DAFTAR ISI BAB I........................................................

DAFTAR ISI
BAB I.............................................................................................................................2
PENDAHULUAN.........................................................................................................2
A. Latar Belakang....................................................................................................2
B. Rumusan Masalah...............................................................................................3
C. Tujuan.................................................................................................................3
D. Manfaat Penulisan..............................................................................................3
BAB II...........................................................................................................................4
PEMBAHASAN............................................................................................................4
A. Hukum-Hukum Termodinaka...................................................................................4
B. Penerapan Hukum-Hukum Termodinamika.............................................................6
C. Siklus Termodinamika............................................................................................10
BAB III........................................................................................................................12
PENUTUP...................................................................................................................12
DAFTAR PUSTAKA..................................................................................................13
1
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Semua mahluk hidup melakukan kerja.Tumbuh-tumbuhan melakukankerja
ketika mengangkat air dan zat hara dari akar ke cabang-cabang dan daunnya,hewan
melakukanmelakukan kerja ketika berenang,merayap, dan terbang.Kerja juga terjadi
ketikapemompaan darah melalui pembuluh darah dalam tubuh dan pada pemompaan
ion-ionmelewati dinding sel.Semua kerja ini diperoleh dari pengeluaran energi kimia
yangdisimpan dalam makanan yang dikonsumsi oleh mahluk hidup.
Termodinamika berasal dari dua kata yaitu thermal (yang berkenaan dengan
panas) dan dinamika (yang berkenaan dengan pergerakan).Termodinamika adalah
kajian mengenai hubungan,panas, kerja, dan energi dan secara khusus perubahan
panas menjadi kerja.Hukum termodinamika pertama dan kedua dirumuskan pada
abad ke-19oleh para ilmuan mengenai peningkatan efisiensi mesin uap.
Bagaimanapun hukum ini merupakan dasar seperti hukum fisika lainnya.Mereka
membatasi efisiensi amuba atauikan paus seperti mereka membatasi efisiensi mobil
atau tenaga nuklir tumbuhan.
Termodinamika memainkan peran penting dalam analisis sistem dan piranti
yang ada didalamnya terjadi perpindahan formasi energi. Implikasi thermodinamika
bercakupan jauh, dan penerapannya membentang ke seluruh kegiatan manusia.
Bersamaan dengan sejarah teknologi kita, perkembangan sains telah memperkaya
kemampuan kita untuk memanfaatkan energi dan menggunakan energi tersebut untuk
kebutuhan masyarakat. Kebanyakan kegiatan kita melibatkan perpindahan energi dan
perubahan energi.
Termodinamika merupakan ilmu tentang energi, yang secara spesifik
membahas tentang hubungan antara energi panas dengan kerja. Seperti telah
diketahui bahwa energi didalam alam dapat terwujud dalam berbagai bentuk energi,
2
selain energi panas dan kerja, yaitu energi kimia, energi listrik, energi nuklir, energi
gelombang elektromagnetik, energi akibat gaya magnit, dan lain-lain. Energi dapat
berubah dari satu bentuk ke bentuk lain, baik secara alami maupun hasil rekayasa
teknologi. Selain itu energi di alam semesta bersifat kekal, tidak dapat dibangkitkan
atau dihilangkan, yang terjadi adalah perubahan energi dari satu bentuk menjadi
bentuk lain tanpa ada pengurangan atau penambahan. Prinsip ini disebut sebagai
prinsip konservasi atau kekekalan energi.
B. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut di atas, adapun rumusan masalah dari
makalah ini yaitu sebagai berikut.
1. Apa pengertian dari hukum-hukum termodinamika?
2. Bagaimana penerapan hukum-hukum termodinamika?
3. Bagaimana siklus Termodinamika?
C. Tujuan
Berdasarkan rumusan masalah tersebut di atas, adapun tujuan dari penulisan
makalah ini yaitu sebagai berikut:
1. Untuk mengetahui hukum-hukum termodinamika.
2. Untuk mengetahui penerapan termodinamika.
3.Untuk mengetahuisiklus Termodinamika
D. Manfaat Penulisan
Berdasarkan tujuan tersebut di atas, adapun manfaat dari penulisan makalah
ini yaitu sebagai berikut:
1. Sebagai tambahan pengetahuan hukum-hukum termodinamika berserta siklussiklusnya.
2. Sebagai wadah pengembangan diri bagi penulis dalam menyusun karya ilmiah.
3
BAB II
PEMBAHASAN
A. Hukum-Hukum Termodinaka
1. Hukum I Termodinamika
Hukum I Termodinamika menyatakan bahwa besarnya kalor yang masuk
sistem akan digunakan untuk meningkatkan energi dalam sistem dan sisanya lagi
digunakan untuk melakukan usaha. Secara matematis, persamaan Hukum I
Termodinamika dinyatakan sebagai berikut:
Q= ∆ U+W
Dalam kehidupan sehari-hari, banyak peristiwa yang berhubungan dengan
Hukum I Termodinamika, sebagai contoh adalah peristiwa di dalam mesin.
Sebelum dapat melakukan usaha, sistem tersebut harus dipanaskan terlebih dahulu.
Hal inilah yang menjadi salah satu alasan orang-orang memanaskan motornya
terlebih dahulu sebelum digunakan. Dengan adanya pemanasan terlebih dahulu,
maka energi dalam gas akan meningkat dan stabil, sehingga usaha yang dihasilkan
lebih besar dan lancar.
2. Hukum II Termodinamika
Hukum II Termodinamika batasan-batasan terhadap perubahan energi yang
mungkin terjadi dengan beberapa perumusan sebagai berikut:
1) Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam satu siklus, menerima kalor
dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi energi atau usaha luas
(Kelvin Planck).
2) Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam suatu siklus mengambil
kalor dari sebuah reservoir rendah dan memberikan pada reservoir bersuhu
tinggi tanpa memerlukan usaha dari luar (Clausius).
3) Pada proses reversibel, total entropi semesta tidak berubah dan akan bertambah
ketika terjadi proses irreversibel (Clausius).
4
Untuk menjelaskan tidak adanya reversibilitas para ilmuwan merumuskan
prinsip baru, yaitu Hukum II Termodinamika, dengan pernyataan: “kalor mengalir
secara alami dari benda yang panas ke benda yang dingin, kalor tidak akan
mengalir secara spontan dari benda dingin ke benda panas”.
3. Hukum III 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 ketiga termodinamika memberikan dasar untuk menetapkan entropi
absolut suatu zat, yaituentropi setiap kristal sempurna adalah nol pada suhu nol
absolut atau nol derajat Kelvin (K). Padakeadaan ini setiap atom pada posisi yang
pasti dan memiliki energi dalam terendah. Sehingga sistem dalam keadaan diam
atau statis.
Kristal adalah zat padat yang terdiri dari atom-atom diam dalam suatu
barisan statik barbaniar, suatu keadaan dinamik yang paling teratur. Jadi, begitu
sulit mendapatkan zat dalam keadaan dinamik teratur atau kristal sempurna seperti
yang dibayangkan oleh hukum III termodinamika karena pada tingkat atomik
setiap zat dalam kedudukannya selalu bergerak acak yang menyebabkan molekulmolekul menjadi kacau atau tidak teratur (entropi). Oleh karena itu, menurut
Whitehead logika hukum III termodinamika ini adalah keliru dalam hal
mengkongkretkan suatu hal yang abstrak.
B. Penerapan Hukum-Hukum Termodinamika
1. Penerapan Hukum I Termodinamika
Pada suatu sistem yang mengalami perubahan temperatur, besarnya perubahan
energi dalam sistem dinyatakan dengan persamaan.
5
a) Proses Isotermal
b) Proses Isobarik
Pada persamaan tersebut x merupakan konstanta yang bergantung pada
jenis gas, apakah gas tersebut monoatomik atau diatomik. Untuk gas
monoatomik, nilai x adalah 3/2, untuk gas diatomik temperatur rendah x=5/2,
dan untuk gas diatomik temperatur tinggi x = 7/2.
c) Proses Isokhorik
Proses isokhorik merupakan proses yang terjadi pada volume konstan. Oleh
karena usaha pada suatu proses mengisyaratkan adanya perubahan volume,
jadi dapat disimpulkan bahwa pada proses isokhorik, suatu sistem tidak
melakukan usaha.
d) Proses Adiabatik
Proses adiabatik merupakan suatu proses, dimana tidak ada kalor yang masuk
maupun kalor yang keluar sistem. Jadi syarat terjadinya proses adiabatik
adalah sistem harus terisolasi secara sempurna, sehingga tidak ada kebocoran
kalor sedikitpun.
Q = ΔU + W
0 = ΔU + W
ΔU = -W
6
2. Penerapan Hukum II Termodinamika
Salah satu penerapan Hukum II Termodinamika adalah munculnya konsep
mesin pendingin. Mesin pendingin merupakan mesin yang dapat mengambil
sejumlah kalor dari suatu benda, selanjutnya memindahkan kalor tersebut ke
lingkungan sehingga benda yang telah diambil kalornya akan mengalami
penurunan temperatur. Besarnya kalor yang dipindahkan sama dengan energi yang
dikonsumsi oleh mesin pendingin tersebut. Energi yang dikonsumsi dapat berupa
energi listrik.
Proses Perpindahan Kalor pada Mesin Pendingin
Suatu mesin pendingin bekerja dengan memindahkan sejumlah kalor dari
reservoir
bertemperatur
rendah
(benda
yang
didinginkan)
ke
reservoir
bertemperatur tinggi (tinggi). Kalor tidak mengalir secara spontan dari temperatur
rendah ke temperatur tinggi. Untuk mewujudkan hal tersebut, maka diperlukan
sejumlah usaha untuk memindahkankalor tersebut. Usaha inilah berasal dari energi
listrik yang dikonsumsi oleh mesin pendingin.
7
Proses Pendinginan Ruangan Menggunakan Mesin Pendingin
Energi yang bermanfaat
ŋ =
Energi yang dimasukkan
W
Q 2−Q 1
ŋ =
=
Q2
Q2
ŋ = (1 -
Q1
Q 2 )X 100%
menurut Carnot, efisiensi mesin carnot berlaku pula:
8
ŋ = (1 -
T1
T 2 )X 100%
3. Penerapan Hukum III Termodinamika
Berdasarkan persamaan Planck-Boltzmann, S = k.InW, dimana Entropi (S)
merupakan “kekacauan” atau ketidakaturan” sistem. Keadaan sistem yang tidak
teratur adalah keadaan dimana pertikel-partikel (molekul-molekul, atom tau ion)
tersusun secara tidak teratur. Semakin tidak teratur susunan keadaan sistem, makin
besar kebolehjadian keadaan sistem dan makin besar entropinya. Oleh karena itu, zat
padat kristal pada umunya mempunyai entropi yang relatif rendah dibandingkan
dengan cairan atau gas. Gas mempunyai entropi yang paling tinggi karena keadaan
sistem paling tidak teratur. Sehingga makin tidak teratur susunan molekul, makin
tinggi harga W dan entropinya. Sebaliknya semakin teratur susunan molekul sistem,
makin rendah harga W dan entropi.
Jika suatu zat murni didiinginkan hingga dekat 0 K, semua gerakan translasi
dan rotasi terhenti dan molekul-molekul hanya mengambil kedudukan tertentu dalam
kristal. Molekul hanya memiliki energi vibrasi yang sama besar sehingga berada pada
keadaan kuantum tunggal. Dalam hal ini W=1 dan In W=0, sehingga menurut
persamaan Boltmann S= 0. Jadi entropi suatu kristal murni yang sempurna adalah 0
(nol) pada suhu 0 K. Penyataan ini dalam persamaan matematikanya adalah ST = 0.
Kebanyakan logam bisa menjadi superkonduktor pada suhu sangat rendah, karena
tidak banyak keacakan gerakan kinetik dalam skala molekular yang menggangu
aliran elektron.
C. Siklus Termodinamika
Siklus termodinamika secara umum bisa diklasifikasikan kedalam dua tipe:
1. Siklus reversibel,
9
2. Siklus irreversibel.
1. Siklus Reversibel
Sebuah proses, dimana perubahan dalam arah sebaliknya, akan membalik
prosesseutuhnya, dikenal dengan proses reversibel. Sebagai contoh, jika selama
prosestermodinamika dari keadaan 1 ke 2, kerja yang dilakukan oleh gas adalah W12, dankalor yang diserap adalah Q1-2. Sekarang jika kerla dilakukan pada gas sebesar
W1-2dan mengeluarkan kalor sebesar Q1-2, kita akan membawa sistem kembali dari
keadaan2 ke 1, proses disebut reversibel.
Pada proses reversibel, seharusnya tidak ada kerugian panas karena gesekan,
radiasiatau konduksi, dsb. Siklus akan reversibel jika semua proses yang membentuk
siklusadalah reversibel. Maka pada siklus reversibel, kondisi awal dicapai kembali
pada akhir siklus.
2. Siklus Ireversibel
Sebagaimana telah disebut di atas bahwa jika perubahan dalam arah
sebaliknya, akan membalik proses seutuhnya disebut sebagai proses reversibel. Tetapi
jikaperubahan tidak membalik proses, maka disebut proses ireversibel. Pada proses
ireversibel, terjadi kerugian panas karena gesekan, radiasi atau konduksi.Dalam
keadaan
di
lapangan,
sebgai
besar
proses
adalah
ireversibel.
Penyebab
utmaireversibel adalah : (1) gesekan mekanik dan fluida, (2) ekspansi tak tertahan,
(3)perpindahan panas dengan perbedaan temperatur tertentu. Lebih jauh, gesekan
akan
merubah kerja mekanik menjadi panas. Panas ini tidak bisa dirubah kembali dalam
jumlah yang sama ke dalam kerja mekanik. Sehingga jika ada gesekan di dalam
proses maka proses adalah ireversibel. Sebuah siklus adalah ireversibel jika ada
prosesireversibel pada proses-proses pada siklus tersebut. Maka pada siklus
ireversibel,kondisi awal tidak didapati pada akhir siklus.
3. Reversibilitas Proses Termodinamika
10
a. Isothermal dan Adiabatik
Perlu dicatat bahwa proses atau siklus penuh adalah hal yang ideal. Dalam
keadaan sebenarnya, operasi isotermal atau adiabatik lengkap tidak dicapai. Namun
demikian keadaan ini bisa diperkirakan. Alasan dari hal tersebut adalah tidak
mungkinmentransfer kalor pada temperatur konstan pada operasi isotermal. Lebih
jauh, adalahtidak mungkin membuiat silinder non-konduksi pada proses adiabatik.
Pada keadaansebenarnya, proses isotermal bisa dicapai jika proses begitu lambat
sehingga kalor yangdiserap atau dilepaskan pada laju dimana temperatur tetap
konstan. Dengan cara yangsama, proses adiabatik bisa dicapai jika proses terjadi
dengan sangat cepat sehinggatidak ada waktu bagi kalor untuk masuk atau
meninggalkan gas. Dengan pandangan tersebut, proses isotermal dan adiabatik
dianggap sebagai prosesreversibel.
b. Volume konstan, tekanan konstan dan pvn konstan
Kita tahu bahwa temperatur benda panas, yang memberikan panas, tetap
konstanselama proses, temperatur zat kerja akan bervariasi ketika proses berlangsung.
Dalampandangan ini, ketiga operasi di atas adalah ireversibel. Tetapi hal ini bisa
dibuat mendekati reversibilitas dengan memanipulasi temperatur benda panas
bervariasisehingga pada setiap tingkatan temperatur zat kerja tetap konstan.Dalam hal
ini, proses volume konstan, tekanan konstan dan pvn konstan dianggapsebagai proses
reversibel.
BAB III
PENUTUP
A. KESIMPULAN
11
Berdasarkan penjelasan tersebut di atas, adapun kesimpulan dari makalah ini
yaitu sebagai berikut:
1. Hukum-hukum termodinamika, yaitu:
a. Hukum I Termodinamika menyatakan bahwa besarnya kalor yang masuk sistem
akan digunakan untuk meningkatkan energi dalam sistem dan sisanya lagi
digunakan untuk melakukan usaha.
b. Hukum II Termodinamika, mernyatakan: “kalor mengalir secara alami dari
benda yang panas ke benda yang dingin, kalor tidak akan mengalir secara
spontan dari benda dingin ke benda panas”
c. Hukum III Termodinamika, menyatakan bahwa pada suhu 0 K (-273 oC) sistem
berada pada kondisi diam atau statis.
2. Penerapan Hukum-hukum Termodinamika
a. Penerapan Hukum I Termodinamika berdasarkan fungsi keadaan yaitu
isotermal, isobarik, isokhorik dan proses adiabatik.
b. Penerapan Hukum II Termodinamika pada mesin pendingin dengan efisiensi
menurut Carnot
c. Penerapan Hukum II Termodinamika yaitu logam bisa menjadi superkonduktor
pada suhu sangat rendah, karena tidak banyak keacakan gerakan kinetik dalam
skala molekular yang menggangu aliran elektron.
3. Siklus Termodinamika secara umum dibedakan menjadi reversible dan
irreversible.
B. Saran
Diharapkan para pembaca kiranya mencari dan mengkaji lebih dalam terkait
Termodinamika agar dapat menambah informasi lebih banyak.
DAFTAR PUSTAKA
Alhabibah, Chaed. 2013. Hukum Ketiga Termodinamika. http://www.slideshare.net/
chaedalhabibah/hukum-3-termodinamika
12
Aprilia, Handry. 2014. Hukum Termodinamika 1, 2, 3. http://www.slideshare.net/
hendriapriliyan/hukum-termodinamika-123.
Azkamiru.2010. Hukum Termodinamika. https://azkamiru.files.wordpress.com/2010/
01/25-hukum-termodinamika.pdf
Michael B. Thermal imaging in teaching elements of
[email protected], [email protected]. Diakses pada tanggal 10
Oktober 2015.
Frank M. Teaching chemical thermodynamics: with or without mathematics?.
University of Zagreb, Croatia. [email protected], vs�[email protected],
[email protected]. Diakses pada tanggal 10 Oktober 2015.
Nasution, Mia. 2013. Hukum-hukum Termodinamika 3. http://id.scribd.com/doc/
141873409/Hukum-Termodinamika-3#scribd. Diakses pada tanggal 10
Oktober 2015.
Wikipedia. 2015. Wikipedia. https://id.wikipedia.org/wiki/Termodinamika. Diakses
pada tanggal 10 Oktober 2015
13