jurnal siap kirim.pdf
Post on 29-Nov-2015
204 Views
Preview:
TRANSCRIPT
1
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
2
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
3
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
Apa pengertian Termodinamika?
FISIKA STATISTIK
Dinamika atauMekanika
Energi PROBABILITAS atauPeluang
Nilai RATA-RATA Sifat
Termodinamika
4
Apa tujuan Termodinamika?
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:
Termodinamika Tehnik edisi 4 oleh J michael Moran
Fisika Universitas edisi 10 oleh Hugh D Young dan Rogert A Frieedman
Konsep-konsep Inti jilid 2 edisi 3 oleh Raimond Chang
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.
5
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.
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.
6
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
a. Makroskopik
b. Mikroskopik
c. Statistik
a. Makroskopik
Uraian suatu sistem dengan menggunakan beberapa sifat yang
dapat diukur sebagai koordinat makroskopik misalnya:
Komposisi
Volume sistem
Tekanan gas
Temperatur
Ciri Khas Koordinat Makroskopik
Koordinat ini tidak menyangkut pengandaian khusus
mengenai struktur materi.
Jumlah koordinatnya sedikit
Koordinat ini dipilih melalui daya terima indera kita
scara langsung.
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:
Terdapat pengandaian secara struktur materi, yaitu
molekul dianggap ada.
Banyak kuantitas yang harus diperinci
Kuantitas yang diperinci tidak berdasarkan penerimaan
indera kita
Kuantitas ini tidak bisa diukur.
Kedua pandangan di atas terdapat hubungan, walaupun
sepintas kelihatan sangat berbeda.
7
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 :
Teori kinetik gas
Mekanika statistik dan
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
8
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:
VV
TTAA
TTBB
1122
3344
TT
9
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
10
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”.
1. Good dengan huruf awal G, adalah lambang dari energi
bebas Gibbs.
2. Physicists dengan huruf awal p, adalah lambang dari
tekanan.
3. Have dengan huruf awal H, adalah lambang dari entalpi
sistem.
4. Study dengan huruf awal S, adalah lambang dari entropi
sistem.
5. Under dengan huruf awal U, adalah lambang dari
energi-dalam sistem.
6. Very dengan huruf awal V, adalah lambang volume
sistem.
7. Fine dengan huruf awal F, adalah lambang dari energi
bebas Helmholtz.
8. 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.
11
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.
02 zyx
dzzxdy
yxdx
yz
dzzxdy
yxdx
yz
dyyx
z
12
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:
dzzx
y
zyx
yzzy
x M
yzyz
x N
yzyz
x N
yzzy
x M
zy yz
NM
zyyz zx
yyx
z ,,
zyyz yzx
zyx
,
2
,
2
dzzxdy
yxdx
yz
dzzydx
xydy
xz
13
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:dz
zxdz
zydx
xy
yxdx
yyzz
dzzxdz
xy
yxdx
xy
yxdx
yzzzz
0
yzz zx
xy
yx1
zz xy
yx
1
yxz xz
zy
yx
01
dxxy
yx
zz
dxxy
yx
zz
01
zz xy
yx
1z
z
yx
xy
1dz
zxdz
xy
yxdx
xy
yxdx
yzzzz
dzzxdz
xy
yxdx
xy
yxdx
yzzzz
dzzx
xy
yxdx
xy
yx
yzzzz
1
01
dxxy
yx
zz
dzzx
xy
yx
yzz
0
dzzx
xy
yx
yzz
0dzz
xxy
yx
yzz
0
0
yzz zx
xy
yx
0
yzz zx
xy
yx
14
Penutup
A. Kesimpulan
Dari uraian diatas maka dapat disimpulkan bahwa,
Termodinamika adalah satu cabang fisika teoritik yang berkaitan dengan hukum-hukum pergerakan panas,dan perubahan dari
panas menjadi bentuk-bentuk energi yang lain.
Tujuan termodinamika adalah mencari hubungan umum antara koordinat termodinamik yang taat asas dengan hukum pokok
termodinamika.
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.
Cabang-cabang Termodinamika ada 4 yaitu:
1. Termodinamika Klassik
2. Termodinamika Statistik
3. Termodinamika Kimia
4. Termodinamika Teknik
15
Pendekatan Termodinamika terdiri dari 3 macam yaitu:
a. Makroskopik
b. Mikroskopik
c. Statistik
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.
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
David W Oxtobi, H P Gails, 2001, Prinsip-Prinsip Kimia Modern, Jakarta: Erlangga
Hugh D Young & Roger A Freediman, 2000, Fisika Universitas Edisi Kesepuluh, Jakarta; Erlangga
Moran Michael J,2004, Termodinamika Teknik (Edisi Ke 4), Jakarta: Erlangga
Raimond Chang, 2005, Konsep-Konsep Inti Jilid 2 (Edisi Ketiga), Jakarta:Erlangga
top related