Materi Termodinamika

Termodinamika adalah suatu ilmu yang mempelajari hubungan antara perpindahan kalor dan kerja mekanik. 

A. Hukum ke Nol Termodinamika

konsep temperatur, seperti halnya konsep gaya yang telah kita pelajari sebelumnya, berasal dari persepsi dan interprestasi manusia terhadap gejala alam yang diamati. Berdasarkan pengalaman sehari-hari temperatur diidentifikasi sebagai gejala yang berhubungan dengan ukuran panas dan dinginnya suatu benda. Tubuh kita ibarat sensor alami yang dapat membedakan temperatur benda hanya saja tidak seperti termometer tubuh kita dapat menunjukkan berapa besar temperatur suatu benda dalam skala angka.

Perhatikan ilustrasi berikut ini misalnya Anda ingin membuat es teh. mula-mula Anda menyiapkan gelas kosong, es dan air panas yang sudah diramu dengan gula dan teh. pada keadaan normal temperatur gelas, air panas dan es tentu saja berbeda. jika diurutkan dari temperatur yang paling tinggi temperatur air panas lebih tinggi dibandingkan temperatur gelas sedangkan temperatur kelas lebih tinggi dibandingkan temperatur es. Ketika anda menuangkan air panas kedalam gelas setelah beberapa saat temperatur gelas makin lama makin tinggi. Jika diukur menggunakan termometer akan didapatkan temperatur gelas sama dengan temperatur air panas. Temperatur gelas dan air panas menjadi sama dikarenakan adanya perpindahan kalor dari air panas ke gelas. ingat kembali asas black pada pelajaran sebelumnya. Jika anda perhatikan dengan seksama, akan anda temukan bahwa pada proses tersebut temperatur air panas akan turun perlahan-lahan sedangkan temperatur gelas meningkat.

langkah berikutnya adalah menuang es ke dalam gelas yang telah anda isi air panas tadi. misalnya saat Anda membaca tulisan ini anda telah menemukan beberapa bongkahan es ke dalam gelas. Lama-kelamaan akan mencair. Beberapa saat kemudian es berubah seluruhnya menjadi air. perhatikan bahwa dalam proses ini akan dihasilkan temperatur campuran yang sama temperatur es meningkat seiring dengan terjadinya perubahan fase sedangkan temperatur air panas beserta gelas akan turun. Apabila Anda masih memegang termometer kemudian menyentuhnya pada gelas, anda akan dapatkan temperatur campuran air dan es menjadi sama. Demikian juga, temperatur campuran air dan es tersebut akan sama dengan temperatur gelas. 

seperti yang telah anda pelajari pada materi kalor jika dua benda yang memiliki temperatur berbeda diinteraksikan satu sama lainnya akan terjadi perpindahan kalor yang efeknya bisa kita lihat dengan adanya perubahan temperatur. Jika benda-benda tersebut kita biarkan cukup lama, benda-benda tersebut akan memiliki temperatur yang sama. Keadaan seperti ini disebut kesetimbangan termal. Hal ini juga terjadi pada es teh tersebut. Ketika mula-mula anda menuangkan air panas ke dalam gelas kosong setelah dibiarkan beberapa saat temperatur kedua akan sama. dikatakan bahwa gelas dan air panas mengalami kesetimbangan termal. Proses berikut, sama ketika anda menuangkan bongkahan es di dalam gelas maka temperatur akhir, gelas dan es yang telah berubah menjadi air akan sama. Dikatakan bahwa air gelas dan es yang telah berubah menjadi air itu berada dalam keseimbangan termal. Keadaan tersebut dapat diilustrasikan secara sederhana dalam gambar berikut ini.

Secara umum jika dua benda berada dalam kesetimbangan termal dengan benda ketiga maka benda ketiga tersebut juga berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain. Pernyataan tersebut dikenal dengan Hukum ke Nol Termodinamika.

TA = TB   dan   TB = TC  maka  TA = TC

B. Hukum I Termodinamika

Beberapa contoh terjadinya proses termodinamika. misalnya terdapat gas di dalam suatu ruang berbentuk silinder yang dilengkapi dengan piston pada bagian atas silinder. gas tersebut dikompresi hingga mencapai tekanan yang maksimum. Tekanan maksimum mengakibatkan volume gas minimum, sehingga jarak antara partikel gas menjadi semakin kecil. Keadaan ini mengakibatkan peluang terjadinya benturan antara partikel akan semakin besar yang dapat menghasilkan panas. Sebaliknya, jika volume gas diperbesar dengan memperkecil tekanan tanpa memberikan kalor, maka temperatur gas akan turun.

Peristiwa ini dirangkum dalam hukum I termodinamika yang berbunyi: "besar perubahan kalor dalam sistem adalah sama dengan jumlah perubahan energi dalam sistem dan kerja yang dilakukan ".

secara matematis, bunyi dari hukum I termodinamika dapat dituliskan dalam bentuk persamaan:

 ∆Q = ∆U +W

Dengan:
∆Q = perubahan kalor dalam sistem
Sistem melepaskan kalor bernilai negatif (-)
Sistem menerima kalor bernilai positif (+)

∆U = perubahan energi dalam sistem  (energi dalam).
Energi dalam sistem berkurang (-)
Energi dalam sistem bertambah (+)

W= kerja sistem
Sistem menerima kerja (-)
Sistem melakukan kerja (+)

Contoh Soal:

Kalor sebanyak 2000 Joule ditambahkan pada sistem dan lingkungan melakukan usaha 2500 Joule pada sistem. Perubahan energi dalam sistem adalah…

Pembahasan
Diketahui :
Kalor (Q) = +2000 Joule
Usaha (W) = -2500 Joule
Ditanya : perubahan energi dalam sistem
Jawab :
∆U = Q - W
∆U = 2000 - (-2500)
∆U = 2000 + 2500
∆U = 4500 J
Energi dalam sistem bertambah 4.500 Joule

Soal Latihan 

Kalor sebanyak 2000 Joule dilepaskan sistem dan lingkungan melakukan usaha 3000 Joule pada sistem. Perubahan energi dalam sistem adalah…

Share this post