Makalah termodinamika
Download as DOCX, PDF14 likes63,182 views
Makalah ini membahas termodinamika, prinsip dan hukumnya serta aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari. Termodinamika adalah cabang ilmu yang mempelajari energi dan perubahan energi antar bentuk. Makalah ini menjelaskan prinsip dasar termodinamika, hukum-hukum termodinamika, dan contoh aplikasinya dalam proses pemanasan dan pendinginan.
More Related Content
What's hot (20)
Similar to Makalah termodinamika (20)
Makalah termodinamika
- 1. MAKALAH FISIKA LINGKUNGAN POLTEKKES KEMENKES YOGYAKARTA Jl. Tatabumi No. 3, Banyuraden, Gamping, Sleman, Yogyakarta 55293 Pendeskribsian tentang Termodinamika, prinsip dan hukumnya, serta aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari 1 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Pengetahuan akan fisika dasar sangatlah dibutuhkan dalam rangka membangun konsep pemahaman terhadap penggunaan fisika dalam kehidupan sehari-hari. Mengingat fisika sebagai fondasi dari ilmu alam, maka sudah sewajarnya bila ilmu fisika menjadi ilmu wajib bagi para ilmuwan, peneliti dan para mahasiswa. Seiring berjalannya waktu, ilmu fisikapun menjadi semakin kompleks. Aspek penting dalam pembahasan energi adalah hukum termodinamika. Termodinamika adalah cabang ilmu yang mempelajari energi dari satu bentuk energi ke bentuk energi lainnya. Untuk dapat memahami teori termodinamika dengan lebih baik, diantaranya diperlukan pemahaman tentang prinsip, sifat dan hukum termodinamika, dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. Gas dan uap secara alami berkaitan dengan pangan dan sistem pengolahan pangan. Diantaranya adlah penggunaan uap air (steam) 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, gas yang terlarut dalam bahan pangan, seperti oksigen dan uap air mempengaruhi umur simpan produk. Prinsip-prinsip sifat gas ini sangat penting diketahui dalam perhitungan-perhitungan termodinamika.
- 2. MAKALAH FISIKA LINGKUNGAN POLTEKKES KEMENKES YOGYAKARTA Jl. Tatabumi No. 3, Banyuraden, Gamping, Sleman, Yogyakarta 55293 Pendeskribsian tentang Termodinamika, prinsip dan hukumnya, serta aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari 2 B. Rumusan Masalah Dalam makalah ini rumusan masalahnya adalah sebagai berikut: 1. Bagaimana aplikasi penggunaan termodinamika dalam kehidupan sehari-hari? 2. Apa maksud dari masing-masing hukum termodinamika? C. Tujuan Penyusunan makalah yang berjudul Termodinamika sehari-hari ini bertujuan sebagai berikut: 1. Menjelaskan kegunaan dan aplikasi pemakaian teori termodinamika dalam kehidupan sehari-hari. 2. Mendeskribsikan pengertian dari masing-masing hukum termodinamika. D. Manfaat Manfaat dari penyusunan makalah ini adalah sebagai berikut: 1. Mempermudah pengenalan terhadap prinsip-prinsip termodinamika dengan menghubungkanya di kehidupan sehari-hari. 2. Memperjelas pengetahuan tentang hukum-hukum termodinamika.
- 3. MAKALAH FISIKA LINGKUNGAN POLTEKKES KEMENKES YOGYAKARTA Jl. Tatabumi No. 3, Banyuraden, Gamping, Sleman, Yogyakarta 55293 Pendeskribsian tentang Termodinamika, prinsip dan hukumnya, serta aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari 3 BAB II PEMBAHASAN A. PENGERTIAN TERMODINAMIKA 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 merupakan suatu cabang ilmu yang mempelajari tentang energi. Membahas kaitan antara energi panas dan kerja yang dihasilkan dari energi tersebut. Sebagaimana kita ketahui bahwa 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 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 kuasistatik, yang diidealkan, proses "super pelan". Proses termodinamika bergantung-waktu dipelajari dalam termodinamika tak-setimbang. B. PRINSIP-PRINSIP TERMODINAMIKA Sebelum memecahkan masalah-masalah termodinamika, penting untuk mengetahui istilah-istilah tertentu. Pada gambar menyajikan kotak kaca yang tertutup rapat yang berisi sebuah bola besi padat. Kita bisa menyebut bahwa Bagian dalam kotak sebagai sistem yang dipelajari. Oleh sebab itu, sistem terdiri dari (1) udara yang berada di dalam kotak, dan (2) bola logam
- 4. MAKALAH FISIKA LINGKUNGAN POLTEKKES KEMENKES YOGYAKARTA Jl. Tatabumi No. 3, Banyuraden, Gamping, Sleman, Yogyakarta 55293 Pendeskribsian tentang Termodinamika, prinsip dan hukumnya, serta aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari 4 itu sendiri. Daerah di luar sistem, atau di luar kotak dalam contoh ini, disebut lingkungan sekitar. Lingkungan sekitar Sistem dapat dibagi menjadi tiga berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi: 1. sistem terisolasi pada sistem ini tak 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. Contoh dari sistem terisolasi 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 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. 3. Sistem ini 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 termal dan terjadi aliran kalor di antara keduanya ( temperature keduanya adalah sama ). Termodinamika dibagi menjadi tiga berdasarkan perubahan dalam kandungan kalor: sistem
- 5. MAKALAH FISIKA LINGKUNGAN POLTEKKES KEMENKES YOGYAKARTA Jl. Tatabumi No. 3, Banyuraden, Gamping, Sleman, Yogyakarta 55293 Pendeskribsian tentang Termodinamika, prinsip dan hukumnya, serta aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari 5 1. Q = 0 Jika tidak terjadi perubahan atau perubahan bersih dalam perubahan kalor. 2. Q adalah positif (+) Jika suatu sistem memperoleh energi dalam bentuk kalor, maka kandungan kalor meningkat. 3. Q adalah negatif (-) jika suatu sistem melepaskan kalor. Maka di dapatlah hubungan : Q adalah positif (+) jika T akhir T awal dan negatif (-) jika T akhir T awal. Prinsip perubahan fase wujud suatu benda: Benda terdiri dari 3 wujud yaitu; cair, gas, dan padat. Banyak substansi mempunyai kemampuan berada dalam 3 status atau fase : padat, cair, dan gas. Fase suatu substansi pada sembarang waktu (t) berkaitan semata-mata dengan status energi pada waktu itu. Pada suatu percobaan dilakukan suatu penelitian tentang perubahan fase yang dialami oleh air (HO), saat dipanaskan. HO yang dipakai adalah air murni (distilasi) dan ditempatkan disuatu ruangan bertekanan 1 atmosfer. Suatu alat pembakar Bunsen ditempatkan dibawah es balok seberat 5 gram (HO padat) dengan suhu awal -20C (titik A pada grafik). saat kalor dialirkan pada es batu, energi kinetik acak rata-rata molekul HO meningkat, dan molekul HO bergerak makin lama makin cepat. Es dihangatkan hingga mencapai 0C (titik B), titik lebur tekanan murni pada 1 atm. Walaupun suhu seluruh es batu meningkat, tidak terjadi perubahan fase (yakni,es tidak mencair sama sekali), baru pada saat seluruh bagian es batu mencapai titik lebur 0C maka perubahan fase terjadi. Selanjutnya, energi yang diberikan hanya melelehkan es batu tanpa adanya selama proses mencair. Baru setelah setiap molekul mengalami perubahan fase (padat cair) temperature kembali mulai meningkat. Titik C mewakili air yang baru terbentuk pada 0C. Panas api kemudian memanaskan air namun tidak terjadi perubahan fase air sampai Q= mc T
- 6. MAKALAH FISIKA LINGKUNGAN POLTEKKES KEMENKES YOGYAKARTA Jl. Tatabumi No. 3, Banyuraden, Gamping, Sleman, Yogyakarta 55293 Pendeskribsian tentang Termodinamika, prinsip dan hukumnya, serta aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari 6 setiap bagian air yang mengalir mencapai 100C (titik D), titik didih resmi air mulai pada tekanan 1 atm. Saat kalor diserap oleh air, tingkat energi molekul air meningkat menyebabkan terjadinya penguapan. Grafik ini menunjukan temperatur selalu tetap konstan selama perubahan fase. Setelah semua molekul telah berubah fase menjadi gas barulah mulai terjadi perubahan suhu gas. Dari data diatas dapat diketahui macam-macam perubahan fase: 1. Dari B C adalah mencair atau melebur 2. Dari D E adalah penguapan 3. Dari E D adalah kondensasi 4. Dari C B adalah membeku 5. Dari B E atau E B adalah sublimasi Ahli fisika mendefenisikan kalor peleburan (Hf) suatu zat sebagai jumlah kalor yang diperlukan untuk mengubah bentuk 1 gram zat dari zat padat menjadi zat cair. Hf es adalah 80 kal/gr. Kalor penguapan (H甬) adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk mengubah 1 gram zat cair menjadi gas. -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 A B C D E F Suhu(C) PERUBAHAN FASE HO waktu
- 7. MAKALAH FISIKA LINGKUNGAN POLTEKKES KEMENKES YOGYAKARTA Jl. Tatabumi No. 3, Banyuraden, Gamping, Sleman, Yogyakarta 55293 Pendeskribsian tentang Termodinamika, prinsip dan hukumnya, serta aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari 7 H甬air adalah 540 kal/gr. Jelasnya, diperlukan energi yang lebih banyak per gram zat untuk menguap dari pada untuk mencair. C. HUKUM-HUKUM TERMODINAMIKA 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 dapat saling setimbang satu dengan lainnya. Hal ini dikarenakan kalor yang terdapat pada sistem berupa partikel yang bervibrasi, partikel tersebut berpindah dan mengalirkan energinya ke partikel disebelahnya. Contohnya seperti ini : anggap terdapat tiga buah benda, A,B dan C. Kondisi awal benda sebelum bersentuhan diasumsikan tidak sama / belum terjadi kesetimbangan. Dimana . setelah ketiga benda bersentuhan, dimana terjadi kesetimbangan antara benda , maka benda C juga akan setimbang dengan benda . 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 pertama ini juga menyatakan bahwa energi suatu sistem 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 perubahan. Qlebur = mHf Qpenguapan = mH甬 ( persamaan kalor antar- fase)
- 8. MAKALAH FISIKA LINGKUNGAN POLTEKKES KEMENKES YOGYAKARTA Jl. Tatabumi No. 3, Banyuraden, Gamping, Sleman, Yogyakarta 55293 Pendeskribsian tentang Termodinamika, prinsip dan hukumnya, serta aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari 8 Berdasarkan hukum kekekalan energi tersebut, hukum I termodinamika dirumuskan sebagai berikut: Untuk setiap proses, apabila kalor Q diberikan kepada sistem dan sistem melakukan usaha W, maka selisih energi, Q W, sama dengan perubahan energi dalam U dari sistem : Perjanjian tanda untuk Q dan W (Gambar 14.7) adalah sebagai berikut : - Jika sistem melakukan usaha, nilai W bertanda positif, - Jika sistem menerima usaha, nilai W bertanda negatif dan merupakan fungsi status; nilainya tidak tergantung dari lintasan spesifik. Fakta penting yaitu dari mana dan berasal pada mulanya dan ada dimana sekarang. Istilah-istilah termodinamika yang umum meliputi: Isotermal : temperature adalah konstan, = 0 Adiabatik : tak ada perubahan dalam kandunganm kalor, = 0 Isobarik : tekanan tetap konstan, = 0 Isovolumetrik : volume tetap konstan dan dengan demikian W = 0 U = U2 U1 = Q W atau Q = U + W
- 9. MAKALAH FISIKA LINGKUNGAN POLTEKKES KEMENKES YOGYAKARTA Jl. Tatabumi No. 3, Banyuraden, Gamping, Sleman, Yogyakarta 55293 Pendeskribsian tentang Termodinamika, prinsip dan hukumnya, serta aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari 9 Dalam suatu proses isothermal, perubahan dalam kandungan kalor sama dengan usaha yang dilakukan. Dalam suatu proses adiabatik, perubahan dalam status energi internal sama dengan usaha yang dilakukan. Dalam suatu proses isovolumetrik, perubahan dalam energi internal sama dengan usaha yang dilakukan. Dalam suatu proses isovolumetrik perubahan dalam energi internal sama dengan perubahan dalam kandungan kalor. Hukum kedua Termodinamika Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa total entropi (S)dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya. Perubahan entropi (perubahan dalam jumlah keadaan yang tidak teratur) disingkat dengan huruf . Ingat entropi dari suatu gas zat cair zat padat, atau keadaan yang kacau dalam kehidupan sehari-hari yang tidak pernah tampak menurun. Hukum kedua memungkinkan terjadinya hal sebagai berikut: 1. , yang melukiskan proses-proses spontan dan tidak dapat kembali (irreversible) yang terjadi di alam ( misalnya, bola yang mula-mula diam,berrgulir menuruni lereng bukit yang curam ke arah pusat grativasi; sekelompok semut menyebar di seluruh tempat; kalor mengalir dari sesuatu yang lebih panas ke sesuatu yang lebih dingin). Dalam kasus-kasus ini adalah positif ( + ). 2. , yang menyatakan bahwa keadaan yang kacau (disorder) tidak berubah sekarang, tetapi akan berubah dengan segera. Proses-proses seperti ini dapat kembali (reversible), sebab setiap waktu dapat menjadi spontan dan irreversible: (misalnya, sebuah bola yang diam pada puncak gunung yang seterusnya tinggal diam hingga suatu fenomena alam seperti angin rebut atau gempa bumi menyebabkan bola bergulir). Hubungan yang terdapat diantara kandungan kalor (Q), entropi (S), dan energi gas pada suatu sistem (G) : . Jika suatu proses spontan terjadi dalam suatu sistem tertutup ( , maka energi
- 10. MAKALAH FISIKA LINGKUNGAN POLTEKKES KEMENKES YOGYAKARTA Jl. Tatabumi No. 3, Banyuraden, Gamping, Sleman, Yogyakarta 55293 Pendeskribsian tentang Termodinamika, prinsip dan hukumnya, serta aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari 10 bebas dari sistem tersebut pasti (-). oleh sebab itu, adalah negatif dan adalah positif, jika suatu proses berlangsung secara spontan. 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. D. APLIKASI TERMODINAMIKA DALAM KEHIDUPAN SEHARI- HARI Prinsip dari ilmu termodinamika banyak terjadi dialam 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 sangat kompleks terjadi di dalam diri manusia. Mulai dari bahan makanan yang dikonsumsi kemudian berubah menjadi tenaga merupakan konsep termodinamika. Prinsip termodinamika juga digunakan untuk mempermudah manusia dalam bekerja. Didukung dengan teknologi yang semakin berkembang, prinsip termodinamika digunakan dibarbagai dunia industri, automotif, pembangkit listrik dan sebagainya. Termodinamika telah merubah sistem industri didunia, dari yang mulanya menggunakan kayu bakar untuk memasak sampai menggunakan listrik untuk memasak. Hal ini karena termodinamika merupakan hukum- hukum yang menyangkut banyak hal dalam kehidupan sehari-hari. Salah satu contoh yang paling sederhana adalah es didalam gelas yang menyebabkan terjadi pengembunan diluar gelas, padahal terpisahkan oleh medium gelas (glass) yang memisahkan permukaan luar dan permukaan dalam. Proses timbulnya air pada permukaan gelas itu menandakan adanya suatu sistem yang terjadi pada perstiwa ini, sistem yang terjadi adalah bahwa
- 11. MAKALAH FISIKA LINGKUNGAN POLTEKKES KEMENKES YOGYAKARTA Jl. Tatabumi No. 3, Banyuraden, Gamping, Sleman, Yogyakarta 55293 Pendeskribsian tentang Termodinamika, prinsip dan hukumnya, serta aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari 11 udara yang ada di sekeliling gelas mengandung uap air. Ketika gelas diisi es, gelas menjadi dingin. Udara yang bersentuhan dengan gelas dingin ini akan turun suhunya. Uap air yang ada di udara pun ikut mendingin. Jika suhunya sudah cukup dingin, uap air ini akan mengembun membentuk tetes-tetes air di bagian luar gelas. Hal ini merupakan peristiwa termodinamika yang sesuai dengan hukum termodinamika yang ke dua yang berbunyi Berikut 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. Dari hukum ini proses yang terjadi didalam gelas merupakan proses penyerapan panas dengan kata lain udara akan berubah menjadi dingin, sementar udara mengandung kadar air yang tinggi pda kelembaban yang tinggi, sehingga ketika udara dingin akan membuatnya mengembun sehingga timbul air pada permukaan luar pada gelas.. Dari contoh es pada gelas diatas 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.
- 12. MAKALAH FISIKA LINGKUNGAN POLTEKKES KEMENKES YOGYAKARTA Jl. Tatabumi No. 3, Banyuraden, Gamping, Sleman, Yogyakarta 55293 Pendeskribsian tentang Termodinamika, prinsip dan hukumnya, serta aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari 12 BAB III PENUTUP A. Kesimpulan 1. Termodinamika merupakan suatu cabang ilmu yang mempelajari tentang energi. Membahas kaitan antara energi panas dan kerja yang dihasilkan dari energi tersebut. 2. Energi itu dapat berubah menjadi bentuk lain yang terjadi secara alami ataupun melalui rekayasa teknologi. Selain itu energi juga tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan. 3. Kesetimbangan energi pada suatu sistem didasarkan pada prinsip/hukum. Kekekalan energi akan berkesinambungan dengan prinsip kesetimbangan massa, sehingga prinsip perhitungan yang digunakan kesetimbangan energi mirip dengan kesetimbangan massa, yaitu : B. Saran 1. Meningkatkan penerapan dari teori termodinamika untuk kehidupan sehari- hari. 2. Memperbanyak pengetahuan tentang termodinamika.
- 13. MAKALAH FISIKA LINGKUNGAN POLTEKKES KEMENKES YOGYAKARTA Jl. Tatabumi No. 3, Banyuraden, Gamping, Sleman, Yogyakarta 55293 Pendeskribsian tentang Termodinamika, prinsip dan hukumnya, serta aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari 13 Daftar Pustaka Bresnick, Stephen. 2002. Intisari Fisika. Jakarta. Penerbit Hipokrates http://id.wikipedia.org/wiki/termodinamika diakses tanggal 8 Desember 2012 http://www.file-edu.com/2011/10/prinsip-dasar-teori-termodinamika-1.html diakses tanggal 8 Desember 2012 http://atophysics.wordpress.com materi 17 termodinamika diakses tanggal 8 Desember 2012