Termodinamika adalah satu
cabang fisika teoritik yang berkaitan dengan hukum-hukum pergerakan
panas,dan perubahan dari panas menjadi bentuk-bentuk energi yang
lain.Istilah ini diturunkan dari bahasa yunani Therme (panas) dan dynamis
(gaya).Cabang ilmu ini berdasarkan pada dua prinsip dasar yang
aslinya diturunkan dari eksperimen,tapi kini dianggap sebagai
aksiom.prinsip pertama adalah hukum kekekalan energi,yang mengambil bentuk
hukum kesetaraan panas dan kerja.Prinsip yang kedua menyatakan bahwa panas
itu sendiri tidak dapatmengalir dari benda yang lebih dingin ke benda yang
lebih panas tanpa adanya perubahan dikedua benda tersebut.
2.
Sistem termodinamika
Sistem termodinamika adalah bagian
dari jagad raya yang diperhitungkan.semua batasan yang nyata atau
imajinasi memisahkansistem dengan jagad raya,yang disebut lingkungan.
Ada tiga jenis sistem termodinamika
berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara
sistem dan lingkungan:
a)
Sistem Terisolasi
Sistem ini tidak terjadi pertukaran
panas,benda atau kerja dengan lingkungan.Contoh dari sistem terisolasi
adalah wadah terisolasi,seperti tabung gas terisolasi.
Pada sistem ini terjai pertukaran
energi tapi tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan.Rumah hijau
adalah contoh dari sistem tertutup dimana terjadi pertukaran panas tetapi
tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan.Apakah suatu sistem
terjadi pertukaran panas,kerja atau keduanya biasanya dipertimbangkan
sebagai sifat pembatasnya.Pembatas adibiatik yaitu tidak diperbolehkan
pertukaran panas sedangkan pembatas rigid yaitu tidak memperbolehkan
pertukaran kerja.
c)
Sistem Terbuka
Pada sistem ini terjadi
pertukaran energi dan benda dan lingkungannya.sebuah pembatas
memperbolehkan pertukaran benda disebutpermeabel.Samudra merupakan contoh
dari sistem terbuka.
3.
KeadaanTermodinamika
Ketika sistem dalam keadaan
seimbang dalam kondisi yang ditentukan,ini
disebut dalam keadaan pasti (atau
keadaan sistem).
Untuk keadaan termodnamika
tertentu,banyak sifat dari sistem dispesifikasikan.Properti ini tidak
bergantung dengan jalur dimana sistem ini membentuk keadaan tersebut,disebut
fungsi keadaan dari sistem.Bagian selanjutnya dalam seksi ini hanya
mempertimbangkan properti,yang merupakan fungsi keadaan.
4.
Hukum – hukum Dasar Termodinamika
Hukum –hukum termodinamika pada
prinsipnya menjelaskan peristiwa perpindahan panas dan kerja pada proses
termodinamika.Terdapat 4 hukum dasar yang berlaku di dalam sistem
termodinamika,yaitu:
I.
Hukum Awal
Termodinamika hukum ini menyatakan
bahwa apabila dua buah benda yang berada didalam kesetimbangan thermal
digabungkan dengan sebuah benda lain,maka
ketiga-tiganya berada dalam kesetimbangan thermal.
II.
Hukum Pertama
Hukum termodinamika pertama
berbunyi “Energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan tetapi dapat
dikonversi dari suatu bentu ke bentuk yang lain”.Hukum pertama adalah
prinsip kekekalan energi yang memasukan kalor sebagai model perpindahan
energi.Menurut hukum pertama,energi didalam suatu benda dapat ditingkatkan
dengan cara menambahkan kalor ke benda atau dengan melakukan usaha pada
benda.Hukum pertama tidak membatasi arah perpindahan kalor yang dapat
terjadi.
Aplikasi : Mesin-mesin pembangkit
energi dan pengguna energi.Semuanya hanyamentransfer dengan berbagai cara.
III.
Hukum kedua
Termodinamika hukum kedua terkait
dengan entropi.Entropi adalah tingkat keacakan energi.Hukum ini menyatakan
bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung
untuk meningkatkan waktu,mendekati nilai maksimumnya.
Aplikasi : kulkas harus mempunyai
pembuang panas dibelakangnya,yang suhunya lebih tinggi dari udara
sekitar.Karena jika tidak panas dari isi kulkas tidak bisa terbuang
keluar.
IV.
Hukum ketiga
Hukum termodinamika ketiga terkait
dengan temperatur nol absolut.Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu
sistem mencapai temperatur nol absolut,semua proses akanberhenti da
entropi sistem akan mendekati nilai minimum.Hukum ini juga menyatakan
bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut
bernilai nol.
Aplikasi : kebanyakan logam bisa menjadi
superkonduktor pada suhuyang sangat rendah,karena tidak banyak
acakan gerakan kinetik dalam skala mokuler yang mengganggu aliran
elektron.
Penerapan Hukum Termodinamika Pertama
pada Beberapa proses
Termodinamika
Hukum
pertama termodinamika dilakukan
dalam empat proses,Yaitu:
•Proses Isotermal
Dalam proses ini,suhu sistem dijaga agar selalu konstan.Suhu gas ideal
berbanding lurus dengan energi dalam gas
ideal.
dan tekanan sistem berubah penjadi
(tekanan sistem berkurang).
•Proses Adiabatik
Dalam proses adibiatik,tidak ada kalor yang ditambahkan pada
sistem atau meninggalkan sistem (Q = O).Proses adibiatik bisa terjadi pada
sistem tertutup yang terisolasi dengan baik.Untuk sistem tertutup yang
terisolasi dengan baik,biasanya tidak ada kalor yang dengan seenaknya
mengalir kedalam sistem atau meninggalkan sistem.Proses adibiatik
juga bisa terjadi pada sistem tertutup yang tidak
terisolasi.Proses dilakukan dengan
sangat cepat sehingga kalor tidak sempat
mengalir menuju sistem atau
meninggalkan sistem.
•Proses Isokorik
Dalam prose isokorik,volume sistem dijaga
agar selalu konstan.Karenavolume sistem selalu konstan.Maka sistem
tidak bisa melakukan kerjapada lingkungan.Demikian juga sebaliknya,lingkungan tidak
bisa melakukan kerja pada sistem.
•Proses Isobarik
Dalam proses isobarik,tekanan sistem dijaga agar selalu
konstan.Karena yang konstan adalah tekanan,maka perubahan energi dalam
(del U),kalor (Q),dan kerja (W) pada proses isobarik tidak ada yang
bernilai nol.Dengan demikian,Persamaan hukum pertama termodinamika tetep
utuh seperti semula.
Hukum Termodinamika I
ΔU = Q − W
Keterangan :
ΔU = perubahan energi dalam (joule)
Q = kalor (joule)
W = usaha (joule)
ΔU = Q − W
Keterangan :
ΔU = perubahan energi dalam (joule)
Q = kalor (joule)
W = usaha (joule)
Proses-proses
Isobaris → tekanan tetap
Isotermis → suhu tetap → ΔU = 0
Isokhoris → volume tetap (atau isovolumis atau isometric) → W = 0
Adiabatis → tidak terjadi pertukaran kalor → Q = 0
Siklus → daur → ΔU = 0
Persamaan Keadaan Gas
Hukum Gay-Lussac
Tekanan tetap → V/T = Konstan → V1/T1 = V2/T2
Hukum Charles
Volume tetap → P/T = Konstan → P1/T1 = P2/T2
Hukum Boyle
Suhu tetap → PV = Konstan → P1V1 = P2V2
P, V, T Berubah (non adiabatis)
(P1V1) / (T1) = (P2V2) / (T2)
Adiabatis
P1V1 γ= P2V2γ
T1V1 γ − 1= T2V2γ − 1
γ = perbandingan kalor jenis gas pada tekanan tetap dan volum tetap → γ = Cp/Cv
Usaha
W = P(ΔV) → Isobaris
W = 0 → Isokhoris
W = nRT ln (V2 / V1) → Isotermis
W = − 3/2 nRΔT → Adiabatis ( gas monoatomik)
Keterangan :
T = suhu (Kelvin, jangan Celcius)
P = tekanan (Pa = N/m2)
V = volume (m3)
n = jumlah mol
1 liter = 10−3m3
1 atm = 105 Pa ( atau ikut soal!)
Jika tidak diketahui di soal ambil nilai ln 2 = 0,693

Mesin Carnot
η = ( 1 − Tr / Tt ) x 100 %
η = ( W / Q1 ) x 100%
W = Q1 − Q2
Keterangan :
η = efisiensi mesin Carnot (%)
Tr = suhu reservoir rendah (Kelvin)
Tt = suhu reservoir tinggi (Kelvin)
W = usaha (joule)
Q1 = kalor masuk / diserap reservoir tinggi (joule)
Q2 = kalor keluar / dibuang reservoir rendah (joule)
Tekanan tetap → V/T = Konstan → V1/T1 = V2/T2
Hukum Charles
Volume tetap → P/T = Konstan → P1/T1 = P2/T2
Hukum Boyle
Suhu tetap → PV = Konstan → P1V1 = P2V2
P, V, T Berubah (non adiabatis)
(P1V1) / (T1) = (P2V2) / (T2)
Adiabatis
P1V1 γ= P2V2γ
T1V1 γ − 1= T2V2γ − 1
γ = perbandingan kalor jenis gas pada tekanan tetap dan volum tetap → γ = Cp/Cv
Usaha
W = P(ΔV) → Isobaris
W = 0 → Isokhoris
W = nRT ln (V2 / V1) → Isotermis
W = − 3/2 nRΔT → Adiabatis ( gas monoatomik)
Keterangan :
T = suhu (Kelvin, jangan Celcius)
P = tekanan (Pa = N/m2)
V = volume (m3)
n = jumlah mol
1 liter = 10−3m3
1 atm = 105 Pa ( atau ikut soal!)
Jika tidak diketahui di soal ambil nilai ln 2 = 0,693

Mesin Carnot
η = ( 1 − Tr / Tt ) x 100 %
η = ( W / Q1 ) x 100%
W = Q1 − Q2
Keterangan :
η = efisiensi mesin Carnot (%)
Tr = suhu reservoir rendah (Kelvin)
Tt = suhu reservoir tinggi (Kelvin)
W = usaha (joule)
Q1 = kalor masuk / diserap reservoir tinggi (joule)
Q2 = kalor keluar / dibuang reservoir rendah (joule)
Soal
Suatu gas memiliki volume awal 2,0 m3 dipanaskan dengan kondisi isobaris hingga volume akhirnya menjadi 4,5 m3. Jika tekanan gas adalah 2 atm, tentukan usaha luar gas tersebut!
(1 atm = 1,01 x 105 Pa)
Pembahasan
Data :
V2 = 4,5 m3
V1 = 2,0 m3
P = 2 atm = 2,02 x 105 Pa
Isobaris → Tekanan Tetap
W = P (ΔV)
W = P(V2 − V1)
W = 2,02 x 105 (4,5 − 2,0) = 5,05 x 105 joule
Suatu gas memiliki volume awal 2,0 m3 dipanaskan dengan kondisi isobaris hingga volume akhirnya menjadi 4,5 m3. Jika tekanan gas adalah 2 atm, tentukan usaha luar gas tersebut!
(1 atm = 1,01 x 105 Pa)
Pembahasan
Data :
V2 = 4,5 m3
V1 = 2,0 m3
P = 2 atm = 2,02 x 105 Pa
Isobaris → Tekanan Tetap
W = P (ΔV)
W = P(V2 − V1)
W = 2,02 x 105 (4,5 − 2,0) = 5,05 x 105 joule