Pengertian Termodinamika: Hukum, Bunyi, Rumus, Contoh Soal

Table of content:
Pengertian Termodinamika : Hukum, Bunyi, Rumus, Contoh Soal – Halo saudari terkasih! Kali ini kita akan membahas termodinamika, yaitu cabang fisika yang mempelajari perubahan energi dan kalor. Termodinamika sangat penting dalam kehidupan sehari-hari, terutama dalam bidang teknik dan industri. Oleh karena itu, mari kita belajar bersama tentang hukum, bunyi, rumus, dan contoh soal termodinamika.
![]() |
Pengertian Termodinamika : Hukum, Bunyi, Rumus, Contoh Soal |
Hukum Termodinamika
Hukum termodinamika adalah seperangkat prinsip dasar yang mengatur perubahan energi dan panas dalam sistem tertutup. Hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, hanya dapat diubah bentuknya. Hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa entropi suatu sistem selalu bertambah dan tidak dapat dikurangi kecuali dengan penambahan energi tambahan.
Sementara itu, hukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa suhu absolut tidak dapat dicapai dan entropi suatu sistem akan mencapai nilai minimum ketika suhu absolut mencapai nol Kelvin.
Hukum termodinamika adalah seperangkat prinsip dasar yang mengatur perubahan energi dan panas dalam sistem tertutup. Ada tiga hukum termodinamika, masing-masing mewakili konsep dasar yang berbeda untuk memahami perubahan energi dan kalor dalam sistem. Berikut adalah penjelasan dari ketiga hukum termodinamika tersebut:
1. Hukum Pertama Termodinamika
Hukum pertama termodinamika, juga dikenal sebagai hukum kekekalan energi, menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, hanya diubah bentuknya. Dalam sistem tertutup, perubahan energi dapat terjadi dalam berbagai bentuk, seperti panas, kerja, atau energi potensial. Namun, energi total dalam sistem selalu konstan. Dalam rumusnya, hukum pertama termodinamika dinyatakan sebagai berikut:
ΔE = Q – W
Dimana ΔE adalah perubahan energi dalam sistem, Q adalah kalor yang masuk atau keluar sistem, dan W adalah kerja yang dilakukan oleh atau pada sistem.
2. Hukum Kedua Termodinamika
Hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa entropi suatu sistem selalu bertambah dan tidak dapat dikurangi kecuali dengan penambahan energi tambahan. Entropi adalah ukuran ketidakteraturan atau ketidakteraturan dalam suatu sistem. Hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa dalam sistem tertutup, entropi selalu meningkat terhadap waktu. Dalam rumus tersebut, hukum kedua termodinamika dinyatakan sebagai berikut:
ΔS ≥ 0
Dimana ΔS adalah perubahan entropi dalam sistem. Rumus ini menyatakan bahwa entropi suatu sistem tidak akan pernah berkurang secara alami.
3. Hukum Ketiga Termodinamika
Hukum termodinamika ketiga menyatakan bahwa suhu absolut tidak dapat dicapai dan entropi suatu sistem akan mencapai nilai minimum ketika suhu absolut mencapai nol Kelvin. Temperatur absolut adalah temperatur terendah yang dapat dicapai dalam sistem fisik dan dinyatakan dalam satuan Kelvin. Hukum termodinamika ketiga menyatakan bahwa ketika suhu absolut mencapai nol Kelvin, entropi sistem akan mencapai nilai minimum. Meskipun suhu absolut tidak dapat dicapai secara fisik, hukum termodinamika ketiga memberikan panduan bagi para ilmuwan dalam memahami perilaku sistem pada suhu rendah.
Prinsip Termodinamika
Prinsip-prinsip termodinamika adalah seperangkat konsep dan aturan dasar yang mengatur perubahan energi dan panas dalam sistem tertutup. Prinsip ini membantu kita memahami bagaimana energi dan kalor bergerak melalui sistem dan memberikan panduan bagi ilmuwan dalam memahami perilaku sistem dalam berbagai kondisi. Berikut adalah beberapa prinsip termodinamika yang penting untuk dipahami:
Konservasi energi: Hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, hanya diubah bentuknya. Dalam sistem tertutup, perubahan energi dapat terjadi dalam berbagai bentuk, seperti panas, kerja, atau energi potensial. Namun, energi total dalam sistem selalu konstan.
Entropi: Hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa entropi suatu sistem selalu meningkat dan tidak dapat dikurangi kecuali dengan menggunakan energi tambahan. Entropi adalah ukuran ketidakteraturan atau ketidakteraturan dalam suatu sistem. Dalam sistem tertutup, entropi selalu meningkat seiring waktu.
Temperatur absolut: Hukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa temperatur absolut tidak dapat dicapai dan entropi suatu sistem akan mencapai nilai minimum ketika temperatur absolut mencapai nol Kelvin. Temperatur absolut adalah temperatur terendah yang dapat dicapai dalam sistem fisik dan dinyatakan dalam satuan Kelvin.
Kerja dan panas: Dalam sistem termodinamika, energi dapat berpindah antara sistem dan lingkungannya dalam bentuk kerja dan panas. Kerja adalah energi yang digunakan untuk melakukan perubahan atau perubahan pada sistem, sedangkan kalor adalah energi yang dipindahkan antara sistem dan lingkungannya sebagai akibat dari perbedaan temperatur.
Proses reversibel dan ireversibel: Proses termodinamika dapat diklasifikasikan menjadi proses reversibel dan ireversibel. Proses reversibel adalah proses yang dapat dibalik sepenuhnya tanpa menghasilkan kehilangan energi atau panas, sedangkan proses ireversibel adalah proses yang tidak dapat dibalik sepenuhnya dan mengakibatkan hilangnya energi atau panas.
Efisiensi termal: Efisiensi termal adalah rasio antara kerja yang dilakukan oleh sistem dan panas yang masuk ke sistem. Efisiensi termal dapat digunakan untuk mengevaluasi kinerja mesin termodinamika, seperti mesin uap atau mesin pembakaran dalam.
Prinsip-prinsip termodinamika memberikan dasar yang kuat untuk memahami perubahan energi dan panas dalam suatu sistem dan digunakan dalam banyak bidang sains, seperti fisika, kimia, dan teknik.
Suara Termodinamika
Suara termodinamika adalah sejumlah konsep dasar yang membantu kita memahami bagaimana energi dan panas bergerak melalui sistem. Beberapa suara termodinamika penting yang harus kita ketahui antara lain:
- Perubahan energi di dalam suatu sistem harus selalu seimbang dengan perubahan energi di luar sistem.
- Kalor selalu mengalir dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah.
- Perubahan entropi selalu meningkat dalam arah yang sama dengan waktu.
Rumus Termodinamika
Ada banyak rumus termodinamika yang digunakan untuk menghitung perubahan energi dan panas dalam suatu sistem. Beberapa rumus termodinamika yang penting untuk kita ketahui antara lain:
Proses perubahan wujud gas dibagi menjadi 4 contoh yang memiliki sifat khusus yaitu proses isobarik, proses isokorik, proses isoterm, dan proses adiabatik.
1. Pada proses isobarik tekanan pada sistem nilai tetap dapat dijelaskan dengan persamaan berikut:
W = P (Vb – Va)
W = P x ∆V
Q = W + ∆U
2. Pada proses isokorik terjadi proses perubahan gas dengan volume tetap. Karena volume gas tetap, maka usaha yang terjadi pada gas ini adalah nol W = 0. Jadi berlaku prinsip:
Q = ∆U
3. Pada proses isoterm berlaku kondisi dimana temperatur konstan sehingga tidak terjadi perubahan energi pada sistem sehingga kerja yang terjadi dapat dihitung berdasarkan luas daerah di bawah kurva isoterm berikut:
∆U = 0
W = nx R x T x Pn x (Vb/Va)
4. Sedangkan pada proses adiabatik yang terjadi pada sistem tidak terjadi perubahan kalor pada sistem, maka digunakan persamaan sebagai berikut:
Q = 0
W = -∆U
Contoh Soal Termodinamika
Berikut tiga contoh soal termodinamika yang dapat membantu memahami konsep dasar termodinamika:
1. Suatu sistem mengalami perubahan energi sebesar 500 J. Sistem melakukan usaha sebesar 100 J. Berapa banyak kalor yang masuk atau keluar dari sistem?
Menjawab:
ΔE = Q – W
500 J = Q – 100 J
Q = 600 J
Nilai kalor yang masuk atau keluar sistem adalah 600 J.
2. Suatu sistem terdiri dari 2 molekul gas yang masing-masing memiliki 4 keadaan energi. Berapakah nilai entropi sistem tersebut?
Menjawab:
Entropi sistem dapat dihitung menggunakan rumus:
S = k ln W
Di mana k adalah konstanta Boltzmann dan W adalah jumlah keadaan energi yang tersedia dalam sistem. Dalam hal ini, jumlah keadaan energi adalah 4 x 4 = 16.
S = k ln 16
Dalam satuan SI, nilai k adalah 1,38 x 10^-23 J/K.
S = 1,38 x 10^-23 J/D x ln 16
S = 2,77 x 10^-23 J/K
Jadi, nilai entropi sistem tersebut adalah 2,77 x 10^-23 J/K.
3. Suatu sistem mengalami perubahan energi sebesar 200 J, melakukan usaha sebesar 50 J, dan volumenya berubah sebesar 2 m³. Berapa nilai perubahan entalpinya?
Menjawab:
Perubahan entalpi dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
ΔH = ΔE + PΔV
Dimana ΔE adalah perubahan energi dalam sistem, P adalah tekanan dalam sistem, dan ΔV adalah perubahan volume dalam sistem. Dalam hal ini, tekanan dalam sistem tidak diketahui, sehingga dapat diasumsikan bahwa tekanannya konstan.
ΔH = 200 J + P x 2 m³
Karena tekanan konstan, kita dapat menggunakan rumus tekanan:
P = F/A
Dimana F adalah gaya yang bekerja pada sistem dan A adalah luas permukaan sistem.
Karena gaya dalam sistem tidak diketahui, kita dapat mengasumsikan bahwa gaya tersebut konstan. Kita juga dapat mengasumsikan bahwa sistem tersebut berbentuk kubus dengan panjang 2 m, lebar 1 m, dan tinggi 1 m. Dalam hal ini, luas permukaan sistem adalah 6 m².
Jadi, kita dapat menghitung nilai tekanan:
P = F/A = (50 J / 2 m) / 6 m²
P = 4,17 Pa
Maka nilai perubahan entalpinya adalah :
ΔH = 200 J + (4,17 Pa x 2 m³)
ΔH = 208,34 J
Jadi, perubahan entalpi sistem tersebut adalah 208,34 J.
Kesimpulan
Nah, itulah pembahasan singkat tentang termodinamika. Dengan memahami konsep dasar termodinamika seperti hukum, bunyi, rumus, dan contoh soal, kita dapat lebih memahami bagaimana energi dan kalor bekerja dalam suatu sistem. Semoga artikel ini bisa membantu adik-adik yang jago belajar termodinamika. Sampai jumpa lagi di artikel menarik lainnya!
www.bospedia.com