Termodinamika -

Daftar Isi

Pengertian Termodinamika

Termodinamika (berasal dr kata thermos (panas) & dynamic (gerak atau pergantian)) yaitu salah satu cabang dr ilmu fisika yg mempelajari panas & temperatur, serta korelasi keduanya pada energi & gerak. Inti dr pembahasan termodinamika adalah bagaimana energi dlm bentuk panas dapat mengalir dr satu benda ke benda lain, proses dr anutan energi tersebut, & akibat yg dihasikan oleh perpindahan energi tersebut.

Lihat pula materi Sosiologiku.com yang lain:

Fluida Dinamis

Elastisitas & Hukum Hooke

Seluruh fenomena fisika tersebut dapat diterangkan dgn hukum-hukum & persamaan-persamaan. Patut diingat bahwa pada bagian ini variabel-variabel paling penting yg mensugesti termodinamika adalah suhu, kalor, energi, tekanan, & volume.

Hukum Termodinamika

Pada termodinamika, terdapat 4 hukum yg berlaku dengan-cara universal.

Hukum Termodinamika 0

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

“Jika dua metode berada dlm kesetimbangan termal dgn tata cara ketiga, maka mereka berada dlm kesetimbangan termal satu sama lain”

Hukum Termodinamika 1

Hukum termodinamika 1 memberikan hukum kekekalan energi.

“Energi tak mampu diciptakan ataupun dimusnahkan, melainkan cuma bisa diubah bentuknya saja”

Terdapat persamaan matematik yg menerangkan hukum ini, yakni:

$Q = W + \Delta U$

Dimana $Q$ yakni kalor/panas yg diterima/dilepas (J), $W$ adalah energi/perjuangan (J), & $\Delta U$ yaitu pergantian energi (J). J yaitu satuan internasional untuk energi atau perjuangan, yakni Joule. Dari persamaan tersebut dapat dimengerti bahwa seluruh kalor yg diterima atau dilepas oleh benda akan dijadikan perjuangan disertakan dgn pergantian energi.

Listrik Dinamis

Hukum 2 Termodinamika

Hukum 2 termodinamika menawarkan kondisi alami dr alur kalor sebuah objek dgn tata cara.

“Kalor mengalir dengan-cara alami dr benda yg panas ke benda yg dingin; kalor tak akan mengalir dengan-cara spontan dr benda dingin ke benda panas tanpa dikerjakan perjuangan”

Hukum Termodinamika 3

“Entropi dr sebuah kristal tepat pada adikara nol ialah sama dgn nol,”

Proses-proses Termodinamika

Proses termodinamika terbagi menjadi empat macam, tergantung dr kondisi tekanan, volume, & suhu ketika terjadinya proses tersebut. Proses-proses tersebut umumnya digambarkan dlm diagram P-V, yaitu diagram yg menggambarkan tekanan (P) & volume (V) ketika proses terjadi. Ada dua hal penting yg harus dikenang dr aneka macam jenis proses-proses termodinamika, yaitu variabel yg berubah & usaha yg dilakukan. Usaha yg terjadi pada sebuah proses termodinamika mampu diketahui dgn mengkalkulasikan luasan grafik P-V.

Isobarik

Isobarik yakni proses termodinamika yg tak mengganti nilai tekanan metode ( $\Delta P = 0$ ). Nilai usaha mampu dijumlah dgn persamaan berikut.

$W = P \cdot \Delta V$

Dari rumus tersebut, dimengerti pula bahwa apabila volume membengkak (terjadi pemuaian) maka usaha bernilai positif, & bila volume mengecil (terjadi penyusutan) maka perjuangan bernilai negatif.

Sumber gambar: figures.boundless-cdn.com

Isokhorik

Isokhorik adalah proses termodinamika yg tak mengubah nilai volume metode ( $\Delta V = 0$ ). Pada proses ini, nilai perjuangan yakni 0 alasannya adalah tak terdapat suatu luasan bangkit yg terdapat pada gambar P-V.

Sumber gambar: cft.fis.uc.pt

Isotermik

Isotermik ialah proses termodinamika yg tak mengganti nilai suhu sistem ( $\Delta T = 0$ ).

Sumber gambar: bu.edu

Nilai perjuangan pada proses isotermik dinyatakan dgn persamaan berikut:

$W = n \cdot R \cdot T \cdot ln (\frac V_f V_i )$

Dimana n yakni jumlah zat yg dinyatakan dgn satuan mol, R yaitu konstanta gas, & T yakni suhu. Rumus ini didapatkan dgn menggabungkan persamaan usaha di diagram P-V dgn persamaan gas ideal.

Kapasitor

Adibatik

Adiabatik yaitu proses termodinamika yg tak mengubah nilai kalor sistem ( $Q = 0$ ).

Sumber gambar: gsu.edu

Pada gas monoatomic, usaha yg dikerjakan pada proses adiabatik dapat dinyatakan dgn persamaan:

$W = - \frac 3 2 \cdot n \cdot R \cdot \Delta T$

Jika diperhatikan dgn sekilas, proses adiabatik & isotermik memiliki diagram P-V yg serupa. Secara detil, dapat dilihat bahwa proses adiabatik memiliki kemiringan yg lebih curam dibandingkan proses isotermik mirip acuan grafik berikut.

i.stack.imgur.com

Jika semua proses tersebut digambarkan menjadi suatu diagram P-V, mampu didapatkan grafik berikut. Patut diingat bahwa satuan-satuan yg dipakai dlm perhitungan ialah Satuan Internasional. Sebagai teladan, satuan untuk suhu yg dipakai yakni Kelvin, satuan untuk volume ialah m³, & satuan untuk jumlah zat adalah mol.

proses isobar isoterm isokhorik adiabatik

kias.dyndns.org

Mesin Carnot & mesin kalor

Mesin Carnot yaitu sebuah model mesin ideal yg mempunyai efisiensi paling tinggi dr semua mesin yg mungkin diciptakan. Mesin Carnot bekerja berdasarkan sebuah proses termodinamika yg membentuk siklus, disebut pula siklus Carnot.

Pada siklus Carnot, terdapat 4 proses, yakni pemuaian Isotermal dr A ke B, pemuaian adiabatic dr B ke C, pemampatan isothermal dr C ke D, & pemampatan adiabatic dr D ke A. Selama proses siklus Carnot metode mendapatkan kalor Q_h dr reservoir bersuhu tinggi T_h & melepas kalor Q_c ke reservoir bersuhu rendah T_c

Siklus carnot pada mesin carnot

Usaha yg dilakukan oleh mesin Carnot dapat dinyatakan dgn mengaplikasikan Hukum Termodinamika 1.

$Q = \Delta U + W$

$Q_h - Q_c = 0 + W$

$W = Q_h - Q_c$

Sedangkan, untuk mengukur efisiensi mesin dapat dipakai persamaan-persamaan berikut.

$\mu = \frac W Q_h \cdot 100% = \frac Q_h - Q_c Q_h \cdot 100%$

$Q_h = (1 - \frac Q_c Q_h \cdot 100%$

Dikarenakan pada siklus Carnot berlaku relasi $\frac Q_c Q_h = \frac T_c T_h$ , efisiensi mesin Carnot pula dapat dinyatakan dengan:

$\mu = (1 - \frac T_c T_h ) \cdot 100%$

Jika dilihat pada rumus efisiensi tersebut, nilai efisiensi 100% dapat diperoleh bila $T_c = 0 K$ . Hal ini tak mungkin terjadi di dunia kasatmata, sehingga mampu disimpulkan bahwa tak ada sistem di dunia aktual yg mampu meraih efisiensi 100%.

Gelombang Cahaya

Contoh Soal Hukum Termodinamika & Mesin Carnot

Soal 1

Suatu gas mempunyai volume awal 10 m³ dipanaskan dgn kondisi isobaris hingga volume jadinya menjadi 25 m³. Jika tekanan gas yaitu 2 atm, pastikan 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

Soal 2

Mesin Carnot bekerja pada suhu tinggi 600 K, untuk menciptakan kerja mekanik. Jika mesin menyerap kalor 600 J dgn suhu rendah 400 K, maka perjuangan yg dihasilkan yakni…. (UN Fisika 2009 P04 No. 18)

Jawab:

Diketahui:

T₂ = 400 K

T₁ = 600 K

Ditanyakan: W_dihasilkan?

W_dihasilkan = . W_serap = = 200 J

$\mu = (1 - \frac T_2 T_1 ) \cdot 100%$