PENGANTAR MATERI TERMODINAMIKA SMA/SMK

PENGANTAR TERMODINAMIKA

A.  PENGERTIAN

Sebelum kita mempelajari tentang Termodinamika lebih jauh, maka sebaiknya kita fahami dahulu apa yang disebut dengan termodinamika. Secara bahasa (etimologi) Termodinamika berasal dari suku kata bahasa Yunani yaitu Thermos yang artinya panas dan Dynamic yang artinya perubahan. Sedangkan menurut istilah (Epistemologi) Termodinamika adalah suatu ilmu yang menjelaskan tentang bagaimana usaha bisa mengubah kalor (perpindahan energi yang disebabkan perbedaan suhu) menjadi energi beserta sifat-sifat pendukungnya. 

Termodinamika adalah kajian mengenai hubungan,panas, kerja, dan energi yang menyebabkan perubahan suatu zat. Kajian Termodinamika ini erat kaitannya dengan fisika energi, panas, kerja, entropi dan kespontanan proses dan lain-lain.

Termodinamika juga mempunyai keterkaitan dengan kajian mekanika statik, yaitu cabang ilmu fisika ini mempelajari suatu pertukaran energi dalam bentuk kalor dan kerja, sistem pembatas dan lingkungan.

B.  Sistem termodinamika

Dalam mempelajari termodinamika dikenal istilah sistem dan lingkungan. Sistem adalah benda atau sekumpulan apa saja yang akan diteliti atau diamati dan menjadi pusat perhatian kita. Sedangkan lingkungan merupakan segela bentuk benda yang berada diluar dari sistem atau selain sistem tersebut. Sistem dan lingkungannya membentuk semesta atau universal. Batas merupakan bagian yang berada diantara sistem dan lingkungan.

Jenis-jenis sistem didalam termodinamika didasarkan pada sifat dari batasan dan arus benda, energi dan materi yang melaluinya. Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungannya, yaitu :

1.   Sistem terbuka

Sistem terbuka adalah Sistem yang memungkinkan terjadinya pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda (materi) dengan lingkungannya sekaligus. Pada sistem terbuka ini, baik massa maupun energi dapat melintasi batas sistem yang bersifat permeable (membran sangat tipis yang masih bisa dilewati senyawa atau molekul kecil). Dengan demikian, pada sistem ini volume dari sistem tidak berubah sehingga disebut juga dengan control volume.

Aturan yang digunakan untuk menganalisis sistem sebagai berikut: 

    a.      Untuk panas (Q) bernilai positif bila diberikan kepada sistem dan bernilai negatif bila 
          keluar dari sistem

    b.      Untuk usaha (W) bernilai positif apabila keluar dari sistem dan bernilai negatif bila 

          diberikan (masuk) kedalam sistem.

2.   Sistem tertutup

Sistem tertutup adalah Sistem yang memungkinkan terjadinya pertukaran energi (panas dan kerja) dengan lingkungan, namun tidak disertai pertukaran zat dengan lingkungannya. Sistem tertutup terdiri atas suatu jumlah massa yang tertentu dimana massa ini tidak dapat melintasi lapis tipis batas sistem. Tetapi, energi baik dalam bentuk panas (heat) maupun usaha (work) dapat melintasi lapis tipis 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 (moving boundary) pada salah satu bagian dari lapis batas sistem tersebut. Contoh sistem tertutup adalah suatu balon udara yang dipanaskan, dimana massa udara didalam balon tetap, tetapi volumenya berubah dan energi panas masuk kedalam masa udara didalam balon.

Jenis sifat pembatas sistem:

    a.            Pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas.

    b.            Pembatas rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.

Selain itu dikenal juga istilah dinding, ada dua jenis dinding yaitu dinding adiabatik dan dinding diatermik. Dinding adiabatik adalah dinding yang mengakibatkan kedua zat mencapai suhu yang sama dalam waktu yang lama (lambat). Untuk dinding adiabatik sempurna tidak memungkinkan terjadinya pertukaran kalor antara dua zat. 

Sedangkan dinding diatermik adalah dinding yang memungkinkan kedua zat mencapai suhu yang sama dalam waktu yang singkat (cepat).

  

3.   Sistem terisolasi

Sistem yang tidak memungkinkan terjadinya pertukaran panas, zat atau kerja dengan lingkungannya. Contohnya paling mudah adalah air yang disimpan dalam termos dan tabung gas yang terisolasi. 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.

Karakteristik yang menentukan sifat dari sistem disebut property (koordinat sistem/variabel keadaan sistem), seperti tekanan (p), temperatur (T), volume (v), masa (m), viskositas, konduksi panas dan lain-lain. 

Selain itu ada juga koordinat sistem yang didefinisikan dari koordinat sistem yang lainnya seperti, berat jenis, volume spesifik, panas jenis dan lain-lain. Suatu sistem dapat berada pada suatu kondisi yang tidak berubah, apabila masing-masing jenis koordinat sistem tersebut dapat diukur pada semua bagiannya dan tidak berbeda nilainya. Kondisi tersebut disebut sebagai keadaan (state) tertentu dari sistem, dimana sistem mempunyai nilai koordinat yang tetap. Apabila koordinatnya berubah, maka keadaan sistem tersebut disebut mengalami perubahan keadaan. Suatu sistem yang tidak mengalami perubahan keadaan disebut sistem dalam keadaan seimbang (equilibrium).  

C.  Proses  Termodinamika

Gas dalam ruang tertutup dapat mengalami 5 proses termodinamik yaitu:

1.      Proses  isobaric 

2.      Proses  isokhorik 

3.      Proses  isothermal 

4.      Proses adiabatis reversibel (isentropi)

5.      Proses polytropis.

Baca dan download selengkapnya di https://docs.google.com/document/d/1CtfTH6bCb3Y6a8Dw3CqVEvVGJt97uEsoXCTH0JMGys0