KATA PENGANTAR

Puji syukur ke hadirat ALLAH SWT karena telah melimpahkan

rahmat dan hidayah-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan

“MAKALAH TERMODINAMIKA” yang berjudul “PROSES MENGALIR”.

Semoga dengan adanya makalah ini dapat menambah ilmu bagi

yang membacanya. makalah ini sangat jauh dari sempurna dan

masih banyak terdapat kesalahan-kesalahan dalam penyusunan

makalah ini, maka dari itu, kami mohon maaf yang sebesar-

besarnya.

Selain itu, saran, usul dan kritik yang sifatnya membangun sangat

kami harapkan demi penyempurnaan di masa yang akan datang.

akhir kata, semoga makalah ini dapat berguna dan bermanfaat bagi

semua pihak.

Balikpapan 14 Juni 2014

Penyusun

1

DAFTAR ISI

Kata Pengantar…………………………………………………….. 1

Daftar Isi……………………………………………………………. 2

BAB I Pendahuluan…………………………………………………3

1.1 Latar Belakang…………………………………………………..5

1.2 Rumusan Masalah……………………………………………….6

1.3 Tujuan……………………………………………………………6

1.4 Manfaat…………………………………………………………..6

BAB II Pembahasan………………………………………………...7

2.1 Kalor……………………………………………………………..7

2.2 Kalor dan Energi Termal………………………………………..9

2.3 Satuan Kalor…………………………………………………….9

2.4 Perpindahan Kalor………………………………………………9

a. Konduksi…………………………………………………….10

b. Konveksi……………………………………………………. 11

c. Radiasi……………………………………………………….11

2

2.5 Hukum II Termodinamika………………………………………13

1. Formulasi Kelvin-Planck…………………………………….17

2. Formulasi clausius……………………………………………17

2.6 Proses Reversibel dan Ireversibel………………………………..18

2.7 Mesin Carnot………………………………………………………19

a. Siklus Carnot………………………………………………….20

b. Mesin Pendingin………………………………………………22

Prinsip Kerja dari mesin Pendingin………………….24

c. Mesin Pemanas………………………………………………..25

d. Siklus Carnot pada mesin Pendingin dan Pemanas…………26

Proses Isokhorik…………………………………………..27

Proses Isobaris…………………………………………….27

Proses Isotermis…………………………………………...28

Proses Adiabatik…………………………………………..29

BAB III Kesimpulan………………………………………………….31

3.1 Daftar Pustaka…………………………………………………….32

3

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Termodinamika adalah ilmu tentang energi, yang secara

spesifik membahas tentang hubungan antara energi panas dengan

kerja. Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuklain, baik

secara alami maupun hasil rekayasa teknologi.

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 keseimbangan / kenaikan entropi: Panas tidak bisa mengalir

dari material yang dingin ke yang lebih panas secara spontan.

Entropi adalah tingkat keacakan energi. Jika satu ujung material

panas, dan ujung satunya dingin, dikatakan tidak acak, karena ada

konsentrasi energi. Dikatakan entropinya rendah. Setelah rata

menjadi hangat, dikatakan entropinya naik.

Proses termodinamik yang berlanggsung secara alami seluruhnya

disebut proses ireversibel(irreversibel process). Proses tersebut

berlanggsung secara spontan pada satu arah tetapi tidak pada arah

sebaliknya. Contohnya kalor berpindah dari benda yang bersuhu

tinggi ke benda yang bersuhu rendah.

4

Proses reversibel adalah proses termodinamika yang dapat

berlanggsung secara bolak-balik. Sebuah sistem yang mengalami

idealisasi proses reversibel selalu mendekati keadaan

kesetimbangan termodinamika antara sistem itu sendiri dan

lingkungannya. Proses reversibel merupakan proses seperti-

kesetimbangan (quasi equilibrium process).

Sejarah awal dari AC (air Conditioner ) sudah dimulai sejak jaman

Romawi yaitu dengan membuat penampung air yang mengalir di

dalam dinding rumah sehingga menurunkan suhu ruangan , tetapi

saat itu hanya orang tertentu saja yang bisa karena biaya

membangunnya sangatlah mahal karena membutuhkan air dan

juga bangunan yang tidak biasa. Hanya para raja dan orang kaya

saja yang dapat membangunnya.

Kemudian pada tahun 1820 ilmuwan Inggris bernama Michael

Faraday Image menemukan cara baru mendinginkan udara dengan

menggunakan Gas Amonia dan pada tahun 1842 seorang dokter

menemukan cara mendinginkan ruangan dirumah sakit

Apalachicola yang berada di Florida Ameika Serikat. Dr.Jhon Gorrie

Image adalah yang menemukannya dan ini adalah cikal bakal dari

tehnologi AC (air conditioner) tetapi sayangnya sebelum sempurna

beliau sudah meninggal pada tahun 1855.

Willis Haviland Carrier Image seorang Insinyur dari New York

Amerika menyempurnakan penemuan dari Dr.Jhon Gorrie tetapi AC

ini digunakan bukan untuk kepentingan atau kenyamanan manusia

melainkan untuk keperluan percetakan dan industri lainnya.

Penggunaan AC untuk perumahan baru dikembangkan pada tahun

5

1927 dan pertama dipakai disbuah rumah di Mineapolis, Minnesota.

Saat ini AC sudah digunakan disemua sektor, tidak hanya industri

saja tetapi juga sudah di perkantoran dan perumahan dengan

berbagai macam bentuk dari mulai yang besar hingga yang

kecil.semuanya masih berfungsi sama yaitu untuk mendinginkan

suhu ruangan agar orang merasa nyaman.

1.2 Rumusan Masalah

Maka dirumuskan permasalahan sebagai berikut :

1. Apa pengertian dan aplikasi hukum kedua termodinamika ?

2. Bagaimana Prinsip kerja dari proses mengalir di hukum

termodinamika 2 ?

1.3 Tujuan

Adapun tujuan dari penyusunan makalah ini, antara lain:

1. Memberikan tambahan pengetahuan kepada pembaca

tentang Hukum 2 Termodinamika.

2. Memberikan pengetahuan kepada pembaca mengenai cara

kerja dari reservoir energi panas, mesin kalor, mesin

pendingin, pompa panas, dan mesin abadi.

6

1.4 Manfaat

Manfaat yang dapat diperoleh dari penulisan makalah adalah:

1. Memberi penjelasan kepada pembaca tentang sistem

termodinamika,

2. Memberi penjelasan kepada pembaca mengenai hukum I

termodinamika beserta aplikasinya dalam proses

termodinamika, pada manusia, dan kehidupan sehari-hari.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Kalor

Didefinisikan sebagai energi panas yang dimiliki oleh suatu

zat. Secara umum untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki

oleh suatu benda yaitu dengan mengukur suhu benda tersebut. Jika

suhunya tinggi maka kalor yang dikandung oleh benda sangat

besar, begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang

dikandung sedikit. dari hasil percobaan yang sering dilakukan besar

kecilnya kalor yang dibutuhkan suatu benda(zat) bergantung pada

3 faktor :

massa zat

7

jenis zat (kalor jenis)

perubahan suhu

Sehingga secara matematis dapat dirumuskan :

Q = m.c.(t2 – t1)

Dimana :

Q adalah kalor yang dibutuhkan (J)

m adalah massa benda (kg)

c adalah kalor jenis (J/kgC)

(t2-t1) adalah perubahan suhu (C)

Benyamin Thomson/Count Rumford (1753-1814) dengan

eksperimen-nya, dia mengebor logam, teramati bahwa mata bor

menjadi panas dan didinginkan dengan air (sampai airnya

mendidih), tentunya dari teori “kalorik”, kalorik tersebut lama

kelamaan akan habis dan ternyata bila proses tersebut berlanjut

terus kalorik tersebut tidak habis, jadi teori kalorik tidak tepat. Jadi

kalor bukan materi :

kalor

T1 T2 T1>T2

8

Ket.

Pada Q1 es mendapat kalor dan digunakan menaikkan suhu es, setelah suhu sampai pada 0 C kalor yang diterima digunakan untuk melebur (Q2), setelah semua menjadi air barulah terjadi kenaikan suhu air (Q3), setelah suhunya mencapai suhu 100 C maka kalor yang diterima digunakan untuk berubah wujud menjadi uap (Q4), kemudian setelah berubah menjadi uap semua maka akan kembali terjadi kenaikan suhu kembali (Q5)

2.2 Kalor dan Energi Termal

Ada suatu perbedaan antara kalor (heat) dan energi dalam dari

suatu bahan. Kalor hanya digunakan bila menjelaskan perpindahan energi

dari satu tempat ke yang lain. kalor adalah energi yang dipindahkan

akibat adanya perbedaan temperatur.. Sedangkan energi dalam (termis)

adalah energi karena temperaturnya

2.3 Satuan Kalor

9

Satuan kalor adalah kalori dimana, 1 kalori adalah kalor yang

diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 gr air dari 14,5 C menjadi 15,5

C.

Dalam sistem British, 1 Btu (British Thermal Unit) adalah kalor untuk

menaikkan temperatur 1 lb air dari 63 F menjadi 64 F.

1 kal = 4,186 J = 3,968 x 10-3 Btu

1 J = 0,2389 kal = 9,478 x 10-4 Btu

1 Btu = 1055 J = 252,0 kal

2.4 Perpindahan Kalor

Bila dua benda atau lebih terjadi kontak termal maka akan terjadi

aliran kalor dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang

bertemperatur lebih rendah, hingga tercapainya kesetimbangan termal.

Proses perpindahan panas ini berlangsung dalam 3 mekanisme, yaitu :

konduksi, konveksi dan radiasi.

a. Konduksi

Proses perpindahan kalor secara konduksi bila dilihat secara atomik

merupakan pertukaran energi kinetik antar molekul (atom), dimana

partikel yang energinya rendah dapat meningkat dengan menumbuk

partikel dengan energi yang lebih tinggi.

10

Besarnya energi konduksi disebut juga laju konduksi ditentukan oleh

persamaan berikut:

Keterangan:

Q = kalor (joule)

k = koefisien konduski (konduktivitas termal)

t = waktu (s)

A = luas penampang (m persegi)

L = panjang logam (m)

T=Suhu(kelvin)

Sebelum dipanaskan atom dan elektron dari logam bergetar pada

posisi setimbang. Pada ujung logam mulai dipanaskan, pada bagian ini

atom dan elektron bergetar dengan amplitudi yang makin membesar.

Selanjutnya bertumbukan dengan atom dan elektron disekitarnya dan

memindahkan sebagian energinya. Kejadian ini berlanjut hingga pada

atom dan elektron di ujung logam yang satunya. Konduksi terjadi melalui

getaran dan gerakan elektron bebas.

b. Konveksi

Apabila kalor berpindah dengan cara gerakan partikel yang telah

dipanaskan dikatakan perpindahan kalor secara konveksi. Bila

perpindahannya dikarenakan perbedaan kerapatan disebut konveksi

11

alami (natural convection) dan bila didorong, misal dengan fan atau

pompa disebut konveksi paksa (forced convection).

Besarnya energi konveksi atau bisa disebut laju konveksi ditentukan oleh

persamaan berikut:

Keterangan:

Q = kalor (joule) h = koefisien konveksi t = waktu (s) A = luas penampang

(m persegi)

T = Suhu (kelvin)

c. Radiasi

Pada proses radiasi, energi termis diubah menjadi energi radiasi.

Energi ini termuat dalam gelombang elektromagnetik, khususnya daerah

inframerah (700 nm - 100 m). Saat gelombang elektromagnetik tersebut

berinteraksi dengan materi energi radiasi berubah menjadi energi termal.

Untuk benda hitam, radiasi termal yang dipancarkan per satuan waktu per

satuan luas pada temperatur T kelvin adalah :

12

E = e T4.

dimana : konstanta Boltzmann : 5,67 x 10-8 W/ m2 K4, e : emitansi (0

e 1).

Sinar Gelombang Elektromagnetik tersebut dibedakan berdasarkan

panjang gelombang dan frekuensinya. Semakin besar panjang gelombang

semakin kecil frekuensinya. Energi radiasinya tergantung dari besarnya

frekuensi dalam arti semakin besar frekuensi semakin besar energi

radiasinya. Sinar Gamma adalah gelombang elektromagnetik dan sinar

radioaktif dengan energi radiasi terbesar.

Dalam kasus ini, terdapat hal yang disebut radiasi benda hitam, yang

memaparkan bahwa semakin hitam benda tersebut maka energi radiasi

yang dikenainya juga makin besar. Hal ini adalah fakta sehari-hari. Saat

kita menjemur pakaian hitam dan putih dibawah sinar matahari berwarna

dengan jenis dan tebal yang sama, maka pakaian warna hitam akan lebih

cepat kering dibandingkan dengan pakaian berwarna putih.

Oleh karena itu, warna hitam dikatakan sempurna menyerap panas,

sedangkan warna putih mampu memantulkan panas atau cahaya dengan

sempurna. Sehingga emisivitas bahan (kemampuan menyerap panas)

13

untuk warna hitam e = 1 sedangkan warna putih e = 0. Untuk warna

lainnya berkisar antara 0 dan 1.

Besarnya energi radiasi benda hitam tergantung pula pada tingkat derajat

suhunya. Seperti yang terlihat dari rumus energi radiasi berikut:

Keterangan:

P = Daya Radiasi/Energi Radiasi setiap Waktu (watt)

Q = Kalor (joule)

t = waktu (s)

e = emisivitas bahan

A = luas penampang (m persegi)

T = suhu (kelvin)

o = konstanta stefan boltzmann (5,67 x 10 pangkat minus 8)

2.5 Hukum II Termodinamika

Termodinamika (bahasa Yunani: thermos = 'panas' and dynamic =

'perubahan') adalah fisika energi , panas, kerja, entropi dan kespontanan

proses. Hukum kedua termodinamika mengatakan bahwa aliran kalor

memiliki arah. Dengan kata lain, tidak semua proses di alam adalah

reversibel (arahnya dapat dibalik). Hukum kedua termodinamika

14

menyatakan bahwa kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu

tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak pernah mengalir secara

spontan dalam arah kebalikannya. Misalnya, jika sebuah kubus kecil

dicelupkan ke dalam secangkir air kopi panas, kalor akan mengalir dari air

kopi panas ke kubus es sampai suhu keduanya sama.

Hukum pertama termodinamika tidak dapat menjelaskan apakah suatu

proses mungkin terjadi ataukah tak mungkin terjadi. Oleh karena itu,

muncullah hukum kedua termodinamika yang disusun tidak lepas dari

usaha untuk mencari sifat atau besaran sistem yang merupakan fungsi

keadaan. Ternyata orang yang menemukannya adalah Clausius dan

besaran itu disebut entropi. Hukum kedua ini dapat dirumuskan sebagai

berikut:

“Proses suatu sistem terisolasi yang disertai dengan penurunan entropi

tidak mungkin terjadi. Dalam setiap proses yang terjadi pada sistem

terisolasi, maka entropi sistem tersebut selalu naik atau tetap tidak

berubah.”

Hukum kedua termodinamika memberikan batasan dasar pada efisiensi

sebuah mesin atau pembangkit daya. Hukum ini juga memberikan

batasan energi masukan minimum yang dibutuhkan untuk menjalankan

sebuah sistem pendingin. Hukum kedua termodinamika juga dapat

dinyatakan dalam konsep entropi yaitu sebuah ukuran kuantitatif derajat

ketidakaturan atau keacakan sebuah sistem.

Tiga Pernyataan Bagi Hukum Kedua Termodinamika

1.      Kalor tidak mengalir secara spontan dari dingin ke panas.

2.      Tidak ada mesin yang dapat mengubah kalor menjadi usaha

secara utuh,

15

3.      Setiap sistem terisolasi condong menjadi acak.

Dari hasil percobaan para ahli menyimpulkan bahwa mustahil untuk

membuat sebuah mesin kalor yang mengubah panas seluruhnya menjadi

kerja, yaitu mesin dengan efisiensi termal 100%. Kemustahilan ini adalah

dasar dari satu pernyataan hukum kedua termodinamika sebagai berikut :

“Adalah mustahil bagi sistem manapun untuk mengaalami sebuah proses

di mana sistem menyerap panas dari reservoir pada suhu tunggal dan

mengubah panas seluruhnya menjadi kerja mekanik, dengan sistem

berakhir pada keadaan yang sama seperti keadaan awalnya”.

Pernyataan ini dikenal dengan sebutan pernyataan “mesin” dari hukum

kedua termodinamika.

Dasar dari hukum kedua termodinamika terletak pada perbedaaan antara

sifat alami energi dalam dan energi mekanik makroskopik. Dalam benda

yang bergerak, molekul memiliki gerakan acak, tetapi diatas semua itu

terdapat gerakan terkoordinasi dari setiap molekul pada arah yang sesuai

dengan kecepatan benda tersebut. Energi kinetik dan energi potensial

yang berkaitan dengan gerakan acak menghasilkan energi dalam.

Jika hukum kedua tidak berlaku, seseorang dapat menggerakkan mobil

atau pembangkit daya dengan mendinginkan udara sekitarnya. Kedua

kemustahilan ini tidak melanggar hukum pertama termodinamika. Oleh

karena itu, hukum kedua termodinamika bukanlah penyimpulan dari

hukum pertama, tetapi berdiri sendiri sebagai hukum alam yang terpisah.

Hukum pertama mengabaikan kemungkinan penciptaan atau

pemusnahan energi. Sedangkan hukum kedua termodinamika membatasi

ketersediaan energi dan cara penggunaan serta pengubahannya.

16

Panas mengalir secara spontan dari benda panas ke benda yang lebih

dingin, tidak pernah sebaliknya. Sebuah pendingin mengambil panas dari

benda dingin ke benda yang lebih panas, tetapi operasinya membutuhkan

masukan energi mekanik atau kerja. Hal umum mengenai pengamatan ini

dinyatakan sebagai berikut :

“Adalah mustahil bagi proses mana pun untuk bekerja sendiri dan

menghasilkan perpindahan panas dari benda dingin ke benda yang lebih

panas.”

Pernyataan ini dikenal dengan sebutan pernyataan “pendingin” dari

hukum kedua termodinamika.

Pernyataan “pendingin” ini mungkin tidak tampak berkaitan sangat dekat

dengan pernyataan “mesin”. Tetapi pada kenyataannya, kedua

pernyataan ini seutuhnya setara. Sebagai contoh, jika seseorang dapat

membuat pendingin tanpa kerja, yang melanggar pernyataan “pendingin”

dari hukum kedua, seseorang dapat mengabungkannya dengan sebuah

mesin kalor, memompa kalor yang terbuang oleh mesin kembali ke

reservoir panas untuk dipakai kembali. Meski gabungan ini akan

melanggar pernyataan “mesin” dari hukum kedua, karena selisih efeknya

akan menarik selisih panas sejumlah dari reservoir panas dan mengubah

seutuhnya menjadi kerja W.

Perubahan kerja menjadi panas, seperti pada gesekan atau aliran fluida

kental (viskos) dan aliran panas dari panas ke dingin melewati sejumlah

gradien suhu, adalah suatu prosesireversibel. Pernyataan “mesin” dan

“pendingin” dari hukum kedua menyatakan bahwa proses ini hanya dapat

dibalik sebagian saja. Misalnya, gas selalu mengalami kebocoran secara

spontan melalui suatu celah dari daerah bertekanan tinggi ke daerah

bertekanan rendah. Gas-gas dan cairan-cairan yang dapat bercampur bila

dibiarkan akan selalu tercampur dengan sendirinya dan bukannya 17

terpisah. Hukum kedua termodinamika adalah sebuah pernyataan dari

aspek sifat searah dari proses-proses tersebut dan banyak proses

ireversibel lainnya. Perubahan energi adalah aspek utama dari seluruh

kehidupan tanaman dan hewan serta teknologi manusia, maka hukum

kedua termodinamika adalah dasar terpenting dari dunia tempat makhluk

hidup tumbuh dan berkembang.

Dua formulasi dari hukum kedua termodinamika yang berguna untuk

memahami konversi energi panas ke energi mekanik, yaitu formulasi

yang dikemukakan oleh Kelvin-Planck dan Rudolf Clausius. Adapun hukum

kedua termodinamika dapat dinyatakan sebagai berikut :

1. Formulasi Kelvin-Planck

“Tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja

dalam suatu siklus yang semata-mata mengubah energi panas yang

diperoleh dari suatu sumber pada suhu tertentu seluruhnya menjadi

usaha mekanik.” Dengan kata lain, formulasi kelvin-planck menyatakan

bahwa tidak ada cara untuk mengambil energi panas dari lautan dan

menggunakan energi ini untuk menjalankan generator listrik tanpa efek

lebih lanjut, misalnya pemanasan atmosfer. Oleh karena itu, pada setiap

alat atau mesin memiliki nilai efisiensi tertentu. Efisiensi menyatakan nilai

perbandingan dari usaha mekanik yang diperoleh dengan energi panas

yang diserap dari sumber suhu tinggi.

2. Formulasi Clausius

“Tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam

suatu siklus yang semata-mata memindahkan energi panas dari suatu

benda dingin ke benda panas”. Dengan kata lain, seseorang tidak dapat

18

mengambil energi dari sumber dingin (suhu rendah) dan memindahkan

seluruhnya ke sumber panas (suhu tinggi) tanpa memberikan energi pada

pompa untuk melakukan usaha. (Marthen Kanginan, 2007: 249-250)

Berbeda dari hukum pertama, hukum kedua ini mempunyai berbagai

perumusan. Kelvin mengetengahkan suatu permasalahan dan Planck

mengetengahkan perumusan lain. Karena pada hakekatnya perumusan

kedua orang ini mengenai hal yang sama maka perumusan itu digabung

dan disebut perumusan Kelvin-Planck bagi hukum kedua termodinamika.

Perumusan ini diungkapkan demikian :

“Tidak mungkin membuat pesawat yang kerjanya semata-mata menyerap

kalor dari sebuah reservoir dan mengubahnya menjadi usaha”

Oleh Clausius, hukum kedua termodinamika dirumuskan dengan

ungkapan :

“Tidak mungkin membuat pesawat yang kerjanya hanya menyerap kalor

dari reservoir bertemperatur rendah dan memindahkan kalor ini ke

reservoir yang bertemperatur tinggi, tanpa disertai perubahan lain”.

2.6 Proses Reversibel dan Ireversibel

Proses reversibel adalah proses termodinamik yang dapat berlanggsung

secara bolak-balik. Sebuah sistem yang mengalami idealisasi proses

reversibel selalu mendekati keadaan kesetimbangan termodinamika

antara sistem itu sendiri dan lingkungannya. Proses reversibel merupakan

proses seperti-kesetimbangan (quasi equilibrium process). Proses yang

dapat dibalik arahnya dinamakan proses reversible proses reversibel

adalah murni dan bersifat hipotesis. Berbagai proses yang diidealisasikan

sebagai proses reversibel adalah :

19

·         Tidak ada gesekan internal atau mekanis

·         Perbedaan suhu dan tekanan antara zat kerja dan lingkungan harus

infinitesimal

·         Pemampatan atau pemuaian yang terbatas

·         Aliran arus listrik melalui tahan adalah nol

·         Reaksi kimia yang terbatas

·         Magnetisasi, polarisasi

·         Pencampuran dua sampel zat yang sama pada keadaan yang sama

Proses termodinamik yang berlanggsung secara alami seluruhnya disebut

proses ireversibel (irreversibel process). Proses tersebut berlangsung

secara spontan pada satu arah tetapi tidak pada arah sebaliknya. Proses

yang tidak dapat dibalik arahnya dinamakan proses irreversibel.

Contohnya kalor berpindah dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang

bersuhu rendah. 

2.7 Mesin Carnot

Mesin Carnot adalah mesin kalor hipotetis yang beroperasi

dalam suatu siklus reversibel yang disebut siklus Carnot. Model

dasar mesin ini dirancang oleh Nicolas Léonard Sadi Carnot,

seorang insinyur militer Perancis pada tahun 1824. Model mesin

Carnot kemudian dikembangkan secara grafis oleh Émile Clapeyron

1834, dan diuraikan secara matematis oleh Rudolf Clausius pada

1850an dan 1860an. Dari pengembangan Clausius dan Clapeyron

inilah konsep dari entropi mulai muncul.

20

Setiap sistem termodinamika berada dalam keadaan tertentu.

Sebuah siklus termodinamika terjadi ketika suatu sistem mengalami

rangkaian keadaan-keadaan yang berbeda, dan akhirnya kembali

ke keadaan semula. Dalam proses melalui siklus ini, sistem tersebut

dapat melakukan usaha terhadap lingkungannya, sehingga disebut

mesin kalor.

Sebuah mesin kalor bekerja dengan cara memindahkan energi dari

daerah yang lebih panas ke daerah yang lebih dingin, dan dalam

prosesnya, mengubah sebagian energi menjadi usaha mekanis.

Sistem yang bekerja sebaliknya, dimana gaya eksternal yang

dikerjakan pada suatu mesin kalor dapat menyebabkan proses yang

memindahkan energi panas dari daerah yang lebih dingin ke energi

panas disebut mesin refrigerator.

Pada diagram di atas, yang diperoleh dari tulisan Sadi Carnot

berjudul Pemikiran tentang Daya Penggerak dari Api (Réflexions sur

la Puissance Motrice du Feu), diilustrasikan ada dua benda A dan B,

yang temperaturnya dijaga selalu tetap, dimana A memiliki 21

temperatur lebih tinggi daripada B. Kita dapat memberikan atau

melepaskan kalor pada atau dari kedua benda ini tanpa mengubah

suhunya, dan bertindak sebagai dua reservoir kalor. Carnot

menyebut benda A "tungku" dan benda B "kulkas". Carnot lalu

menjelaskan bagaimana kita bisa memperoleh daya penggerak

(usaha), dengan cara memindahkan sejumlah tertentu kalor dari

reservoir A ke B.

a. Siklus Carnot

Siklus adalah suatu rangkaian proses yang dimulai dari suatu

keadaan awal dan berakhir pada keadaan itu lagi. Siklus

Carnot merupakan suatu siklus usaha yang dikemukakan oleh

Sadi Carnot (1796-1832).

Siklus Carnot terdiri dari empat proses:

1. Proses pemuaian secara isotermik A ke B. Pada proses ini

sistem menyerap kalor Q1 dari reservoir bersuhu tinggi T1

dan melakukan usaha WAB.

2. Proses pemuaian secara adiabatik B ke C. Selama proses

ini berlangsung suhu sistem turun dari T1 menjadi T2

sambil melakukan usaha WBC.

22

3. Proses pemampatan secara isotermik C ke D. Pada proses

ini sistem menerima usaha WCD dan melepas kalor Q2 ke

reservoir bersuhu rendah T2.

4. Proses pemampatan secara adiabatik D ke A. Selama

proses ini suhu sistem naik dari T2 menjadi T1 akibat

menerima usaha WDA.

Mesin paling ideal dan mempunyai efisiensi maksimum adalah

mesin yang menggunakan siklus Carnot, kerja yang dilakukan

mesin yang menggunakan mesin Carnot, adalah:

Bisa juga kita tuliskan W = Q1 – Q2

 

Katerangan :

Q1 = kalor yang diberikan oleh reservoir bersuhu tinggi (T1)

Q2 = kalor yang diberikan oleh reservoir bersuhu tinggi (T2)

W = kerja yang dilakukan mesin (J)

T1 = reservoir suhu tinggi (K)

T2 = reservoir suhu tinggi (K)

23

Mesin Carnot memiliki efisiensi paling besar karena merupakan

mesin ideal yang hanya ada di dalam teori. Jadi, sebenarnya tidak

ada mesin yang mempunyai efisien yang menyamai efisiensi mesin

Carnot. Cara kerja mesin Carnot hanya tergantung pada suhu kedua

tandon atau reservoir.

Untuk mendapatkan efisiensi sebesar 100%, suhu tandon suhu

rendah (T2) harus = 0 K, hal ini dalam praktik tidak mungkin terjadi.

Hal ini disebabkan karena proses kalor pada mesin Carnot bersifat

reversibel, sedangkan pada mesin sesungguhnya mengalami

prosesnya irreversibel.

b. Mesin Pendingin

Mesin pendingin merupakan mesin yang berfungsi untuk

memindahkan panas dari lingkungan bersuhu rendah ke

lingkungan bersuhu tinggi. Mesin pendingin dapat dibayangkan

sebagai mesin kalor yang beroperasi secara terbalik (Young,

2002).

24

Secara skematik, aliran energi kalor pada mesin pendingin dapat

digambarkan seperti gambar 1. Kalor yang diserap dari reservoir

suhu rendah (Qinput) dan kerja yang dibutuhkan (W) memiliki

hubungan matematis:

Rasio antara Qoutput/W, disebut sebagai Koefisien Kinerja (K).

Semakin besar rasio ini, semakin baik pendinginnya.

Salah satu mesin pendingin adalah refrigerator atau kulkas.

Komponen refrigerator terdiri dari kompresor, kondensor,

evaporator, pipa kapiler atau katup eskpansi, filter, thermostat,

heater, dan kipas.

Prinsip kerja dari mesin pendingin.

25

Mesin pendingin seperti pada Gambar 1. terdiri dari rangkaian

tertutup berisi fluida refrigeran. Fluida refrigeran ini biasanya

berupa senyawa Freon.

Kompresor sebagai komponen penggerak fluida digerakkan oleh

motor listrik yang membutuhkan energi masukan untuk melakukan

kerja (W) setiap siklusnya. Kerja selalu dibutuhkan untuk

memindahkan panas dari benda dingin ke benda yang panas. Panas

mengalir secara spontan dari benda panas ke benda lebih dingin,

dan untuk membalikkan alirannya dibutuhkan kerja dari luar

(Young, 2002).

Kompresor menarik fluida dari evaporator dan menurunkan tekanan

di evaporator sehingga zat pendingin dapat menguap pada suhu

yang lebih rendah. Penurunan tekanan fluida mengakibatkan fluida

berubah fasenya dari cair menjadi uap. Proses perubahan fase cair

ke fase uap ini membutuhkan energi yaitu energi penguapan,

sehingga refrigeran menyerap panas (Qinput) dari sekelilingnya.

Fluida dari evaporator dikirim oleh kompresor ke kumparan

kondensor pada tekanan tinggi. Suhu fluida menjadi lebih tinggi dari 26

pada udara disekitar kondensor, maka fluida melepaskan kalor

(Qoutput) dan sebagian refrigeran mengembun. Fluida berekspansi

secara adiabatik menuju evaporator dengan laju yang dikontrol oleh

katup ekspansi.

Siklus refrigeration dalam refrigerator dapat digambarkan melalui

diagram P-V seperti gambar 2. Kompresor bekerja secara otomatis

yang dikendalikan saklar otomatis. Saklar otomatis ini dapat berupa

thermostat yang dikendalikan oleh suhu dan sebagai pengamannya

dapat digunakan bimetal yang dikendalikan oleh tegangan listrik.

c. Mesin Pemanas

Mesin panas adalah sistem yang bekerja secara siklus, dan melalui permukaan-permukaan batasannya, energi dalam bentuk panas dan kerja yang dapat mengalir. Tujuannya mengubah panas menjadi kerja. Mesin panas mengalami proses – proses secara periodik kembali kekeadaan semula (reversible). Sebagai contoh yaitu PEMBANGKIT TENAGA UAP, fluida kerjanya adalah H2O yang mengalir secara kontiniu dan stasionermelalui ketel (dalam bentuk air dan kemudian menguap), mengalir ke turbin. Keluar dari turbinsebagai uap air pada temperatur dan tekanan rendah. H2O (uap air) masuk ke Condenser, disiniH2O (uap air) berubah menjadi air kembali, dan air ini di pompa kembali ke ketel. Proses ini berlangsung secara periodik.

27

d. Siklus Carnot pada mesin pendingin dan pemanas

Pada siklus Carnot asli, kerja dihasilkan dari berpindahnya

panas dari suhu tinggi ke suhu rendah. (W = Qh-Ql). Pada

mesin pendingin dibutuhkan kerja untuk memindahkan panas

dari suhu rendah ke suhu tinggi (W=Ql-Qh). Efisiensi sutu

28

mesin didefinisikan sebagai perbandingan hasil kerja dan

usaha untuk mengasilkan kerja.

Pada siklus mesin panas efisiensi selalu bernilai kurang dari 1

(efisiensi = W/Qh = 1-Ql/Qh). Hasil dari siklus pendinginan

adalah efek pendinginan yang terjadi (Ql) dan kerja yang

diperlukan adalah sebesar W (Qh-Ql) dan karenanya efisiensi

mesin pendingin selalu lebih besar dari satu (efisiensi= Ql/W)

Proses Isokhorik

Proses isokhorik adalah perubahan keadaan gas pada volume

tetap. Persamaan keadaan isokhorik:

Digram proses isokhorik. Grafiknya berupa garis lurus vertikal

karena volumenya tidak berubah. Tidak ada usaha yang

dilakukan pada proses isokhorik.

29

Proses Isobarik

Proses isobarik adalah perubahan keadaan gas pada tekanan

tetap.

Persamaan keadaan isobarik :

Usaha yang dilakukan pada keadaan isobarik:

Diagram proses isobarik. Daerah berwarna kuning sama dengan

usaha yang dilakukan

Proses Isotermis

Proses isotermik adalah perubahan keadaan gas pada suhu

tetap.

Persamaan keadaan isotermik:

Usaha yang dilakukan pada keadaan isotermik:

30

Dari persamaan gas ideal

Rumus umum usaha yang dilakukan gas:

Maka: karena: bernilai tetap

maka:

Ingat integral ini :

maka persamaan di atas menjadi :

maka menjadi:

31

Proses isotermis. Daerah berwarna biru menunjukkan besarnya

usaha yang dilakukan gas.

Proses Adiabatik

Proses adiabatik adalah perubahan keadaan gas dimana tidak

ada kalor yang masuk maupun keluar dari sistem.

Persamaan keadaan adiabatik:

Tetapan Laplace:

Karena maka persamaan diatas dapat juga

ditulis:

Usaha yang dilakukan pada proses adiabatik:

32

Proses adiabatik. Warna biru muda menunjukkan besarnya

usaha yang dilakukan.

BAB III

KESIMPULAN

Dari pembahasan sebelumnya, maka dapat ditarik kesimpulan

antara lain:

1. Termodinamika adalah ilmu tentang energi, yang secara

spesifik membahas tentang hubunganantara energi panas dengan

kerja.

33

2. Hukum kedua termodinamika mengatakan bahwa aliran kalor

memiliki arah. Dengan kata lain, tidak semua proses di alam adalah

reversibel (arahnya dapat dibalik). Hukum kedua termodinamika

menyatakan bahwa kalor mengalir secara spontan dari benda

bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak pernah mengalir

secara spontan dalam arah kebalikannya.

3. Terdapat dua pernyataan dari hukum termodinamika kedua - -

pernyataan kelvin-plank yang diperuntukkan untuk mesin kalor, dan

pernyataan clausius yang diperuntukkan untuk mesin

pendingin/pompa kalor.

4. Sebuah mesin kalor dapat di karakteristikkan sebagai berikut:

a. mesin kalor menerima panas dari source bertemperatur

tinggi (energi matahari, bahan bakar, reaktor nuklir, dll)

b. mesin kalor mengkonvensi sebagian panas menjadi kerja

(umumnya dalam bentuk poros yang berputar)

c. mesin kalor membuang sisa panas ke sink bertemperatur

rendah.

d. Mesin kalor beroperasi dalam sebuah siklus.

3.1 DAFTAR PUSTAKA

www.slideshare.net/tahangpette/penerapan-hukum-2-

thermodinamika

kk.mercubuana.ac.id/files/13015-3-860358017731.doc

34

Halliday, Resnick. 1998. Fisika Edisi Ke 3. Jakarta; Erlangga

http://prizasnugroho.blogspot.com/2013/05/hukum-kedua-

termodinamika-contoh-makalah.html

Kanginan, Marthen (2002). Fisika Untuk SMA Kelas XI Semester

2. Erlangga.

Alonso, M. dan Budikase, E. dan Nyoman Kertiasa. 1995. Fisika 3.

Jakarta: Departemen Pendidikan dan Kebudayaan.

Abadi, Rinawan, dkk. 2009. Buku Panduan Pendidik Fisika untuk

SMA/MA untuk kelas XI. Klaten: Intan Pariwara.

Kroemer, Herbert; Kittel, Charles (1980). Thermal Physics (ed.

2nd ed.). W. H. Freeman Company.

http://nofitaridwi.blogspot.com/2012/04/artikel-termodinamika-ii-

tugas-berkala.html

 

35