Pengertian dan Macam Macam Hukum Termodinamika

 26 Sep 2019  Bima P

Pengertian dan Macam Macam Hukum Termodinamika

hukum termodinamika - Image from jagranjosh.com

Pengertian Termodinamika

Termodinamika adalah kata yang berasal dari bahasa Yunani yaitu thermos (panas) dan dynamic (gerak atau perubahan) adalah salah satu cabang ilmu fisika yang mempelajari tentang panas dan temperatur, serta apa hubungan keduanya dengan energi dan gerak. Sehingga termodinamika adalah pembahasan tentang bagaimana energi dalam bentuk panas dapat mengalir dari satu benda ke benda lain, bagaimana proses dari aliran energi tersebut, dan akibat yang dihasilkan oleh perpindahan energi tersebut.

Fenomena fenomena fisika di atas dapat dijelaskan melalui hukum-hukum dan persamaan-persamaan. Perlu di garis bawahi dalam artikel ini variabel-variabel terpenting yang mempengaruhi termodinamika adalah suhu, kalor, energi, tekanan, dan volume.

Prinsip Termodinamika

Prinsip termodinamika adalah hal alami yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari. Termodinamika direkayasa sedemikian rupa seiring dengan perkembangan teknologi dan ilmu pengetahuan sehingga dapat menjadi suatu bentuk mekanisme yang dapat membantu manusia dalam kegiatannya.

Pengaplikasian termodinamika yang begitu luas dimungkinkan karena adanya perkembangan ilmu termodinamika sejak abad 17. Pengembangan ilmu termodinamika diawali dengan pendekatan makroskopik yakni perilaku umum partikel zat yang menjadi media pembawa energi.

Hukum Termodinamika

Hukum Termodinamika 1

Energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan. Energi hanya bisa diubah dari satu bentuk energi ke satu ke energi lainnya. Dalam hukum termodinamika 1, jika sesuatu diberikan kalor, maka kalor tersebut akan berguna untuk usaha luar dan mengubah energi dalam.

Rumus Hukum Termodinamika 1

Rumus hukum termodinamika 1 dapat dituliskan sebagai berikut ini :

  • Q = ∆U + W ataupun ∆U = Q – W

Penjelasan :

  • ∆U = Menunjukkan perubahan energi (J)​
  • Q = Kalor yang diterima ataupun dilepas sistem (J)
  • W = Usaha (J)

Proses dalam hukum termodinamika 1

  • Isotermis → suhu tetap → ΔU = 0
  • Isobaris → tekanan tetap​
  • 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 Boyle

  • Suhu tetap → PV = Konstan → P1V1 = P2V2​
  • P, V, T Berubah (non adiabatis) → (P1V1) / (T1) = (P2V2) / (T2)

Hukum Charles

  • Volume tetap → P/T = Konstan → P1/T1 = P2/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)

Hukum Termodinamika 2

Hukum II termodinamika dalam menyatakan aliran kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya

Dalam pernyataan mesin kalor, hukum termodinamika 2 menjelaskan tidak mungkin membuat suatu mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata menyerap kalor dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi usaha luar.

Sedangkan dalam pernyataan entropi (besaran termodinamika yang menyertai suatu perubahan setiap keadaan dari awal sampai akhir sistem dan menyatakan ketidakteraturan suatu sistem), total entropi semesta tidak berubah ketika proses reversibel terjadi dan bertambah ketika proses irreversible terjadi.

Poin-poin dalam hukum termodinamika 2 :

  • Tidaklah mungkin membuat mesin yang bekerja dalam satu siklus, menerima kalor dari satu reservoir dan mengubah kalor seluruhnya menjadi usaha.
  • Tidaklah mungkin membuat mesin yang bekerja dalam satu siklus dengan mengambil kalor dari reservoir yang mempunyai suhu rendah dan memberikannya ke reservoir suhu tinggi tanpa usaha dari luar.
  • Mesin yang bekerja di antara reservoir suhu Tt dan reservoir suhu Tt(Tt > Tr), mempunyai efisiensi maksimum.

Hukum Termodinamika 3

Hukum termodinamika 3 berkaitan dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut (temperatur Kelvin) semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda yang berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.

Sekian artikel yang membahas tentang pengertian dan macam-macam hukum termodinamika. Tentu saja cakupan hukum termodinamika luas dan tidak semua dapat kami jabarkan, maka dari itu silahkan untuk berdiskusi di kolom komentar.