Termodinamika dan bentuk energi

TERMODINAMIKA DAN BENTUK ENERGI

 

1.1 DEFINISI DAN APLIKASI THERMODINAMIKA

Thermodinamika adalah ilmu tentang energi, yang secara spesific membahas tentang hubungan antara energi panas dengan kerja. Seperti telah diketahui bahwa energi didalam alamdapat terwujud dalamberbagai bentuk, selain energi panas dan kerja, yaitu energi kimia, energi listrik, energi nuklir, energi gelombang elektromagnit, energi akibat gaya

magnit, dan lain-lain.

Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain, baik secara alami maupun hasil rekayasa tehnologi. Selain itu energi di alam semesta bersifat kekal, tidak dapat dibangkitkan ataudihilangkan, yang terjadi adalah perubahan energi dari satu bentuk menjadi bentuk lain tanpa ada pengurangan atau penambahan.Prinsip ini disebut sebagai prinsip konservasi atau kekekalan energi.Prinsip thermodinamika tersebut sebenarnya telah terjadi secaraalami dalam kehidupan sehari-hari. Bumi setiap hari menerima energigelombang elektromagnetik dari matahari, dan dibumi energi tersebut berubah menjadi energi panas, energi angin, gelombang laut, prosespertumbuhan berbagai tumbuh-tumbuhan dan banyak proses alam

lainnya. Proses didalam dirimanusia juga merupakan proses konversienergi yang kompleks, dari input energi kimia dalam makanan menjadi energi gerakberupa segalakegiatanfisik

manusia, dan energi yangsangat bernilai yaitu energi pikiran kita.

1.2 BENTUK-BENTUK ENERGI

Telah disampaikan sebelumnya bahwa energi dapat terwujuddalam berbagai bentuk, yaitu energi kimia, energi panas, energi mekanis, energi listrik, energi nuklir, energi gelombang elektromagnetik, energigaya magnit, dan lain-lain. Suatu media pembawa energi dapat

mengandung berbagai bentuk energi tersebut sekaligus, dan jumlahenerginya disebut energi total (E). Dalam analisis thermodinamika sering digunakan energi total setiap satuan masa media (m), yang disebut sebagai energi persatuan masa (e) yaitu,

e= E/m

Berbagai bentuk energi diatas dapat pula dikelompokkan menjadi duabentuk, yaitu energi makroskopik danenergimikroskopik. Energimakroskopik adalah keberadaan energi ditandai dari posisinya terhadap lingkungannya atau terhadap suatu referensi yang ditentukan.

Energi internal meliputi semua jenis energi mikroskopik, yaitu akibat dari struktur dan aktivitas molekul dalam masa yang ditinjau. Struktur molekul adalah jarak antar molekul dan besar gaya tarik antar molekul, sedang aktivitas molekul adalah kecepatan gerak molekul. Energi laten adalah energi yang merubah jarak dan gaya tarik antar molekul, sehingga masa

berubah fase antara fase padat atau cair menjadi gas. Energi sensibel merubah kecepatan gerak molekul, yang ditandai oleh perubahantemperatur dari masa yang ditinjau.

Energi kimia adalah energi internal sebagai akibat dari komposisi kimia suatu zat, yang merupakan energi yang mengikat atom dalam molekulzat tersebut. Perubahan struktur atom menyebabkan perubahan energi pengikat atom dalam molekul, sehingga reaksinya dapat

melepaskan energi (eksothermis)misalnya dalam reaksi pembakaran,atau memerlukan energi (indothermis). Bentuk energi internal lainnyaadalah energi nuklir, yang merupakan energi ikatan antara atom dengan intinya.

1.3SISTEM, PROSES, DAN SIKLUSTHERMODINAMIKA

Suatu sistem thermodinamika adalah suatu masa atau daerahyang dipilih, untuk dijadikan obyek analisis. Daerah sekitar sistem tersebut disebut sebagai lingkungan.

Batas antara sistem dengan lingkungannya disebut batas sistem (boundary). Dalam aplikasinya batas sistem nerupakan bagian dari sistem maupunlingkungannya, dan dapat tetap atau dapat berubah posisi ataubergerak.

Dalam thermodinamika ada dua jenis sistem, yaitu sistem tertutupdan sistem terbuka. Dalam sistem tertutup masa dari sistem yangdianalisis tetap dan tidak ada masa keluar dari sistem atau masuk kedalam sistem, tetapi volumenya bisa berubah. Yang dapatkeluar masuk sistem tertutup adalah energi dalam bentuk panas atau kerja. Contoh sistem tertutup adalah suatu balon udara yang dipanaskan, dimana masa udaradidalam balon tetap, tetapi volumenya berubah, dan energi panasmasuk kedalam masa udara didalam balon.

Dalam sistem terbuka, energi dan masa dapat keluar sistem atau masuk kedalam sistem melewati batas sistem. Sebagian besar mesin-mesin konversi energi adalah sistem terbuka. Sistem mesin motor bakar adalah ruang didalam silinder mesin, dimana campuran bahan bahan bakar dan udara masuk kedalam silinder, dan gas buang keluar sistem melalui knalpot.

•         Berdasarkan sifat interaksi antara sistem dan lingkungan, sistem dibedakan  :

–        Sistem terbuka, antara sistem dan lingkungan masih terjadi pertukaran energi dan materi       ( dq ≠ 0 ; dm ≠ 0)

–        Sistem tertutup; hanya dimungkinkan adanya perpindahan energi antara sistem dan lingkungan (dq ≠ 0 ; dm = 0)

–        Sistem terisolasi / tersekat ; tidakdimungkin-kan adanya perubahan materi atau energi (dq = 0 ; dm = 0)

variabel termodinamika

•         Variabel intensif : variabel termodinamika yg tidak tergantung pada jumlah materi.

E Contoh: Temperatur, tekanan, massa jenis, titik didih, pH, Tegangan muka, Indeks bias, kekentalan, panas spesifik

•         Variabel ekstensif : variabel termodinamika yg tergantung pada jumlah materi.

E Contoh: massa, Volume, Energi Dalam, Entalpi, entropi

proses termodinamika

Proses termodinamika

F Operasi yang menyebabkankeadaansistemberubah

Ada beberapajenis proses termodinamika :

v  Proses Isotermis , dT = 0, tidakadaperubahantemperatursistem

v  Proses Adiabatik, dq = 0, tidakadapertukaranpanasantarasistemdenganlingkungan

v  Proses Isobaris , dP = 0, tekanansistemkonstan

v  Proses Isokoris, dV = 0, tidakadaperubahan volume sistem

v  Proses Siklis, dU = 0, dH = 0, Sistemmelakukanbeberapa proses yang berbedatetapiakhirnyakembalipadakeadaansemula

v  Proses reversibel (Proses dapatbalik )  : suatu proses yang berlangsungsedemikianhinggasetiapbagian yang mengalamiperubahandikembalikanpadakeadaansemulatanpamenyebabkansuatuperubahan  lain.

v  Proses irreversibel (proses takdapatbalik) : proses yang berlangsungdalamsatutahap, arahnyatakdapatdibalikkecualidengantambahanenergiluar

Fungsi keadaan dan Fungsi proses

•  Suatuvariabeltermodinamikadikatakansebagaifungsikeadaanjikahanyatergantungpadakeadaanawaldanakhirsaja, tidaktergantungpadajalannya proses.

Contoh :entalpi (H), energidalam (U)

• Suatuvariabeltermodinamikadikatakansebagaifungsiproses  jikabesarnyatergantungpadajalannya proses.

contoh :kerja (w) danKalor (q)

•         Suatuvariabeltermodinamikadapatdibuktikansebagaifungsikeadaanjikadifferensialnyabersifateksak. Sehinggajikadifferensialnyatidakeksakmakavariabeltersebutmerupakanfungsi proses.