Hukum Termodinamika

Pengertian Termodinamika

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”.

Termodinamika adalah kajian tentang kalor (panas) yang berpindah. Kumpulan benda-benda yang sedang ditinjau disebut sistem, sedangkan semua yang berada di sekeliling (di luar) sistem disebut lingkungan.

Termodinamika merupakan satu cabang fisika teoritik yang berkaitan dengan hukum-hukum pergerakan panas, dan perubahan dari panas menjadi bentuk-bentuk energi yang lain. Prinsip pertama adalah hukum kekekalan energi, yang mengambil bentuk hukum kesetaraan panas dan kerja. Prinsip yang kedua menyatakan bahwa panas itu sendiri tidak dapat mengalir dari benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas tanpa adanya perubahan dikedua benda tersebut.

Hukum Pertama Termodinamika

Hukum Termodinamika Pertama berbunyi”energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan tetapi dapat dikonversi dari suatu bentuk ke bentuk yang lain.”

Hukum pertama adalah prinsip kekekalan energi yang memasukan kalor sebagai model perpindahan energi. Menurut hukum pertama, energi dalam suatu benda dapat ditingkatkan dengan menambahkan kalor ke benda atau dengan melakukan usaha pada benda. Hukum pertama tidak membatasi tentang arah perpindahan kalor yang dapat terjadi. 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.

• Energi Dalam dan Hukum Pertama Termodinamika

Energi dalam adalah salah satu konsep terpenting dalam termodinamika energi dan tidak meliputi energi potensial yang dihasilkan dari interaksi antara sistem dan lingkungannya.

Hukum Kedua Termodinamika

Hukum Kedua Termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya.

Clasius menyatakan hukum tersebut sbb: untuk sesuatu mesin siklus maka tidak mungkin untuk menghasilkan tidak ada efek lain , selain daripada menyampaikan kalor secara continu dari sebuah benda ke benda lain pada suatu temperature yang lebih tinggi.

Hukum ini mengenyampingkan kemungkinan tenaga kalor yang mengalir dari benda dingin ke benda panas di dalam sebuah kasus seperti itu dan dengan demikian akan menentukan arah perpindahan kalor. Arah tersebut hanya dapat  dibalik oleh suatu pengeluaran kerja.

Kelvin (bersama Plack) menyatakan hukum tersebut sbb : Sebuah transformasi yang hasil akhirnya hanyalah mentransformasikan ke dalam kerja semua kalor  yang ditarik dari sebuah sumber yang berada pada temperature  yang sama diseluruh bagian adalah tidak munkin.

Pernyataan ini mengenyampingkan mesin kalor kita yang ambisius, karena pernyataan tersebut berarti bahwa kita tidak dapat menghasilkan kerja mekanis dengan menarik kalor dari sebuah reservoir tunggal tanpa mengembalikan suatu kalor pada reservoir pada suatu temperature yang lebih rendah.

Hasil percobaan menyimpulkan bahwa mustahil untuk menciptakan sebuah mesin kalor  yang mengubah panas seluruhnya menjadi kerja, yaitu mesin dengan efisiensi termal 100 %. Kemustahilan ini adalah dasar dari satu pernyataan hukum kedua termodinamika (second law of  termodynamics) sebagai berikut:

Adalah mustahil bagi sistem manapun untuk mengalami sebuah proses dimana sistem menyerap panas dari reservoir pada suhu tunggal dan mengubah panas seluruhnya menjadi kerja mekanik, dengan sistem berakhir pada keadaan yang sama seperti awalnya.

Siklus Carnot dan Hukum Kedua Termodinamika

Tidak ada mesin yang lebih efisien dari pada sebuah mesin carnot yang beroperasi di antara dua suhu yang sama. Hal ini karena setiap langkah dalam siklus carnot adalah reversibel, seluruh siklus dapat di balik. Maka dapat diperoleh bahwa semua mesin carnot yang beroperasi pada dua suhu yang sama memiliki efisiensi yang sama, tidak bergantungpada jenis bahan kerjanya.

Selama perpindahan panas dalam siklus Carnot tidak boleh ada perbedaan suhu yang cukup besar. Ketika mesin mengambil panas dari reservoir pada suhu T_H, bahan kerja dalam mesin juga harus pada shu T_H, jika tidak maka aliran panas menjadi ireversible. Begitu pula jika mesin membuang panas ke reservoir pada suhu T_C, mesin juga harus berada pada suhu T_C. Jadi setiap proses yang melibatkan perpindahan panas haruslah isotermal baik T_H maupun T_C.

Sebaliknya, dalam proses dimana suhu bahan kerja pada mesin ada dantara T_H dan T_C, tidak boleh terjadi perpindahan panas antara mesin dengan kedua reservoir karena perpindahan panas tidak mungkin reverssible. Karena itu setiap proses dimana suhu bahan kerja: kerja T berubah, harus berlangsung secara adiabatik. Setiap proses dalam siklus ini haruslah isotermal atau adiabatik. Kesetimbangan termal dan mekanis harus tetap dijaga setiap saat sehingga setiap proses reversible sempurna.

Hukum ketiga Termodinamika

Hukum ketiga Termodinamika  terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum

Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.

Hukum suhu 0 Kelvin (-273,15 Celcius): Teori termodinamika menyatakan bahwa panas (dan tekanan gas) terjadi karena gerakan kinetik dalam skala molekular. Jika gerakan ini dihentikan

• Definisi Suhu Kelvin

Titik nol pada skala Kelvin disebut nol mutlak. Pada nol mutlak sistem memiliki energi dalam total seminimum mungkin. Namun demikian karena efek kuantum tidaklah tepat bahwa pada T = 0, seluruh gerakan molekul berhenti.Semakin mendekati nol mutlak semakin sulit untuk mendekatinya.

Aplikasi: Kebanyakan logam bisa menjadi superkonduktor pada suhu sangat rendah, karena tidak banyak keacakan gerakan kinetik dalam skala molekular yang menggangu aliran elektron

Demikianlah artikel dari duniapendidikan.co.id mengenai Hukum Termodinamika : Satu, Dua, Tiga, Siklus Carnot, Pengertian, Rumus, semoga artikel ini bermanfaat bagi anda semuanya.