Rabu, 22 Juni 2011

MAKALAH KIMIA FISIK : TERMODINAMIKA



MAKALAH
KIMIA FISIK
TERMODINAMIKA







Disusun Oleh :
                                          Dani Nugroho                  (FOBO10015)
                                          Didik Setiawan                (FOAO10002)
                                          M.Alchair Z.                    (FOBO10002)
                                          Miftah Rahmat Kodri    (FOAO10006)
                                          Reza Widi Syamta           (FOBO10012)
                                          Seprina Napitupulu        (FOAO10004)
                                          Supangat                          (FOAO10007)
                                               

DIII KIMIA TERAPAN
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS JAMBI
TAHUN AJARAN 2011

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat dan hidayah-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan penyusunan makalah ini sebagai tugas kuliah kimia fisik sebagai salah satu syarat untuk mengikuti ujian semester.
Kami telah menyusun makalah ini dengan sebaik-baiknya dan semaksimal mungkin. Namun tentunya sebagai manusia biasa tidak akan luput dari kesalahan dan kekurangan. Harapan kami, semoga bisa menjadi koreksi di masa mendatang agar lebih baik dari sebelumnya.
Tak lupa kami ucapkan terimakasih kepada Dosen Pembimbing atas bimbingan,dorongan, dan ilmu yang telah diberikan kepada kami sehingga kami dapat menyusun dan menyelesaikan makalah ini sebagai tugas akhir semester mata kuliah kimia fisik tepat pada waktunya dan insyaAllah sesuai dengan yang diharapkan. Kami mengucapkan terimakasih pula kepada rekan-rekan dari semua pihak yang terkait dalam penyusunan makalah ini.
Pada dasarnya makalah ini kami sajikan khusus untuk membahas tentang Hukum Terodinamika. Untuk lebih jelas simak pembahasan dalam makalah ini. Mudah-mudahan makalah ini bias memberikan pengetahuan yang mendalam tentang termodinamika kepada kita semua.
Makalah ini masih banyak memiliki kekurangan. Tak ada gading yang tak retak. Oleh karena itu, kami mengharapkan kritik dan saran dari teman-teman untuk memperbaiki makalah kami selanjutnya. Sebelum dan sesudahnya kami ucapkan terimakasih.

                                                                                                              Jambi, 22 Juni 2011


                                                                                                                  Tim Penyusun


DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR                       ……………………………………………………i
DAFTAR ISI                                      ……………………………………………………ii
BAB I PENDAHULUAN                                                                                                                            
   I.1            Latar Belakang                        …………………………………………………...1
   I.2            Rumusan Masalah                   …………………………………………………...2
   I.3            Tujuan                                     …………………………………………………...2
BAB II PEMBAHASAN                 
   II.1         Sistem Termodinamika           …………………………………………………...3
   II.2         Termodinamika I                     …………………………………………………...7
   II.3         Termodinamika II                   …………………………………………………..12
   II.4         Termodinamika III                  …………………………………………………..14
BAB III PENUTUP                          
Kesimpulan                                         …………………………………………………..21
DAFTAR PUSTAKA                        ………………………………………………......22


BAB I
PENDAHULUAN

I.1            Latar Belakang
Termodinamika (bahasa Yunani: thermos = 'panas' and dynamic = 'perubahan') adalah fisika energi , panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana banyak hubungan termodinamika berasal.
Termodinamika adalah kajian tentang kalor (panas) yang berpindah. Dalam termodinamika kamu akan banyak membahas tentang sistem dan lingkungan. Kumpulan benda-benda yang sedang ditinjau disebut sistem, sedangkan semua yang berada di sekeliling (di luar) sistem disebut lingkungan.
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 kuasistatik, yang diidealkan, proses "super pelan". Proses termodinamika bergantung-waktu dipelajari dalam termodinamika tak-setimbang.
Karena termodinamika tidak berhubungan dengan konsep waktu, telah diusulkan bahwa termodinamika setimbang seharusnya dinamakan termostatik. Hukum termodinamika kebenarannya sangat umum, dan hukum-hukum ini tidak bergantung kepada rincian dari interaksi atau sistem yang diteliti. Ini berarti mereka dapat diterapkan ke sistem di mana seseorang tidak tahu apa pun kecual perimbangan transfer energi dan wujud di antara mereka dan lingkungan. Contohnya termasuk perkiraan Einstein tentang emisi spontan dalam abad ke-20 dan riset sekarang ini tentang termodinamika benda hitam.


I.2            Rumusan Masalah

Maka dirumuskan permasalahan sebagai berikut :
1.      Apa pengertian dan aplikasi hukum termodinamika ?
2.      Apa dan bagaimana hokum termodinamika ?

I.3            Tujuan

Penulisan Makalah ini diharapkan mampu memberikan manfaat sebagai berikut :
1.      Memberikan tambahan pengetahuan kepada pembaca tentang Hukum  Termodinamika.
2.      Memberikan penjelasan tentang hal – hal dasar yang sering dilupakan dalam Thermodinamika.
3.      Memberikan pengetahuan kepada pembaca tentang Hukum Termodinamika.




BAB II
PEMBAHASAN

II.1            Sistem Termodinamika
Termodinamika
Termodinamika adalah kajian tentang kalor (panas) yang berpindah. Dalam termodinamika kamu akan banyak membahas tentang sistem dan lingkungan. Kumpulan benda-benda yang sedang ditinjau disebut sistem, sedangkan semua yang berada di sekeliling (di luar) sistem disebut lingkungan.
Sistem termodinamika adalah bagian dari jagat raya yang diperhitungkan. Sebuah batasan yang nyata atau imajinasi memisahkan sistem dengan jagat raya, yang disebut lingkungan. Klasifikasi sistem termodinamika berdasarkan pada sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan materi, kalor dan entropi antara sistem dan lingkungan.

Konsep dasar dalam Termodinamika
Pengabstrakan dasar atas termodinamika adalah pembagian dunia menjadi sistem dibatasi oleh kenyataan atau ideal dari batasan. Sistem yang tidak termasuk dalam pertimbangan digolongkan sebagai lingkungan. Dan pembagian sistem menjadi subsistem masih mungkin terjadi, atau membentuk beberapa sistem menjadi sistem yang lebih besar. Biasanya sistem dapat diberikan keadaan yang dirinci dengan jelas yang dapat diuraikan menjadi beberapa parameter.
Sistem Termodinamika
Sistem termodinamika adalah bagian dari jagat raya yang diperhitungkan. Sebuah batasan yang nyata atau imajinasi memisahkan sistem dengan jagat raya, yang disebut lingkungan. Klasifikasi sistem termodinamika berdasarkan pada sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan materi, kalor dan entropi antara sistem dan lingkungan.
Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan:
  • sistem terisolasi: tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.
  • sistem tertutup: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup di mana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi 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.
  • sistem terbuka: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda dengan lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebut permeabel. Samudra merupakan contoh dari sistem terbuka.
Dalam kenyataan, sebuah sistem tidak dapat terisolasi sepenuhnya dari lingkungan, karena pasti ada terjadi sedikit pencampuran, meskipun hanya penerimaan sedikit penarikan gravitasi. Dalam analisis sistem terisolasi, energi yang masuk ke sistem sama dengan energi yang keluar dari sistem.
Keadaan Termodinamika
Ketika sistem dalam keadaan seimbang dalam kondisi yang ditentukan, ini disebut dalam keadaan pasti (atau keadaan sistem). Untuk keadaan termodinamika tertentu, banyak sifat dari sistem dispesifikasikan. Properti yang tidak tergantung dengan jalur di mana sistem itu membentuk keadaan tersebut, disebut fungsi keadaan dari sistem. Bagian selanjutnya dalam seksi ini hanya mempertimbangkan properti, yang merupakan fungsi keadaan.
Jumlah properti minimal yang harus dispesifikasikan untuk menjelaskan keadaan dari sistem tertentu ditentukan oleh Hukum fase Gibbs. Biasanya seseorang berhadapan dengan properti sistem yang lebih besar, dari jumlah minimal tersebut. Pengembangan hubungan antara properti dari keadaan yang berlainan dimungkinkan. Persamaan keadaan adalah contoh dari hubungan tersebut.
Usaha Luar
Usaha luar dilakukan oleh sistem, jika kalor ditambahkan (dipanaskan) atau kalor dikurangi (didinginkan) terhadap sistem. Jika kalor diterapkan kepada gas yang menyebabkan perubahan volume gas, usaha luar akan dilakukan oleh gas tersebut. Usaha yang dilakukan oleh gas ketika volume berubah dari volume awal V1 menjadi volume akhir V2 pada tekanan p konstan dinyatakan sebagai hasil kali tekanan dengan perubahan volumenya.
W = pV= p(V2V1)
Secara umum, usaha dapat dinyatakan sebagai integral tekanan terhadap perubahan volume yang ditulis sebagai
pers01Tekanan dan volume dapat diplot dalam grafik pV. jika perubahan tekanan dan volume gas dinyatakan dalam bentuk grafik pV, usaha yang dilakukan gas merupakan luas daerah di bawah grafik pV. hal ini sesuai dengan operasi integral yang ekuivalen dengan luas daerah di bawah grafik.
fig2004Gas dikatakan melakukan usaha apabila volume gas bertambah besar (atau mengembang) dan V2 > V1. sebaliknya, gas dikatakan menerima usaha (atau usaha dilakukan terhadap gas) apabila volume gas mengecil atau V2 < V1 dan usaha gas bernilai negatif.
Energi Dalam
Suatu gas yang berada dalam suhu tertentu dikatakan memiliki energi dalam. Energi dalam gas berkaitan dengan suhu gas tersebut dan merupakan sifat mikroskopik gas tersebut. Meskipun gas tidak melakukan atau menerima usaha, gas tersebut dapat memiliki energi yang tidak tampak tetapi terkandung dalam gas tersebut yang hanya dapat ditinjau secara mikroskopik.
Berdasarkan teori kinetik gas, gas terdiri atas partikel-partikel yang berada dalam keadaan gerak yang acak. Gerakan partikel ini disebabkan energi kinetik rata-rata dari seluruh partikel yang bergerak. Energi kinetik ini berkaitan dengan suhu mutlak gas. Jadi, energi dalam dapat ditinjau sebagai jumlah keseluruhan energi kinetik dan potensial yang terkandung dan dimiliki oleh partikel-partikel di dalam gas tersebut dalam skala mikroskopik. Dan, energi dalam gas sebanding dengan suhu mutlak gas. Oleh karena itu, perubahan suhu gas akan menyebabkan perubahan energi dalam gas. Secara matematis, perubahan energi dalam gas dinyatakan sebagai
Untuk gas monoatomik
pers02
Untuk gas diatomik
pers03
Dimana ∆U adalah perubahan energi dalam gas, n adalah jumlah mol gas, R adalah konstanta umum gas (R = 8,31 J mol−1 K−1, dan ∆T adalah perubahan suhu gas (dalam kelvin).
Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika, yaitu:
  • Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika
Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya.
  • Hukum Pertama Termodinamika
Hukum ini terkait dengan kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem.
  • Hukum kedua Termodinamika
Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya.
  • Hukum ketiga Termodinamika
Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.

(http://id.wikipedia.org/wiki/Termodinamika)

II.2            Termodinamika I
Jika kalor diberikan kepada sistem, volume dan suhu sistem akan bertambah (sistem akan terlihat mengembang dan bertambah panas). Sebaliknya, jika kalor diambil dari sistem, volume dan suhu sistem akan berkurang (sistem tampak mengerut dan terasa lebih dingin). Prinsip ini merupakan hukum alam yang penting dan salah satu bentuk dari hukum kekekalan energi.
http://sidikpurnomo.net/wp-content/uploads/2009/06/hk-1-termo.jpeg
Sistem yang mengalami perubahan volume akan melakukan usaha dan sistem yang mengalami perubahan suhu akan mengalami perubahan energi dalam. Jadi, kalor yang diberikan kepada sistem akan menyebabkan sistem melakukan usaha dan mengalami perubahan energi dalam. Prinsip ini dikenal sebagai hukum kekekalan energi dalam termodinamika atau disebut hukum I termodinamika. Secara matematis, hukum I termodinamika dituliskan sebagai :
Q = W + ∆U
Dimana Q adalah kalor, W adalah usaha, dan ∆U adalah perubahan energi dalam. Secara sederhana, hukum I termodinamika dapat dinyatakan sebagai berikut.
Jika suatu benda (misalnya krupuk) dipanaskan (atau digoreng) yang berarti diberi kalor Q, benda (krupuk) akan mengembang atau bertambah volumenya yang berarti melakukan usaha W dan benda (krupuk) akan bertambah panas (coba aja dipegang, pasti panas deh!) yang berarti mengalami perubahan energi dalam U.
Proses Isotermik
Suatu sistem dapat mengalami proses termodinamika dimana terjadi perubahan-perubahan di dalam sistem tersebut. Jika proses yang terjadi berlangsung dalam suhu konstan, proses ini dinamakan proses isotermik. Karena berlangsung dalam suhu konstan, tidak terjadi perubahan energi dalam (∆U = 0) dan berdasarkan hukum I termodinamika kalor yang diberikan sama dengan usaha yang dilakukan sistem (Q = W).
Proses isotermik dapat digambarkan dalam grafik pV di bawah ini. Usaha yang dilakukan sistem dan kalor dapat dinyatakan sebagai
pers04Dimana V2 dan V1 adalah volume akhir dan awal gas.
isothermal_process
Proses Isokhorik
Jika gas melakukan proses termodinamika dalam volume yang konstan, gas dikatakan melakukan proses isokhorik. Karena gas berada dalam volume konstan (∆V = 0), gas tidak melakukan usaha (W = 0) dan kalor yang diberikan sama dengan perubahan energi dalamnya. Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada volume konstan QV.
QV = ∆U
Proses Isobarik
Jika gas melakukan proses termodinamika dengan menjaga tekanan tetap konstan, gas dikatakan melakukan proses isobarik. Karena gas berada dalam tekanan konstan, gas melakukan usaha (W = pV). Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada tekanan konstan Qp. Berdasarkan hukum I termodinamika, pada proses isobarik berlaku :
pers05Sebelumnya telah dituliskan bahwa perubahan energi dalam sama dengan kalor yang diserap gas pada volume konstan
QV =∆U
Dari sini usaha gas dapat dinyatakan sebagai
W = QpQV
Jadi, usaha yang dilakukan oleh gas (W) dapat dinyatakan sebagai selisih energi (kalor) yang diserap gas pada tekanan konstan (Qp) dengan energi (kalor) yang diserap gas pada volume konstan (QV).
diag11
Proses Adiabatik
Dalam proses adiabatik tidak ada kalor yang masuk (diserap) ataupun keluar (dilepaskan) oleh sistem (Q = 0). Dengan demikian, usaha yang dilakukan gas sama dengan perubahan energi dalamnya (W = ∆U).
Jika suatu sistem berisi gas yang mula-mula mempunyai tekanan dan volume masing-masing p1 dan V1 mengalami proses adiabatik sehingga tekanan dan volume gas berubah menjadi p2 dan V2, usaha yang dilakukan gas dapat dinyatakan sebagai
pers06Dimana γ adalah konstanta yang diperoleh perbandingan kapasitas kalor molar gas pada tekanan dan volume konstan dan mempunyai nilai yang lebih besar dari 1 (γ > 1).
341px-adiabaticsvg
Proses adiabatik dapat digambarkan dalam grafik pV dengan bentuk kurva yang mirip dengan grafik pV pada proses isotermik namun dengan kelengkungan yang lebih curam.
Hukum pertama termodinamika adalah suatu pernyataan mengenai hukum universal dari kekekalan energi dan mengidentifikasikan perpindahan panas sebagai suatu bentuk perpindahan energi. Pernyataan paling umum dari hukum pertama termodinamika ini berbunyi:
“ Kenaikan energi internal dari suatu sistem termodinamika sebanding dengan jumlah energi panas yang ditambahkan ke dalam sistem dikurangi dengan kerja yang dilakukan oleh sistem terhadap lingkungannya. ”
Pondasi hukum ini pertama kali diletakkan oleh James Prescott Joule yang melalui eksperimen-eksperimennya berhasil menyimpulkan bahwa panas dan kerja saling dapat dikonversikan. Pernyataan eksplisit pertama diberikan oleh Rudolf Clausius pada 1850: "Terdapat suatu fungsi keadaan E, yang disebut 'energi', yang diferensialnya sama dengan jumlah kerja yang dipertukarkan dengan lingkungannya pada suatu proses adiabatik."


II.3            Termodinamika II
Hukum kedua termodinamika berkaitan dengan apakah proses-proses yang dianggap taat azas dengan hukum pertama, terjadi atau tidak terjadi di alam. Hukum kedua termodinamika seperti yang diungkapkan oleh Clausius mengatakan, “Untuk suatu mesin siklis maka tidak mungkin untuk menghasilkan efek lain, selain dari menyampaikan kalor secara kontinu dari sebuah benda ke benda lain pada temperatur yang lebih tinggi".
http://sidikpurnomo.net/wp-content/uploads/2009/06/hk-2-termo.jpeg
Bila ditinjau siklus Carnot, yakni siklus hipotesis yang terdiri dari empat proses terbalikkan: pemuaian isotermal dengan penambahan kalor, pemuaian adiabatik, pemampatan isotermal dengan pelepasan kalor dan pemampatan adiabatik; jika integral sebuah kuantitas mengitari setiap lintasan tertutup adalah nol, maka kuantitas tersebut yakni variabel keadaan, mempunyai sebuah nilai yang hanya merupakan ciri dari keadaan sistem tersebut, tak peduli bagaimana keadaan tersebut dicapai. Variabel keadaan dalam hal ini adalah entropi. Perubahan entropi hanya gayut keadaan awal dan keadaan akhir dan tak gayut proses yang menghubungkan keadaan awal dan keadaan akhir sistem tersebut.
Hukum kedua termodinamika dalam konsep entropi mengatakan, "Sebuah proses alami yang bermula di dalam satu keadaan kesetimbangan dan berakhir di dalam satu keadaan kesetimbangan lain akan bergerak di dalam arah yang menyebabkan entropi dari sistem dan lingkungannya semakin besar".
Jika entropi diasosiasikan dengan kekacauan maka pernyataan hukum kedua termodinamika di dalam proses-proses alami cenderung bertambah ekivalen dengan menyatakan, kekacauan dari sistem dan lingkungan cenderung semakin besar.
Di dalam ekspansi bebas, molekul-molekul gas yang menempati keseluruhan ruang kotak adalah lebih kacau dibandingkan bila molekul-molekul gas tersebut menempati setengah ruang kotak. Jika dua benda yang memiliki temperatur berbeda T1 dan T2 berinteraksi, sehingga mencapai temperatur yang serba sama T, maka dapat dikatakan bahwa sistem tersebut menjadi lebih kacau, dalam arti, pernyataan "semua molekul dalam sistem tersebut bersesuaian dengan temperatur T adalah lebih lemah bila dibandingkan dengan pernyataan semua molekul di dalam benda A bersesuaian dengan temperatur T1 dan benda B bersesuaian dengan temperatur T2".
Di dalam mekanika statistik, hubungan antara entropi dan parameter kekacauan adalah, pers. (1):
S = k log w
dimana k adalah konstanta Boltzmann, S adalah entropi sistem, w adalah parameter kekacauan, yakni kemungkinan beradanya sistem tersebut relatif terhadap semua keadaan yang mungkin ditempati.
Jika ditinjau perubahan entropi suatu gas ideal di dalam ekspansi isotermal, dimana banyaknya molekul dan temperatur tak berubah sedangkan volumenya semakin besar, maka kemungkinan sebuah molekul dapat ditemukan dalam suatu daerah bervolume V adalah sebanding dengan V; yakni semakin besar V maka semakin besar pula peluang untuk menemukan molekul tersebut di dalam V. Kemungkinan untuk menemukan sebuah molekul tunggal di dalam V adalah, pers. (2):
W1 = c V
dimana c adalah konstanta. Kemungkinan menemukan N molekul secara serempak di dalam volume V adalah hasil kali lipat N dari w. Yakni, kemungkinan dari sebuah keadaan yang terdiri dari N molekul berada di dalam volume V adalah, pers.(3):
w = w1N = (cV)N.
Jika persamaan (3) disubstitusikan ke (1), maka perbedaan entropi gas ideal dalam proses ekspansi isotermal dimana temperatur dan banyaknya molekul tak berubah, adalah bernilai positip. Ini berarti entropi gas ideal dalam proses ekspansi isotermal tersebut bertambah besar.
Definisi statistik mengenai entropi, yakni persamaan (1), menghubungkan gambaran termodinamika dan gambaran mekanika statistik yang memungkinkan untuk meletakkan hukum kedua termodinamika pada landasan statistik. Arah dimana proses alami akan terjadi menuju entropi yang lebih tinggi ditentukan oleh hukum kemungkinan, yakni menuju sebuah keadaan yang lebih mungkin. Dalam hal ini, keadaan kesetimbangan adalah keadaan dimana entropi maksimum secara termodinamika dan keadaan yang paling mungkin secara statistik. Akan tetapi fluktuasi, misal gerak Brown, dapat terjadi di sekitar distribusi kesetimbangan.
Dari sudut pandang ini, tidaklah mutlak bahwa entropi akan semakin besar di dalam tiap-tiap proses spontan. Entropi kadang-kadang dapat berkurang. Jika cukup lama ditunggu, keadaan yang paling tidak mungkin sekali pun dapat terjadi: air di dalam kolam tiba-tiba membeku pada suatu hari musim panas yang panas atau suatu vakum setempat terjadi secara tiba-tiba dalam suatu ruangan. Hukum kedua termodinamika memperlihatkan arah peristiwa-peristiwa yang paling mungkin, bukan hanya peristiwa-peristiwa yang mungkin.
Diambil dari Halliday-Resnick, Fisika, alih bahasa Silaban-Sucipto, Erlangga, Jakarta, 1990.

II.4            Termodinamika III
http://sidikpurnomo.net/wp-content/uploads/2009/06/hukum-3-thermo.jpeg
Efek magnetokalorik di pakai untuk menurunkan temperatur senyawa paramagnetikhingga sekitar 0.001 K. Secara prinsip, temperatur yang lebih rendah lagi dapat dicapai dengan menerapkan efek magnetokalorik berulang-ulang. Jadi setelah penaikan medan magnetik semula secara isoterm, penurunan medan magnetik secara adiabat dapat dipakai untuk menyiapkan sejumlah besar bahan pada temperatur Tᶠ¹, yang dapat dipakai sebagai tandon kalor untuk menaikan tandon kalor secara isoterm ynag berikutnya dari sejumlah bahan yang lebih sedikit dari bahan semula. Penurunan medan magnetik secara adiabat yang kedua dapat menghasilkan temperatur yang lebih rendah lagi, Tᶠ², dan seterusnya. Maka akan timbul pertanyaan apakah efek magnetokalorik dapat dipakai untuk mendinginkan zat hingga mencapai nol mutlak.
Pecobaan menunjukan bahwa sifat dasar semua proses pendinginan adalah bahwa semakin rendah temperatur yang dicapai, semakin sulit menurunkannya.hal yang sama berlaku juga untuk efek magnetokalorik.dengan persyaratan demikian, penurunan medan secara adiabat yang tak trhingga banyaknya diperlukan untuk mencapai temperatur nol mutlak. Perampatan dari pengalaman dapat dinyatakan sebagai berikut :
Temperatur nol mutlak tidak dapat dicapai dengan sederetan prosesyang banyaknya terhingga.Ini dikenal sebagi ketercapaian temperatur nol mutlak atau ketaktercapaian hukum ketiga termodinamika. Pernyataan lain dari hukum ketiga termodinamika adalahhasil percobaan yang menuju ke perhitungan bahwa bagaimana ΔST berlaku ketika T mendekati nol. ΔST ialah perubahan entropi sistem terkondensasi ketika berlangsung proses isoterm terbuktikan. Percobaansangat memperkuat bahwa ketika T menurun, ΔST berkurang jika sistem itu zat cair atau zat padat. Jadi prinsip berikut dapat di terima:
Perubahan entropi yang berkaitan dengan proses-terbalikan-isotermis-suatu sistem-terkondensasi mendekati nol ketika temperaturnya mendekati nol. Pernyataan tersebut merupakan hukum ketiga termodinamika menurut Nernst-Simon. Nernst menyatakan bahwa perubahan entropi yang menyertai tiap proses reversibel, isotermik dari suatu sistem terkondensasi mendekati nol. Perubahan yang dinyatakan di atas dapat berupa reaksi kimia, perubahan status fisik, atau secara umum tiap perubahan yang dalam prinsip dapat dilakukan secara reversibel.
Hal ini dikenal sebagai hukun Nernst, yang secara matematika dinyatakan sebagai :
PadaèKemudian, Pada tahun 1911, Planck membuat suatu hipotesis   0, bukan hanya beda entropi yg = 0, tetapi entropi setiap zatàsuhu T  padat atau cair dalam keseimbangan dakhir pada suhu nol. Dapat ditunjukkan secara eksperimen, bahwa bila suhunya mendekati St menurun.D0 K, perubahan entropi transisi. Persamaan diatas dikenal sebagai hukum ketiga termodinamika.
Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.
StDHukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa perubahan entropi  yang berkaitan dengan perubahan kimia atau perubahan fisika bahan murni pada T = 0 K bernilai nol.
Secara intuitif hukum ketiga dapat dipahami dari fakta bahwa pergerakan ionik atau molekular maupun atomik yang menentukan derajat ketidakteraturan dan dengan demikian juga besarnya entropi, sama sekali berhenti pada 0 K. Dengan mengingat hal ini, tidak akan ada perubahan derajat ketidakteraturan dalam perubahan fisika atau kimia dan oleh karena itu tidak akan ada perubahan entropi.
APLIKASI HUKUM KETIGA TERMODINAMIKA
Hukum ketiga termodinamika memungkinkan perhitungan perhitungan entropi absolut dari zat murni pada tiap temperatur dari panas jenis dan panaa transisi. Sebagai contoh, suatu benda padat pada temperatur T, akan memeiliki entropi yang akan dinyatakan oleh :
s=∫_0^T▒c_p/(
⯚)T
Suatu benda cair, sebaliknya mempunyai entropi yang dinyatakan oleh :
s=∫_0^T▒
c_(p (s))/T dT+h_if/T_m +∫_(T_m)^T▒c_(p (l))/T dT
Penerapan yang mencakup gas menjadi :
s=∫_0^T▒
c_(p (s))/T dT+h_if/T_m +∫_(T_m)^T▒c_(p (l))/T dT+h_fg/T_b +∫_(T_b)^T▒c_(p (g))/T dT
Besaran-besaran yang diperlukan untuk evaluasi numerik entropi mencakup panas jenis. Pengukuran panas jenis zat padat di sekitar titik nol absolut menunjukan bahwa :
lim┬(T→0)
(c_p/T)=0
Karena c_(p ≈ C_v ) untuk zat padat,maka Debye dan Einstein menurunkan persamaan berikut untuk panaa jenis zat pasdat :
c_(p ≈ ) c_(v = ) aT^3
Dimana a adalah karakteristik yang berbeda untuk setiap zat. Bila suatu zat sederhana dipanaskan pada tekanan konstan, pertambahan entropi dinyatakan oleh :
ds=c_p⁄(T dT)
Bila persamaan tersebut di integrasikan di antara titik nol absolutdengan temperatur T dimana s =0 hasilnya adalah :
s=∫_0^T▒c_p⁄(T dT)
KONSEKUENSI SELANJUTNYA DARI HUKUM TIGA TERMODINAMIKA
Konsekuensi dari hukum ketiga termodinamika dijabarkan di bawah ini.
Untuk suatu proses temperatur konstan dekat 0ºK,perubahan entropi dinyatakan oleh :
∆S=(∂s/∂p)_(T ) dp
Karena ∆S = 0 pada T = 0 dari hukumtermodinamika ketiga, persamaan menghasilkan :
lim┬(T→0)
⁡〖(∂V/∂T)_p =0
Tetapi (∂S/∂p)_T=- (∂V/∂T)_P dari persamaan Maxwell. Jadi persamaan menjadi :
lim┬(T→0)
⁡〖(∂V/∂T)_p =0
lim┬(T→0)
⁡〖(∂S/∂V)_T =0
lim┬(T→0)
⁡〖(∂p/∂T)_V =0
Hasil diatas sesuai dengan kenyataan eksperimental. Sebagai contoh, buffington dan Latimer menemukan bahwa koefisien ekspansi dari beberapa zat padat kristalin mendekati nol.
Konsekuensi terakhir dari hukum ketiga termodinamika adalah tidak dapat diperolehnya titik nol absolut. Ditinjau suatu bidang penelitian pada temperatur rendah, kenyataan eksperimental menunjukan bahwa temperatur yang di peroleh oleh tiap proses demagenetisasi adaibatik dari temperatur awalnya adalah setengah temperatur awal proses bersangkutan. Jadi makin rendah temperatur yang dicapai, makin kurang kemungkinannya untuk didinginkan lebih rendah. Dengan kata lain diperlukan proses demagnetisasi adiabatik yag tak terbatas jumlahnya untuk mencapai titik nol absolut.
SIKLUS RANKINE
PENGERTIAN SIKLUS RANKINE
Siklus Rankine adalah siklus termodinamika yang mengubah panas menjadi kerja. Panas disuplai secara eksternal pada aliran tertutup, yang biasanya menggunakan air sebagai fluida yang bergerak. Siklus ini menghasilkan 80% dari seluruh energi listrik yang dihasilkan di seluruh dunia. Siklus ini dinamai untuk mengenang ilmuwan Skotlandia, William John Maqcuorn Rankine.
Siklus Rankine adalah model operasi mesin uap panas yang secara umum ditemukan di pembangkit listrik. Sumber panas yang utama untuk siklus Rankine adalah batu bara, gas alam, minyak bumi, nuklir, dan panas matahari. Siklus Rankine kadang-kadang dikenal sebagai suatu Daur Carnot praktis ketika suatu turbin efisien digunakan, T diagram akan mulai untuk menyerupai Daur Carnot. Perbedaan yang utama adalah bahwa suatu pompa digunakan untuk memberi tekanan cairan sebagai penganti gas. Ini memerlukan sekitar 100 kali lebih sedikit energy dibanding yang memampatkan suatu gas di dalam suatu penekan ( seperti di Daur Carnot). suatu siklus thermodynamic mengkonversi panas ke dalam pekerjaan. Panas disediakan secara eksternal bagi suatu pengulangan tertutup, yang pada umumnya menggunakan air sebagai cairan. Siklus ini menghasilkan sekitar 80% dari semua tenaga listrik yang digunakan.
Fluida pada Siklus Rankine mengikuti aliran tertutup dan digunakan secara konstan. Berbagai jenis fluida dapat digunakan pada siklus ini, namun air dipilih karena berbagai karakteristik fisika dan kimia, seperti tidak beracun, terdapat dalam jumlah besar, dan murah.
Dalam siklus Rankine ideal, pompa dan turbin adalah isentropic, yang berarti pompa dan turbin tidak menghasilkan entropi dan memaksimalkan output kerja. Dalam siklus Rankine yang sebenarnya, kompresi oleh pompa dan ekspansi dalam turbin tidak isentropic. Dengan kata lain, proses ini tidak bolak-balik dan entropi meningkat selama proses. Hal ini meningkatkan tenaga yang dibutuhkan oleh pompa dan mengurangi energi yang dihasilkan oleh turbin. Secara khusus, efisiensi turbin akan dibatasi oleh terbentuknya titik-titik air selama ekspansi ke turbin akibat kondensasi. Titik-titik air ini menyerang turbin, menyebabkan erosi dan korosi, mengurangi usia turbin dan efisiensi turbin. Cara termudah dalam menangani hal ini adalah dengan memanaskannya pada temperatur yang sangat tinggi.
Efisiensi termodinamika bisa didapatkan dengan meningkatkan temperatur input dari siklus. Terdapat beberapa cara dalam meningkatkan efisiensi siklus Rankine.
Siklus Rankine dengan pemanasan ulang. Dalam siklus ini, dua turbin bekerja secara bergantian. Yang pertama menerima uap dari boiler pada tekanan tinggi. Setelah uap melalui turbin pertama, uap akan masuk ke boiler dan dipanaskan ulang sebelum memasuki turbin kedua, yang bertekanan lebih rendah. Manfaat yang bisa didapatkan diantaranya mencegah uap berkondensasi selama ekspansi yang bisa mengakibatkan kerusakan turbin, dan meningkatkan efisiensi turbin. Siklus Rankine regenerative
Konsepnya hampir sama seperti konsep pemanasan ulang. Yang membedakannya adalah uap yang telah melewati turbin kedua dan kondenser akan bercampur dengan sebagian uap yang belum melewati turbin kedua. Pencampuran terjadi dalam tekanan yang sama dan mengakibatkan pencampuran temperatur. Hal ini akan mengefisiensikan pemanasan primer.
PROSES SIKLUS RANKINE
Siklus Rankine adalah suatu mesin kalori dengan uap air menggerakkan siklus. Cairan Aktip yang umum adalah air. Siklus terdiri dari empat proses, setiap siklus mengubah keadaan fluida (tekanan dan/atau wujud).
Proses 1: Fluida dipompa dari bertekanan rendah ke tekanan tinggi dalam bentuk cair. Proses ini membutuhkan sedikit input energi.
Proses 2: Fluida cair bertekanan tinggi masuk ke boiler di mana fluida dipanaskan hingga menjad uap pada tekanan konstan menjadi uap jenuh.
Proses 3: Uap jenuh bergerak menuju turbin, menghasilkan energi listrik. Hal ini mengurangi temperatur dan tekanan uap, dan mungkin sedikit kondensasi juga terjadi.
Proses 4: Uap basah memasuki kondenser di mana uap diembunkan dalam tekanan dan temperatur tetap hingga menjadi cairan jenuh.
Pekerjaan Keluaran siklus ( Turbin uap), W1 dan masukan pekerjaan kepada siklus (Pompa), W2 adalah:
W1 = m (h1-h2)
W2 = m (h4-h3)
di mana m adalah aliran massa siklus . Panas menyediakan kepada siklus ( ketel uap), Q1 Dan Panas menolak dari siklus ( pemadat), Q2 adalah:
Q1 = m (h1-h4)
Q2 = m (h2-h3)
kerja keluaran siklus adalah:
W = W1 – W2
Turbine:
- Energi dalam pada tekanan uap tinggi bekerja
- Tekanan menurunkan Pboiler ke Pcondenser
Condensor:
-memadatkan uap air.
-Tekananya tetap.
- Ciptakan ruang hampa atau tekanan rendah pada Pcondenser
- Cairan keluar sebagai SATURATED LIQUID
Pompa ( Feedwater Pompa):
- Tekanan uap air meningkat dari Pcondenser ke Pboiler
- Konsumsi tenaga.
Ketel uap (boiler)
- energi Masuk ke tekanan tinggi memberi air untuk uap air
- tekanan konstat pada tekanan tinggi, Pboiler
Efisiensi yang yang digunakan untuk panas suatu Daur Rankine adalah:



BAB III
PENUTUP

Kesimpulan
Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika, yaitu:
  • Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika
Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya.
  • Hukum Pertama Termodinamika
Hukum ini terkait dengan kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem.
  • Hukum kedua Termodinamika
Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya.
  • Hukum ketiga Termodinamika
Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.



DAFTAR PUSTAKA

www.infofisioterapi.com/info/makalah-termodinamika.html
id.wikipedia.org/wiki/Hukum_termodinamik
www.bebas.vlsm.org/v12/sponsor/.../0285%20Fis-1-5b.html




Tidak ada komentar:

Poskan Komentar