Termodinamika

Pengertian Termodinamika

Termodinamika (berasal dari kata thermos (panas) dan dynamic (gerak atau perubahan)) adalah salah satu cabang dari ilmu fisika yang mempelajari panas dan temperatur, serta hubungan keduanya pada energi dan gerak. Inti dari pembahasan termodinamika adalah bagaimana energi dalam bentuk panas dapat mengalir dari satu benda ke benda lain, proses dari aliran energi tersebut, dan akibat yang dihasikan oleh perpindahan energi tersebut.Seluruh fenomena fisika tersebut dapat dijelaskan dengan hukum-hukum dan persamaan-persamaan. Patut diingat bahwa pada bab ini variabel-variabel terpenting yang mempengaruhi termodinamika adalah suhu, energi, tekanan, volume, dan kalor.

Hukum Termodinamika

Pada termodinamika, terdapat 4 hukum yang berlaku secara universal.

Hukum Termodinamika 0

Hukum termodinamika 0 menjelaskan kesetimbangan termal berlaku universal, dengan kata lain apapun zat atau materi benda akan memiliki kesetimbangan termal yang sama bila disatukan.

“Jika dua sistem berada dalam kesetimbangan termal dengan sistem ketiga, maka mereka berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain”

Hukum Termodinamika 1

Hukum termodinamika 1 menunjukkan hukum kekekalan energi.

“Energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan, melainkan hanya bisa diubah bentuknya saja”

Terdapat persamaan matematik yang menjelaskan hukum ini, yaitu:

Hukum 2 Termodinamika

Hukum 2 termodinamika menunjukkan kondisi alami dari alur kalor suatu objek dengan sistem.

“Kalor mengalir secara alami dari benda yang panas ke benda yang dingin; kalor tidak akan mengalir secara spontan dari benda dingin ke benda panas tanpa dilakukan usaha”

Hukum Termodinamika 3

“Entropi dari suatu kristal sempurna pada absolut nol adalah sama dengan nol,”

Proses-proses Termodinamika

Proses termodinamika terbagi menjadi empat macam, tergantung dari keadaan tekanan, volume, dan suhu saat terjadinya proses tersebut. Proses-proses tersebut umumnya digambarkan dalam diagram P-V, yaitu diagram yang menggambarkan tekanan (P) dan volume (V) saat proses terjadi. Ada dua hal penting yang harus diingat dari berbagai jenis proses-proses termodinamika, yaitu variabel yang berubah dan usaha yang dilakukan. Usaha yang terjadi pada suatu proses termodinamika dapat diketahui dengan menghitung luasan grafik P-V.

Adibatik

Jika diperhatikan dengan sekilas, proses adiabatik dan isotermik memiliki diagram P-V yang serupa. Secara detil, dapat dilihat bahwa proses adiabatik memiliki kemiringan yang lebih curam dibandingkan proses isotermik seperti contoh grafik berikut.

Jika semua proses tersebut digambarkan menjadi suatu diagram P-V, dapat didapatkan grafik berikut. Patut diingat bahwa satuan-satuan yang digunakan dalam perhitungan adalah Satuan Internasional. Sebagai contoh, satuan untuk suhu yang digunakan adalah Kelvin, satuan untuk volume adalah m³, dan satuan untuk jumlah zat adalah mol.

Mesin Carnot dan mesin kalor

Mesin Carnot adalah suatu model mesin ideal yang memiliki efisiensi paling tinggi dari semua mesin yang mungkin diciptakan. Mesin Carnot bekerja berdasarkan suatu proses termodinamika yang membentuk siklus, disebut juga siklus Carnot.

Pada siklus Carnot, terdapat 4 proses, yaitu pemuaian Isotermal dari A ke B, pemuaian adiabatic dari B ke C, pemampatan isothermal dari C ke D, dan pemampatan adiabatic dari D ke A. Selama proses siklus Carnot sistem menerima kalor Q_h­ dari reservoir bersuhu tinggi T_h­ dan melepas kalor Q_c ke reservoir bersuhu rendah T_c

Contoh Soal Hukum Termodinamika dan Mesin Carnot

Soal

Suatu gas memiliki volume awal 10 m³ dipanaskan dengan kondisi isobaris hingga volume akhirnya menjadi 25 m³. Jika tekanan gas adalah 2 atm, tentukan usaha luar gas tersebut! (1 atm = 1,01 x 10⁵ Pa).

Jawab:

Diketahui:

V₂ = 25 m³
V₁ = 10 m³
P = 2 atm = 2,02 x 10⁵ Pa

Ditanyakan: W?
Isobaris → Tekanan Tetap, gunakan rumus W = P (ΔV)
W = P(V₂ − V₁)
W = 2,02 x 10⁵ x (25 − 10) = 3,03 x 10⁶ joule