hukum - hukum dasar termodinamika

Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika, yaitu: 

HUKUM AWAL (ZEROTH LAW) TERMODINAMIKA 
Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya.


HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA 
Hukum ini terkait dengan kekekalan energi. Hukum 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.

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.

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.



Ada 3 hukum termodinamika. Dalam bahasa yg mudah dicerna, nggak bikin sembelit ato mencret, kurang lebih sbb: 

1. Hukum kekekalan energi: 
Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dihancurkan/dihilangkan. Tetapi dapat ditransfer dengan berbagai cara.

Aplikasi: Mesin-mesin pembangkit energi dan pengguna energi. Semuanya hanya mentransfer energi, tidak menciptakan dan menghilangkan. 

Catatan: Dengan adanya kesetaraan massa dan energi dari Einstein, energi "seolah-olah" bisa diciptakan dari materi (massa). Sehingga sekarang diamandemen menjadi "Hukum kekekalan massa-energi". Ketiga hukum tetmodinamika untuk energi jadi berlaku juga untuk massa. 


2. Hukum keseimbangan / kenaikan entropi: Panas tidak bisa mengalir dari material yang dingin ke yang lebih panas secara spontan. Entropi adalah tingkat keacakan energi. Jika satu ujung material panas, dan ujung satunya dingin, dikatakan tidak acak, karena ada konsentrasi energi. Dikatakan entropinya rendah. Setelah rata menjadi hangat, dikatakan entropinya naik. 

Aplikasi: Kulkas harus mempunyai pembuang panas di belakangnya, yang suhunya lebih tinggi dari udara sekitar. Karena jika tidak Panas dari isi kulkas tidak bisa terbuang keluar. 

3. 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, maka suhu material tsb akan mencapai 0 derajat kelvin. 

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



Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika, yaitu: 

• Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika 
Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya.

• Hukum Pertama Termodinamika 
Hukum ini terkait dengan kekekalan energi. Hukum 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.

• 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.

• 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.


Sistem termodinamika adalah bagian dari jagad raya yang diperhitungkan. Sebuah batasan yang nyata atau imajinasi memisahkan sistem dengan jagat raya, yang disebut lingkungan. Klasifikasi sistem termodinamika berdasarkan pada sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan materi, kalor dan entropi antara sistem dan lingkungan. 

Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan: 

1. sistem terisolasi: tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi. 

2. sistem tertutup: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup di mana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan. Apakah suatu sistem terjadi pertukaran panas, kerja atau keduanya biasanya dipertimbangkan sebagai sifat pembatasnya: 

a.pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas. 

b.pembatas rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja. 

3.sistem terbuka: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda dengan lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebut permeabel. Samudra merupakan contoh dari sistem terbuka. 

Dalam kenyataan, sebuah sistem tidak dapat terisolasi sepenuhnya dari lingkungan, karena pasti ada terjadi sedikit pencampuran, meskipun hanya penerimaan sedikit penarikan gravitasi. Dalam analisis sistem terisolasi, energi yang masuk ke sistem sama dengan energi yang keluar dari sistem.


sumber : http://sienceengineering.blogspot.com/2012/10/hukum-termodinamika-012-dan3.html

ENTROPI

   Entropi adalah salah satu besaran termodinamika yang mengukur energi dalam sistem per satuan temperatur yang tak dapat digunakan untuk melakukan usaha. Mungkinmanifestasi yang paling umum dari entropi adalah (mengikuti hukum termodinamika),entropi dari sebuah sistem tertutup selalu naik dan pada kondisi transfer panas, energi panas berpindah dari komponen yang bersuhu lebih tinggi ke komponen yang bersuhu lebih rendah.Pada suatu sistem yang panasnya terisolasi, entropi hanya berjalan satu arah (bukan prosesreversibel/bolak-balik). Entropi suatu sistem perlu diukur untuk menentukan bahwa energitidak dapat dipakai untuk melakukan usaha pada proses-proses termodinamika. Proses-prosesini hanya bisa dilakukan oleh energi yang sudah diubah bentuknya, dan ketika energi diubahmenjadi kerja/usaha, maka secara teoritis mempunyai efisiensi maksimum tertentu. Selamakerja/usaha tersebut, entropi akan terkumpul pada sistem, yang lalu terdisipasi dalam bentuk panas buangan.Formulasi Kelvin-Planck atau hukum termodinamika kedua menyebutkan bahwaadalah tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklusyang semata-mata mengubah energi panas yang diperoleh dari suatu reservoir pada suhutertentu seluruhnya menjadi usaha mekanik. Hukum kedua termodinamika mengatakan bahwa aliran kalor memiliki arah; dengan kata lain, tidak semua proses di alam semestaadalah reversible (dapat dibalikkan arahnya). Sebagai contoh jika seekor beruang kutubtertidur di atas salju, maka salju dibawah tubuh nya akan mencair karena kalor dari tubuh beruang tersebut. Akan tetapi beruang tersebut tidak dapat mengambil kalor dari saljutersebut untuk menghangatkan tubuhnya. Dengan demikian, aliran energi kalor memilikiarah, yaitu dari panas ke dingin. Satu aplikasi penting dari hukum kedua adalah studi tentangmesin kalor.Pada termodinamika klasik, konsep entropi didefinisikan pada hukum keduatermodinamika, yang menyatakan bahwa entropi dari sistem yang terisolasi selalu bertambahatau tetap konstan. Maka, entropi juga dapat menjadi ukuran kecenderungan suatu proses,apakah proses tersebut cenderung akan "terentropikan" atau akan berlangsung ke arahtertentu. Entropi juga menunjukkan bahwa energi panas selalu mengalir secara spontan daridaerah yang suhunya lebih tinggi ke daerah yang suhunya lebih rendah.

sumber : https://www.academia.edu/5994033/Entropi

HUKUM KE 2 TERMODINAMIKA

 

8

Hukum kedua termodinamika dalam konsep entropi mengatakan,

"Sebuah proses alami yang bermula di dalam satu keadaan kesetimbangan dan berakhir di dalam satu keadaankesetimbangan lain akan bergerak di dalam arah yang menyebabkan entropi dari sistem danlingkungannya semakin besar".

 

1.

 

Mesin Kalor

Mesin kalor atau yang biasa disebut dengan mesin

carnot 

 adalah suatu alat yangmenggunakan panas/kalor (Q) untuk dapat melakukan kerja (W). Alat ini tidak ideal, pasti adakalor yang terbuang walaupun hanya sedikit. Ada beberapa ciri khas yang menggambarkanmesin kalor, yaitu :



 

Kalor yang dikirimkan berasal dari tempat yang panas (

reservoir panas

) dengantemperatur tinggi lalu dikirimkan ke mesin.



 

Kalor yang dikirimkan ke dalam mesin sebagian besar melakukan kerja oleh zat yang bekerja dari mesin, yaitu material yang ada di dalam mesin melakukan kerja.



 

Kalor sisa dari input dibuang ke temperatur yang lebih rendah yang disebut

reservoirdingin

 

Gambar 3. Skema Mesin Kalor

Mesin kalor bekerja menurut siklus carnot, siklus carnot bekerja dalam 4 tahap proses,tetapi hanya isotermal dan adiabatik.

 

9

Gambar 4. Siklus Carnot



 

Tahap pertama yaitu isotermal reversibel secara ekspansi atau penurunan tekanan, denganmelakukan kerja (W) dari keadaan A sampai B

W Q

 

 

ab H ab H 

V V nRT W Q

 ln



 



 

Tahap kedua yaitu adiabatik reversibel secara ekspansi, dengan melakukan kerja (W) darikeadaan B sampai C

W = C

v

 (T

1

 

 – 

 T

2

) = C

v

 (T

H

 

 – 

 T

C

)



 

Tahap ketiga yaitu isotermal reversibel secara kompresi atau penaikan tekanan, denganmelakukan kerja (W) dari keadaan C sampai D



 

Tahap keempat yaitu adiabatik reversibel secara kompresi, dengan melakukan kerja (W)dari keadaan D kembali ke AKetika sistem tersebut melakukan siklus, tak ada perubahan energi dalam sistem. Itusesuai dengan Hukum I Termodinamika

W QU 

 

 

C  H C  H 

 QQQQQ

 

 

W QW Q



0

 

C  H C  H 

QQW QQQW 



 

 

Q

H

 : besarnya input kalorQ

C

 : besarnya kalor yang dibuangW : kerja yang dilakukan

Alat Pengukur suhu (Termometer)

Secara kualitatif, kita dapat mengetahui bahwa suhu adalah sensasi dingin atau hangatnya sebuah benda yang dirasakan ketika menyentuhnya. Secara kuantitatif, kita dapat mengetahuinya dengan menggunakan termometer. Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu (temperatur),ataupun perubahan suhu. Istilah termometer berasal dari bahasa Latin thermo yang berarti panas dan meter yang berarti untuk mengukur (to measure). Termometer diklasifikasikan sebagai termometer kontak dan termometer non kontak atau termometer inframerah dan diterangkan dibawah ini.

Termometer bulb (air raksa atau alkohol) dengan ciri kasnya sebagai berikut:
a.Menggunakan gelembung besar (bulb) pada ujung bawah tempat menampung cairan, dan tabung sempit (lubang kapiler) untuk menekankan perubahan volume atau tempat pemuaian cairan.
b.Berdasar pada prinsip suatu cairan, volumenya berubah sesuai temperatur. Cairan yang diisikan terkadang alkohol yang berwarna tetapi juga bisa cairan metalik yang disebut merkuri, keduanya memuai bila dipanaskan dan menyusut bila didinginkan
c.Ada nomor disepanjang tube gelas yang menjadi tanda besaran temperatur
d.Termometer bulb tidak memerlukan alat bantu, relatif murah, tidak mudah terkontaminasi bahan kimia sehingga cocok untuk laboratorium kimia, konduktivitas panas rendah. Akan tetapi termometer bulb mudah pecah
e.Dalam penggunaannya, bulb harus dilindungi terhadap benturan dan menghindari pengukuran yang melebihi skala termometer.

Sumber kesalahan termometer bulb:
1.time constant effect, waktu yang diperlukan konduksi panas dari luar ke tengah batang kapiler
2.thermal capacity effect, apabila massa yang diukur relatif kecil, akan banyak panas yang diserap oleh termometer dan mengurangi suhu sebenarnya
3.cairan (alkohol, merkuri) yang terputus
4.kesalahan pembacaan
5.kesalahan pencelupan

Termometer spring

Menggunakan sebuah coil (pelat pipih) yang terbuat dari logam yang sensitif terhadap panas, pada ujung spring terdapat pointer. Bila udara panas, coil (logam) mengembang sehingga pointer bergerak naik, sedangkan bila udara dingin logam mengkerut dan pointer bergerak turun. Secara umum termometer ini paling rendah keakuratannya di banding termometer bulb dan digital.Penggunaan termometer spring harus selalu melindungi pipa kapiler dan ujung sensor (probe) terhadap

benturan/gesekan. Selain itu, pemakaiannya tidak boleh melebihi suhu skala dan harus diletakkan di tempat yang tidak terpengaruh getaran.

Termometer elektronik

Ada dua jenis yang digunakan di industri, yakni thermocouple dan resistance thermometer. Biasanya, industri menggunakan nominal resistan 100 ohm pada 0 °C sehingga disebut sebagai sensor Pt-100. Pt adalah simbol untuk 174 platinum, sensivitas standar sensor 100 ohm adalah nominal 0.385 ohm/°C, RTDs dengan sensivitas 0.375 dan 0.392 ohm/°C juga tersedia.

sumber : http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-industri/instrumentasi-dan-pengukuran/alat-pengukur-suhu-termometer/

Latar belakang ditemukannya alat-alat termodinamika

Galileo (1592) adalah ilmuan yang pertama kali menemukan thermometer sebagai alat pengukur 

themperatur,tetapi termometer yang ia temukan termometer yang tidaak punya skala tetap.

• Gabriel Fahrenheit(1700) :Dia adalah Belanda yang menemukan temperatur yang mempunyai akurasi 

bagus dan temometer ini terbuat dari Merkuri.Penentuan nilai terendahnya menggunakan campuran air es dan garam (amoniak klorida).

• Andreas celcius(1742). Ilmuan ini mengusulkan bahwa nilai yang ada pada es ataupun air mendidih bisa digunakan sebagai nilai titik lebur dan titik didih.Sehingga tahun 1948, disepakati bahwa 0°

sebagai titik lebur dan 100°sebagai titik didih yng kemudian di kenal dengan skala celcius

• Lord Wiliam Thompson Kelvin (1800) Ilmuan ini mengembangkan teori termodinamika dan 

menciptakan konsep absolut zero.

Alat-alat yang berhubungan dengan Termodinamika

• Termometer

• Adalah alat ukur berskala yang dapat di gunakan untuk menunjukan suhu

• Cara menggunakan termometer adalah dengan memasang termometer tersebut kontak dengan benda lain sampai benda dan termometer tersebut terjadi kesetimbangan termal.

Keseimbangan Termal

• Keseimbangan termal terjadi jika 2 benda yang berada dalam kontak termal mempunyai temperatur yang sama

• Dua benda disebut dalam kontak termal jika perlakuan panas pada salah satu benda menghasilkan perubahan makroskopis pada benda lainnya.

Tipe--Tipe Termometer

Tipe-tipe termometer antara lain: 

• Liquid-in-glass

• Constant-volume gas thermometer

• Resistance

• Thermocouple

• Thermistor

• Optical Pyrometer

sumber  : http://file.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/195708071982112-WIENDARTUN/11-Thermo.pdf