BAB I PENDAHULUAN. A. Latar belakang

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN A. Latar belakang Pengertian fisika dasar sangat diperlukan dalam rangka membangun konsep pemahaman penggunaan fisika dalam kehidupan sehari-hari. Fisika merupakan fondasi dari ilmu alam maka sudah sewajarnya para ilmuan, peneliti dan mahasiswa menjadikan fisika sebagai ilmu yang wajib untuk dipelajari. Aspek penting dalam pembahasan energi adalah hukum termodinamika. Termodinamika merupakan cabang fisika yang mempelajari tentang temperatur, panas dan pertukaran energi. Untuk dapat memahami teori termodinamika dengan baik, diperlukan pemahaman tentang prinsip, sifat, hukum termodinamika dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. Gas dan uap secara alami barkaitan dengan pangan dan sistem pengolahan pangan. Diantaranya adalah penggunaan uap air sebagai media pemanasan, dimana diperlukan pengetahuan tentang sifat-sifat gas tersebut. Demikian juga dalam proses evaporasi atau penguapan air dari bahan pangan akan terjadi perubahan fase dari air menjadi uap, dimana sifat sifat dari fase cair dan fase uap akan berbeda. Demikian juga dengan gas yang terlarut dalam bahan pangan, seperti oksigen dan uap mempengaruhi umur simpan produk. Prinsip-prinsip sifat gas ini sangat penting diketahui dalam perhitungan-perhitungan termodinamika. Pada mulanya termodinamika merupakan ilmu pengetahuan yang merangkaikan kalor dengan usaha mekanik. Tetapi ilmu ini makin berkembang meraih bidang-bidang di luar mekanik. Pada tahap perkembangan sekarang, termodinamika mempunyai penerapan praktis dalam semua bidang IPA dan teknologi, seperti halnya dalam berbagai aspek kehidupan sehari-hari, dan hubungannya dengan cuaca sampai memasak. Dalam termodinamika kita akan sering mendengar istilah sistem dan lingkungan. Sistem merupakan kumpulan benda-benda yang dapat diperhatikan sedangkan semua yang ada disekitar benda disebut dengan lingkungan.

2 Pada pembelajaran termodinamika kita mengenal empat hukum yang menjadi landasan termodinamika yaitu Hukum 0 Termodinamika, Hukum 1 Termodinamika, Hukum 2 Termodinamika dan Hukum 3 termodinamika. Termodinamika merupakan ilmu yang mempelajari tentang perpindahan kalor. Panas kalor bergerak dari tempat bersuhu tinggi ke tempat bersuhu rendah seperti halnya dengan air. Ketika terdapat dua benda yang bersuhu berbeda dan dicampurkan maka perpindahan ini akan terus terjadi sehingga tercapainya suhu seimbang. Dengan perpindahan kalor ini kita dapat mempelajari tentang perpindahan kalor dengan cara konduksi, konveksi, radiasi dan evaporasi B. Rumusan Masalah 1. Apa yang dimaksud dengan termodinamika? 2. Apa yang dimaksud dari masing-masing hukum termodinamika? 3. Bagaimana perpindahan kalor dalam termodinamika? 4. Bagaimana aplikasi penggunaan termodinamika dalam kehidupan sehari-hari? C. Tujuan Penyusun makalah yang berjudul Termodinamika ini bertujuan sebagai berikut: 1. Menjelaskan pengertian dari termodinamika 2. Mendeskripsikan penegrtian dari masing-masing hukum termodinamika 3. Menjelaskan tentang perpindahan kalor 4. Menjelaskan kegunaan dan aplikasi pemakaian teori termodinamikadalam kehidupan sehari-hari D. Manfaat Manfaat dari penyusunan makalah ini: 1. Mengerti pengertian dari termodinamika 2. Memperjelas pengetahuan tentang hukum-hukum termodinamika 3. Memahami tentang perpindahan kalor 4. Mempermudah pengenalan terhadap prinsip-prinsip termodinamikadengan menghubungkannya dalam kehidupan sehari-hari BAB II PEMBAHASAN A. Pengertian Termodinamika

3 Termodinamika berasal dari bahasa Yunani yaituthermos= panas dan dynamic= perubahan dan dapat kita amabil kesimpulan bahwa termodinamika merupakan cabang fisika yang mempelajari temperatur, panas, dan pertukaran energi. Termodinamika berhubungan dekat dengam mekanika statistik dimana banyak hubungan termodinamika berasal. Termodinamika merpakan cabang ilmu yang mempelajari tentang energi. Membahas kaitan antara energi panas dan kerja yang dihasilkan dari energi tersebut. Sebagaimana kita ketahui di alam ini energi terdiri dari berbagai macam bentuk selain energi panas ada energi kimia, kinetik, potensial, nuklir, listrik dan masih banyak lagi. Energi itu dapat berubah menjadi bentuk lain yang terjadi secara alami ataupun melalui rekayasa teknologi. Selain itu energi juga tidak dapat diciptakan dan juga dimusnahkan. Pada sistem di mana terjadi proses perubahan wujud atau pertukaran energi. Termodinamika klasik tidak berhubungan dengan kinetika reaksi (kecepatan suatu proses reaksi berlangsung). Karena alasan ini, penggunaan istilah termodinamika biasanya merujuk pada termodinamika setimbang. Dengan hubungan ini, konsep utama dalam termodinamika adalah proses kuastitatik, yang diidealkan. Proses super pelan. Proses termodinamika bergantung waktu dipelajari dalam termodinamika tak setimbang. Dalam termodinamika kita sering mendengar istilah sistem dan lingkungngan, sistem merupakan kumpulan benda-benda yang dapat diperhatikan sedangkan semua yang ada disekitar benda disebut dengan lingkungan. Sistem dapat dibagi menjadi tiga berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi 1. Sistem terisolasi Pada sistem ini tidak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Jika tidak ada energi dalam bentuk kalor yang dapat masuk atau keluar dari sistem,perubahan energi secara keseluruhan dalam sistem dan kandungan kalor adalah nol. Contohnya adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi. 2. Sistem tertutup Pada sistem ini terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup dimana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi

4 pertukaran kerja dengan lingkungan. Apakah suatu sistem terjadi pertukaran panas, kerja atau keduanya biasanya dipertimbangkan sebagai sifat pembatasnya. *pembatas adiabatik : tidak memperbolehkan pertukaran panas *pembatas rigid : tidak memperbolehkan pertukaran kerja 3. Sistem terbuka Sistem dan lingkungan sekitar menjadi bebas berinteraksi dan berganti bentuk energi. Kesetimbangan termodinamika ada jika parameter fisik dari suatu sistem, ( misalnya : suhu, volume, dan tekanan) adalah konstan sepanjang waktu. Kesetimbangan termal ada jika dua sistem berada dalam kontak termaldan terjadi alirankalor diantara keduanya ( temperatur keduanya adalah sama). Termodinamika dibagi menjadi tiga berdasrkan perubahan kandungan kalor. 1. Q=0 Jika tidak terjadi perubahan atau perubahan bersih dalam perubahan kalor 2. Q positif Jika suatu sistem memperoleh energi dalam bentuk kalor maka kandungan kalor meningkat 3. Q negatif Jika suatu sistem melepaskan kalor. Maka didapatlah hubungan : Q=mcΔ T B. Hukum-Hukum Termodinamika Hukum awal (zeroth law) Termodinamika jika ada dua buah benda yang berada dalam satu kesetimbangan termal dengan benda ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dan lainnya Peristiwa kesetimbangan termal dan hukum Termodinamika ke nol ini jika diterapkan dan dilihat dalam kehidupan sehari-harisebenarnya sangat banyak. Salah satu contohnya yang sederhan yaitu pada saat kita mengukur suhu tubuh ketika demam. Misalkan saj ada dua tempat pengambilan data, yaitu di daerah ketiak dan daerah mulut dan sebagai benda ketiga adalah termometer sebagai pengukur suhu.

5 Sebelum dimulai pengambilan data, maka terlebih dahuludiukur suhu awal termometer, misalnya diketahui 35 C, lalu mulai pengambilan data pertama adalah di daerah ketiakatau lipatan tangan ketiak, termometer diletakkan di dalamnya dan dicatat perubahan suhu termometerdalam 3 menit. Setelah diukur ternyata didapatkan data suhu ketiak 38 C. Termometer didinginkan dengan cara dikibaskan agar suhhunya kembaliseperti semula 35 C. setelah suhunya kembali normal, maka diambil data pada daerah kedua yaitu di dalam mulut, sama seperti pengambilan data pertama, letakkkan termometer didalam mulut selama 3 menit, dan ternyata hasilnya juga menunjukan 38C. Maka dari percobaan yang dilalakukan dapat disimpulkan bahwa suhu tubuh keseluruhan (sistem) adalah sebesar 38C. Hukum Pertama Termodinamika perubahan energi total dalam suatu sistem yang tertutup adalah samabesar dengan jumlah besarnya kaloryang ditambahkan ke dalam sistem termodinamikadan usaha yang dilakukan di sistem tersebut Hukum pertama ini menyatakan bahwa energi suatu sisten yang terisolasi adalah konstan. Aliran kalor atau kerja (usaha) yang dialami oleh suatu sistem dapat menyebabkan sistem tersebut memperoleh atau kehilangan energi, tetapi secara keseluruhan energi itu tidak ada yang hilang, energi tersebut hanya mengalami prubahan. Berdasarkan hukum kekekalan energi tersebut, hukum 1 termodinamika dirumuskan sebagai berikut: Untuk seiap proses, apabila kalor Q diberika kepada sistem dan sistem dan sistem melakukan uasaha W, maka selisih energi, Q-W, sama dengan perubahan energi dalam ΔU dari sistem : Perjjanjian untuk ΔU=U Q dan 2 -UW 1 =Q-W sebagai atau berikut: o Jika sistem melakukan Q=ΔU=Wusaha, nilai W bertanda posistif o Jika sistem menerima usaha, nilai W bertanda negatif Salah satu contoh peristiwa hukum pertama termodinamika ini adalah pada bunga esdi kulkas. Jika kulkas disebut sebagai sistem dan panasyang ada diluarnya adalah lingkungan. Adanya perubahan suhu dan tekanan dalam sistem akan menyebabkan hukum termodinamika pertama. Kaolr mengalir dari dalam sistem ke luar sistem (lingkungan). Lalu di dalam kulkasbekerja usaha untuk tetap menyetabilkan keadaan di dalam kulkas. Usaha ini di ubah

6 dalam bentuk yang lain, yaitu membentuk bunga es,sehingga suhu tetap terjagameskipun mesinnya menghasilkan kalor ( mengubah dari energi listrik menjadi kalor yang digunakanuntuk mendinginkan isi kulkas). Jika usahanya tidak diubah maka kulkas akan overheat atau kepanasan dan akan cepat rusak. Hukum Kedua Termodinamika hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukumini menyatakan bahwa total entropidari suatu sistem termodinamika terisolasi cendrung untuk meningkat seiringdengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya. Ingat entropi suatu gas>zat cair>zat padat atau keadaan yang kacau dalam kehidupan sehari-hari yang tidak pernah tampak menurun. Hukum kedua memungkunkan terjadinya hal sebagai berikut: 1. ΔS>0, yang melukiskan proses-proses spontan dan tidak dapat kembali yang terjadi di alam ( misalnya, bola yang mula diam, bergulir menuruni bukit yang curam ke arah pusat gravitasi, sekelompok semut yang menyebar di seluruh tempat. Dalam kasuskasus ini nilai AS positif 2. ΔS=0 yang menyatakan bahwa keadaan yang kacau (disorder) tidak berubah sekarang, tapi akan berubah dengan segera. Prosesproses seperti ini dapat kembali, sebab setiap waktu dapat menjadi spontan dan irrevesible ( misalnya, sebuah bola yang diam pada puncak bukit dan seterusnya akan diam hingga suatu fenomena alam seperti angin ribut atau gempa menyebabkan bola bergulir. Contoh peristiwa yang menggunakan hukum termodinamika kedua yaitu kulkas harus mempunyai pembuang panas di belakangnya, yang suhunya lebih tinggi dari udara sekitar, karena jika tidak maka panas dari kulkas tidak bisa terbuang keluar. Contoh yang lainnya seperti beruang kutub yang tertidur di atas salju, maka salju yang berada di bawah tubuh beruang tersebut akan mencair karena kalor yang dimiliki tubuh beruang terssebut, akan tetapi beruang tidak dapat mengambilkalor dari salju tersebut untuk menghangatkan tubuhnya

7 Hukum Ketiga Termodinamika pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropibenda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol Contoh aplikasi hukum termodinamika ketiga adalah kebanyakan logam bisa menjadi super konduktorpada suhu sangat rendah, karena tidak banyak keacakangerakan kinetik dalam skala molekular yang mengganggu aliran elektron. C. Perpindahan Kalor Kalor merupakan suatu bentuk energi yang berpindah karena adanya perbedaan suhu.satuan Internasional untuk panas adalah Joule. Seperti air yang akan mengalir dari tempat tinggi menuju tempat yang rendah, panas (kalor) juga demikian. Panas (kalor) akan bergerak dari tempat bersuhu tinggi menuju tempat bersuhu lebih rendah.ketika terdapat dua benda dengan suhu yang berbeda dan dicampurkan, misalnya saja air panas dengan air dingin maka keduanya akan menjadi air hangat. Hal ini terjadi karena jika air panas dan air dingin dicampurkan maka akan terjadi perpindahan kalor dari air panas menuju air dingin, perpindahan ini akan terus terjadi hingga tercapainya suhu seimbang yakni posisi dimana air menjadi hangat. Perpindahan kalor dapat terjadi melalui empat cara, yaitu konduksi, konveksi, radiasi dan evaporasi. Berikut penjelasan perpindahan kalor 1. Konduksi Pada konduksi perpindahan energi panas tidak di ikuti dengan perpindahan partikelnya. Misalnya saja anda menaruh batang besi membara ke batang besi lain yang dingin. Anda tidak akan melihat besi membara itu bergerak namun tiba-tiba besi yang semula dingin akan menjadi panas. Atau dengan contoh yang lebih simpel, yakni satu logam panjang yang dipanaskan. Satu ujung logam panjang yang di beri nama A dipanaskan maka beberapa saat kemudian ujung yang lain (kita sebut ujung B) juga akan ikut panas. Pemanfaatan Konduksi dalam kehidupan sehari-hari sendiri bisa dengan mudah kita temukan, misalnya saja saat memasak air maka kalor berpindah dari api (kompor) menuju panci dan membuat air mendidih. 2. Konveksi

8 Merupakan perpindahan kalor dengan diikuti oleh perpindahan partikelnya.merupakan perpindahan kalor (panas) yang disertai dengan berpindahnya zat perantara. Konveksi sebenarnya mirip dengan Induksi, hanya saja jika Induksi adalah perpindahan kalor tanpa disertai zat perantara sedangkan konveksi merupakan perpindahan kalor yang di ikuti zat perantara. Contoh konveksi dalam kehidupan sehari-hari dapat anda lihat pada proses pemasakan air, apakah anda tau apa yang terjadi saat air dimasak? Saat air dimasak maka air bagian bawah akan lebih dulu panas, saat air bawah panas maka akan bergerak ke atas (dikarenakan terjadinya perubahan masa jenis air) sedangkan air yang diatas akan bergerak kebawah begitu seterusnya sehingga keseluruhan air memiliki suhu yang sama. Selain itu contoh konveksi yang lain juga dapat anda temui pada ventilasi ruangan dan cerobong asap. 3. Radiasi Merupakan proses terjadinya perpindahan panas (kalor) tanpa menggunakan zat perantara. Perpindahan kalor secara radiasi tidak membutuhkan zat perantara, contohnya anda bisa melihat bagaimana matahari memancarkan panas ke bumi dan api yang memancarkan hangat ke tubuh anda. Kalor dapat di radiasikan melalui bentuk gelombang cahaya, gelombang radio dan gelombang elektromagnetik. Radiasi juga dapat dikatakan sebagai perpindahan kalor melalui media atau ruang yang akhirnya diserap oleh benda lain. Contoh radiasi dalam kehidupan sehari-hari dapat anda lihat saat anda menyalakan api unggun, anda berada di dekat api unggun tersebut dan anda akan merasakan hangat. 4. Evaporasi Dalam pemindahan panas yang didasarkan pada evaporasi, sumber panas hanya dapat kehilangan panas. Misalnya panas yang dihasilkan oleh tubuh manusia, kelembaban dipermukaan kulit menguap ketika udara melintasi tubuh. D. Kegunaan dan Aplikasi Pemakaian Teori Termodinamikadalam Kehidupan Sehari-hari Prinsip dari ilmu termodinamika banyak terjadi di alam ini. Bumi yang menerima energi radiasi dari matahari, dimana energi tersebut berubah menjadi bentuk lain seperti angin, gelombang laut dan sebagainya. Tidak terkecuali manusia. Prinsip termodinamika berupa konversi energi yang sangat

9 kkompleks terjadi di dalam diri manusa. Mulai dari bahan makanan yang dikonsumsi kemudian berubaha menjadi tenaga, itu merupakan konsep termodinamika. Prinsip termodinamika juga digunakan untuk mempermudah manusia dalam bekerja. Di dukung dengan teknologi yang semakin berkembang. Prinsip termodinamika digunakan diberbagai dunia industri, automotif, pembangkit listrik dan sebagainya. Termodinamika telah merubah sistem industri dunia, dari yang mulanya menggunakan kayu bakar untuk memasak sampai menggunakan listrik untuk memasak. Hal ini karena termodinamika merupakan hukumhukum yang menyangkut banyak hal dalam kehidupan sehari-hari. Salah satu contoh yang paling sederhana yaitu es didalam gelas yang menyebabkan terjadinya pengembunan diluar gelas, padahal dipisahkan oleh medium gelas, yang memisahkan permukaan luar dan permukaan dalam. Proses timbulnya air pada permukaan gelas menandakan adanya suatu sistem yang terjadi pada peristiwa ini, sistem yang terjaadalah bahwa udara yang ada disekeliling gelasmengandung uap air. Ketika gelas diisi oleh es, gelas menjadi dingin. Udara yang bersentuhan dengan gelas dingin iniakan turun suhunya. Uap air yang ada di udarapun ikut mendingin. Jika suhunya sudah cukup dingin, uap air ini akan mengembun membentuk tetes-tetes air di bagian luar gelas. Hal ini meerupakan peristiwa termodinamikayang sesuai dengan hukum termodinamikayang kedua yang berbunyi hukum termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cendrunguntuk mengikat seiring dengan mengikatnya waktu, mendekati nilai maksismum. Dari hukum ini proses yang terjadi di dalam gelas merupakan proses penyerapan panas dengan kata lain udara akan berubah menjadi dingin, sementara udara yang engandung kadar air yang tinggi pada kelembaban yang tinggi, sehingga ketika udara dingin akan membuatnya mengembun sehingga timbul air pada permukaan luar pada gelas. Dari contoh es pada gelas di atas merupakan sistem pertukaran secara tertutup karena terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran benda dengan menggunakan media pembatas rigid (tidak boleh mempertukarkan kerja) dengan mempertukarkan panas melalui medium gelas.

10 BAB III PENUTUP A. Kesimpulan 1. Termodinamika merupakan suatu cabang ilmu yang mempelajari tentang energi. Membahas tentang energi panas dan kerja yang dihasilkan oleh energi tersebut. 2. Energi itu dapat berubah menjadi bentuk lain secara alami maupun melalui rekayasa teknologi. Selain itu energi juga tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan. 3. Kesetimbangan energi pada suatu sistem didasarkan pada prinsip atau hukum.kekekalan energi akan berkesinambungan dengan prinsip kesetimbangan masa, sehingga prinsip yang digunakan kesetimbangan energi mirip dengan kesetimbangan masa, yaitu : Energi yang masuk = energi yang keluar _+ akumulasi dalam sistem 4. Dalam kehidupan sehari hari pun kita sering mengaplikasikan hukum termodinamika baik yang secara sederhan maupun secara modern. B. Saran 1. Meningkatkan teori termodinamika untuk kehidupan sehari-hari 2. Memperbanyak pengetahuan tentang termodinamika.

11 MAKALAH TERMODINAMIKA DISUSUN OLEH : 1. MIDALI KHAIRUNNISA 2. VENNY MERLINA 3. MUKHLIZA ARKAH 4. RICA YUNITA 5. FELINSIA MELVIN 6. DESY ASTIKA FAKULTAS KEDIKTERAN HEWAN UNIVERSITAS SYIAH KUALA TAHUN AJARAN 2014/2015