HUKUM TERMODINAMIKA

Definisi Hukum Termodinamika

Pada umumnya hukum termodinamika sangat berkaitan dengan energi dan lingkungan yang kita ditinggali. Hal ini berkaitan dengan asal kata termodinamika yang diambil dari bahasa Yunani.

Thermos yang artinya panas dan dinamic yang berarti perubahan. Sehingga bisa disimpulkan bahwa hukum termodinamika adalah hukum yang berkaitan dengan kekekalan energi.

Dan menentukan bahwa adanya peristiwa perpindahan panas merupakan suatu bentuk lain dari perpindahan energi tersebut.

Sistem Termodinamika

Sejak ditemukan hukum termodinamika, hukum ini telah menjadi salah satu hukum terpenting dalam lingkup ilmu fisika.

Sehingga hukum ini sering dikaitkan dengan konsep – konsep yangbersifat universal. Hal ini dikarenakan hukum termodinamika memiliki kebenaran yang bersifat umum.

Dan tidak dibatasi dengan adanya rincian dari konsep atau sistem yang mengacu pada penggunaan hukum termodinamika.

Untuk sistem termodinamika sendiri telah diklasifikasikan menjadi 3 jenis sistem yang didasarkan pada pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungannya.

Jenis – jenis sistem termodinamika adalah

• Sistem terbuka : dimana pada sistem ini terjadi pertukaran benda, energi (panas dan kerja) dengan lingkunganya. Contoh dari sistem ini adalah samudra

• Sistem tertutup : yaitu keadaan di mana terjadi pertukaran energi (panas  dan kerja) namun tidak ada pertukaran yang terjadi antara benda dan lingkungannya, contoh dari sistem ini adalah rumah hijau

• Sistem terisolasi : sistem isolasi bisa dikatakan merupakan kebalikan dari sistem terbuka, karena dalam sistem ini tidak terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) ataupun pertukaran benda dengan lingkungannya.

Walaupun pada kenyataannya sebuah sisten tidak mungkin terisolasi sepenuhnya dari pertukaran energi, bahkan dalam wadah terisolasi seperti tabung gas.

Karena pada dasarnya tetap ada gaya gravitasi bumi dalam wadah tersebut. Dalam analisisnya, pada sistem isolasi biasanya energi yang masuk sama dengan energi yang keluar.

Sehingga energi yang tersisa dalam sistem ini adalah nol, atau bisa dikatakan seperti tidak ada pertukaran benda, energi dengan ligkungannya.

Hukum – Hukum Dasar Termodinamika

Dalam hukum temodinamika terdapat empat jenis hukum yang berlaku di dalamnya. Hukum – hukum tersebut adalah sebagai berikut

• Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika
  Dalam hukum ini dikatakan bahwa jika dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiga sistem tersebut dalam keadaaan setimbang anatara satu sistem dengan sistem lainnya

• Hukum Pertama Termodinamika
  Hukum termodinamika merupakan hukum yang berkaitan erat dengan hukum kekekalan energi.
  Dalam bahas sederhananya hukum ini mengatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak juga bisa dihilangkan.
  Energi hanya bisa dikonversikan dalam bentuk energi lainnya tanpa adanya pembatasan dalam arah perpindahan energi

• Hukum Kedua Termodinamika
  Hukum ini sangat berkaitan dengan entropi atau keseimbangan termodinamis, yang menyatakan bahwa pada umumnya energi hanya bisa berpindah dari tempat yang mengandung banyak energi ke tempat yang kurang mengandung energi.
  Hukum kedua ini bisa digambarkan dengan terjadinya angin.

• Hukum Ketiga Termodinamika
  Hukum ketiga merupakan hukum yang terkait dengan temperatur nol absolut, sehingga sering juga dikatakan dengan hukum termodinamika ke nol.
  Dalam bahasa sederhananya hukum ini bisa dikaitkand engan hukum suhu 0 kelvin. (nn)

Sumber : http://indobeta.com/ilmu-fisika-hukum-termodinamika/4651/

Entropi dan hukum kedua termodinamika

Kita telah melihat beberapa aspek hukum termodinamika kedua; dan pernyataan berbeda mengenai yang telah kita bahas dapat dibuktikan sama. Tetapi apa yang kita inginkan adalah pernyataan dari hukum termodinamika kedua. Baru pada paruh kedua abad kesembilan belas, hukum termodinamika kedua akhirnya menyatakan secara umum, yaitu dalam besaran yang disebut entropi, diperkenalkan oleh Clausius pada tahun 1860-an. Entropi, tidak seperti kalor,merupakan fungsi keadaan sistem.

Ketika menangani entropi seperti dengan energi potensial yang penting adalah perubahan entropi selama proses, bukan besar mutlaknya. 

Menurut Clausius, perubahan entropi Sdari sistem, ketika sejumlah Q ditambahkan kepadanya dengan proses yang reversibel pada temperatur konstan dinyatakan sebagai

 

Dimana T adalah temperatur Kelvin.

Contoh Soal :

Perubahan entropi dalam peleburan . Sebuah es batu dengan massa 60 g diambil dari tempat penyimpanan pada 0C dan diletakkan di mangkuk kartas. Stetlah beberapa menit, tepat setengah dari massa es batu telah hancur, menjadi air pada 0C. Hitung perubahan entropi es/air.

Penyelesaian :

Kalor yang dibutuhkan untuk meleburkan 30 g es (setengah es batu) dihitung dar kalor laten peleburan .

Q=mL

=(30)(79,7) = 2400 kal

Atau 2,4 kkal. 

Karena temperatur tetap pada proses ini, perubahan entropi nya adalah

= 2400kal / 273 K = +8,8 kal/K

Perhatikan bahwa perubahan entropi lingkungan (mangkuk,udara) tidak dihitung.

Temperatur pada contoh ini konstan dan perhitungan mudah. Jika temperatur bervariasi selama proses, jumlah aliran kalor selama perubahan temperatur seringkali dihitung dengan menggunakan kalkulus atau dengan komputer. Bagaimanapu,jika perubahan temperatur tidak terlalu nesar, pendekatan yang masuk akal bisa dibuat dengan menggunakan nilai rata-rata temperatur.

Hukum kedua termodinamika dapat dinyatakan dalam entropi sebagai : Entropi suatu sistem tertutup tidak pernah berkurang. Entropi tersebut hanya bisa tetap atau bertambah. Entropi bisa tetap sama hanya untuk proses ideal (reversibel). Untuk proses riil, perubhan entropi leih besar dari nol.

Sumber : FISIKA-GIANCOLI-ERLANGGA

Sejarah Hukum Pertama Termodinamika

Ringkasan Fisika). Hukum pertama termodinamika adalah pernyataan kekekalan energi. Hukum ini menggambarkan hasil banyak eksperimen yang menghubungkan usaha yang dilakukan pada sistem, panas yang  ditambahkan pada atau dikurangkan dari sistem, dan energi internal sistem. Dari defenisi mula-mula kalori, kita tahu bahwa dibutuhkan suatu kalori panas untuk menaikkan temperatur 1 gram air dengan 1 derajat celcius. Akan tetapi kita juga dapat menaikkan temperatur air atau sistem lain apapun dengan melakukan usaha padanya tanpa menambahkan sedikit pun panas.

Gambar di atas merupakan tampilan skematik peralatan Joule yang digunakan dalam eksperimennya yang paling terkenal di mana ia menentukan jumlah usaha yang ekivalen dengan sejumlah panas tertentu, yaitu, jumlah usaha yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur satu gram air dengan satu Celcius derajat. Ketika ekivalensi panas dan energi eksperimental ditetapkan, eksperimen Joule dapat digambarkan sebagai menentukan ukuran kalori dalam satuan energi yang biasa. Air pada gambar di atas tertutup dalam dinding insulasi agar temperatur sistem tak dapat dipengaruhi oleh panas yang masuk atau keluar darinya. Bila beban jatuh pada kelajuan konstan, maka mereka memutar suatu kincir, yang melakukan usaha melawan air. Jika rugi energi yang terjadi lewat gesekan dalam bantalan, dan sebagainya, dapat diabaikan, maka usaha yang dilakukan oleh kincir melawan air sama dengan hilangnya energi mekanika beban yang jatuh.

Bagian yang terakhir ini mudah diukur dengan menentukan jarak jatuhnya beban itu. Hasil eksperimen Joule dan eksperimen orang lain sesudahnya adalah bahwa dibutuhkan 4,18 satuan usaha mekanika (Joule) untuk menaikkan temperatur 1 gram air dengan 1 derajat Celcius. Hasil bahwa 4,18 J energi mekanika adalah ekivalen dengan 1 kal energi panas dikenal sebagai ekivalensi mekanis dari panas. Dari sejarah, adalah lazim untuk menyatakan energi panas dalam kalori dan kemudian menggunakan ekivalensi mekanis dari panas untuk mengubahnya ke satuan dasar energi mekanis. Sekarang, semua bentuk energi biasanya dinyatakan dalam satuan Joule.

Hukum pertama termodinamika adalah rumusan kekekalan dari energi. Energi panas yang diberikan pada sistem diperhitungkan sebagai usaha yang dilakukan oleh sistem atau sebagai kenaikan energi internal sistem atau sebagai kombinasi tertentu dari keduanya. Hukum pertama termodinamika berbunyi: "Total panas yang ditambahkan pada suatu sistem sama dengan perubahan energi internal sistem ditambah usaha yang dilakukan oleh sistem tersebut".

sumber :

http://www.zakapedia.com/2013/01/sejarah-hukum-pertama-termodinamika.html#_

Aplikasi Termodinamika dalam Kehidupan

            Hukum termodinamika telah berhasil diterapkan dalam penelitian tentang proses kimia dan fisika. Hukum pertama termodinamika didasarkan pada hukum kekekalan energi. Hukum kedua termodinamika berkenaan dengan proses alami atau proses spontan dimana fungsi yang memprediksi kespontanan reaksi ialah entropi, yang merupakan ukuran ketidakteraturan suatu sistem. Hukum kedua ini menyatakan bahwa untuk proses spontan, perubahan entropi semesta haruslah positif. Sedangkan hukum ketiga termodinamika memungkinkan untuk menentukan nilai entropi mutlak (Chang, 2002: 165).

            Berikut beberapa contoh aplikasi termodinamika yang biasa digunakan dalam kehidupan sehari-hari :

1. Air Conditioner (AC)

            Sistem kerja AC terdiri dari bagian yang berfungsi untuk menaikkan dan menurunkan tekanan supaya penguapan dan penyerapan panas dapat berlangsung.

            Kompresor yang ada pada sistem pendingin dipergunakan sebagai alat untuk memampatkan fluida kerja (refrigent), jadi refrigent yang masuk ke dalam kompresor dialirkan ke kondenser yang kemudian dimampatkan di kondenser.

Di bagian kondenser ini refrigent yang dimampatkan akan berubah fase dari refrigent fase uap menjadi refrigent fase cair, maka refrigent mengeluarkan kalor yaitu kalor penguapan yang terkandung di dalam refrigent. Adapun besarnya kalor yang dilepaskan oleh kondenser adalah jumlahan dari energi kompresor yang diperlukan dan energi kalor yang diambil evaparator dari substansi yang akan didinginkan.

Pada kondensor, tekanan refrigent yang berada dalam pipa-pipa kondensor relatif jauh lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan refrigent yang berada pada pipi-pipa evaporator.

            Setelah refrigent lewat kondensor dan melepaskan kalor penguapan dari fase uap ke fase cair maka refrigent dilewatkan melalui katup ekspansi, pada katup ekspansi ini refrigent tekanannya diturunkan sehingga refrigent berubah kondisi dari fase cair ke fase uap yang kemudian dialirkan ke evaporator, di dalam evaporator ini refrigent akan berubah keadaannya dari fase cair ke fase uap, perubahan fase ini disebabkan karena tekanan refrigent dibuat sedemikian rupa sehingga refrigent setelah melewati katup ekspansi dan melalui evaporator tekanannya menjadi sangat turun.

            Hal ini secara praktis dapat dilakukan dengan jalan diameter pipa yang ada dievaporator relatif lebih besar jika dibandingkan dengan diameter pipa yang ada pada kondenser.

            Dengan adanya perubahan kondisi refrigent dari fase cair ke fase uap maka untuk merubahnya dari fase cair ke refrigent fase uap maka proses ini membutuhkan energi yaitu energi penguapan, dalam hal ini energi yang dipergunakan adalah energi yang berada didalam substansi yang akan didinginkan.

            Dengan diambilnya energi yang diambil dalam substansi yang akan didinginkan maka entalpi, substansi yang akan didinginkan akan menjadi turun, dengan turunnya entalpi maka temperatur dari substansi yang akan didinginkan akan menjadi turun. Proses ini akan berubah terus-menerus sampai terjadi pendinginan yang sesuai dengan keinginan.

2. Dispenser

Prinsip kerja pemanas air

Proses pemanasan air terjadi pada saat air masuk kedalam tabung pemanas. Tabung pemanas merupakan tabung yang terbuat dari logam yang disekitar tabung tersebut dikelilingi oleh elemen pemanas, sehingga ketika air mengalir dari tampungan menuju tabung pemanas sensor suhu yang ada pada tabung pemanas akan memicu elemen pemanas untuk bekerja, suhu tinggi yang dihasilkan elemen pemanas diserap oleh air yang suhunya lebih rendah, setelah suhu air dalam tabung pemanas tinggi maksimal sensor suhu yang ada pada tabung pemanas akan memutuskan arus listrik pada elemen pemanas, pada saat elemen pemanas menyala lampu indikator pemanas menyala dan pada saat elemen pemanas mati lampu indikator pemanas mati.

Pada tabung dispenser dipasang Heater/pemanas serta sensor suhu atau thermostat yang berfungsi untuk membatasi kerja heater agar tidak bekerja terus-menerus yang akan menimbulkan suhu air dalam tabung dispenser berlebihan, karena apabila heater berkerja berlebih, heater akan panas dan bahkan heater tersebut akan terjadi kerusakan didalamnya. Untuk mengurangi terjadinya resiko tersebut, di heater dipasang thermostat yang berguna untuk mengatur suhu.

Ketika suhu air yang dipanaskan oleh heater mencapai suhu tertentu sehingga melebihi suhu kerja sensor/thermostat maka sensor akan bekerja dan memutuskan arus yang mengalir ke heater, dengan demikian heater akan berhenti bekerja sehingga suhu air tetap terjaga sesuai dengan kebutuhan, bisa dilihat di lampu indikator dari warna merah akan berganti warna hijau. Heater akan bekerja kembali manakala suhu air pada tabung menurun sampai suhunya berada dibawah suhu kerja sensor, sensor dipasang seri dengan heater, dengan demikian fungsi dari sensor ini mirip seperti saklar, hanya saja bekerjanya secara otomatis berdasarkan perubahan suhu.

Sumber : http://rainbow-of-my-live.blogspot.com/2014/02/aplikasi-termodinamika-dalam-kehidupan.html

Suhu dan Kalor

Suhu adalah derajat panas/dinginnya suatu benda yang diukur dengan thermometer. Sifat termometrik zat yaitu perubahan sifat zat jika dipanaskan. Sifat termometrik zat antara lain :

• Panjang
• Volume
• Hambatan listrik
• Tekanan pada volume tetap
• Volume gas pada tekanan tetap
• Warna

Kalor adalah bentuk Energi yang berpindah dari suhu tinggi ke suhu rendah. Jika suatu benda menerima / melepaskan kalor maka suhu benda itu akan naik/turun atau wujud benda berubah.

Skala Suhu

1. Termometer skala CelsiusMemiliki titik didih air 100°C dan titik bekunya 0°C. Rentang temperaturnya berada pada temperatur 0°C – 100°C dan dibagi dalam 100 skala.
2. Temometer skala ReamurMemiliki titik didih air 80°R dan titik bekunya 0°R. Rentang temperaturnya berada pada temperatur 0°R – 80°R dan dibagi dalam 80 skala.
3. Termometer skala FahrenheitMemiliki titik didih air 212°F dan titik bekunya 32°F. Rentang temperaturnya berada pada temperatur 32°F – 212°F dan dibagi dalam 180 skala.
4. Termometer skala KelvinMemiliki titik didih air 373,15 K dan titik bekunya 273,15 K. Rentang temperaturnya berada pada temperatur 273,15 K – 373,15 K dan dibagi dalam 100 skala.

Jadi, jika diperhatikan pembagian skala tersebut, satu skala dalam derajat Celsius sama dengan satu skala dalam derajat Kelvin, sementara satu skala Celsius kurang dari satu skala Reamur dan satu skala Celsius lebih dari satu skala Fahrenheit.

keterangan :

 = kalor yang diterima suatu zat (Joule)

 = massa zat (Kilogram)

C = kalor jenis zat (Joule/kilogram°C)

 = perubahan suhu (°C) → (t₂ - t₁)

Kalor Lebur dan Uap

Kalor lebur

Kalor uap

Keterangan :

 = Kalor lebur zat (Joule/kilogram)

 =  Kalor uap zat (Joule/kilogram)

Hukum Kekekalan Kalor

Asas Black

 

Asas Black : Jumlah kalor yang diterima sama dengan jumlah kalor yang dilepas.

Kapasitas kalor

Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh benda untuk menaikkan suhunya 1°C.

Rumus kapasitas kalor:

dengan syarat:

 = Kapasitas kalor (Joule/°C)

sumber : http://artikel.okeschool.com/artikel/fisika/521/suhu-dan-kalor%C2%A0.html

Teorema Carnot

Sebuah mesin nyata (real) yang beroperasi dalam suatu siklus pada temperatur  and   tidak mungkin melebihi efisiensi mesin Carnot.

Sebuah mesin nyata (kiri) dibandingkan dengan siklus Carnot (kanan). Entropi dari sebuah material nyata berubah terhadap temperatur. Perubahan ini ditunjukkan dengan kurva pada diagram T-S. Pada gambar ini, kurva tersebut menunjukkan kesetimbangan uap-cair ( lihat siklus Rankine). Sifat irreversibel sistem dan kehilangan kalor ke lingkungan (misalnya, disebabkan gesekan) menyebabkan siklus Carnot ideal tidak dapat terjadi pada semua langkah sebuah mesin nyata.

Teorema Carnot adalah pernyataan formal dari fakta bahwa: Tidak mungkin ada mesin yang beroperasi di antara dua reservoir panas yang lebih efisien daripada sebuah mesin Carnot yang beroperasi pada dua reservoir yang sama. Artinya, efisiensi maksimum yang dimungkinkan untuk sebuah mesin yang menggunakan temperatur tertentu diberikan oleh efisiensi mesin Carnot,

Implikasi lain dari teorema Carnot adalah mesin reversibel yang beroperasi antara dua reservoir panas yang sama memiliki efisiensi yang sama pula.

Efisiensi maksimum yang dinyatakan pada persamaan diatas dapat diperoleh jika dan hanya jika tidak ada entropi yang diciptakan dalam siklus tersebut. Jika ada, maka karena entropi adalah fungsi keadaan, untuk membuang kelebihan entropi agar dapat kembali ke keadaan semula akan melibatkan pembuangan kalor ke lingkungan, yang merupakan proses irreversibel dan akan menyebabkan turunnya efisiensi. Jadi persamaan di atas hanya memberikan efisiensi dari sebuah mesin kalor reversibel.

Siklus Carnot terdiri dari proses isotermis dan proses adiabatis.

Proses Isotermis          :

Ø  Ekaspansi Isotermis    :

Dalam proses ini gas menyerap kalor T_h dari reservoir dan melakukan usaha W_ab menggerakkan piston.

Ø  Ekaspansi Adiabatik   :

Tidak ada kalor yang diserap maupun keluar sistem. Selama proses temperatur gas turun dari T_h ke T_c  (temperatur rendah) dan melakukan usaha W_ab .

Ø  Kompresi Isotermis     :

Gas dalam keadaan kontak dengan reservoir temperatur rendah. Dalam proses ini gas melepas kalor Q_c dari reservoir dan mendapat usaha dari luar W_cd.

Ø  Kompresi Adiabatik    :

Ø  Gas dalam keadaan kontak dengan reservoir temperatur rendah. Dalam proses ini gas melepas kalor Q_c dari reservoir dan mendapat usaha dari luar W_cd.

Sumber : http://rindraprakoso.blogspot.com/2012/11/teori-mesin-kalor-siklus-rankine-dan.html

SLIDE HUKUM I TERMODINAMIKA

Hukum Termodinamika Kedua-Pendahuluan

Hukum termodinamika pertama menunjukkan bahwa energy itu dikonversikan. Meskipun demikian, kita dapat membayangkan banyak proses yang mengkonversikan energy, tapi tidak terobsesi terjadi secara alami. Misalnya, ketika sebuah benda panas diletakkan dan bersentuhhan dengan benda dingin, kalor mengalir dari benda yanglebih panas ke benda yang lebih dingin, tidak pernah terjadi secara spontan dari benda dingin ke benda yang lebih panas. Jika kalor akan meninggalkan benda dingin dan mengalir ke benda panas, energy tetap dapat dikonversikan. Tetapi itu juga tidak  terjadi secara spontan. 

Sebagai contoh kedua, perhatikan apa yang terjadi ketika Anda menjatuhkan sebuah batu itu mengenai tanah. Energi potensial awal dari batu berubah menjadi energy kinetic ketika batu jatuh. Ketika batu itu mengenai tanah, energy ini selanjutnya berubah menjadi energy internal batu dab tanah  akibat tumbukan; molekul bergerak lebih cepat dan temperature naik sedikit.

Ada banyak contoh proses lain yang terjadi di alam tetapi tidak ada proses yang terjadi sebaliknya. Berikut adalah dua contoh lagi.

1. Jika anda menaruh selapis garam dalam sebuah toples dan menutupnya dengan selapis merica dengan ukuran butiran yang hampir sama, ketika Anda mengguncangkannya, Anda mendapatkan campuran yang seragam.Tetapi tidak peduli berapa lama Anda mengguncangnya, campuran itu tidak terpisah kembali menjadi dua lapisan.

2.Cangkir kopi dan gelas langsunng pecah jika Anda menjatuhkannya. Tetapi mereka tidak bisa bersatu lagi secara spontan.

Hukum  termodinamika pertama (konservu energy) tidak akan dilanggar jika ada proses yang terjadi  sebaliknya. Untuk menjelaskan ketidakmungkinan pembalikan proses ini, ilmuwan di paruh terakhir abad kesembila belas merumuskan sebuah prinsip baru yang  dikenal sebagai hukum termodinamika kedua.

Hukum termodinamika kedua adalah suatu pernyataan tentang proses mana yang terjadi secara alami dan mana yang tidak. Hukum  ini dapat dinyatakan dengan berbagai cara, semuanya ekuivalen. Salah satu pernyataan, oleh R.J.E. Clausius (1822-1888) adalah bahwa

Kalor dapat mengalir secara spontan dari benda panas ke benda dingin;kalor tidak akan mengalir secara spontan dari benda dingin ke benda panas.

Sumbber :

FISIKA JILID 1 – DOUGLAS C. GIANCOLI

Mesin Carnot

Mesin Carnot yang beroperasi paling efisien di antara suatu penampun temperatur tinggi dan suatu penampung temperatur rendag adalah Mesin Carnot. Ini adalah suatu mesin ideal yang menggunakan proses-proses reversibel untuk membentuk siklus operasinya. Jadi mesin ini disebut juga sebagai mesinn reversibel. Kita akan menentukan efisiensi dari mesin Carnot dan mengevaluasi operasi baliknya. Mesin Carnot sangat berguna, karena efisiensinya menentukan efisiensi maksium yang mungkin dapat dicapai oleh mesin faktual manapun. Jika efisiensi dari suatu mesin faktual jauh lebih rendah dari efisiensi dari mesin Carnot yang dioperasikan di anatara limit-limit yang sama, mana masih dapat dilakukan peribaikan-perbaikan.

Siklus yang diasosiakan denga Mesin Carnot dengan menggunakan ga ideal sebagai zat kerjanya. Siklus ini terdiri dari empat proses reversibel berikut :

1->2: Ekspansi isotermal.

Kalor dipindahkan secara reversibel dari penampung tempertur tinggi pada tempertur Konstan Th. Piston di dalam silinder di tarik an volume bertambah.

2-> 3 :Ekspansi adiabatik reversibel.

Silinder sepenuhnya terinsulasi sehingga tidak terjadi perpindahan kalor selama proses reversibel berlangsung. Piston terus di tarik dan volume semakin bertambah.

3-> 4: Kompresi isotermal

Kalor dipindahkan secra reversibel ke penampung temperatur rendah pada temperatur konstan TL. Piston menekan zat kerja dan volume berkurang.

4->1 : Kompresi adiabatik reversibel.

Silinder yang sepenuhhnya teinsulasi menyebablan tidak terjadinnya perpindahan kalor selama proses reversibel ini. Piston terus menekan zat kerja sampai volume, temperatur dan tekanan awal tercacapai  dan dengan demikian menyelesaikan siklus ini.

Dengan menerapkan hukum pertama pada siklus ini, kita perhatikan bahwa

Dimana QL diasummsikan memiliki niai positif untuk perpindahan kalor ke penampung temperatur rendah. Ini memungkinkan kita untuk menuliskan efisiensi termal untuk siklus Carnot sebagai

Contoh – contoh berikut akan digunakan untuk membuktikan dua di antara tiga postulasi :

Postulasi 1 : Tidaklah mungkin untuk membuat sebuah mesin, yang dioperasikan di anatra dua penampung temperatur tertentu, yang memiliki efisiensi lebih dari mesin Carnot.

Postulasi 2: Efisiensi mesin Carnot tidak bergantung pada zat kerja yang digunakan atau fitur desain tertentu dari mesin tersebut.

Postulasi 3 : Semua mesin yang reversibel,yang dioperasikan di antara dua penampung temperatur tertentu , memiliki efisiensi yang sama dengan mesin carnot yang dioperasikan di antara dua penampung temperatur yang sama.

Sumber : Termodinamika Teknik Edisi Kedua oleh Merle C.Potter,Ph.D dan Craig W. Somerton,Ph.D

Kalor

Energi juga dapat dipindahkan secara mikroskopik ke atau dari suatu sistem melalui cara-cara interaksi antar molekul-molekul yang membentuk permukaan sistem yang dimaksud dan yang membentuk permukaan lingkungannya. Jika molekul-molekul dari batas sistem lebih aktif dibandingkan dengan molekul-molekul dari batas lingkunganna, energi akan dipindahkan dari sistem ke lingkungannya, di mana molekul-molekul yang cepat memindahkan energi ke molekul-molekul yang lebih lambat. Dalam skala mikroskopik ini energi dipindahkan memalui suatu moda usaha : tumbukan antara partikel-partikel. Suatu gaya tercipta dalam waktu yang sangat singkat, di mana usaha memindahkan energi dari molekul-molekul yang cepat ke molekul-molekul yang lebih lambat. Permasalahannya adalah bahwa transfer energi mikrokospik ini tidak teramati secara makroskopik sebagai suatu moda usaha; kita harus menciptakan suatu kuantitas makroskopik untuk memperhitungkan transfer energi mikrokospik ini.

Kita telah menyatakan bahwa temperatur adalah suatu properti yang meningkat seiring dengan meningkatnya aktivitass molekular. Jadi, dapat diduga bahwa kita dapat menghubungkan transfer energi mikrokospik ini yang tidak dapat kita perhitungkan melalui moda usaha makrokospik manapun akan disebut sebagai kalor. Kalor adalah energi yang dipindahkan melintasi batas suatu sistem yang disebabkan oleh perbedaan temperatur antara sistem dan lingkungannya. Suatu sistem tidak hanya menyimpan panas, tapi menyimpan energi, dan kalor merupakan energi yang sedang mampir. Ini seringkali disebut dengan perpindahan kalor.

Sebagai ilustrasi, perhatikan sebuah balok panas dan balok dingin dengan massa yang sama,. Balok yang panas menyimpan lebih banyak energi dibandingkan balok yang dingin karena memiliki aktivitas molekular yang lebih besar, artinya temperatur yang lebih tinggi. Jika kedua balok tersebut saling disentuhkan , energi mengalir dari balok yang pans ke balok yang dingin emmalui perpindahan kalor. Pada akhirnya, kedua balok tersebut akan mencapai kesetimbangan termal, di mana keduanya memiliki temperatur sama. Perpindahan kalor telah berhenti, balok yang panas telah kehilangan energi dan balok yang dingin telah memperoleh energi. Seperti halnya usaha, kalor adalah sesuatu yang melintasi batas. Karena suatu sistem tidak menyimpan kalor,kalor bukanlah merupakan suatu properti.


Sumber : Termodinamika Teknik Edisi Kedua oleh Merle C.Potter,Ph.D dan Craig W. Somerton,Ph.D

Kumpulan Soal-soal Termodinamika

1.         Udara ( memuai adiabatic dari volume 500cm³ menjadi 1000cm³. Bila tekanan udara mula-mula 2 atm, jumlah massa udara 1gram dan konstanta udara R=2,8x10⁷erg/gr K. Berapakah penurunan suhu udara itu ?

2.         Satu mol gas suhunya 27⁰C menuai adiabatic sehingga volumenya menjadi 2x volume semula. Konstanta R = 8,3 x 10⁷erg/mol⁰K dan konstanta . Berapakah usaha yang dilakukan ?

3.         Konstanta Laplace gas He adalah 1,667 dan konstanta gas umum R = 8,32 x 10⁷erg/molK. Hitunglah kalor jenis molar pada tekanan tetap dan volume tetap. Gas itu dinyatakan dalam kal/molK. Tara kalor mekanik J = 4,19 x 10⁹erg/kal ?

4.         Pada tekanan 76cmHg dan suhu 0⁰C udara memuai adiabatic sampai volumenya menjadi 3x volume semula. Hitunglah tekanan dan temperature akhir ?

5.         Satu liter udara tekanan 76cmHg suhu 30⁰C ditekan adiabatic smapai tekanan menjadi 120cmHg. Hitunglah volume baru dan kenaikan suhu  ?

6.         Udara dikompresi secara reversibel dari 100kPa dan 290K menjadi 600kPa menurut persamaan pV^1,4=C. Dengan mengabaikan perubahan-perubahan pada energi kinetic dan potensialnya, hitunglah kerja yang dilakukan dalam kompresi tersebut untuk hal-hal berikut :

a)     Proses non aliran

b)     Proses aliran keadaan tunak

Tunjukkan bahwa kerja aliran merupakan penyebab perbedaan antara (a) dan (b). Hitung juga kerja yang dilakukan jika kompresi itu diselesaikan secara isotermal pada 290K !

7.         Jika kalor sebanyak 2000 Joule ditambahkan pada sistem, sedangkan sistem melakukan kerja 1000 Joule, berapakah perubahan energi dalam sistem ?

8.      Jika kalor sebanyak 2000 Joule meninggalkan sistem dan sistem melakukan kerja 1000 Joule, berapakah perubahan energi dalam sistem ?

9.         Jika kalor sebanyak 2000 Joule ditambahkan pada sistem dan kerja 1000 Joule dilakukan pada sistem, berapakah perubahan energi dalam sistem ?

10.    1 liter air berubah menjadi 1671 liter uap ketika dididihkan pada tekanan 1 atm. Tentukan perubahan energi dalam dan besarnya kerja yang dilakukan air ketika menguap… (Kalor penguapan air = L_V = 22,6 x 10⁵ J/Kg)

Sumber :

Abbot, M.M and Van Ness, H.C. 1989. Seri Buku Schaum: Termodinamika terjemahan oleh Kusno Darmadi.1994.jakarta: Erlangga

Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika Jilid I (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.

Halliday dan Resnick. 1991. Fisika Jilid I  (Terjemahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.

Tipler, P.A. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (Terjemahan). Jakarta : Penebit Erlangga.