Kata termodinamika berasal dari bahasa Yunani yaitu therme (kalor) dan. dynamis (gaya) yang dikaji secara formal dimulai pada awal abad ke-19.

Transkripsi

1 A. Pengertian Dasar Kata termodinamika berasal dari bahasa Yunani yaitu therme (kalor) dan dynamis (gaya) yang dikaji secara formal dimulai pada awal abad ke-19. Termodinamika merupakan cabang dari sains dan teknik fisika yang mempelajari tentang kemampuan benda panas untuk menghasilkan kerja (work). Lingkup kajian termodinamika telah berkembang umumnya meliputi energi dan hubungan antara sifat-sifat (properties) materi. Para ahli sains umumnya memahami perilaku dasar sifat fisika dan kimia sejumlah materi dalam keadaan berhenti (diam) dan menggunaka prinsip termodinamika untuk menghubungkan sifat-sifat materi tersebut sedangkan para ahli teknik tertarik untuk mempelajari sistem dan interaksinya dengan lingkungan yang kemudian diperluas untuk mempelajari sistem di mana terdapat aliran materi. Adapun berbagai aplikasi termodinamika teknik antara lain mesin mobil, turbin, kompresor, pembangkir listrik berbahan fosil dan nuklir, sistem propulasi pesaawat terbang dan roket, sistem pembakaran, sistem kriogenik, sistem pemanasan, peralatan elektronik, sistem energi alternatif, aplikasi biomedis dan lain-lain. B. Definisi Sistem Dalam termodinamika, digunakan terminologi sistem untuk mengidentifikasi subjek analisis. Setelah sistem di didefinisikan dan interaksi yang berhubungan dengan sistem lain teridentifikasi, maka hukum atau hubungan fisika dapat digunakan. Sistem adalah segala sesuatu yang ingin 1

2 dipelajari. Sistem dapat berupa sebuah benda bebas sederhana atau sebuah kilang pengolahan bahan kimia yang kompleks. Komposisi materi dalam sistem dapat tetap atau berubah akibat reaksi kimia atau nuklir dengan bentuk dan volume dapat tetap atau berubah akibat reaksi itu sendiri. Segala yang berada di luar sistem dikategorikan sebagai bagian dari lingkungan (surroundings) sistem. Sistem dipisahkan dengan lingkungannya oleh batas sistem (boundary), yang dapat berada dalam kondisi diam atau bergerak. Interaksi antara sistem dan lingkungannya di seluruh daerah batas sistem memiliki peran penting dalam kajian termodinamika teknik. Batas sistem perlu didefiisikan secara seksama sebelum suatu analisis dilakukan. Namun demikian, karena fenomena fisik yang sama, seringkali dapat dianalisis dengan berbagai anternatif sistem, batas sistem, dan lingkungannya sehingga penentuan batas suatu sistem lebih dimotivasi oleh kemudahan dalam melakukan analisis lanjutan. C. Jenis Sistem Sistem dapat dibedakan dua jenis sistem termodinamika dasar, yaitu sistem tertutup (closed sytems) dan volume atur (control volume). Dalam sistem tertutup terdapat materi dalam jumlah yang tetap, sedaangkan volume atur adalah ruang dimana massa dapat mengalir. Sistem tertutup dinyatakan apabila pengkajian hanya dilakukan pada materi dalam jumlah tetentu saja. Jenis khusus dari sistem tertutup yang tidak dapat berinteraksi dengan cara apa pun dengan lingkungannya disebut sebagai sistem terisolasi (isolated 2

3 systems). Pada dasarnya analisis dapat dilakukan dengan mempelajari sejumlah materi sebagai sistem tertutup, saat melalui peralatan. Kajian dilakuka di dalam suatu daerah yang telah ditetapkan. Daerah ii disebut sebagai volume atur. Massa dapat mengalir melalui batas sistem suatu volume atur. Massa atur (control mass) sering digunakan dalam sistem tertutuo, sedangkan istilah sistem terbuka (open system) dapat disetarakan dengan volume atur. Jika massa atur dan volume atur digunakan, maka batas sistem disebut sebagai permukaan atur (control surface). Secara umum pemilihan batas sistem didasari oleh apa yang diketahui dari sistem tersebut, khususnya pada daerah batasnya dan tujuan dari analisis. D. Tinjauan Termodinamika Makroskopik dan Mikroskopik Pada pendekatan secara makroskopik, perilaku termodinamika dikaji secara keseluruhan dan pendekata tersebut sering disebut sebagai termodinamika klasik, meskipun perilaku sistem dipengaruhi oleh struktur molekuler, termodinamika klasik memungkinkan evaluasi aspek penting dari perilaku sistem melalui observasi sistem secara keseluruhan. Termodinamika klasik bukan saja memberikan pendekatan analisis dan perancangan yang lebih jelas, namun juga menggunakan pemodelan matematika yang lebih sederhana. Pendekatan termodinamika mikroskopik atau sering dikenal sebagai termodinamika statistik, pengkajia dilakukan secara langsung pada tingkat 3

4 struktur dari materi. Termodinamika statistik bertujuan untuk mempelajari perilaku rata-rata partikel penyusun sistem dalam pengkajian dengan menggunakan pegertian statistik dan menghubungkan informasi yang didapat dengan hasil observasi perilaku sistem secara makroskopik. Pendekatan mikroskopik merupakan instrumen untuk menghasilkan data tertentu, contonya kalor spesifik gas ideal. E. Sifat, Keadaan dan Proses Sifat (property) sistem seperti massa, volume, enegi, tekanan dan temperatur merupakan karakteristik makroskopik sistem, dimana nilai numeriknya dapat diberikan pada waktu tertentu. Keadaan (state) merupakan kondisi sistem yang dapat ditentukan oleh sifatnya. Mengingat terdapat hubunga antara sifat-sifat sistem, keadaan dapat ditentukan berdasarkan nilai pasanagn sifatnya. Proses dapat teradi pada sebuah sistem apabila terdapaat perubahan sifat, sehingga terjadi perubahan keadaan dari sistem tersebut, Proses merupakan transformasi dari suatu keadaan ke keadaan yang lain. Jika sistem menunjukkan nilai sifatnya yang tetap, maka sistem dapat dikatakan berada dalam keadaan yang sama. F. Sifat Sistem Ekstensif dan Intensif Sifat termodinamika dikelompokkan menjadi dua, yaitu sifat ekstensif dan intensif. Sifat ekstensif (extensive property) jika nilai dari keseluruhan sistem merupakan penjumlahan nilai dari setiap bagian yang menyusun sistem 4

5 tersebut. Massa, volume, dan energi merupakan contoh sifat ekstensif. Sifat ekstensif dipengaruhi oleh ukuran sistem dan dapat berubah menurut waktu. Sifat intensif (intensif property) tidak dapat diakumulasikan seperti pada sifat ekstensif. Nilai intensif tidak dapat dipengaruhi oleh ukuran sistem dan dapat bervariasi di setiap bagian sistem pada waktu yang berbeda. Dengan demikian, sifat intensif merupakan fungsi posisi dan waktu. Volume spesifik, tekanan dan temperatur adalah contoh sifat intensif yang sering digunakan. G. Kesetimbangan Termodinamika (Thermodynamic Equilibrium) Kesetimbangan termodinamika merupakan keadaan akhir dari suatu sistem terisolasi(tertutup). Dalam termodinamika, konsep kesetimbangan lebih luas, karena tidak hanya mencakup kesetimbangan gaya, tetapi mencakup keseimbangan faktor berpengaruh lainnya, maka berbagai jenis kesetimbangan harus tercapai secara individual agar terjadi kesetimbangan yang menyeluruh seperti kesetimbangan mekanis, panas, fase dan kimia. Sistem dapat diuji apakah sistem berada dalam kesetimbangan termodinamika dengan prosedur isolasi sistem terhadap lingkungannya, kemudian amati perubahan pada sifatnya, jika tidak terjadi perubahan maka sistem telah berada dalam kesetimbangan pada saat diisolasi dan dapat dikatan keadaan kesetimbangan (equilibrium state). 5

6 6