THERMODINAMIKA

PENULIS : THEMODINAMIKA : FACEBOOK : MULTISERVIS

Aeolopile-Teknologi konversi tenaga uap pertama didunia (1 AD)

Definisi

Termodinamika adalah ilmu pengetahuan tentang energi.  Istilah thermodinamika (dalam bahasa inggris ditulis Thermodynamics) berasal dari bahasa Yunani dari kata Therme (panas) dan dynamis (daya), yang menggambarkan tentang berbagai upaya manusia pada masa awal pengembangan ilmu ini untuk mengubah panas menjadi daya. Saat ini, istilah termodinamika mencakup semua aspek tentang energi dan trasformasi energi, yang meliputi produksi daya, pendinginan dan hubungan antar properties dari suatu zat.Zat murni adalah zat-zat yang memiliki komposisi kimia yang tetap dan seragam di seluruh bagiannya seperti  air, udara, nitrogen dan karbondioksida.  Zat yang tidak memiliki komposisi kimia yang seragam seperti pada campuran minyak dan air bukan merupakan zat murni.

Zat murni

Zat-zat dapat dapat memiliki beberapa jenis fasa seperti padatan, cairan atau gas tergantung kondisi dari zat tersebut. Sebagai contoh, pada suhu dan tekanan ruangan, air akan berada dalam fasa cair, nitrogen pada fasa gas sementara aluminium berada pada fasa padat.

Namun demikian, terdapat suatu situasi dimana ada dua fasa dari zat murni terjadi pada keadaan setimbang. Sebagai contoh, air berwujud sabagai campuran (mixture) fasa cair dan fasa uap didalam boiler dan kondenser di suatu pembangkit tenaga uap. Demikian pula, Refrigerant berubah dari wujud cair menjadi gas pada freezer kulkas.

Dalam bahasan kita, akan digunakan air sebagai contoh untuk menggambarkan prinsip-prinsip dasar yang terjadi pada zat-zat murni dalam berbagai kondisi beserta sifat-sifat zat yang menyertainya

Suhu temperatur

Suhu adalah ukuran yang dipakai untuk menyatakan derajat panas dari suatu sistem. Untuk mengukur suhu, digunakan alat ukur yang disebut termometer.  Suhu dapat diukur karena beberapa properti dari suatu zat akan berubah akibat terjadinya perubahan suhu pada zat tersebut secara berulang dan dalam arah yang dapat diramalkan. Sebagai contoh, pada suhu 100 derajat celcius air selalu akan mendidih apabila tekanan lingkungannya 1 atm dan ia akan membeku pada suhu 0 derajat celcius.

Karena sifat zat yang berubah seiring dengan berubahnya suhu ini, maka dapat dibuat alat untuk mengukur suhu dengan membandingkan properti suatu zat standar terhadap suhu zat yang hendak diukur. Ini merupakan implementasi dari hukum thermodinaka ke o (zeroth law of thermodynamics) yang berbunyi :

” Jika dua benda berada dalam kesetimbangan thermal dengan benda ketiga, maka ketiga-tiganya sama-sama berada dalam kesetimbangan thermal“.

Hukum tersebut mengandung artian, bahwa dua buah benda berada dalam kesetimbangan thermal jika keduanya memiliki suhu yang sama, walaupun keduanya tidak saling bersentuhan.

Skala yang digunakan untuk mengukur suhu dalam sistem SI adalah skala Celcius (dulu dinamai Centigrade) sementara untuk sistem Inggris digunakan skala Fahrenheit. Pada skala Celcius, titik beku dan titik didih ditandai dengan anka 0 dan 100, sementara pada skala Fahrenheit ditandai dengan angka 32 dan 212.

 Di dalam ilmu Thermodinamika, skala suhu yang digunakan haruslah bersifat independen terhadap properti dari sembarang zat, skala ini disebut dengan skala suhu thermodinamis.

Skala suhu thermodinamis dalam sistem SI adalah skala Kelvin yang disingkat K (tidak pakai tanda derajat). Sementara dalam sistem Inggris digunakan skala Rankine. Ingatlah, bahwa untuk mata kuliah Thermodinamika, semua perhitungan dilakukan dengan skala thermodinamis.  Untuk itu, perlu diingat hubungan persamaan berikut:

Sementara hubungan persamaan untuk kedua sistem persamaan adalah sebagai berikut

Kategor

Ketika kita membahas tentang suatu proses thermodinamika, misalnya pada proses pemanasan air, pasti kita ingin mengetahui, berapa suhu air sebelum dipanaskan, berapa tekanan pada bejana air, berapa massa air yang dipanaskan dan sebagainya. Sebenarnya yang kita tanyakan tersebut adalah property dari sistem yang tengah dikaji.

Property sistem merupakan karakteristik yang melekat pada suatu sistem seperti suhu (T), tekanan (P), volume (V) dan massa (m).   Bila diperluas lagi, property ini meliputi hal-hal yang agak jarang kita dengar seperti viskositas, konduktivitas panas, modulus elastisitas, koefisien pengembangan, resistivitas listrik atau bahkan kecepatan dan elevasi dari sistem.

Property dikategorikan menjadi dua bagian yakni ekstensif property yakni property yang nilainya bergantung pada ukuran sistem, seperti massa dan volume. Sebagai contoh, bila sistem kita bagi dua, maka massa masing-masing subsistem akan menjadi setengah dari ukuran sistem keseluruhan. Demikian pula volumenya.

Lain halnya dengan suhu, tekanan dan massa jenis. Walaupun sistem kita bagi dua, tetapi suhu, tekanan dan massa jenis sistem tersebut pasti akan tetap sama. Property yang tidak bergantung pada ukuran sistem ini disebut dengan intesif property.

Tidak semua property bersifat independent, sebagai contoh adalah densitas. Densitas didefinisikan sebagai massa persatuan volume. Demikian pula dengan volume jenis atau spesific volume yang didefinisikan sebagai volume persatuan massa. Contoh lain adalah spesific gravity atau densitas relatif, yakni perbandingan antara densitas dari suatu substansi terhadap densitas substansi standar pada suhu tertentu.

Kategori:

Thermodinamika

Tag:

densitas, ekstensif, intensif, property, spesific volume, Termodinamika, Thermodinamika

Sistem Termodinamika

Agustus 14, 2011Nurul Iman SupardiTinggalkan komentar

Sistem Termodinamika di definisikan sebagai zat atau suatu bidang didalam suatu ruang yang dipilih untuk dikaji. Massa atau bidang diluar sistem disebut dengan sekeliling (surrounding). Sementara permukaan real ataupun imajiner yang memisahkan sistem dengan sekelilingnya disebut dengan batas sistem (boundary).

Sistem thermodinamika terbagi menjadi dua jenis yakni sistem tertutup dan sistem terbuka.

Sistem Tertutup - Energi dapat keluar masuk sistem, namun massa tidak

1.    Sistem tertutup (closed system). Sistem tertutup terdiri atas suatu jumlah massa yang tertentu dimana massa ini tidak dapat melintasi lapis batas sistem. Tetapi, energi baik dalam bentuk panas (heat) maupun usaha (work) dapat melintasi lapis batas sistem tersebut. Dalam sistem tertutup, meskipun masssa 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.

Sebagaimana gambar sistem tertutup disamping, apabila panas diberikan kepada sistem (Qin), maka akan terjadi pengembangan pada zat yang berada didalam sistem. Pengembangan ini akan menyebabkan piston akan terdorong ke atas (terjadi Wout).

Karena sistem ini tidak mengizinkan adanya keluar masuk massa kedalam sistem (massa selalu konstan) maka sistem ini disebut juga dengan control mass.

Sistem Terbuka - Energi dan Massa dapat keluar masuk sistem, volume selalu tetap

2.  Sistem Terbuka (Open System). Sistem terbuka meliputi peralatan yang melibatkan adanya aliran massa kedalam atau keluar sistem seperti pada kompresor, turbin atau nozel. Pada sistem terbuka ini, baik massa maupun energi dapat melintasi batas sistem. Dengan demikian pada sistem ini, volume dari sistem tidak berubah, sehingga disebut juga dengan control volume. 

Perjanjian yang kita gunakan untuk menganalisis sistem adalah :

• Untuk Panas (Q) bernilai positif bila diberikan kepada sistem, dan bernilai negatif bila keluar dari sistem
• Untuk Usaha  bernilai positif apabila keluar dari sistem dan bernilai negatif bila diberikan (masuk) kedalam sistem.

Yang menjadi catatan penting adalah, persamaan thermodinamika yang akan diterapkan pada sistem terbuka dan tertutup adalah berbeda. Oleh sebab itu, sangat penting untuk mengetahui, apakah sistem yang dikaji merupakan sistem terbuka atau sistem tertutup.

Kategori:

Home