Hukum – hukum Thermodinamika

Termodinamika adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari hubungan antara panas, energi, dan kerja, serta bagaimana perubahan dalam variabel-variabel ini memengaruhi sistem. Hukum-hukum termodinamika, sebagai landasan teori dalam bidang ini, memberikan kerangka kerja untuk memahami proses energi dan perpindahan panas dalam sistem fisik.

Artikel ini akan membahas secara mendalam empat hukum utama termodinamika, yaitu hukum nol, hukum pertama, hukum kedua, dan hukum ketiga, serta implikasi dan aplikasi praktis dari masing-masing hukum tersebut. Dengan memahami hukum-hukum ini, kita dapat menjelaskan berbagai fenomena alami dan teknis, serta merancang sistem yang efisien dalam berbagai bidang, mulai dari mesin pendingin hingga pembangkit energi.

Definisi Termodinamika

Definisi Termodinamika

Pada dasarnya, ada dua bidang sains dan teknik yang berhubungan dengan termodinamika. Dalam bidang sains, para ahli akan meneliti sifat fisika dan kimia dasar dari sejumlah materi ketika berada dalam keadaan berhenti (diam). Di bidang teknik, para ahli (insinyur) biasanya menggunakan prinsip termodinamika untuk mempelajari sistem dan bagaimana mereka berinteraksi dengan lingkungannya. Jadi, apa arti termodinamika dan bagaimana prinsipnya dapat diterapkan dalam dua bidang studi yang berbeda?

Termodinamika adalah bidang yang mempelajari energi dan secara khusus membahas bagaimana energi panas dan bagaimana ia bekerja. Energi dapat mengambil berbagai bentuk, baik secara alami maupun karena kemajuan teknologi. Termodinamika menjelaskan sebagian besar sistem teknologi. Bahkan sering disebut sebagai "termodinamika", seorang sarjana teknik menggunakannya untuk membuat pompa termal, motor roket, rice cooker, AC, dan penyuling kimia.

Singkatnya, hukum pergerakan panas dan transformasi panas menjadi bentuk energi lainnya adalah subjek dari subbidang ilmu fisika teoritik yang dikenal sebagai termodinamika. "Therme", yang berarti "panas", dan "dynamis", yang berarti "gaya", adalah asal dari istilah Yunani "termodinamika". Kehadiran termodinamika ini tidak dapat dilepaskan dari panas.

Hukum – hukum Thermodinamika

Hukum Thermodinamika 0

Temperatur merupakan variabel intensive yang menyatakan keadaan thermodinamika zat.

T = T (p,V,ni)

dan memiliki harga yang sama untuk semua sistem dalam keseimbangan.

Hukum I Thermodynamika

Tentang kekekalan energi, bahwa energi itu kekal dan dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk energi lainnya.  Besaran ekstensif kandungan energi sistem E : 

E = U + KE + PE 

 Dimana:

U : internal energi
KE : Kinetic energi
PE : Potensial Energi

E = E (p,V,n) 

dQ = dE + dW 

dQ = Panas yang masuk ke dalam sistem
dE = Perubahan kandungan energi dalam sistem
dW = kerja yang dilakukan sistem 

W = ∫ p dV. 

Rumus Hukum Termodinamika I 

Q = W + ∆U

Keterangan:

Q = kalor/panas yang diterima/dilepas (J)
W =  energi/usaha (J)
∆U = perubahan energi (J)

Hukum Thermodinamika II

Suatu proses dalam sistem tertutup berlaku :

T. dS  ≥ dQ

dimana

T.dS  = dQ jika proses berlaku reversibel/dapat balik

T. dS > dQ  Jika proses irreversibel  

Atau dalam bahasa lain, proses alam selalu meningkatkan nilai entropi sistem.

Proses tanpa memberikan kalor/energi panas mengakibatkan ds ≥ 0 , entropi sistem selalu bertambah.

S = S (p,V,ni)

Hukum III Thermodinamika

Entropi dari kristal sempurna pada temperatur absolut 0º K  adalah sama dengan nol.

 T = 0º K   ===> S = 0  

Udara umum dinyatakan : 

0.21O2 + 0.79 N2 = O2 + 3.76 N2

Persamaan keadaan

Tekanan dari sistem yang seimba dari total tekanan parsial  penyusunnya :

Tekanan parsial tiap gas sebanding dengan perbandingan mol gas-gas penyusunnya.  

Hukum Kekekalan Massa

Dalam suatu sistem tetutup , total massa  yang terdapat dalam sistem tidak pernah  berubah. 

Contoh : 

Jumlah massa sebelum dan sesudah tetap.

Kekekalan Spesies Atom

Jumlah atom dalam sistem tertutup adalah  konstan. 

Contoh : Reaksi hidrogen dan oksigen menghasilkan air 

Jumlah Atom H sebelum reaksi : 2 x 2 = 4 

Jumlah Atom H setelah reaksi : 4 

Jumlah atom O sebelum da sesudah reaksi = 2 

Penutup

Hukum-hukum termodinamika merupakan fondasi penting dalam memahami bagaimana energi dan panas berperilaku dalam sistem fisik. Dengan mempelajari hukum nol, pertama, kedua, dan ketiga termodinamika, kita memperoleh wawasan mendalam tentang prinsip-prinsip dasar yang mengatur proses energi, efisiensi sistem, dan batasan-batasan yang ada dalam konversi energi.

Penerapan prinsip-prinsip ini tidak hanya krusial dalam desain dan operasional sistem teknik seperti mesin dan reaktor, tetapi juga dalam penelitian ilmiah dan pengembangan teknologi baru. Pemahaman yang solid mengenai hukum-hukum termodinamika memungkinkan kita untuk mengoptimalkan berbagai aplikasi teknis dan ilmiah, serta menghadapi tantangan energi dan efisiensi dengan solusi yang lebih inovatif. Dengan demikian, hukum-hukum ini bukan hanya teori akademis, melainkan alat praktis yang mendukung kemajuan teknologi.

Sumber Pustaka

1. Turn, S.R., An Introduction to Combustion, 2nd Edition, McGrawHill, Inc. 2000
2. Borman, G.L., and Ragland, K.W., Combustion Engineering, McGraw-Hill, Inc. 1998. 
3. Griffi ths, J.F., and Barnard, J.A., Flame and Combustion, 3rd Edition, Blackie Academic and Professional, 1995. 
4. Glassman, I., Combustion, 3rd Edition, Academic Press, 1996.
5. Warnatz, J., Maas, U., and Dibble R.W., Combustion, 2nd Edition, Springer-Verlag, 1998.
6. E.I. Kazantsev, “ Industrial Furnaces”, MIR Publisher, Moscow 1977. 
7. Kenneth K.Kuo, “ Principles of Combustion”, John Wiley & Sons 1986. 

Related Posts

Baca juga :

Go to Link

Mau donasi lewat mana?

Bank Transfer Donate with Paypal

BANK BNI - An.mechanical engineering / Rek - 2345xxx
Gopay-

Traktir creator minum kopi dengan cara memberi sedikit donasi. klik icon panah di atas