MAKALAH FISIKA LINGKUNGAN

TERMODINAMIKA

Disusun Oleh:

YENI SETIAWATI

P07133111079

KEMENENTERIAN KESEHATAN REPUBLIK INDONESIA

POLTEKKES KEMENKES YOGYAKARTA

JURUSAN KESEHATAN LINGKUNGAN

Tahun Pelajaran 2011/2012

BAB 1

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Termodinamika merupakan cabang ilmu fisika yang mempelajari hokum – hokum dasar

yang di patuhi oleh kalor dan usaha. Dalam termodinamika gas dipelajari tentang perubahan

energi dalam suatu gas dan factor – factor yang mempengaruhi energi dalam. Temodinamika

juga melibatkan usaha yang di lakukan dan kalor yang disuplai atau hilang dari suatu gas.

Energi dalam merupakan jumlah energi kinetik dan energi potensial yang berhubungan

dengan atom – atom atau molekul – molekul zat. Untuk gas ideal gaya anatar molekul dapat

diabaikan sehingga energi potensial molekul – molekul adalah nol. Dengan demikian, energi

dalam hanyalah total energi kinetic dari seluruh molekul.

Hukum Pertama Termodinamika :

U = V2 – V1= Q – W

Catatan : Q positif jika system memperolaeh (menerima) kalor, Q negative jika system

kehilangan atau memberi kalor.

Hukum Kedua Termodinamika :

Formula Kelvin – Planck

Formula Claucius

Formula Entropi

Sesuai dengan hokum kedua termodinamika, konversi siklus dari energi panas menjadi

bentuk lain tidak dapat memiliki efisiensi sempurna: sejumlah energi harus dibuang ke

sumber dingin. Menara pendingin pada sebuah pembangkit listrik tenaga nuklir ( PLTN )

adalah tempat dimana enerig panas dibuang. Menara pendingin berfungsi mendinginkan

energi yang dibuang oleh mesin kalor agar air yang akhirnya dibuang ke lingkungan memiliki

suhu yang tidak membahayakan lingkungan.

B. Tujuan

1. Mahasiswa dapat memahami hukum – hukum termodinamika

2. Mahasiswa dapat menerapkan ilmu termodinamika dalam kehidupan sehari – hari

C. Manfaat

Banyak sekali manfaat termodinamika bagi kehidupan sehari – hari salah satunya

yaitu pemuaian gas panas dalam suatu mesin diesel, pemuaian gas cair dalm system

pendinginan dan langkah kompresi dalam mesin diesel yang menggunakan proses adiabatik,

D. Ruang lingkup

Termodinamika merupakan ilmu fisika yang mempelajari tentang perubahan panas

meliputi : proses isobaric, proses isothermal, proses isokhorik, proses adiabatic dan hukum

termodinamika awal hingga hukum termodinamika ke – 3 serta siklus termodinamika.

Temodinamika juga melibatkan usaha yang di lakukan dan kalor yang disuplai atau hilang

dari suatu gas.

BAB 2

PEMBAHASAN

A. Pengertian

Termodinamika berasal dari dua kata, yaitu thermal (yang berkenaan dengan panas)

dan dinamika (yang berkenaan dengan pergerakan). Maka termodinamika merupakan ilmu

mengenai fenomena tentang energi yang berubah – ubah karena pengaliran panas dan usaha

yang dilakukan. Misalnya suatu benda dinaikkan suhunya maka timbul pemuaian. Pada

proses ini terdapat suatu pemindahan panas dan juga bekerja suatu gaya yang mengalami

perpindahan sehingga mengakibatkan terlaksananya suatu usaha.

B. Hukum-hukum Termodinamika

1. Hukum Pertama Termodinamika

adalah bentuk lain dari hukum kekekalan energi yag diaplikasikan pada perubahan

energi dalam yang dialami oleh suatu system menurut hukum pertama, energi dalam suatu

zat dapat ditingkatkan dengan menambahkan kalor ke zat atau dengan melakukan usaha pada

zat.

Energi dalam suatu system perubahan dari nilai awal U1 ke nilai akhir U2 berhubungan

dengan kalor Q dan usaha W:

Q = ∆U + W

= (U2-U1) + W

Keterangan :

Q = kalor yang dilepas atau yang diterima oleh system selama perubahan dari

keadaan 1 ke keadaan 2

∆U = perubahan energy dalam system

W = usaha luar yang dilakukan oleh system selama perubahan

Contoh soal :

Tabung yang volumenya 2 m3 berisi gas ditekan secara isobaric pada tekanan 6 x

105 Pa sehingga volumenya menjadi 1,5 m

3. Akibat tekanan ini, energy dalam gas

bertambah 3 x 105 J. Hitung kalor yang dilepas gas?

Jawab:

Q = W + ∆U

= P. ∆V + ∆U

= 6 x 105 x (1,5 – 2) + 3 x 10

5

= 0 J

Artinya gas tidak melepaskan kalor

1. Perubahan energy dalam (∆U)

Energy dalam merupakan jumlah energy kinetik translasi dari semua atom.

Jumlah ini sama dengan energy kinetik rata – rata per molekul dikalikan total molekul.

U = 3

2nRT

∆U = U2-U1

Dengan demikian, energy kinetik dalam sebuah gas ideal hanya tergantung pada

suhu dan jumlah mol gas dan tidak tergantung dari tekanan dan volume. Dengan kata lain

energy dalam system hanya tergantung pada keadaan awal (T1) dan keadaan akhir (T2)

saja dan tidak tergantung pada bagaimana proses ini berlangsung.

2. Hukum I thermodinamika pada beberapa proses thermodinamika

a. Proses isobaric

∆U = 3

2 nR(T2-T1)

Proses isobaric merupakan proses yang berlangsung pada tekanan tetap. Pada

proses isobaric terjadi perubahan energy ∆U karena terjadi perubahan suhu system

∆T.

Keterangan :

∆U = perubahan energy dalam (J)

Q = kalor (J)

P = tekanan (atm)

V2 = volume akhir (m3)

V1 = volume awal (m3)

b. Proses isothermal

Proses isothermal merupakan proses yang berlangsung pada suhu tetap.

Berarti, suhu awal gas T1 sama dengan suhu akhir T2 sehingga perubahan energy

dalam ∆U = 3

2 nR(T2-T1) = 0.

Keterangan :

W = usaha (J)

V1 = volume awal (m3)

V2 = volume akhir (m3)

n = (mol)

R = ketetapan gas umum (8,31 J/mol K)

∆U = Q – P.(V2 – V1)

∆U = Q – W

0 = Q – W

Q = W = nRT.ln . V2

V1

T = suhu (oK)

Q = usaha (J)

c. Proses isokhorik

Pada proses isokhorik merupakan proses yang berlangsung pada volume tetap.

Berarti volume awal sama dengan volume akhir sehingga usaha yang dilakukan gas

W = P (∆V) = 0

d. Proses adiabatic

Proses adiabatic merupakan proses yang berlangsung dimana tidak ada kalor

yang masuk atau keluar dari system (Q = 0). Dari hukum I termodinamika diperoleh

hubungan berikut :

2. Hokum Kedua Temodinmika

mengatakan bahwa memiliki arah atau tidak semua proses di alam adalah

reversible (arahnya dapat dibalik). Dengan demikian hukum kedua termodinamika

dinyatakan :

Hukum II termodinamika dalam pernyataan aliran kalor (perumusan RJF.

Clausius) “ kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda

bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya”

∆U = Q – W

∆U = Q – 0

Q = ∆U= 3

2 nR(T2-T1)

∆U = Q – W

∆U = 0 – W

W =- ∆U= - 3

2 nR(T2-T1)

Hukum II termodinamika dalam pernyataan tentang mesin kalor (perumusan

Kelvin - Planck) “ tidak mungkin membuat suatu mesin kalor yang bekerja dalam

suatu siklus yang semata – mata menyerap kalor dari sebuah reservoir dan

mengubah seluruhnya menjadi usaha luar”

Hukum II termodinamika dalam pernyataan entropi “ total entroppi semesta tidak

berubah ketika proses reversible terjadi dan bertambah ketika prosees ireversibel

terjadi ”

1. Pengertian entropi

Entropi menyatakan ukuran ketidakteraturan suatu system. Suattu system yang

memiliki entropi yang tinggi berarti system tersebut makin tidak teratur.sebagai

contoh, jika gas dipanaskan maka molekul – molekul gas akan bergerak secara acak

(entropinya tinggi) tetapi jika suhunya diturunkan maka gerak molekulnya menjadi

lebih teratur (entropinya rendah). Entropi adalah ukuran banyaknya energy atau kalor

yang tidak dapat diubah menjadi usaha.

Keterangan :

∆S = Entropi (joule

kelvin )

∆Q = perubahan kalor (joule)

T = suhu mutlak (0K)

2. Mesin pendingin

Mesin pendingin merupakan peralatan yang bekerja berdasarkan aliran kalor dari

benda dingin ke benda panas dengan melakukan usaha pada system. Contoh lemari es

(kulkas) dan pendingin ruangan AC.

∆S = ∆Q

T

Kp = T2

T1− T2

3. Hukum Ketiga Termodinamika

Hukum ini membahas tentang kaitan antara gerakan molekul dengan

penurunan temperature benda tersebut. Suatu benda apabila suhu/temperatur

diturunkan secara bertahap sampai temreratur absolute, maka gerakan molekul

berangsyr-angsur melemah sampai berhenti. Hukum ini dicetuskan oleh Nernzt.

Contoh Kongret:

Suhu air diturunkan sampai 00 C, air akan membeku; kuman yang berada

didalam air gerakannya akan terhenti (bukan mati). Apabila suhu air dinaikkan maka

air yang membeku tadi akan mencair kembali dan kuman yang berada di dalam air

akan bergarak kembali.

C. Siklus thermodinamika

Usaha yang dilakukan oleh suatu gas ketika gas tersebut memuai secara

isothermal tidak mungkin gas itu memuai terus – menerus untuk melakukan usaha

menyerap kalor, sebab proses isothermal itu akan berhenti ketika volum maksimum

system telah tercapai. Untuk dapat mengubah kalor menjadi usaha terus – menerus

haruslah diupayakan agar gas yang telah melakukan usaha itu dikembalikan ke

keadaan awalnya. Proses dari keadaan semula dan kembali lagi ke keadaan semula

setelah gas melakukan usaha disebut siklus (daur).

Pada tahun 1824,seorang insinyur berkebangsaan Prancis bernama Sadi

Carnot (1796-1832) memperkenalkan metode baru untuk meningkatkan efisiensi

mesin berdasarkan siklus usaha yang selanjutnya dikenal sebagai siklus Carnot.

Siklus Carnot ini terdiri dari empat proses yaitu dua proses adiabatic dan dua proses

isothermal.

W = Q1 – Q2

Efisiensi nyata (η) dari mesin kalor adalah perbandingan usaha total yang dilakukan

oleh mesin selama satu siklus terhadap kalor yang dimasukkan dari sumber bersuhu tinggi di

dalam satu siklus. Besarnya kerja yang dapat dilakukan oleh system dibandingkan dengan

energy yang diserap, dapat melakukan efisiensi suatu mesin. Efisiensi disefinisikan sebagai :

Persamaan diatas menunjukkan efisiensi mesin secara umum, sedangkan khusus

untuk mesin Carnot, persamaannya dapat ditulis menjadi :

Keterangan :

W = usaha yang dilakukan oleh system (joule/J)

Q2 = kalor dilepaskan (joule/J)

Q1 = kalor masuk (joule/J)

T1 = reservoir suhu tinggi (oK)

η = 1 − Q2

Q1 x 100 %

η = 1 − T2

T1 x 100 %

T2 = reservoir suhu rendah (oK)

η = efisiensi (%

BAB III

PENUTUP

A. KESIMPULAN

Termodinamika merupakan cabang ilmu fisika yang mempelajari hukum – hukum

dasar yang di patuhi oleh kalor dan usaha. Dalam termodinamika gas dipelajari tentang

perubahan energi dalam suatu gas dan factor – factor yang mempengaruhi energi dalam.

B. SARAN

Termodinamika adalah ilmu fisika yang mempelajari hukum – hukum dasar yang

dipatuhi oleh kalor dan usaha. Termodinamika sangat berguna bagi kehidupan, salah satunya

dalam penetuan keseimbangan suhu pada suatu tempat atau suhu lingkungan yang

mempengaruhi aktivitas mikroorganiosme. Untuk itu sebaiknya pembaca dapat

menerapkannya pada kehidupan sehari – hari dengan baik dan benar.