Lalu apa yang dimaksud dengan termodinamika? Berikut pembahasannya.

Pengertian Termodinamika

Termodinamika merupakan cabang fisika yang berhubungan dengan panas dan suhu, dan hubungannya dengan energi, kerja, radiasi, dan sifat-sifat materi.

Perilaku kuantitas ini diatur oleh empat hukum termodinamika yang menyampaikan deskripsi kuantitatif menggunakan kuantitas fisik makroskopik yang terukur, tetapi dapat dijelaskan dalam hal konstituen mikroskopis oleh mekanika statistik.

Sejarah Penemuan Termodinamika

Secara historis, termodinamika berkembang dari keinginan untuk meningkatkan efisiensi mesin uap awal, terutama melalui karya fisikawan Perancis Nicolas Léonard Sadi Carnot (1824) yang percaya bahwa efisiensi mesin adalah kunci yang dapat membantu Prancis memenangkan Perang Napoleon.

Fisikawan Skotlandia, Irlandia Lord Kelvin adalah orang pertama yang merumuskan definisi termodinamika yang singkat pada 1854 yang menyatakan, “Dinamika termo adalah subjek hubungan panas dengan gaya yang bekerja di antara bagian tubuh yang berdekatan, dan hubungan panas. ke agen listrik. “

Hukum Termodinamika

Hukum Awal

Yaitu Jika dua sistem berada dalam kesetimbangan termal dengan sistem ketiga, maka mereka berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain.

Hukum ke-1 Termodinamika

Yaitu Energi tidak dapat diciptakan atau pun dimusnahkan, melainkan hanya bisa diubah bentuknya saja.

Hukum ke-2 Termodinamika

Yaitu Kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya.

Hukum ke-3 Termodinamika

Yaitu Suatu sistem yang mencapai temperatur nol absolut, semua prosesnya akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum.”Entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.”

Prinsip termodinamika merupakan hal biasa yang secara alami terjadi dalam kehidupan sehari-hari.

Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, termodinamika direkayasa sedemikian rupa sehingga membentuk mekanisme yang membantu kegiatan manusia.

Sistem Termodinamika

Berikut dijelaskan beberapa sistem didalam Termodinamika:

1. Sistem Terbuka Termodinamika

Sistem terbuka merupakan sistem yang mengakibatkan terjadinya pertukaran energi dan benda dengan lingkungannya.

Sistem terbuka ini meliputi peralatan yang melibatkan adanya aliran massa ke dalam atau ke luar sistem.

Contoh:

• Sistem mesin motor bakar
• Turbin gas dan uap
• Pesawat jet.

2. Sistem Tertutup Termodinamika

Sistem tertutup merupakan sistem yang mengakibatkan terjadinya pertukaran energi tetapi tidak terjadi pertukaran zat dengan lingkungan.

Sistem tertutup terdiri atas suatu jumlah massa yang tertentu dimana massa ini tidak dapat melintasi lapis batas sistem.

Tetapi, energi baik dalam bentuk panas maupun usaha dapat melintasi lapis batas sistem tersebut.

Dalam sistem tertutup, meskipun massa tidak dapat berubah selama proses berlangsung, namun volume dapat saja berubah disebabkan adanya lapis batas yang dapat bergerak pada salah satu bagian dari lapis batas sistem tersebut.

Contoh: Green House yang didalamnya terjadi pertukaran kalor tetapi tidak terjadi pertukaran dengan lingkungan dan Balon udara yang dipanaskan, dimana masa udara didalam balon tetap, tetapi volumenya berubah, dan energi panas masuk kedalam masa udara didalam balon.

3. Sistem Terisolasi Termodinamika

Sistem yang mengakibatkan tidak terjadinya pertukaran panas, zat atau kerja dengan lingkungannya.

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. Contoh : tabung gas.

Proses Termodinamika

Proses yang terjadi pada Termodinamika :

1. Isobarik

Proses termodinamika dimana sistem dijaga agar tekanan konstan. Disini usaha dihasilkan dari perkalian antara tekanan dengan perubahan volume.

Kalor yang masuk ke sistem akan digunakan untuk menambahkan energi dalam dan melakukan usaha sesuai dengan Hukum Termodinamika pertama.

W = p × ΔV atau W = p (V2 – V1) 

W : usaha (J)
P : tekanan tetap (N/m²)
V₁ : volume awal (m³)
V₂ : volume akhir (m³).

2. Isokhorik

Proses termodinamika dimana sistem dijaga agar volume konstan. Sistem ini tidak menghasilkan energi karena nilai perubahan volume 0, sehingga keseluruhan kalor yang masuk digunakan untuk meningkatkan energi dalam sistem.

Oleh karena itu, usaha yang dilakukan gas pada proses isokorik adalah nol

(W = p x 0 = 0 ). 

3. Isotermik

Proses termodinamika dimana sistem dijaga agar suhu konstan. Sistem tidak mengalami perubahan energi dalam sehingga seluruh kalor yang masuk akan dikonversi menjadi usaha.

Dikarenakan tekanannya tidak konstan. Namun, dapat diselesaikan dengan melakukan pengintegralan sebagai berikut.

Ingat, maka 

karena n, R, dan T konstan, maka persamaannya menjadi sebagai berikut:

4. Adiabatik

Proses termodinamika dimana sistem diisolasi agar tidak ada kalor yang masuk maupun keluar.

Proses terjadinya biasanya sangat cepat. Sistem tidak menerima maupun mengeluarkan kalor sehingga usaha yang dilakukan berasal dari pengurangan energi dalam sistem.

Dengan γ merupakan perbandingan kalor jenis gas pada tekanan tetap (C_p) dan kalor jenis gas pada volum tetap (C_V).

Selanjutnya, perbandingan ini dinamakan tetapan Laplace.

Untuk gas ideal, 

sehingga persamaan adiabatik di atas dapat ditulis dalam bentuk :

Adapun usaha pada proses adiabatik dapat dicari dengan cara sebagai berikut.

Karena p = CV^-γ , maka

karena C = p₁ V₁^γ = p₂ V₂^γ , maka

Pada bagian sebelumnya kita telah membahas mengenai energi dalam gas monoatamik. kita juga mengetahui bahwa , maka :

Oleh karena itu, usaha yang dilakukan oleh sistem pada proses adiabatik dapat juga dituliskan :

Contoh soal dan Pembahasan

Soal 1

Suatu gas memiliki volume awal 2,0 m³ dipanaskan dengan kondisi isobaris hingga volume akhirnya menjadi 4,5 m³. Jika tekanan gas adalah 2 atm, tentukan usaha luar gas tersebut!
(1 atm = 1,01 x 10⁵ Pa)

Jawaban :

W = P (ΔV)
W = P(V2 − V1)
W = 2,02 x 105 (4,5 − 2,0) = 5,05 x 105 joule.

Soal 2

Volume awal dari suatu gas adalah 3 m³ akan dipanaskan secara isobarik agar volume nya berubah menjadi 6 m³. Jika diketahui tekanan gas adalah 2 atm, berpakah usaha luar gas tersebut!

(1 atm = 1,01 x 10⁵ Pa)

Jawaban:

Isobaris → Tekanan Tetap
W = P (ΔV)
W = P(V2 − V1)
W = 2,02 × 105 × (6 − 3)
W = 2,02 × 105 × 3
W = 6,06 × 105 Joule

Jadi, usaha luar gas tersebut adalah 6,06 × 10⁵ Joule.

The post Termodinamika: Hukum – Proses dan Contoh Soal appeared first on HaloEdukasi.com.

Pengertian Kalor

Kalor bisa disebut juga dengan panas. Kalor menurut kamus besar Bahasa Indonesia merupakan tenaga panas yang dapat diteruskan ataupun diterima oleh satu benda ke benda lain secara hantaran (konduksi), penyinaran (radiasi), atau aliran (konveksi).

Kalor dapat bergerak jika kedua benda saling bersentuhan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah.

Artinya, kalor dapat mempengaruhi perubahan suhu dan bentuk pada zat.

Satuan pada kalor disebut dengan kalori (1 kalori = 4,2 joule sedangkan 1 joule = 0,24 kalori) dan alat untuk mengukur jumlah kalor disebut dengan kalorimeter.

Sejarah Teori Kalor

Pada akhir abad ke-18, ilmuwan bernama Benjamin Thompson mengemukakan bahwa teori kalori yang dipercaya adalah bahwa kalor merupakan fluida yang dapat mengalir ke dalam tubuh ketika dipanaskan dan mengalir keluar ketika didinginkan.

Saat ia meneliti bubuk mesiu, thompson menemukan adanya penyimpangan yang tidak bisa dijelaskan dengan menggunakan teori kalor.

Lalu Benjamin Thompson mengajukan suatu teori baru yang menyatakan bahwa kerja mekanis akan menghasilkan kalor dan kalor tersebut merupakan suatu bentuk gerak.

Namun, teori tersebut banyak bertentangan dengan teori terdahulunya.

Perpindahan Kalor

Kalor dapat berpindah dengan bergerak dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Kalor memiliki tiga jenis cara perpindahan, yaitu:

• Konduksi

Perpindahan kalor secara konduksi terjadi karena memiliki zat perantara namun perpindahan partikel zatnya tidak secara permanen.

Contohnya ketika memanaskan air didalam panci, gagang panci akan ikut panas karena adanya perpindahan kalor dari bersuhu tinggi ke bersuhu rendah namun panas dalam gagang panci tidak berlangsung secara permanen.

• Konveksi

Perpindahan kalor secara konveksi disertai dengan perpindahan bagian zat tertentu.

Zat tertentu tersebut dapat berupa zat cair atau zat gas. Perpindahan kalor secara konveksi memiliki dua jenis perpindahan, yaitu konveksi alamiah dan konveksi paksa.

• Radiasi

Perpindahan kalor secara radiasi merupakan perpindahan yang tidak memakai zat perantara atau dapat dikatakan perpindahannya tidak harus bersentuhan agar terjadi perpindahan kalor.

Perpindahan kalor secara radiasi dapat dirasakan dari segala arah.

Kapasitas Kalor

Kapasitas kalor merupakan gambaran besaran terukur yang diperlukan untuk menaikan suhu pada zat dan jumlah tertentu.

Biasanya jumlah yang diperlukan sebesar satu derajat celcius.

Kapasitas kalor dapat dihitung dengan menggunakan rumus sehingga satuan kapasitas kalor pada satuan internasional adalah J/K atau dapat dinyatakan sebagai kal/oC.

Rumus menghitung Kalor

Rumus yang biasa digunakan untuk menghitung kalor, yaitu:

Q = m . c . ∆T

Keterangan:
Q  = Kalor (J)
m = Masa benda (kg)
c = Kalor Jenis (J/Kg/ °C)
∆T= Perubahan suhu (°C)

Rumus dalam kalor yang digunakan untuk menghitung kapasitas kalor, yaitu:

C = Q/∆T

Keterangan:
Q = kalor yang diserap/dilepas (J)
C = kapasitas kalor benda (J/ °C)
∆T = perubahan suhu benda (°C)

Contoh Soal dan Pembahasan

Soal 1

Berapakah besar kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu sebatang alumunium yang massanya 10 kg dari 15 °C menjadi 100 ° C, jika kalor jenis besi 550 J/kg?

Diketahui:
m = 10 kg
∆T = 100-15 = 85 °C
C = 550 J/kg

Ditanya: Q ?

Dijawab:

Q = m . c . ∆T
Q = 10 . 550 . 85
Q = 467500 J 

Soal 2

Diketahui massa aluminium 600 gram dengan suhu 20°C. Aluminium tersebut kemudian menyerap kalor sebesar 1.2 KJ sehingga suhuna naik menjadi 30 °C. Berapakah kalor jenis aluminium tersebut?

Diketahui:
m = 0,6 Kg
Q = 2000 J
ΔT = 20°C-10°C = 10°C

Ditanya: C ?

Dijawab:

C = Q/m.ΔT
C = 1200 /(0,6 . 10)
C = 200 J/kg°C

Soal 3

Air yang mula-mula bersuhu 10^oC dipanaskan hingga bersuhu 35^oC. Jika kapasitas kalor air tersebut adalah 12.558 J/^oC. Berapakan kalor yang diserap air tersebut?

Diketahui:
∆T = 25^oC
C = 12.558 J/^oC

Ditanya: Q ?

Dijawab:

C = Q/∆T
Q = C . ∆T
Q = 12.558 × 25
Q = 313.950 joule.

The post Kalor: Pengertian – Rumus dan Contoh Soal appeared first on HaloEdukasi.com.