TERMODINAMIKA
Beli
Riyadi :1111090087 Mutiara Indah Sari : 11110900
Erina
Septiana :1111090089 Ridwan :
11110900
Erda
Sevita Sari : 11110900 Septa
Handayani : 1111090078
Fitri Anggi M : 1111090094 Ulyanti Suraimah H: 1111090068
04 NOVEMBER
2013
ABSTRAK
Dalam
dunia modern ini perkembangan pesat tidak bisa dihindari sehingga semakin
menunjukkan arah keterhubungan antara satu cabang dengan cabang lainnya dalam
ilmu fisika. Hal ini terjadi juga antara topik bahasan termodinamika dengan
cabang fisika lainnya yaitu fisika statistik. Termodinamika harus dikuasai
secara baik secara totalitas apalagi dalam pengertian, tujuan, dan macam-macam
pendekatannya.
Kata kunci: Fisika
_ Statistik _ Fisika Statistik _ Termodinamika _ Pendekatan Termodinamika
PENDAHULUAN
A. Latar
Belakang
Dengan melihat
nama ”Fisika Statistik”, kita dapat mengamati bahwa ada dua komponen yang
penting yaitu ”fisika” yang berkaitan dengan dinamika atom atau molekul, pada
khususnya dengan energi dan ”statistik” yang berhubungan dengan konsep peluang
atau probabilitas. Kita tidak mungkin bisa mengetahui dinamika atau energi satu
molekul tertentu, yang kita bisa lakukan adalah mengetahui peluang atau
probabilitas suatu molekul memiliki energi tertentu. Konsep penentuan
probabilitas dari energi molekul-molekul yang mendasari fisika statistik.
Setelah mengetahui probabilitasnya, nilai rata-rata sistem merupakan nilai
variabel-variabel termodinamika. Aliran konsep penting dalam fisika statistik
ditunjukkan pada Gambar 1.1
|
|
 |
Hubungan antara
sifat-sifat termodinamika suatu sistem akan dijelaskan dan diinterpretasikan
oleh fisika statistik yang menyediakan teori atom atau molekul. Dengan kata
lain, persamaan-persamaan termodinamika bisa diturunkan dari fisika statistik
dengan mempertimbangkan dinamika mikroskopik.
Oleh sebab itu,
berdasarkan pemaparan diatas sebelum memasuki dunia fisika statistik maka harus
dikuasai terlebih dahulu tentang termodinamika sehingga kami tertarik untuk membuat
jurnal termodinamika ini.
B. Rumusan Masalah
Ø Apa pengertian Termodinamika?
Ø Apa tujuan Termodinamika?
Ø Apa macam-macam pendekatan
termodinamika serta komponen-komponennya?
C. Metode
Metode yang kami gunakan adalah metode Studi Kepustakaan,
Studi Kepustakaan yaitu mengadakan penelitian dengan cara mempelajari dan
membaca literatur-literatur yang ada hubungannya dengan permasalahan yang
menjadi obyek penelitian.
Adapun buku yang digunakan dalam metode studi pustaka
adalah:
Ø Termodinamika Tehnik edisi 4 oleh J michael
Moran
Ø Fisika Universitas edisi 10 oleh Hugh D
Young dan Rogert A Frieedman
Ø Konsep-konsep Inti jilid 2 edisi 3 oleh
Raimond Chang
Ø Prinsip-prinsip Kimia Modern oleh David
W Oxtobi, H P Gails
PEMBAHASAN
A.
Pengertian
Termodinamika
Termodinamika
adalah satu cabang fisika
teoritik yang berkaitan dengan hukum-hukum pergerakan panas,dan perubahan
dari panas menjadi bentuk-bentuk energi yang lain.Istilah ini diturunkan
dari bahasa yunani Therme (panas) dan dynamis (gaya).Cabang ilmu ini
berdasarkan pada dua prinsip dasar yang aslinya diturunkan dari eksperimen,tapi
kinidianggapsebagaiaksiom.
Prinsip
pertama adalah hukum kekekalan
energi,yang mengambil bentuk hukum kesetaraan panas dan kerja.Prinsip yang
kedua menyatakan bahwa panas itu sendiri tidak dapat mengalir dari benda
yang lebih dingin ke benda yang lebih panas tanpa adanya perubahan dikedua
benda tersebut.
B.
Tujuan termodinamika
Tujuan termodinamika adalah mencari hubungan umum antara
koordinat termodinamik yang taat asas dengan hukum pokok termodinamika.
Secara umum Termodinamika dapat dimanfaatkan untuk:
1. Menjelaskan kerja beberapa sistem termodinamis.
2. Menjelaskan mengapa suatu sistem termodinamis
tidak bekerja sesuai dengan yang diharapkan.
3. Menjelaskan mengapa suatu sistem termodinamis
sama sekali tidak mungkin dapat bekerja.
4. Landasan teoritis para Insinyur perencana dalam mendisain suatu
sistem termodinamis; misalnya: motor bakar, pompa termal, motor roket, pusat
pembangkit tenaga listrik, turbin gas, mesin pendingin, kabel transmisi
superkonduktor, LASER daya tinggi, dan mesin pemanas surya.
Termodinamika memusatkan
perhatiannya pada faham mengenai:
1. Ketetapan energi.
2. Ketetapan
entropi, dalam arti, proses yang menghasilkan entropi mungkin dapat terjadi,
namun proses yang menghapuskan entropi mustahil terjadi.
3. Entropi yang dapat digunakan untuk menentukan jumlah daya berguna
maksimum yang dapat diperoleh dari berbagai sumber energi untuk melakukan.
Ø Cabang-cabang Termodinamika
a) Termodinamika
Klassik:
Pandangan transfer energi dan kerja dalam sistem
makroskopis, tanpa, memperhatikan interaksi dan gaya antar individual partikel
(mikroskopik).
b)
Termodinamika
Statistik
Melihat prilaku secara mikroskopik,
menjelaskan hubungan energi berdasarkan
sifat-sifat statistik dari sejumlah besar atom/molekul dan bergantung pada implikasi Mekanika Kuantum.
c)
Termodinamika
Kimia
Fokus
pada transfer energi dalam reaksi Kimia dan kerja pada sistem Kimia.
d) Termodinamika Teknik
Pemanfaatan Termodinamika pada beberapa
mesin pan dan proses- proses yang menyangkut transfer energi. Stasiun
tenaga nuklir, sistem pemercepat roket. Pada kenyataannya, sains Termodinamika
mulai berkembang pada awal abad ke-19 untuk memperbaiki efisiensi mesin uap.
Pendekatan
Termodinamika
- Makroskopik
- Mikroskopik
- Statistik
a.
Makroskopik
Uraian suatu sistem dengan
menggunakan beberapa sifat yang dapat diukur sebagai koordinat makroskopik
misalnya:
Ø Komposisi
Ø Volume sistem
Ø Tekanan gas
Ø Temperatur
Ciri Khas Koordinat
Makroskopik
Ø Koordinat ini tidak menyangkut pengandaian khusus
mengenai struktur materi.
Ø Jumlah koordinatnya sedikit
Ø Koordinat ini dipilih melalui daya terima indera
kita scara langsung.
Ø Pada umumnya koordinat ini dapat diukur secara
langsung .Pendekatan
ini digunakan dalam termodinamika klasik.
b.
Mikroskopik
Untuk menentukan kedudukan
satu molekul gas misalnya dalam 3 koordinat, demikian pula kecepatannya.
Ciri khas mikroskopik yaitu:
Ø Terdapat pengandaian secara struktur materi,
yaitu molekul dianggap ada.
Ø Banyak kuantitas yang harus diperinci
Ø Kuantitas yang diperinci tidak berdasarkan
penerimaan indera kita
Ø Kuantitas ini tidak bisa diukur.
Kedua pandangan di atas terdapat hubungan, walaupun
sepintas kelihatan sangat berbeda.
contoh : kuantitas mikroskopik tekanan adalah perubahan momentum
rata-rata yang ditimbulkan oleh tumbukan molekular pada bidang yang luasnya
satu satuan.
Tekanan dirasakan oleh indera kita, dialami, diukur dan dipakal lama sebelum fisikawan mempunyai alasan untuk percaya adanya
dampak molekular. Jika teori molekular diubah konsep
tekanan tetap bertahan dan akan tetap berarti sama untuk setiap
orang yang normal (teori) .
c.
Statistik
Didasarkan
pada statistika dan teori probabilitas, misal mencari rata-rata semua molekul,
kecepatannya. Digunakan pada :
Ø Teori
kinetik gas
Ø Mekanika
statistik dan
Ø Termodinamika
statistik
— Koordinat mekanis
Sebagai contohnya yaitu Benda tegar
Pandangan
makroskopik bahwa hanya aspek eksternal dan benda tegar yang perlu ditinjau.
Kedudukan pusat massa diperinci terhadap sumbu koordinat pada waktu tertentu.
Kedudukan dan waktu serta kombinasi keduanya, misalnya kecepatan, membentuk
beberapa kuantitas makroskopik yang dipakai dalam mekanika dan disebut koordinat
mekanis. Koordinat mekanis dipakal untuk menentukan energi potensial dan
kinetik benda-tegar terhadap sumbu koordinat, yaitu energm kinetik dan
potensial benda secara keseluruhan.
Kedua
jenis energi ini merupakan energi eksternal atau energi mekanis benda
tegar. Tujuan mekanika adalah menentukan hubungan antara koordinat kedudukan
dan waktu, yang taat asas dengan hukum gerak Newton.
— Koordinat Termodinamika
Dalam
termodinamika, perhatian ditujukan pada bagian dalam suatu sistem. Pandangan makroskopik
digunakan dan tekanan diletakkan pada kuantitas makroskopik yang berkaitan
dengan keadaan internal sistem disebut koordinat termodinamik. Koordinat
seperti ini menentukan energi internal suatu sistem.
— Sistem,
Proses, Siklus Termodinamika
Dalam sistem ada
beberapa komponen sistem yaitu
1. Sistem Bagian
yang dipisahkan (dalam pikiran) yang merupakan pusat perhatian.
Contoh : Es
terapung di atas air maka es disebut sistem.
2. Lingkungan
segala sesuatu di luar sistem yang
mempengaruhi kelakuan sistem secara langsung.
Dalam thermodinamika ada dua jenis sistem, yaitu
sistem tertutup dan sistem terbuka. Dalam sistem tertutup masa dari sistem yang
dianalisis tetap dan tidak ada masa keluar dari sistem atau masuk ke dalam
sistem, tetapi volumenya bisa berubah.
Yang dapat keluar masuk sistem tertutup adalah energi
dalam bentuk panas atau kerja. Contoh sistem tertutup adalah suatu balon udara
yang dipanaskan, dimana masa udara didalam balon tetap, tetapi volumenya
berubah, dan energi panas masuk ke dalam masa udara di dalam 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.
Karakteristik yang menentukan sifat dari sistem disebut property dari
sistem, seperti tekanan, temperatur, volume , masa, viskositas, konduksi panas,
dan lain-lain. Selain itu ada juga property yang didefinisikan dari property
yang lainnya seperti, berat jenis, volume spesifik, panas jenis, dan
lain-lain.
Suatu sistem yang tidak mengalami perubahan keadaan disebut sistem dalam
keadaan seimbang (equilibrium).
— Proses
Perubahan sistem thermodinamika dari keadaan seimbang satu menjadi
keadaan seimbang lain disebut proses.
Proses thermidinamika biasanya digambarkan dalam sistem koordinat dua.
— Siklus
Siklus apabila sistem tersebut
menjalani rangkaian beberapa proses, dengan keadaan akhir sistem kembali ke keadaan
awalnya.
— Keseimbangan Termodinamika
Terpenuhi apabila terjadi tiga keseimbangan sekaligus:
a.
Keseimbangan
Termal : setelah semua suhu sama pada setiap titik.
b.
Keseimbangan Mekanik : setelah tidak ada lagi
gerakan, ekspansi atau kontraksi
c.
Keseimbangan
Kimia : setelah semua reaksi kimia berlangsung
— Besaran
ekstensif dan intensif
Besaran sistem termodinamika ada dua yaitu: Besaran
ekstensif, besaran sistem yang dipengaruhi oleh massa atau mole sistem. misal :
volume, kapasitas panas, energi, entropi
Besaran intensif, besaran
sistem yang tidak dipengaruhi oleh massa atau mole sistem. Misal : Tekanan,
temperatur, kerapatan Besaran ekstensif bila dibagi dengan massa atau jumlah
mol sistem besaran intensif disebut nilai jenis.
Misal volume jenis (v), v =
V/m
Volume jenis molar (v*), v*
= V/n
n=jumlah mol sistem (kg-mol)
Lambang Huruf besar berarti
besaran ekstensif kecuali suhu/temperatur.
— Tekanan
Gaya tegak lurus
pada permukaan zat dibagi luas permukaannya atau
gaya tekan suatu fluida (cair atau gas) pada satu satuan unit luas area. Tekanan di dalam medium kontinu
disebut tekanan hidrostatik. Tekanan memiliki satuan bar =105 Pa = 106 dyne/cm2 = 1 atm
1 Torr = 1 mmHg = 133,3 N m-2
— Temperatur/T
Pengertian awam: temperatur merupakan sensasi indra
kita terhadap panas-dinginnya (hotness and coldness) suatu benda. Secara
saintifik pengukuran besaran ini harus dapat dikuantifikasi (berupa angka
numerik), bukan hanya direka dengan perasaan. Perlu alat ukur berupa termometer.
Energi dalam termodinamika Energi per-satuan masa. Energi makroskopik adalah keberadaan energi
ditandai dari posisinya terhadap lingkungannya atau terhadap suatu referensi
yang ditentukan. Contoh energi kinetik dan energi potensial. Energi mikroskopik. Ditentukan oleh
struktur internal dari zat pembawa energi sendiri dan tidak tergantung kepada
lingkungannnya, yaitu struktur dan gerakan molekul zat tersebut. Energi
mikroskopik ini disebut sebagai energi internal. Energi laten adalah energi
yang merubah jarak dan gaya tarik antar molekul, sehingga masa berubah fase
antara fase padat atau cair menjadi gas .
MATEMATIKA
TERMODINAMIKA
Termodinamika memusatkan perhatiannya pada
delapan besaran termodinamis atau koordinat sistem yang terangkum dalam
kalimat:
“Good Physicists Have Study Under Very Fine Teachers”.
- Good dengan huruf awal G,
adalah lambang dari energi bebas Gibbs.
- Physicists dengan huruf awal p,
adalah lambang dari tekanan.
- Have dengan huruf awal H,
adalah lambang dari entalpi sistem.
- Study dengan huruf awal S,
adalah lambang dari entropi sistem.
- Under dengan huruf awal U,
adalah lambang dari energi-dalam sistem.
- Very dengan huruf awal V,
adalah lambang volume sistem.
- Fine dengan huruf awal F,
adalah lambang dari energi bebas Helmholtz.
- Teachers dengan huruf awal T,
adalah lambang dari temperatur sistem.
Delapan koordinat sistem ini merupakan besaran-besaran
makroskopis yang melukiskan keadaan kesetimbangan sistem. Oleh karena itu,
koordinat sistem sering disebut sebagai variabel keadaan sistem.
Contoh: Suatu sistem termodinamis terdiri atas N partikel gas. Dalam
Termodinamika besaran makroskopis yang menggambarkan sistem ini adalah tekanan
gas (p), volume gas (V), dan temperatur gas (T). Ketiga
besaran ini dapat diamati dan diukur secara langsung. Misalnya, tekanan gas
diukur dengan menggunakan barometer atau manometer. Volume gas diukur dengan
menggunakan piknometer, dan temperatur gas dapat diukur dengan termometer.
Eksperimen menunjukkan, bahwa
tekanan gas (p), volume gas (V), dan temperatur gas (T)
mempunyai kaitan tertentu. Artinya, gas dapat diberi harga volume tertentu.
Misalnya 2 liter, kemudian gas dipanaskan sampai temperatur tertentu, misalnya
75oC, ternyata tekanan gas sudah mempunyai harga yang pasti. Secara matematis,
antara p, V, dan T mempunyai hubungan fungsional: f (p, V, T)
= 0.
Dari hubungan empiris ini dapat dibuat ramalan-ramalan
tertentu. Misalnya mengenai: koefisien muai gas,kapasitas kalor gas,
energi-dalam gas, dan koordinat sistem lainnya. Variabel keadaan gas dapat
dilukiskan dalam bentuk:
Implisit, f (p, V, T) = 0 menyatakan bahwa :
1. Variabel p, V, dan T ada hubungan
tertentu. Oleh karena itu, hanya dua variabel di antara ketiga variabel
bersifat bebas, sedangkan variabel yang ketiga merupakan variabel tak bebas
atau terikat
2. eksplisit,
a) p = p (V, T)
menyatakan bahwa: variabel V dan T merupakan variabel bebas dan
variabel p merupakan variabel terikat,
b) V = V (p, T)
c) T = T (p, V)
Perhatikan fungsi x = x (y, z).
Andaikan fungsi ini benar-benar ada, artinya “x is an existing
function of y and z”,
Maka nilai x dapat berubah karena y berubah tetapi z tidak,
atau z berubah tetapi y tidak, atau y dan z keduanya berubah.
Contoh : 
Perubahan-perubahan ini secara matematis dapat
dinyatakan dalam bentuk diferensial total, diferensial parsial, diferensial
eksak. Diferensial total, diferensial parsial, diferensial eksak. Diferensial
total dari x adalah dx yang nilainya sama dengan perubahan x karena y berubah
ditambah dengan perubahan x karena z berubah.
Secara matematis dapat dinyatakan:
dy disebut sebagai perubahan y dan dz disebut sebagai perubahan z.
 |
 |
merupakan
perubahan x karena y berubah, sedangkan z tidak berubah.
perubahan x karena z berubah,
sedangkan y tidak berubah
dinamai diferensial
parsial x ke y dengan z tetap yang biasa ditulis sebagai M (yz) :
 |
Dinamai diferensial parsial x
ke z dengan y tetap yang biasa ditulis sebagai N (yz) :
dy disebut sebagai perubahan y dan dz disebut sebagai perubahan z.
Diferensial eksak
Jika fungsi x = x (y, z) merupakan fungsi yang benar-benar ada dan dapat
didiferensialkan dengan baik (differensiable), maka urutan pendiferensialan
(diferensiasi) tidak menjadi masalah. Artinya,
 |
 |
||
jika maka
 |
|||
 |
|||
karena maka
 |
hubungan ini dikenal sebagai
syarat Euler. Diferensial total suatu fungsi yang nyata ada yang memenuhi syarat euler dinamakan diferensial
eksak.
Jika fungsi x = x (y, z),
Fungsi ini dapat dilihat
sebagai fungsi y = y (x, z)
Jika dy disubstitusikan ke dx
di atas diperoleh:
 |
atau
Jika fungsi x = x (y, z)=0
maka:
 |
 |
||||
 |
|||||
Dalil rantai atau aturan
rantai atau “chine rule”.
 |
|||
 |
|||
Variable bebas X dan Z berarti boleh diberi
nilai berapapun. Jika dz = 0 dan dx ≠ 0 maka ruas
kanan menjadi 0 maka:
 |
|
|
 |
||||||||||
 |
 |
|||||||||
 |
||||||||||
 |
||||||||||
 |
||||||||||
 |
||||||||||
Penutup
A.
Kesimpulan
Dari
uraian diatas maka dapat disimpulkan bahwa,
Ø Termodinamika
adalah satu cabang fisika
teoritik yang berkaitan dengan hukum-hukum pergerakan panas,dan perubahan
dari panas menjadi bentuk-bentuk energi yang lain.
Ø Tujuan termodinamika adalah mencari hubungan umum antara
koordinat termodinamik yang taat asas dengan hukum pokok termodinamika.
Ø Termodinamika memusatkan perhatiannya pada
faham mengenai:
1. ketetapan energi.
2. ketetapan
entropi
3. entropi
yang dapat digunakan untukmenentukan jumlah daya berguna maksimum yang dapat
diperoleh dari berbagai sumber energi untuk melakukan kerja.
Ø Cabang-cabang Termodinamika ada 4 yaitu:
1. Termodinamika Klassik
2. Termodinamika Statistik
3. Termodinamika Kimia
4. Termodinamika Teknik
Ø Pendekatan
Termodinamika terdiri dari 3 macam yaitu:
a. Makroskopik
b. Mikroskopik
c. Statistik
Ø Keseimbangan Termodinamika terpenuhi apabila
terjadi tiga keseimbangan sekaligus yaitu:
1. Keseimbangan Termal yaitu: setelah semua suhu
sama pada setiap titik.
2. Keseimbangan Mekanik yaitu: setelah tidak ada
lagi gerakan, ekspansi atau kontraksi
3. Keseimbangan Kimia yaitu setelah semua reaksi
kimia berlangsung.
Ø Besaran
sistem termodinamika ada dua yaitu
1. Besaran
ekstensif
2. Besaran
intensif
B. Saran
Berdasarkan apa yang kami bahas maka kami menyarankan
agar pembaca tertarik selanjutnya membahas secara spesifik bagaimana hubungan
antara thermodinamika dengan fisika statistik.
DAFTAR PUSTAKA
Tidak ada komentar:
Posting Komentar