Defenisi Termodinamika

Secara umum, Termodinamika adalah salah satu cabang ilmu fisika dan teknik yang membahas pemanfaatan energi panas, yang juga dikenal sebagai energi dalam suatu sistem. Kata "Termo/Thermal" merujuk pada panas, sedangkan "Dinamika/Dynamic" berkaitan dengan gerakan atau kerja yang dilakukan oleh suatu sistem. Sehingga Ilmu Termodinamika adalah studi tentang energi panas serta bagaimana energi tersebut digunakan dalam berbagai proses kerja. 

Penerapan konsep termodinamika dapat ditemukan dalam banyak aspek kehidupan sehari-hari; seperti pada teko yang dimasak, cangkir teh yang terbuka dan teko yang tertutup, Bohlam lampu, cara kerja kulkas, cara kerja AC, cara kerja piston mobil, dll sebagainya.

Proses-proses Termodinamika?

Proses atau perubahan keadaan termodinamika dapat dibedakan menjadi dua, yaitu proses reversibel dan proses ireversibel. Proses ireversibel merupakan proses yang berlangsung spontan pada satu arah dan tidak dapat terjadi dalam arah sebaliknya. Sementara itu, proses reversibel adalah proses yang arahnya dapat dibalik. Proses reversibel merupakan proses kesetimbangan. Sistem yang mengalami proses reversibel selalu berada dalam keadaan setimbang termodinamik.

Pada proses reversibel seharusnya tidak ada kerugian panas karena gesekan, konveksi, radiasi atau konduksi.

Pada proses ireversibel terjadi kerugian panas karena gesekan, konveksi, radiasi, atau konduksi.

penyebab utama ireversibel adalah:

1. gesekan mekanik dan fluida

2. ekspansi tak tertahan

3. perpindahan panas dengan perbedaan temperatur tertentu.

Gesekan akan merubah kerja mekanik menjadi panas. Panas ini tidak bisa dirubah kembali dalam jumlah yang sama ke dalam kerja mekanik. sehingga jika ada gesekan di dalam proses maka proses tersebut adalah ireversibel.

Proses termodinamika dapat berupa pemuaian (ekspansi), pemampatan (kompresi), pemanasan ataupun pendinginan. Proses termodinamika dapat berlangsung secara isotermik, isokhorik, isobarik, dan adiabatik.

Dengan menerapkan konsep kalkulus integral, usaha pada proses isotermik dapat juga dinyatakan dengan persamaan

diagram P-V untuk proses isotermik berbentuk hiperbola seperti terlihat pada Gambar 1.1

Usaha yang dilakukan gas pada proses isobarik dapat ditentukan dengan rumus

dengan P1 dan P2 adalah tekanan mula-mula dan tekanan akhir, V1 dan V2 adalah volume mula-mula dan volume akhir, sedangkan y adalah tetapan Laplace.

Diagram P-V untuk proses adiabatik mirip seperti pada proses isotermik, tetapi lebih curam (Gambar 1.4)

Apa Bunyi Hukum Termodinamika?

Hukum Termodinamika terdiri dari tiga bentuk utama yang didasarkan pada prinsip dasar yang dikenal sebagai Hukum Nol (Zeroth Law) . Hukum ini menyatakan bahwa: "Jika dua sistem berada dalam keseimbangan termal dengan sistem ketiga, maka keduanya juga berada dalam keseimbangan termal satu sama lain." Dari prinsip dasar ini, berkembanglah tiga hukum utama dalam termodinamika, yaitu Hukum Termodinamika Pertama, dan Kedua, yang akan dijelaskan lebih lanjut berikut ini. 

Hukum ke-0 Termodinamika

Sifat dari suatu benda berubah ketika kita mengubah temperaturnya, misalkan dengan memindahkan benda tersebut dari kulkas ke oven. Seperti beberapa contoh nyata: sejalan dengan peningkatan suhu, volume dari suatu cairan akan meningkat, batang logam mengalami pertambahan panjang, dan hambatan listrik dari kawat meningkat, seperti halnya tekanan yang diberikan oleh gas.

Hukum ke-1 Termodinamika

Hukum pertama termodinamika merupakan penerapan hukum kekekalan energi pada proses termodinamik. Hukum 1 Termodinamika menyatakan bahwa perubahan energi internal suatu sistem sama dengan kalor yang diberikan pada sistem itu dikurangi usaha yang dilakukan sistem,

Kalor Q bernilai positif (+) jika sisitem menerima kalor dan bernilai negatif (-) jika sistem melepas kalor. Usaha W bernilai positif (=) jika sistem melakukan kerja dan bernilai negatif (-) jika usaha atau kerja dilakukan pada sistem (sistem menerima kerja).

Hukum 1 Termodinamika dapat juga dinyatakan dalan sebagai berikut: kalor Q diberikan pada sistem, sebagaian kalor yang diberikan itu digunakan untuk menaikkan energi dalam sistem sebesar AU,   sedangkan sisanya keluar dari sistem ketika sistem itu melakukan usaha W terhadap lingkungannya,

Hukum 1 Termodinamika banyak digunakan dalam analisis mesin-mesin yang melibatkan proses-proses termodinamika. Perhitungan usaha pada proses-proses isotermik, isokhorik, isobarik, dan adiabatik yang telah dibahas sebelumya, sebenarnya menggunakan hukum 1 termodinamika ini.

Untuk proses adiabatik yang tak terjadi aliran kalor dari ataupun ke dalam sistem (Q = 0), hukum 1 termodinamika menghasilkan: 

atau

atau

Hukum ke-2 Termodinamika

Hukum 2 Termodinamika membahas tentang entropi. hukum 2 termodinamika berintikan fakta bahwa tidak dimungkinkan membuat mesin kalor yang mampu mengubah seluruh kalor menjadi kerja mekanik. selalu ada kalor yang terbuang.

ada beberapa perumusan Hukum 2 Termodoinamika, di antaranya perumusan Kelvin-Planck dan perumusan Clausius.

a. Perumusan Kelvin-Planck

Kelvin dan Planck menyatakan bahwa tidak mungkin bagi sistem mana pun untuk mengubah seluruh kalor yang diserapnya dari reservoir suhu tinggi menjadi usaha atau kerja mekanik.

Sebuah mesin harus memiliki paling sedikit dua reservoir, yaitu yang bersuhu tinggi dan yang bersuhu lebih rendah.

b. Perumusan Clausius

Rudolf Clausius menyatakan bahwa tidak mungkin membuat mesin yang kerjanya hanya menyerap kalor dari reservoir suhu rendah dan memindahkannya ke reservoir suhu tinggi tanpa adanya usaha dari luar.

Kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu lebih rendah secara spontan dan tidak dapat mengalir dalam arah sebaliknya tanpa adanya usaha dari luar. Usaha dari luar yang diberikan, misalnya berupa energi listrik atau energi mekanik.

c. Hukum 2 Termodinamika dalam Bentuk Entropi

Menurut Clausius, entropi (S) merupakan besaran yang perubahannya dapat dinyatakan sebagai hasil bagi antara kalor (Q) dan suhu mutlak (T). Sistem yang meiliki suhu mutlak T jika mengalami proses reversibel dengan menyerap kalor Q akan mengalami kenaikan entropi sebesar

Definisi diatas berlaku untuk proses reversibel. Penambahan kalor pada sistem (Q > 0) akan menaikkan entropi sistem. Sebaliknya, jika sistem melepaskan kalor (Q < 0), entropi sistem akan berkurang.