1. KONSEP DASAR TERMODINAMIKA
1.1 Pendahuluan
Semua mahluk hidup melakukan pekerjaan.Tumbuh-tumbuhan melakukan
pekerjaan ketika mengangkat air dari akar ke cabang-cabang,hewan melakukan melakukan
pekerjaan ketika berenang ,merayap, dan terbang.Kerja juga terjadi ketika pemompaan
darah melalui pembuluh darah dalam tubuh dan pada pemompaan ion-ion melewati
dinding sel .Semua kerja ini diperoleh dari pengeluaran energy kimia yang disimpan dalam
makanan yang dikonsumsi oleh mahluk hidup.
Termodinamika berasal dari dua kata yaitu thermal (yang berkenaan dengan panas)
dan dinamika (yang berkenaan dengan pergerakan).Termodinamika adalah kajian
mengenai hubungan,panas, kerja, dan energy dan secara khusus perubahan panas menjadi
kerja.Hukum termodinamika pertama dan kedua dirumuskan pada abad ke-19 oleh para
ilmuan mengenai peningkatan efisiensi mesin uap.Bagaimanapun hokum ini merupakan
dasar seperti hokum fisika lainnya.Mereka membatasi efisiensi amuba atau ikan paus
seperti mereka membatasi efisiensi mobil atau tenaga nuklir tumbuhan.
1.2 Dasar-Dasar Termodinamika
Termodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara energi serta
perubahannya. Ada dua macam bentuk energi yang dipelajari dalam termodinamika yaitu
panas dan kerja. Panas merupakan salah satu bentuk energi yang dapat dipindahkan dari
suatu benda ke benda lain. Supaya panas dapat mengalir, harus ada suatu gaya dorong.
Gaya dorong ini adalah perbedaan temperatur antara tempat, tempat dimana panas diterima
dan dimana panas berasal. Sedangkan kerja didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya
(force) dan jarak pergerakan dari gaya tersebut.
1.3 Sistem Dan Lingkungan
Sistem termodinamika adalah bagian dari alam semesta yang kita tinjau. Biasanya
sistem adalah suatu batasan yang dipakai untuk menunjukkan suatu benda (benda kerja)
dalam suatu permukaan tertutup. Sistem tersebut dibatasi oleh batas (boundary).
Lingkungan adalah bagian daerah yang terdapat di sekitar sistem yang ditentukan. Batas
antara sistem dan lingkungan dapat berupa khayalan (imaginary) maupun berupa kenyataan
1 | T e r m o d i n a m i k a
sebenarnya (real). Misalnya : Udara dikompresi di dalam suatu silinder Sistem adalah
udara yang dikompresi dan permukaan tertutupnya adalah permukaan yang dibatasi oleh
silinder. Maka permukaan tertutup (batas) dalam hal ini adalah keadaan sebenarnya.
Sebungkal es terapung di atas air Sistem yang dimaksud adalah es, dan permukaan
tertutupnya berupa keadaan khayalan dimana es dianggap dikelilingi oleh suatu permukaan
tertutup. Es dan air masing-masing dengan temperatur 150F dan 1500F, dicampur dalam
suatu bak, tentukan temperatur akhir dari sistem. Sistem dalam hal ini adalah campuran es
dan air. Permukaan tertutup adalah permukaan yang dibatasi oleh bak, disini keadaannya
adalah sebenarnya. Sedangkan temperatur akhir dari sistem adalah temperatur dari
campuran es dan air
Ditinjau dari perpindahan energi dan massanya, sistem termodinamika dapat
dibedakan menjadi 3 macam:
1.3.1 Sistem tertutup (closed system) yaitu suatu sistem dimana hanya terjadi
perpindahan energi dari atau ke lingkungan. Sebagai contoh; suatu sistem dibatasi
oleh dinding silinder dan
1.3.2 dinding torak. Pada sistem ini hanya terjadi perpindahan energi dalam
bentuk kerja melalui torak
1.3.3 Sistem terbuka (open system) yaitu suatu sistem dimana selain terjadi
perpindahan energi juga terjadi perpindahan massa, dari atau ke lingkungannya.
Sebagai contoh; suatu turbin dengan fluida tertentu sebagai penggeraknya.
2 | T e r m o d i n a m i k a
1.3.4 Sistem terisoler/diisolasi (isolated system) yaitu suatu sistem dimana antara
sistem dan lingkungannya tidak terjadi pertukaran/perpindahan energi maupun
massa. Sistem ini sama sekali tidak dipengaruhi oleh perubahan-perubahan
lingkungannya
1.4 Sifat-sifat Sistem
Keadaan sistem bisa diidentifikasi atau diterangkan dengan besaran yang bisa
diobservasi seperti volume, temperatur, tekanan, kerapatan dan sebagainya. Semua besaran
yang mengidentifikasi keadaan sistem disebut sifat-sifat sistem.
1.4.1 Klasifikasi Sifat-sifat Sistem
Sifat-sifat termodinamika bisa dibagi atas dua kelompok umum:
1. Sifat ekstensif, dan 2. Sifat intensif.
1.4.1.1 Sifat ekstensif
Besaran sifat dari sistem dibagi ke dalam beberapa bagian. Sifat sistem, yang harga
untuk keseluruhan sistem merupakan jumlah dari harga komponen-komponen individu
sistem tersebut, disebut sifat ekstensif. Contohnya, volume total, massa total, dan energi
total sistem adalah sifat-sifat ekstensif.
1.4.1.2 Sifat intensif
Perhatikan bahwa temperatur sistem bukanlah jumlah dari temperatur-temperatur
bagian sistem. Begitu juga dengan tekanan dan kerapatan sistem. Sifat-sifat seperti
temperatur, tekanan dan kerapatan ini disebut sifat intensif.
3 | T e r m o d i n a m i k a
1.5 Kesetimbangan Termal
Misalkan dua benda yang berasal dari material yang sama atau berbeda, yang satu
panas, dan lainnya dingin. Ketika benda ini ditemukan, benda yang panas menjadi lebih
dingin dan benda yang dingin menjadi lebih panas. Jika kedua benda ini dibiarkan
bersinggungan untuk beberapa lama, akan tercapai keadaan dimana tidak ada perubahan
yang bisa diamati terhadap sifat-sifat kedua benda tersebut. Keadaan ini disebut keadaan
kesetimbangan termal, dan kedua benda akan mempunyai temperatur yang sama.
1.6 Bentuk-bentuk energi
Telah disampaikan sebelumnya bahwa energi dapat terwujud dalam berbagai
bentuk, yaitu energi kimia, energi panas, energi mekanis, energi listrik, energi nuklir,
energi gelombang elektromagnetik, energi gaya magnit, dan lain-lain. Suatu media
pembawa energi dapat mengandung berbagai bentuk energi tersebut sekaligus, dan jumlah
energinya disebut energi total (E). Dalam analisis thermodinamika sering digunakan energi
total setiap satuan masa media (m), yang disebut sebagai energi per-satuan masa (e) yaitu,
Berbagai bentuk energi diatas dapat pula dikelompokkan menjadi dua bentuk, yaitu
energi makroskopik dan energi mikroskopik. Energi makroskopik adalah keberadaan
energi ditandai dari posisinya terhadap lingkungannya atau terhadap suatu referensi yang
ditentukan. Contoh bentuk energi makroskopik adalah energi kinetik (KE) dan energi
potensial (PE). Keberadaan 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 (U).
Energi makroskopik berhubungan dengan gerakan masa pembawa energi, dan
pengaruh luar seperti gaya gravitasi, pengaruh energi listrik, sifat magnit, dan tegangan
pemukaan fluida. Energi kinetis KE adalah energi yang disebabkan oleh gerakan relatif
terhadap suatu referensi, dan besarnya adalah:
atau dalam bentuk energi per-satuan masa:
dengan, m = satuan masa media pembawa energi
V = satuan kecepatan gerakan masa.
4 | T e r m o d i n a m i k a
Energi potensial adalah energi yang disebabkan oleh posisi elevasinya dalam medan
gravitasi, dan besarnya adalah:
PE = m g z
Atau dalam bentuk energi per-satuan masa,
pe = g z
dengan, g = gaya gravitasi
z = posisi elevasi terhadap suatu referensi.
Energi internal meliputi semua jenis energi mikroskopik, yaitu akibat dari struktur
dan aktivitas molekul dalam masa yang ditinjau. Struktur molekul adalah jarak antar
molekul dan besar gaya tarik antar molekul, sedang aktivitas molekul adalah kecepatan
gerak molekul. Energi laten adalah energi yang merubah jarak dan gaya tarik antar
molekul, sehingga masa berubah fase antara fase padat atau cair menjadi gas. Energi
sensibel merubah kecepatan gerak molekul, yang ditandai oleh perubahan temperatur dari
masa yang ditinjau. Energi kimia adalah energi internal sebagai akibat dari komposisi
kimia sua tu zat, yang merupakan energi yang mengikat atom dalam molekul zat tersebut.
Perubahan struktur atom menyebabkan perubahan energi pengikat atom dalam molekul,
sehingga reaksinya dapat melepaskan energi (eksothermis) misalnya dalam reaksi
pembakaran, atau memerlukan energi (indothermis). Bentuk energi internal lainnya adalah
energi nuklir, yang merupakan energi ikatan antara atom dengan intinya.
Dalam bahasan thermodinamika efek dari jenis energi makroskopik lain yaitu
energi magetik, dan tegangan permukaan fluida dapat diabaikan, sehingga energi total E
dari masa pembawa energi tersebut adalah:
E = U + KE + PE = U + + mgz
atau dalam bentuk energi per-satuan masa,
e = u +ke +pe = u + + gz
Dalam aplikasi bidang teknik masa atau sistem thermodinamika yang ditinjau biasanya
tidak bergerak selama proses berlangsung, sehingga perubahan energi potensial dan energi
kinetisnya sama dengan nol.
5 | T e r m o d i n a m i k a
1.7 Karakteristik
Karakteristik yang menentukan sifat dari sistem disebut propertydari sistem, seperti
tekanan P, temperatur T, volume V, masa m, viskositas, konduksi panas, dan lain-lain.
Selain itu ada juga property yangdisefinisikan dari property yang lainnya seperti, berat
jenis, volume spesifik, panas jenis, dan lain-lain. Suatu sistem dapat berada pada suatu
kondisi yang tidak berubah, apabila masing-masing jenis property sistem tersebut dapat
diukur pada semua bagiannya dan tidak berbeda nilainya. Kondisi tersebut disebut sebagai
keadaan (state) tertentu dari sistem, dimana sistem mempunyai nilai property yang tetap.
Apabila property nya berubah, maka keadaan sistem tersebut disebut mengalami
perubahan keadaan. Suatu sistem yang tidak mengalami perubahan keadaan disebut sistem
dalam keadaan seimbang (equilibrium). Perubahan sistem thermodinamika dari keadaan
seimbang satu menjadi keadaan seimbang lain disebut proses, dan rangkaian keadaan
diantara keadaan awal dan akhir disebut linasan proses
1.8 Sistem satuan, tekanan, dan temperatur.
1.8.1 Sistem Satuan.
Suatu sistem satuan adalah sistem besarn atau unit untuk mengkuantifikasikan
dimensi dari suatu property. Sistem satuan yang sekarang dipergunakan di seluruh dunia,
termasuk Indonesia, adalah Sistem SI (Sistem Internasional. Sistem ini menggantikan 2
sistem yang dipergunakan sebelumnya, yaitu sistem British dan sistem Metris. Dalam
sistem SI ada 7 macam dimensi dasar, yaitu panjang (m), massa (kg), waktu (detik),
temperatur (K), arus listrik (A), satuan sinar (candela-c), dan satuan molekul (mol). Satuan
gaya merupakan kombinasi dari masa dan percepatan, dan mempunyai besaran N
(Newton), yang didefinisikan menurut Hukum Newton,
F = m a
6 | T e r m o d i n a m i k a
Dan 1 N adalah gaya yang diperlukan untuk memberikan percepatan sebesar 1 m/det2 pada
suatu masa sebesar 1 kg sehingga.
1 N = 1 kg. m/det2
Ukuran berat (W) adalah gaya yang ditimbulkan oleh masa m kg, dengan percepatan
sebesar medan gravitasi yang terjadi (g), sebagai berikut.
W = m g
Satuan W adalah Newton, sedang besar gravitasi di bumi adalah 9,807 m/det2 di
permukaan laut dan semakin kecil dengan bertambahnya elevasi. Kerja yang merupakan
salah satu bentuk energi, adalah gaya kali jarak dengan satuan N.m, dan disebut pula J
(Joule) yaitu,
1 J = 1 N.m
Satuan Joule juga digunakan dalam dimensi energi panas, dan biasanya ukurannya dalam
kJ (kilojoule) atau MJ (Mega Joule).
1.8.2 Tekanan
Tekanan merupakan salah satu property yang terpenting dalam thermodinamika,
dan didefinisikan sebagai gaya tekan suatu fluida (cair atau gas) pada satu satuan unit luas
area. Istilah tekanan pada benda padat disebut tegangan (stress). Satuan tekanan adalah Pa
(Pascal), yang didefinisikan sebagai, 1 Pa = 1 N/m2 Karena satuan Pascal terlalu kecil,
maka dalam analisis thermodinamika
seringdigunakan satua kilopascal (1 kPa = 103 Pa), atau megapascal (1 MPa = 106 Pa).
Satuan tekanan yang cukup dikenal adalah satuan bar (barometric), atau atm (standard
atmosphere), sebagai berikut.
1 bar = 105 Pa = 0,1 Mpa = 100kPa
1 atm = 101. 325 Pa = 101,325 kPa = 1, 01325 bar
Pengukuran tekanan dengan menggunakan referensi tekanan nol absolut disebut
tekanan absolut (ata), sedang tekanan manometer (ato) adalah tekanan relatif terhadap
tekanan atmosfir. Tekanan vakum adalah tekanan dibawah 1 atm, yaitu perbedaan antara
tekanan atmosfir dengan tekanan absolut
Alat pengukur tekanan diatas atmosfir adalah manometer, alat pengukur tekanan
vakum disebut manometer vakum, sedang alat pengukur tekanan atmosfir disebut
7 | T e r m o d i n a m i k a
barometer. Terdapat banyak jenis metode pengukuran tekanan seperti pipa U, manometer
pegas, atau transduser elektronik.
1.8.3 Temperatur
Ukuran temperatur berfungsi untuk mengindikasikan adanya energi panas pada
suatu benda padat, cair, atau gas. Metodenya biasanya menggunakan perubahan salah
satu property suatu material karena panas, seperti pemuaian, dan sifat listrik. Prinsip
pengukurannya adalah apabila suatu alat ukur ditempelkan pada benda yang akan diukur
temperaturnya, maka akan terjadi perpindahan panas ke alat ukur sampai terjadi keadaan
seimbang. Dengan demikian temperatur yang terterapada alat ukur adalah sama dengan
temperatur pada benda yang diukur temperaturnya. Prinsip tersebut menghasilkan Hukum
Thermodinamika Zeroth (Zeroth Law of Thermodynamics), yaitu apabila dua benda dalam
keadaan seimbang thermal dengan benda ketiga maka dua benda tersebut juga dalam
keadaan seimbang thermal walaupuntidak saling bersentuhan.
Dalam sistem SI satuan temperatur adalah Kelvin (K) tanpa derajad. Skala dari
ukuran temperatur dalam derajad Celcius adalah sama dengan skala ukuran Kelvin, tetapi
titik nol oC sama dengan 273,15 K. Titik nol oC adalah kondisi es mencair pada keadaan
standard atmosfir, sedang kondisi 0 K adalah kondisi nol mutlak dimana semua gerakan
yang menghasilkan energi pada semua materi berhenti. Dalam analisis thermodinamika,
apabila yang dimaksudkan adalah ukuran temperatur maka yang digunakan adalah ukuran
dalam K, sedang apabila analisis berhubungan dengan perbedaan temperatur maka baik
ukuran oC maupun K dapat digunakan.
2. HUKUM TERMODINAMIKA
Berikut ini ada tiga hukum termodinamika yang penting untuk diketahui:
1. Hukum termodinamika ke-nol;
2. Hukum termodinamika kesatu dan
8 | T e r m o d i n a m i k a
3. Hukum termodinamika kedua.
2.1 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 termodinamika adalah
konservasi energi.Secara singkat, hukum tersebut menyatakan bahwa energi
tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan tetapi hanya dapat berubah
dari bentuk yang satu ke bentuk yang lainnya.Untuk tujuan termodinamik, perlu
lebih spesifik dan menguraikan hukum tersebut secara lebih
kuantitatif.Termodinamika memperhitungkan hubungan antara system S.
Lingkungan adalah segala sesuatu yang ada di luar system yang dapat
mempengaruhi system, dimana pada banyak kasus termasuk pada sekeliling
system.Sistem dan lingkungan merupakan
semesta U.
Energi sestem (Es) adalah jumlah energi kinetik molekul-molekul
system ( energi termal) dan energi potensial atom-atom dalam molekul (energi
kimia).Energi Es bergantung pada keadaan system,berubah ketika keadaan
berubah. Jika sumber panas adalah bagian dari lingkungan, energi Eε lingkungan
juga berubah.Hukum pertama termodinamika mengatakan bahwa energi Eu
semesta
Eu = Es + Eε
Tidak berubah.Ini berarti, jika Es dan Eε adalah energi sistem dan
lingkungan ketika sistem berada pada satu keadaan dan E’s dan E’ε adalah
energi ketika sistem berada pada keadaan lain, maka
9 | T e r m o d i n a m i k a
E’s + E’ε = Es + Eε atau (E’s – Es ) + ( E’ε - E ε )
Seperti sebelumnya, delta digunakan sebagai awalan yang berati
“perbedaan dalam“ atau perubahan dari“.Secara spesifik ∆ES adalah energi
dari keadaan akhir system dikurangi energi dari keadaan awal
∆ES = E’S – ES
Dan ∆ES adalah energi akhir lingkungan dikurangi energi awal
∆Eε = E’ε Eε
Hubungan simbol-simbol persamaan dapat dituliskan
∆ES + ∆Eε = 0 atau
∆ES = - ∆Eε hukum pertama
Ini adalah ungkapan matematika yang sesuai untuk hukum pertama
termodinamika.Persamaan tersebut digunakan untuk menghitung perubahan
energi sistem jika perubahan energi lingkungan diketahui, dan serbaliknya.
2.2 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.
Sebuah benda dengan massa m dilepaskan dari ketinggian h secara
spontan jatuh ke tanah, kemudian diam.Pada situasi ini energi semesta adalah
jumlah energi termal benda, energi termal tanah dan energi mekanik
benda.Sebelum dilepaskan, benda mempunyai energi mekanik yang sama
dengan energi potensialnya U = mgh, dan setelah benda tersebut diam di
tanah, energi mekaniknya nol.Pada proses ini, dengan gemikian energi mekanik
semesta berkurang dari mgh menjadi nol.Jika energi total semesta tidak
10 | T e r m o d i n a m i k a
berubah (hukum pertama termodinamika), energi termal semesta dapat
meningkat dengan mgh.Peningkatan energi termal menunjukan peningkatan yang
kecil pada temperatur benda dan tanah.
Sebagaimana diketahui dari pengalaman sehari-hari bahwa suatu benda
yang awalnya diam di tanah tidak akan pernah secara spontan meloncat ke
udara.Hal tersebut tidak mungkin terjadi karena melanggar hukum pertama.Jika
sebuah benda meloncat ke udara, akan terjadi peningkatan energi mekanik
semesta.Hal ini tidak akan melanggar hukum pertama, bagaimanapun jika terdapat
hubungan penurunan energi termal semesta.Hukum pertama tidak menjelaskan
mengapa benda tidak pernah meloncat ke udara secara spontan.
Proses benda meloncat ke udara secara spontan adalah kebalikan dari proses
benda jatuh ke tanah secara spontan.Satu proses terjadi dengan mudah.
Sedangkan proses kebalikannya tidak akan pernah terjadi sama sekali.Banyak
proses irreversibel yang lain yang dapat terjadi hanya dalam satu arah.Sebagai contoh,
ketika benda yang dingin dan benda panas bersentuhan, kalor selalu mengalir dari
benda panas kebenda yang dingin, dan tidak pernah dari benda dingin ke benda yang
panas.Akibatnya suhu benda yang panas menurun, sedangkan suhu benda yang dingin
meningkat.Jika proses kebalikan yang terjadi, benda yang dingin akan menjadi lebih
dingin sedangkan benda yang panas akan lebih panas.Contoh lain, tinta
diteteskan kedalam segelas air, menyebar hingga tinta tersebut dalam air.proses
kebalikannya, dimana campuran air dan tinta secara spontan memisah menjadi air
murni dan tinta murni, tidak akan pernah terjadi
Formulasi Kelvin-Planck atau hukum termodinamika kedua
menyebutkan bahwa adalah tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor
yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata mengubah energi panas
yang diperoleh dari suatu reservoir pada suhu tertentu seluruhnya menjadi usaha
mekanik. Hukum kedua termodinamika mengatakan bahwa aliran kalor
memiliki arah; dengan kata lain, tidak semua proses di alam semesta adalah
reversible (dapat dibalikkan arahnya). Sebagai contoh jika seekor beruang
kutub tertidur di atas salju, maka salju dibawah tubuh nya akan mencair karena
11 | T e r m o d i n a m i k a
kalor dari tubuh beruang tersebut. Akan tetapi beruang tersebut tidak dapat
mengambil kalor dari salju tersebut untuk menghangatkan tubuhnya.
Dengan demikian, aliran energi kalor memiliki arah, yaitu dari panas ke dingin.
Satu aplikasi penting dari hukum kedua adalah studi tentang mesin kalor.
2.3 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.
2.4 Kalorimetri
Kalor yang diserap selama perubahan di ukur dalam kalorimeter, sebuah bejana
air yang besar mengelilingi wadah yang lebih kecil .Bagian luar bejana disekat
secara termal untuk mencegah kalor masuk atau keluar selama perubahan
terjadi.Wadah yang terbuat dari tembaga atau bahan yang dapat menghantarkan
panas, untuk memastikan terjadi pertukaran panas antara air dan wadah.Wadah
melingkupi sistem untuk di ukur, dan air yang mengelilingi, wadah adalah
lingkungan.
2.5 Kalor jenis (kalor
spesifik)
Ketika kalor ditambahkan pada sistem, suhu sistem
meningkat.Untuk memberikan sejumlah kalor, suhu berubah ∆T bergantung
pada tekanan atau volume sistem yang dijaga konstan selama proses.Pada
perubahan Isokhorik (volume konstan), perubahan suhu dihubungkan dengan
kalor yang siserap.
12 | T e r m o d i n a m i k a
Q = Cv .∆T Isokhorik .....11.6a
Dimana Cv adalah kapasitas kalor sistem pada volume konstan.Kalor jenis Cv
suatu zat adalah kapasitas kalor dibagi oleh massa zat :
Cv = Cv/m.........................11.6b
Kalor jenis adalah sifat khas suatu zat.Hal tersebut bergantung pada suhu,
tetapi suhu yang sangat kecil dapat dianggap konstan.Jika tidak ada kerja yang
terjadi ketika ∆V =
0, kalu Q yang di serap sama dengan perubahn energi.Gabungan persamaan
11.6a dan 11.6b, diperoleh :
∆ES = Q = mCv .∆T
Kebanyakan perubahan bilogi terjadi pada tekanan tetap (konstan) daripada
volume tetap, pada perubahan isobari ( tekanan konstan), perubahan suhu
dihubungkan dengan kalor yang diserap
Q = mCp.∆T Isobarik.........................................11.7
Dimana Cp adalah kalor jenis pada tekanan konstan.ini adalah kalor jenis yang
banyak digunakan secara umum.Tabel 11.1 memberikan nilai Cp untuk beberapa
Zat.Satuannya adalah Kcal /kg°C atau J/kg°c
Dari persamaan 11.4 , 11.5 dan 11.7 perubahan energi dalam perubahan
Isobarik menjadi,
∆ES = Q –W
13 | T e r m o d i n a m i k a
= m.Cp.∆T – P.∆V
Jika cairan atau padatan di panaskan pada tekanan konstan, hanya
terjadi peningkatan kecil pada volume, jadi hubungan P∆V sangat kecil
pada persamaan
11.8.Akibatnya terdapat perbedaab yang kecil antara perubahan volume konstan
dan
14 | T e r m o d i n a m i k a
tekanan konstan untuk cairan atau padatan, dan Cv sama dengan Cp untuk
semua tujuan praktis.Gas, disisi lain dianggap mengalami ekspansi ketika di
panaskan, dengan demikian 1,0 dan 16,7 bergantung pada gas.Di bawah ini
merupakan tabel beberapa kalor jenis pada tekanan 1 atm.
Subtance T (˚C) T(Kcal/
Kg˚C)
T(J/Kg˚C)
Gass
Air 100 0,240 1000
Carbon dioksida 15 0,199 833
Oksigen 15 0,218 913
Nitogen 15 0,248 1040
Air 100 0,482 2020
Liquid
Ethanol 25 0,581 2430
Merkuri 20 0,0332 139
Air 0 1,0074 4218,1
Solid
Alumunium 20 0,214 899
Brass 20 0,0917 384
Copper 20 0,0921 386
Glass,crown 20 0,161 674
Flint 20 0,117 490
Granite 20 0,192 804
Human body 37 0,83 3500
Iron 20 0,115 481
15 | T e r m o d i n a m i k a
air 0 0,492 2060
Kayu 20 0,42 1760
16 | T e r m o d i n a m i k a
2.6 Entalpi
Entalpi adalah istilah dalam termodinamika yang menyatakan jumlah
energi internal dari suatu sistem termodinamika ditambah energi yang
digunakan untuk
melakukan kerja. Secara matematis, entalpi dapat dirumuskan sebagai berikut:
di mana:
H = entalpi sistem (joule)
U = energi internal (joule)
P = tekanan dari sistem (Pa)
V = volume sistem (m2)
Kalor adalah suatu bentuk energi yang diterima oleh suatu benda
yang menyebabkan benda tersebut berubah suhu atau wujud bentuknya.
Kalor berbeda dengan suhu, karena suhu adalah ukuran dalam satuan derajat
panas. Kalor merupakan suatu kuantitas atau jumlah panas baik yang diserap
maupun dilepaskan oleh suatu benda.
Dari sisi sejarah kalor merupakan asal kata caloric ditemukan oleh ahli
kimia perancis yang bernama Antonnie laurent lavoiser (1743 - 1794). Kalor
17 | T e r m o d i n a m i k a
memiliki satuan Kalori (kal) dan Kilokalori (Kkal). 1 Kal sama dengan jumlah
panas yang dibutuhkan untuk memanaskan 1 gram air naik 1 derajat celcius.
3. APLIKASI TERMODINAMIKA DALAM BIOLOGI
3.1 Pengaturan Suhu Tubuh
Pengaturan temperatur adalah suatu pengaturan secara kompleks dari
suatu proses fisiologisdi mana terjadi kesetimbangan antara produksi panas
dan kehilangan panas sehingga suhu tubuh dapat dipertahankan secara konstan.
Burung atau mamalia secara fisiologis digolongkan dalam worm Blooded
atau homotermal.Organisme homotermal ini secara umum dapat dikatakan
temperatur tubuh tetap konstan walaupun suhu lingkungan berubah.Hal ini
terjadi karena ada interaksi berantai antara pembentukan panas dan
kehilangan panas.Kedua proses ini dalam keadaan tertentu aktifitasnya diatur
oleh susunan syaraf pusat yang mana mengatur metabolisme, sirkulasi (peredaran
darah),perspirasi (penguapan) dan pekerjaan otot-otot skeletal.sebagai contoh
kontraksi otot banyak menghasilkan panas,rumusnya dapat di tulis:
K= W/H
Dimana K=Efisiensi
H =Energi total (dalam kalori) pada waktu kerja
W = Usaha dinyatakan dalam KgM
Temperatur 37˚C diterima sebagai temperatur normal tubuh manusia.Untuk
mengukur rata-rata temperatur badan dan kulit terdapat banyak kesukaran.Berikut
keterangan suhu tubuh dalam anggota badan manusia.
18 | T e r m o d i n a m i k a
Dengan mengetahui termperatur kulit rata-0rata kita dapat menentkan
temperatur tubuhnya ini bertdasarkan hasil percobaan temperatur basal nikel dan
dubur pada keadaan temperatur lingkungan oleh
DuBoir.N.Y.aced.Mned,1939,75:143-173.yaitu dengan cara : Mean Body
temperatur = (0,69 x temperatur kulit rata-rata ).
Kuantitas suhu tubuh ini berkaitan dengan panas yang tertampung di
dalam tubuh manusia (heat stronge).Untuk menghitung banyaknya panas yang
tertampung dalam tubuh manusia.yaitu engan cara harus menghitung perubahan
temperatur tubuh rata-rata dikalikan dengan panas spesifik dan mas badan maka
diperoleh persamaan:
Heat stronge =temperatur shange x spesifik heat x massa
19 | T e r m o d i n a m i k a
PENUTUP
Termodinamika merupakan ilmu yang mengkaji berbagai bentuk energi danhubungannya satu
dengan yang lain. bersifat mendasar untuk semua ilmu. Ruanglingkup termodinamika kimia ialah
hubungan antara berbagai energi jenis tertentudengan sistem kimia. Hukum pertama termodinamika adalah
suatu pernyataan hukumpelestarian energi. Energi total suatu sistem adalah energi dalamnya yang
merupakansuatu fungsi keadaan. Suatu perubahan energi dalam, ∆ U , dilaksanakan dengantransfer kalor
ataupun perlakuan kerja.Termokimia menangani pengukuran dan penafsiran perubahan kalor
yangmenyertai proses kimia. Kebanyakan pengukuran semacam itu dilakukan dengan sebuah kalorimeter.
Kespontanan suatu reaksi kimia tertentu dapat terjadi tidak hanya bergantungpada perubahan entalpi, ∆ H
,tetapi juga pada temperatur dan perubahan entropi, ∆ S ,yang mengukur perubahan dalam derajat
ketidakteraturan suatu sistem. Entropicenderung mencapai harga maksimum yang dimungkinkan oleh
besarnya energidalam sistem. Hal ini diungkapkan dalam hukum kedua termodinamika. Pada 0 K(suhu
mutlak) nilai entropi pada semua zat nyata adalah nol, dan ini merupakanhukum ketiga termodinamika.
20 | T e r m o d i n a m i k a
DAFTAR PUSTAKA
- Zemansky, Mark W,1982. Kalor dan Termodinamika.Penerbit ITB: Bandung
- Saad,Michel A, 2000, Termodinamika Prinsip dan Aplikasi. PABELA: Surakarta
- Bueche, Frederick J. 1992. Fisika teori dan soal-soal. Penerbit Erlangga: Jakarta.
- http: // hukum-hukum termodinamika.html (www.google.com)
- http:// persamaan keadaan.htm (www.google.com)
- http: //temodinamika « All About Fisika.htm (www.google.com)
- Asyari-Daryus, Termodinamika Teknik I Universitas Darma Persada – Jakarta. 10
21 | T e r m o d i n a m i k a
22 | T e r m o d i n a m i k a
23 | T e r m o d i n a m i k a
24 | T e r m o d i n a m i k a
25 | T e r m o d i n a m i k a
26 | T e r m o d i n a m i k a
Top Related