Bimbel SBMPTN / SIMAK
Bimbel Tes SMAKBO
Termodinamika merupakan prasyarat untuk banyak pembahasan lanjutan dalam cabang ilmu Fisika, seperti perpindahan panas, mesin pembakaran internal, propulsi, dan dinamika gas.
Termodinamika berkaitan dengan hubungan antara panas dan bentuk energi lainnya dalam satu sistem.
Secara khusus, ini menjelaskan bagaimana energi panas diubah ke dan dari bentuk energi lain dan bagaimana energi panas mempengaruhi materi.
Dalam perubahan bentuk energi, hukum Thermodinamika dibagi kedalam tiga hukum dasar.
Hukum Pertama Termodinamika
Hukum pertama termodinamika, juga dikenal sebagai Hukum Kekekalan Energi, menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan; energi hanya dapat dipindahkan atau diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya.
Misalnya, menyalakan lampu tampaknya menghasilkan energi; Namun, itu adalah energi listrik yang diubah.
Cara untuk menyatakan hukum pertama termodinamika adalah bahwa setiap perubahan energi dalam (∆E) suatu sistem diberikan oleh jumlah kalor (q) yang mengalir melintasi batasnya dan kerja (w) yang dilakukan pada sistem oleh lingkungan:
Hukum ini mengatakan bahwa ada dua jenis proses, panas dan kerja, yang dapat menyebabkan perubahan energi internal suatu sistem. Karena panas dan kerja dapat diukur dan dikuantifikasi, ini sama dengan mengatakan bahwa setiap perubahan energi suatu sistem harus menghasilkan perubahan yang sesuai dalam energi lingkungan di luar sistem. Dengan kata lain, energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.
Jika kalor mengalir ke dalam suatu sistem atau lingkungan bekerja padanya, energi dalam meningkat dan tanda q dan w positif.
Sebaliknya, aliran panas keluar dari sistem atau kerja yang dilakukan oleh sistem (pada lingkungan) akan mengorbankan energi internal, dan oleh karena itu q dan w akan negatif.
Energi dalam sistem adalah total energi dari suatu sistem dapat berupa energi kinetik, energi potensial, energi panas, dan lain sebagainya. Bentuk-bentuk energi tersebut dapat berupah menjadi bentuk energi lainnya sehingga total energi pada suatu sistem akan selalu sama.
Dalam satu persamaan perubahan Energi diformulasikan :
Em1 = Em2
Ek1 + Ep1= Ek2 + Ep2
1/2.m.v21 + m.g.h1 = 1/2.m.v22 + m.g.h1
Penerapan Hukum Kekekalan Energi : kendaraan, Teko pemanas, pembangkit tenaga hidro dan lain lain.
Hukum Kedua Termodinamika
Hukum kedua termodinamika mengatakan bahwa entropi sistem yang terisolasi selalu meningkat. Sistem terisolasi secara spontan berevolusi menuju kesetimbangan termal—keadaan entropi maksimum sistem. Sederhananya: entropi alam semesta (sistem yang paling terisolasi) hanya meningkat dan tidak pernah berkurang.
Cara sederhana untuk memikirkan hukum kedua termodinamika adalah bahwa sebuah ruangan, jika tidak dibersihkan dan dirapikan, akan selalu menjadi lebih berantakan dan tidak teratur seiring waktu – terlepas dari seberapa hati-hati seseorang menjaganya agar tetap bersih. Ketika ruangan dibersihkan, entropi-nya berkurang, tetapi upaya pembersihannya menyebabkan peningkatan entropi di luar ruangan yang melebihi entropi yang hilang.
Batasan Sistem
- Sistem terbuka (control volume) yaitu terjadi perpindahan energi dan massa dengan lingkungan
- Sistem tertutup (control mass) yaitu hanya terjadi perpindahan massa dengan lingkungan
- Sistem terisolasi yaitu tidak terjadi perpindahan massa maupun energi dengan lingkungan
Entropi merupakan suatu unit untuk mengukur keacakan atau ketidakberaturan dari suatu sistem. Unit ini dikenalkan oleh Clausius, perubahan entropi pada suatu reversibel sistem dinyatakan sebagai perubahan kalor tiap waktu.
Persamaan perhitungan entropi dan perubahan entropi dalam suatu sistem termodinamika. Berikut ini adalah beberapa cara untuk menghitung entropi.
1. Entropi dari Proses Reversibel
Untuk suatu proses yang dapat balik atau disebut dengan reversibel, kita dapat mengasumsikan besaran entropi dari sistem tersebut. Dengan probabilitas yang sama, entropi sama dengan konstanta Boltzmann dikalikan dengan logaritma natural dari jumlah kemungkinan state yang terbentuk.
kB = konstanta Boltzman adalah 1.38065 × 10−23 J/K.
2. Entropi dari Proses Isotermal
Cara lain yang dapat dilakukan adalah dengan menghitung perubahan entropi (S) menggunakan perubahan panas yang terjadi (Q) dan juga adanya temperatur absolut (T).
Berdasarkan persamaan tersebut, masuk akal jika entropi meningkat untuk perubahan temperatur dari panas ke dingin.
Entropi dan Energi Dalam
Dalam kimia fisik dan termodinamika, salah satu persamaan yang paing berguna dan berkaitan dengan entropi adalah energi dalam (U) yang menyertai suatu sistem termodinamika.
Dalam hal ini, perubahan energi dalam (dU) sama dengan suhu absolut dikalikan dengan perubahan entropi yang dikurangi dengan tekanan eksternal (p) dan juga perubahan volume (V).
Hukum Ketiga Termodinamika
Hukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa entropi suatu sistem mendekati nilai konstan ketika suhu mendekati nol mutlak. Entropi sistem pada nol mutlak biasanya nol, dan dalam semua kasus hanya ditentukan oleh jumlah keadaan dasar yang berbeda yang dimilikinya. Secara khusus, entropi zat kristal murni (urutan sempurna) pada suhu nol mutlak adalah nol. Pernyataan ini berlaku jika kristal sempurna hanya memiliki satu keadaan dengan energi minimum.
Dengan perkembangan mekanika statistik, hukum ketiga termodinamika (seperti hukum lainnya) berubah dari hukum fundamental (dibenarkan oleh eksperimen) mejadi hukum derivatif (diturunkan dari hukum dasar yang lebih mendasar). Hukum dasar yang darinya diturunkan hukum primer adalah definisi mekanika statistik entropi untuk sistem besar:
dengan S adalah entropi, kB adalah konstanta Boltzmann, dan Ω adalah jumlah keadaan mikro yang konsisten dengan konfigurasi makroskopis. Penghitungan keadaan berasal dari keadaan referensi nol mutlak, yang sesuai dengan entropi S0.
Entropi kisi kristal sempurna seperti yang didefinisikan oleh teorema Nernst adalah nol asalkan keadaan dasarnya unik, karena ln(1) = 0. Jika sistem terdiri dari satu miliar atom, semuanya sama, dan terletak di dalam matriks kristal yang sempurna, jumlah permutasi dari satu miliar hal identik yang dikurangi satu miliar pada satu waktu adalah Ω = 1. Maka:
Semoga bermanfaat.
Bimbel SBMPTN - SIMAK UI
Bimbel Tes SMAKBO
Info Bimbel SBMPTN 2021 :
Info Bimbel SIMAK 2021 :
