya pada perubahan es menjadi air, maka dapat ditulis sebagai berikut:
Δ H = H H20 (l) -H H20 (s) (7)
Marilah kita amati reaksi pembakaran bensin di dalam mesin motor. Sebagian energi kimia yang dikandung bensin, ketika bensin terbakar, diubah menjadi energi panas dan energi mekanik untuk menggerakkan motor. Demikian juga pada mekanisme kerja sel aki. Pada saat sel aki bekerja, energi kimia diubah menjadi energi listrik, energi panas yang dipakai untuk membakar bensin dan reaksi pembakaran bensin menghasilkan gas, menggerakkan piston sehingga menggerakkan roda motor.
Gambar 10 berikut ini menunjukkan diagram perubahan energi kimia menjadi berbagai bentuk energi lainnya.
Harga entalpi zat sebenarnya tidak dapat ditentukan atau diukur. Tetapi ΔH dapat ditentukan dengan cara mengukur jumlah kalor yang diserap sistem. Misalnya pada perubahan es menjadi air, yaitu 89 kalori/gram. Pada perubahan es menjadi air, ΔH adalah positif, karena entalpi hasil perubahan, entalpi air lebih besar dari pada entalpi es.
Termokimia merupakan bagian dari ilmu kimia yang mempelajari perubahan entalpi yang menyertai suatu reaksi. Pada perubahan kimia selalu terjadi perubahan entalpi. Besarnya perubahan entalpi adalah sama besar dengan selisih antara entalpi hasil reaksi dam jumlah entalpi pereaksi. Pada reaksi endoterm, entalpi sesudah reaksi menjadi lebih besar, sehingga ΔH positif. Sedangkan pada reaksi eksoterm, entalpi sesudah reaksi menjadi lebih kecil, sehingga ΔH negatif. Perubahan entalpi pada suatu reaksi disebut kalor reaksi. Kalor reaksi untuk reaksi-reaksi yang khas disebut dengan nama yang khas pula, misalnya kalor pembentukan,kalor penguraian, kalor pembakaran, kalor pelarutan dan sebagainya. Suatu reaksi kimia dapat dipandang sebagai suatu sistem yang terdiri dari dua bagian yang berbeda, yaitu pereaksi dan hasil reaksi atau produk. Perhatikan suatu reaksi yang berlangsung pada sistem tertutup dengan volume tetap (ΔV = 0), maka sistem tidak melakukan kerja, w = 0. Jika kalor reaksi pada volume tetap dinyatakan dengan qv , maka persamaan hukum I termodinamika dapat ditulis:
ΔU = qv + 0 = qv = q reaksi (8)
q reaksi disebut sebagai kalor reaksi. Hal ini berarti bahwa semua perubahan energi yang menyertai reaksi akan muncul sebagai kalor. Misal: suatu reaksi eksoterm mempunyai perubahan energi dalam sebesar 100 kJ. Jika reaksi itu berlangsung dengan volume tetap, maka jumlah kalor yang dibebaskan adalah 100 kJ.
Kebanyakan reaksi kimia berlangsung dalam sistem terbuka dengan tekanan tetap (tekanan atmosfir). Maka sistem mungkin melakukan atau menerima kerja tekanan – volume, w = 0). Oleh karena itu kalor reaksi pada tekanan tetap dinyatakan dengan qp , maka hukum I termodinamika dapat ditulis sebagai berikut:
ΔU = qp + w atau qp = ΔU – w = q reaksi (9)
Untuk menyatakan kalor reaksi yang berlangsung pada tekanan tetap, para ahli mendefinisikan suatu besaran termodinamika yaitu entalpi (heat content) dengan lambang “H” Entalpi didefinisikan sebagai jumlah energi dalam dengan perkalian tekanan dan volume sistem, yang dapat dinyatakan:
H = U + P V (10)
Reaksi kimia termasuk proses isotermal, dan bila dilakukan di udara terbuka maka kalor reaksi dapat dinyatakan sebagai:
qp = Δ H (11)
Jadi, kalor reaksi yang berlangsung pada tekanan tetap sama dengan perubahan entalpi. Oleh karena sebagian besar reaksi berlangsung pada tekanan tetap, yaitu tekanan atmosfir, maka kalor reaksi selalu dinyatakan sebagai perubahan entalpi (ΔH). Akibatnya, kalor dapat dihitung dari perubahan entalpi reaksi, dan perubahan entalpi reaksi yang menyertai suatu reaksi hanya ditentukan oleh keadaan awal (reaktan) dan keadaan akhir (produk).
q = ΔH reaksi = Hp-Hr (12)
Entalpi = H = Kalor reaksi pada tekanan tetap = Qp
Perubahan entalpi adalah perubahan energi yang menyertai peristiwa perubahan kimia pada tekanan tetap.
2.7.2 Istilah yang Digunakan Pada Perubahan Emtalpi
Data termokimia pada umumnya ditetapkan pada suhu 25 0 C dan tekanan 1 atm yang selanjutnya disebut kondisi standar . Perubahan entalpi yang diukur pada suhu 25 0 C dan tekanan 1 atm disebut perubahan entalpi standar dan dinyatakan dengan lambang Δ H 0 atau ΔH298. Sedangkan perubahan entalpi yang pengukurannya tidak merujuk kondisi pengukurannya dinyatakan dengan lambang ΔH saja. Entalpi molar adalah perubahan entalpi reaksi yang dikaitkan dengan kuantitas zat yang terlibat dalam reaksi. Dalam termokimia dikenal berbagai macam entalpi molar, seperti entalpi pembentukan, entalpi penguraian, dan entalpi pembakaran.
Entalpi Pembentukan
Ada suatu macam persamaan termokimia yang penting yang berhubungan dengan pembentukan satu mol senyawa dari unsurunsurnya. Perubahan entalpi yang berhubungan dengan reaksi ini disebut panas pembentukan atau entalpi pembentukan yang diberi simbol ΔH f . Misalnya persamaan termokimia untuk pembentukan air dan uap air pada 100 0 C dan 1 atm masing-masing.
Bagaimana dapat kita gunakan persamaan ini untuk mendapatkan panas penguapan dari air? Yang jelas persamaan (1) harus kita balik, lalu dijumlahkan dengan persamaan (2). Jangan lupa untuk mengubah tanda ΔH. (Jika pembentukan H 2 O (l) eksoterm, seperti dicerminkan oleh ΔH f yang negatif, proses kebalikannya haruslah endoterm) yang berarti eksoterm menjadi positif yang berarti menjadi endoterm.
Eksoterm (menghasilkan panas)
Endoterm
Bila kita jumlahkan persamaan (1) dan (2), kita dapat
Dan panas reaksinya =
Perhatikan bahwa panas reaksi untuk seluruh perubahan sama dengan panas pembentukan hasil reaksi dikurangi panas pembentukan dari pereaksi. Secara umum dapat ditulis :
Harga perubahan entalpi reaksi dapat dipengaruhi oleh kondisi yakni suhu dan tekanan saat pengukuran. Oleh karena itu, perlu kondisi suhu dan tekanan perlu dicantumkan untuk setiap data termokimia.
Entalpi Pembakaran
Reaksi suatu zat dengan oksigen disebut reaksi pembakaran . Zat yang mudah terbakar adalah unsur karbon, hidrogen, belerang, dan berbagai senyawa dari unsur tersebut. Pembakaran dikatakan sempurna apabila karbon (c) terbakar menjadi CO2, hidrogen (H) terbakar menjadi H2O, belerang (S) terbakar menjadi SO2. Perubahan entalpi pada pembakaran sempurna 1 mol suatu zat yang diukur pada 298 K, 1 atm disebut entalpi pembakaran standar (standard enthalpy of combustion), yang dinyatakan dengan Δ Hc 0 . Entalpi pembakaran juga dinyatakan dalam kJ mol -1 .
Pembakaran Sempurna dan Tidak Sempurna
Pembakaran bahan bakar dalam mesin kendaraan atau dalam industri tidak terbakar sempurna. Pembakaran sempurna senyawa hidro karbon (bahan bakar fosil) membentuk karbon dioksida dan uap air. Sedangkan pembakaran tak sempurna membentuk karbon monoksida dan uap air. Misalnya:
Pembakaran sempurna isooktana:
C8H18 (l) +12 ½ O2 (g) –> 8 CO2 (g) + 9 H2O (g) ΔH = -5460 kJ
Pembakaran tak sempurna isooktana:
C8H18 (l) + 8 ½ O2 (g) -> 8 CO (g) + 9 H2O (g) ΔH = -2924,4 kJ
Dampak Pembakaran tak Sempurna
Sebagaimana terlihat pada contoh di atas, pembakaran tak sempurna menghasilkan lebih sedikit kalor. Jadi, pembakaran tak sempurna mengurangi efisiensi bahan bakar. kerugian lain dari pembakaran tak sempurna adalah dihasilkannya gas karbon monoksida (CO), yang bersifat racun. Oleh karena itu, pembakaran tak sempurna akan mencemari udara
Entalpi Penguraian
Reaksi penguraian adalah kebalikan dari reaksi pembentukan. Oleh karena itu, sesuai dengan azas kekekalan elvin, nilai entalpi penguraian sama dengan entalpi pembentukannya, tetapi tandanya berlawanan
2.8 Kapasitas Kalor
Sudah dijelaskan pada bab sebelumnya apabila dua buah benda yang berbeda temperaturnya saling berkontak termal, elvinture benda yang lebih panas berkurang sedangkan elvinture benda yang lebih dingin bertambah. Ada sesuatu yang berpindah dalam kasus ini, apa ?
“Kalorik, suatu materi yang tak terlihat, yang mengalir dari benda yang bertemperatur tinggi ke benda yang bertemperatur rendah”.
Benyamin Thomson/Count Rumford (1753-1814) dengan eksperimen-nya, dia mengebor logam, teramati bahwa mata bor menjadi panas dan didinginkan dengan air (sampai airnya mendidih), tentunya dari teori “kalorik”, kalorik tersebut lama kelamaan akan habis dan ternyata bila proses tersebut berlanjut terus kalorik tersebut tidak habis, jadi teori kalorik tidak tepat. Jadi kalor bukan materi.
Kalor
T1 T2 T1>T2
2.8.1 Kalor dan Energi Termal
“ Kalor merupakan energy yang ditransfer dari satu benda ke benda yang lain karena adanya perbedaan temperature”
Satuan Kalor.
Satuan kalor adalah kalori dimana, 1 kalori adalah kalor yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 gr air dari 14,5 C menjadi 15,5 C. Dalam elvin British, 1 Btu (British Thermal Unit) adalah kalor untuk menaikkan elvinture 1 lb air dari 63 F menjadi 64 F.
1 kal = 4,186 J = 3,968 x 10-3 Btu
1 J = 0,2389 kal = 9,478 x 10-4 Btu
1 Btu = 1055 J = 252,0 kal
Kesetaraan Mekanik dari Kalor.
Dari konsep elvin mekanik diperoleh bahwa bila gesekan terjadi pada elvin mekanis, ada elvin mekanis yang hilang. Dan dari eksperimen diperoleh bahwa elvin yang hilang tersebut berubah menjadi elvin termal. Dari eksperimen yang dilakukan oleh Joule (aktif penelitian pada tahun 1837-1847) diperoleh kesetaraan mekanis dari kalor :
1 kal = 4,186 joule
2.8.2 Kapasitas Kalor dan Kalor Jenis
Kapasitas kalor (C) : jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan elvinture dari suatu sampel bahan sebesar 1 Co.
Q = C T
Kapasitas panas dari beberapa benda sebanding dengan massanya, maka lebih mudah bila didefinisikan kalor jenis, c : Kalor jenis, c : jumlah kalor yang diperlukan untuk menaikkan elvinture dari 1 gr massa bahan sebesar 1 Co.
Q = m c T
T2
Bila harga c tidak konstan : Q = m c Dt
T1
Catatan : untuk gas kalor jenis biasanya dinyatakan untuk satu mol bahan, dsb kalor jenis molar,
Q = n c T
Kalor jenis beberapa bahan pada 25 C.
Bahan c (kal/gr. Co) Bahan c (kal/gr. Co)
Aluminium 0,215 Kuningan 0,092
Tembaga 0,0924 Kayu 0,41
Emas 0,0308 Glas 0,200
Besi 0,107 Es (-5 C) 0,50
Timbal 0,0305 Alkohol 0,58
Perak 0,056 Air Raksa 0,033
Silikon 0,056 Air (15 C) 1,00
2.8.3 Kalor Laten
Suatu bahan biasanya mengalami perubahan elvinture bila terjadi perpindahan kalor antara bahan dengan lingkungannya. Pada suatu situasi tertentu, aliran kalor ini tidak merubah temperaturnya. Hal ini terjadi bila bahan mengalami perubahan fasa. Misalnya padat menjadi cair (mencair), cair menjadi uap (mendidih) dan perubahan struktur elvin (zat padat). Energi yang diperlukan disebut kalor transformasi.
Kalor yang diperlukan untuk merubah fasa dari bahan bermassa m adalah
Q = m L
dimana L adalah kalor laten.
2.8.4 Perpindahan Kalor
Bila dua benda atau lebih terjadi kontak termal maka akan terjadi aliran kalor dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang bertemperatur lebih rendah, hingga tercapainya kesetimbangan termal. Proses perpindahan panas ini berlangsung dalam 3 mekanisme, yaitu : konduksi, konveksi dan radiasi.
Konduksi
Proses perpindahan kalor secara konduksi bila dilihat secara elvin merupakan pertukaran elvin elvin antar molekul (atom), dimana partikel yang energinya rendah dapat meningkat dengan menumbuk partikel dengan elvin yang lebih tinggi.
Sebelum dipanaskan atom dan elvint dari logam bergetar pada posisi setimbang. Pada ujung logam mulai dipanaskan, pada bagian ini atom dan elvint bergetar dengan elvintu yang makin membesar. Selanjutnya bertumbukan dengan atom dan elvint disekitarnya dan memindahkan sebagian energinya. Kejadian ini berlanjut hingga pada atom dan elvint di ujung logam yang satunya. Konduksi terjadi melalui getaran dan gerakan elvint bebas.
T2 T1 T1
Aliran kalor
A
x
Bila T2 dan T1 dipertahankan terus besarnya, maka kesetimbangan termal tidak akan pernah tercapai, dan dalam keadaan mantap/tunak (stedy state), kalor yang mengalir persatuan waktu sebanding dengan luas penampang A, sebanding dengan perbedaan elvinture T dan berbanding terbalik dengan lebar bidang x
Q/t = H A T/
Untuk penampang berupa bidang datar :
T1 T2
L
H = - k A (T1 – T2 ) / L
k adalah kondutivitas termal.
Konduktivitas termal untuk beberapa bahan :
Bahan k (W/m.Co) Bahan k (W/m.Co)
Aluminium 238 Asbestos 0,08
Tembaga 397 Concrete 0,8
Emas 314 Gelas 0,8
Besi 79,5 Karet 0,2
Timbal 34,7 air 0,6
Perak 427 kayu 0,08
udara 0,0234
Untuk susunan beberapa bahan dengan ketebalan L1, L2,, … dan konduktivitas masing-masing k1, k2,, … adalah :
H = A (T1 – T2 )
(L1/k1)
k1 k2
T1 L1 L2 T2
Bagaimana dengan bidang yang berbentuk silinder ?
Konveksi
Apabila kalor berpindah dengan cara gerakan partikel yang telah dipanaskan dikatakan perpindahan kalor secara konveksi. Bila perpindahannya dikarenakan perbedaan kerapatan disebut konveksi alami (natural convection) dan bila didorong, elvin dengan fan atau pompa disebut konveksi paksa (forced convection).
Besarnya konveksi tergantung pada :
a. Luas permukaan benda yang bersinggungan dengan fluida (A).
b. Perbedaan suhu antara permukaan benda dengan fluida (T).
c. koefisien konveksi (h), yang tergantung pada :
# viscositas fluida
# kecepatan fluida
# perbedaan elvinture antara permukaan dan fluida
# kapasitas panas fluida
# rapat massa fluida
# bentuk permukaan kontak
Konveksi : H = h x A x T
Radiasi
Pada proses radiasi, elvin termis diubah menjadi elvin radiasi. Energi ini termuat dalam gelombang elektromagnetik, khususnya daerah inframerah (700 nm – 100 m). Saat gelombang elektromagnetik tersebut berinteraksi dengan materi elvin radiasi berubah menjadi elvin termal. Untuk benda hitam, radiasi termal yang dipancarkan per satuan waktu per satuan luas pada elvinture T elvin adalah :
E = e T4.
Dimana : konstanta Boltzmann : 5,67 x 10-8 W/ m2 K4.
E : emitansi (0 e 1)
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Termodinamika merupakan suatu ilmu pengetahuan yang membahas hubungan antara panas dan kerja yang menyebabkan perubahan suatu zat. Maksudnya apabila suatu zat atau benda diberi panas (suhunya dinaikkan).
Prinsip-prinsip Termodinamika dapat dirangkum dalam 3 Hukum yaitu :
Hukum Termodinamika ke-Nol : berkenaan dengan kesetimbangan termal atau Konsep Temperatur.
Hukum Termodinamika I :
konsep energi dalam dan menghasilkan prinsip kekekalan energi.
menegaskan ke ekivalenan perpindahan kalor dan perpindahan kerja.
Hukum Termodinamika II : memperlihatkan arah perubahan alami distribusi energi dan memperkenalkan prinsip peningkatan entropi.
James Prescott Joule adalah seorang fisikawan Inggris dan pembuat bir, lahir di Salford, Lancashire. Joule mempelajari sifat panas, dan menemukan hubungannya dengan kerja mekanik. Hal ini menyebabkan teori kekekalan energi, yang menyebabkan perkembangan hukum pertama termodinamika. Satuan turunan SI energi, joule, adalah namanya.
Hukum pertama termodinamika adalah suatu pernyataan mengenai hukum universal dari kekekalan energi dan mengidentifikasikan perpindahan panas sebagai suatu bentuk perpindahan energi. Pernyataan paling umum dari hukum pertama termodinamika ini berbunyi: Kenaikan energi internal dari suatu sistem termodinamika sebanding dengan jumlah energi panas yang ditambahkan ke dalam sistem dikurangi dengan kerja yang dilakukan oleh sistem terhadap lingkungannya
Setiap sistem atau zat mempunyai energi yang tersimpan didalamnya. Energi potensial berkaitan dengan wujud zat, volume, dan tekanan. Energi kinetik ditimbulkan karena atom – atom dan molekulmolekul dalam zat bergerak secara acak. Jumlah total dari semua bentuk energi itu disebut entalpi (H).
sumber : http://sudarmonorasyid.blogspot.com/2011/05/bab-i-pendahuluan-latar-belakang.html
Mau tau cara mendapatkan uang menggunakan internet, berikut ini panduan: cara mendapatkan uang dari interntet dengan bisnis affiliasi
BalasHapusBeberpa tips agar lulus psikotes adalah dengan mempelajari contoh-contoh soal psikotes, diantaranya:
Contoh Soal Psikotes Bank-BUMN-Swasta
Soal-Soal CPNS Terbaru
Contoh Soal Psikotes Gambar
Contoh Soal Psikotes Pauli
Soal Psikotes dan Wawancara Kerja
Contoh soal psikotes spasial
Soal Psikotes Tes IQ Teki Teki
Soal Latihan dan Software CAT CPNS
Jika anda ingin segera memperoleh momongan sebaiknya anda memahami Cara cepat hamil dan tips cepat hamil. Anda akan di bantu oleh dokter spesialis kandungan ternama yaitu dr. Rosdiana Ramli SpOG. Beliau telah banyak membimbing orang2 agar segera memperoleh momongan.
Atau jika tertarik ingin meningkatkan pengunjung blog , kami menyediakan sejumlah backlink berkualitas, temukan di link ini: Jual Backlink PR 50 ribu. Ada juga yang gratisan tidak perlu bayar yaitu: Daftar blog dofollow auto approve terbaru.
Selamat mencoba semoga sukses.