Termodinamika

Dr. Nugroho Susanto
PENGERTIAN TERMODINAMIKA
Pengertian Menurut Bahasa
Termodinamika berasal dari bahasa Yunani, yaitu
thermos yang berarti panas, dan dynamic yang
berarti perubahan.
Pengertian Secara Umum
Secara umum mempunyai pengertian kajian mengenai
kalor (panas) yang berpindah.
Usaha Luar
Usaha luar dilakukan oleh sistem, jika kalor
ditambahkan (dipanaskan) atau kalor dikurangi
(didinginkan) terhadap sistem. Jika kalor
diterapkan kepada gas yang menyebabkan
perubahan volume gas, usaha luar akan
dilakukan oleh gas tersebut. Usaha yang
dilakukan oleh gas ketika volume berubah dari
volume awal V1 menjadi volume akhir V2 pada
tekanan p konstan dinyatakan sebagai hasil kali
tekanan dengan perubahan volumenya.
𝑊 = 𝑝∆𝑉 = 𝑝(𝑉2 − 𝑉1 )
Secara umum, usaha dapat dinyatakan
sebagai integral tekanan terhadap perubahan
volume yang ditulis sebagai
𝑉1
𝑊=
𝑝 𝑑𝑉
𝑉1
Energi Dalam (U)
Suatu gas yang berada dalam suhu tertentu
dikatakan memiliki energi dalam. Energi dalam
gas berkaitan dengan suhu gas tersebut dan
merupakan sifat mikroskopik gas tersebut.
Meskipun gas tidak melakukan atau menerima
usaha, gas tersebut dapat memiliki energi yang
tidak tampak tetapi terkandung dalam gas
tersebut yang hanya dapat ditinjau secara
mikroskopik.
Berdasarkan teori kinetik gas, gas terdiri atas
partikel-partikel yang berada dalam keadaan gerak
yang acak. Gerakan partikel ini disebabkan energi
kinetik rata-rata dari seluruh partikel yang bergerak.
Energi kinetik ini berkaitan dengan suhu mutlak gas.
Jadi, energi dalam dapat ditinjau sebagai jumlah
keseluruhan energi kinetik dan potensial yang
terkandung dan dimiliki oleh partikel-partikel di
dalam gas tersebut dalam skala mikroskopik. Dan,
energi dalam gas sebanding dengan suhu mutlak
gas. Oleh karena itu, perubahan suhu gas akan
menyebabkan perubahan energi dalam gas.
Secara matematis, perubahan energi dalam
gas dinyatakan sebagai untuk gas monoatomik
3
∆𝑈 = 𝑛𝑅∆𝑇
2
untuk gas diatomik
5
∆𝑈 = 𝑛𝑅∆𝑇
2
Usaha (W)
Usaha alias kerja merupakan proses
perpindahan energi melalui cara-cara mekanis.
Usaha dalam gerak translasi :
𝑊 = 𝐹. 𝑠
Usaha dalam gerak rotasi:
𝑊 = 𝜏. 𝜃
Usaha pada termodinamika :
𝑊 = 𝑝∆𝑉 = 𝑝(𝑉2 − 𝑉1 )
Kalor (Q)
Kalor mengalir dari benda bersuhu tinggi ke
benda yang bersuhu rendah, dan akan berhenti
hingga suhu kedua benda sama. Kalor bukanlah
suatu jenis energi, melainkan energi yang
berpindah. Jadi dapat disimpulkan bahwa kalor
adalah energi yang berpindah akibat adanya
perbedaan suhu.
Proses-proses Termodinamika gas
a. Proses isobarik
Proses isobarik adalah proses perubahan keadaan gas
pada tekanan tetap. Persamaan keadaan untuk proses
isobarik adalah
V
 Catau
T
V2
V1

T2
T1
Ini adalah hukum Gay Lussac. Sedangkan
rumus usahanya adalah
W  pV  p(V2  V1 )
b. Proses isokhorik
Proses isokhorik adalah proses perubahan gas
pada volum tetap. Persamaan keadaan untuk
proses isokhorik adalah
karena V tetap maka :
p
C
T
pV
C
T
atau
p2 p1

T2 T1
c. Proses isotermal
Jika proses yang terjadi berlangsung dalam suhu
konstan, proses ini dinamakan proses isotermik.
Karena berlangsung dalam suhu konstan, tidak terjadi
perubahan energi dalam dan berdasarkan hukum I
termodinamika kalor yang diberikan sama dengan
usaha yang dilakukan sistem (Q = W ).
Persamaan keadaan untuk proses isokhorik adalah
pV
C
, karena T tetap maka :
T
pV  C
atau
p2V2  p1V1
d. Proses adiabatik
Proses adiabatik adalah proses perubahan
keadaan sistem tanpa adanya kalor yang
masuk ke atau keluar dari sistem (gas), yaitu Q
= 0.



P
V

P
V
1 1
2 2
PV  tetap
atau
TV
( 1)
 tetap
atau
T1V1
(  1)
 T2V2
(  1)
Dengan > 1, merupakan hasil perbandingan kapasitas kalor gas
padatekanan tetap CP dan kapasitas kalor pada volume tetap CV. Yang
disebut konstanta Laplace.
CP
 
CV
Usaha yang dilakukan oleh sistem (gas) hanya mengubah energi dalam,
sebab sistem tidak menerima ataupun melepas kalor. Besarnya usaha
yang dilakukan oleh sistem dapat ditentukan dengan menerapkan
rumus umum usaha, maka diperoleh persamaan
1
W
( P1V1  P2V2 )
 1
Hukum I Termodinamika
Jika kalor diberikan kepada sistem, volume
dan suhu sistem akan bertambah (sistem akan
terlihat mengembang dan bertambah panas).
Sebaliknya, jika kalor diambil dari sistem,
volume dan suhu sistem akan berkurang (sistem
tampak mengerut dan terasa lebih dingin).
Prinsip ini merupakan hukum alam yang penting
dan salah satu bentuk dari hukum kekekalan
energi.
Sistem yang mengalami perubahan volume
akan melakukan usaha dan sistem yang
mengalami perubahan suhu akan mengalami
perubahan energi dalam. Jadi, kalor yang
diberikan kepada sistem akan menyebabkan
sistem melakukan usaha dan mengalami
perubahan energi dalam. Prinsip ini dikenal
sebagai hukum kekekalan energi dalam
termodinamika atau disebut hukum I
termodinamika.
Secara matematis, hukum I termodinamika
dituliskan sebagai
𝑄 = 𝑊 + ∆𝑈
Secara sederhana, hukum I termodinamika
dapat dinyatakan sebagai berikut.
Jika suatu benda (misalnya krupuk) dipanaskan
(atau digoreng) yang berarti diberi kalor Q,
benda (krupuk) akan mengembang atau
bertambah volumenya yang berarti melakukan
usaha W dan benda (krupuk) akan bertambah
panas yang berarti mengalami perubahan
energi dalam ∆𝑈
Hukum II Termodinamika
Formulasi Kelvin-Planck menyatakan
bahwa tidak mungkin untuk membuat sebuah
mesin kalor yang bekerja pada suatu siklus yang
semata-mata mengubah energi panas yang
diperoleh dari suatu sumber pada suhu tertentu
seluruhnya menjadi usaha mekanik.
Hukum kedua termodinamika juga
menjelaskan bahwa kalor mengalir secara
spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda
yang bersuhu rendah dan tidak pernah secara
spontan mengalir ke arah yang sebaliknya.
Sesuai dengan Formulasi Clausius yang
menyatakan bahwa “Tidak mungkin untuk
membuat sebuah mesin kalor yang bekerja
semata-mata memindahkan energi panas dari
suatu benda dingin ke benda panas.”
Mesin Carnot
Mesin Carnot adalah mesin kalor hipotesis
yang beroperasi dalam siklus yang disebut siklus
Carnot. Sebuah siklus termodinamika terjadi
ketika suatu sistem mengalami rangkaian
keadaan yang berbeda dan akhirnya kembali
keadaan semula. Dalam siklus ini, sistem dapat
melakukan usaha terhadap lingkungannya,
sehingga disebut mesin kalor.
Perumusan Carnot menyatakan bahwa
sebuah mesin nyata (real) yang beroperasi
dalam suatu siklus pada temperatur TH dan TC
tidak mungkin melebihi efisiensi mesin Carnot.
Δ𝑊
𝑇𝑐
𝜂=
=1−
Δ𝑄𝐻
𝑇𝐻
Kapasitas Kalor Gas
Kapasitas kalor (C) adalah jumlah kalor yg
diperlukan untuk menaikkan temperatur dari
suatu sampel bahan sebesar 1K.
THANK YOU :))