TUGAS AKHIR TERMODINAMIKA

Oleh :RINANDA DWI AGUSTIN

110321419509B/D

PENDIDIKAN FISIKA 2011

rinanda 07UNIVERSITAS NEGERI MALANG

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMJURUSAN FISIKA

12/13/2012

BAB IKONSEP – KONSEP TERMODINAMIKA

1. Memahami apa yang dikaji di dalam termodinamikaSebelum mempelajari lebih jauh tentang apa saja yang dikaji di dalam

termodinamika alangkah lebih baiknya kita mengenal terlebih dahulu apa itu

termodinamika. Termodinamika merupakan ilmu yang mempelajari tentang energi panas

yang berpindah (kalor) disertai perilaku fisis nya. Kajian termodinamika meliputi

pengaruh kalor terhadap suatu benda disertai parameter – parameter yang mendukung

seperti tekanan, temperatur, dan volume. Dalam mengkaji termodinamika kita

menggunakan pendekatan makroskopik. Artinya dalam hal ini kuantitas yang akan kita

acu merupakan ciri umum atau sifat skala besar dari sistem. Sedangkan besaran –

besaran fisika yang menyatakan sistem tersebut dinamakan koordinat termodinamik.

Keadaan fisis sistem yang disajikan dalam koordinat termodinamik tersebut untuk

selanjutnya akan disebut sebagai sistem termodinamik. Tujuan termodinamika adalah

mencari hubungan umum antara koordinat termodinamik yang taat asas atau hukum

pokok termodinamika.

2. Memahami pengertian kesetimbangan termal dan hukum ke-nol termodinamikaKesetimbangan berkaitan dengan seimbang atau sama, sedangakan termal

berkaitan dengan suhu. Jadi dapat diartikan kalau kesetimbangan termal merupakan

suatu kondisi ketika dua sistem atau lebih memiliki suhu yang sama setelah kedua

sistem tersebut saling berinteraksi melalui dinding diaterm. Dalam hal ini perlu

ditekankan bahwa interaksi tersebut tidak harus saling kontak. Jika terdapat dua sistem

dalam keadaan kesetimbangan termal dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam

kondisi saling setimbang termal satu dengan lainnya, pernyataan tersebut untuk

selanjutnya akan kita sebut sebagai hukum ke – nol termodinamika.

3. Memahami konsep suhu dan pengukurannyaSuhu merupakan derajat panas suatu benda. Cara yang paling sederhana untuk

mengukur suhu sejumlah sistem dapat dilakukan dengan memilih salah satu sistem

sebagai indikator kesetimbangan termal antara sistem tersebut dengan sistem yang

lainnya. Sistem yang dipilih tersebut untuk selanjutnya kita sebut termometer. Kualitas

dari sebuah termometer ditentukan oleh kepekaannya, keterulangannya, serta

kecepatannya mencapai kesetimbangan termal dengan sistem lainnya.

4. Memahami konsep tekanan

Tekanan secara fisis memiliki arti sebagai gaya tekan normal tiap satuan luas.

Satuan tekanan dalam SI adalah pascal (Pa). Tekanan yang diukur relatif terhadap

tekanan nol mutlak disebut tekanan absolut. Alat pengukur tekanan diatas atmosfir

adalah manometer, alat pengukur tekanan vakum disebut manometer vakum, sedang

alat pengukur tekanan atmosfir disebut barometer. Terdapat banyak jenis metode

pengukuran tekanan seperti pipa U, manometer pegas, atau transduser elektronik.

Tekanan pengukuran di atas tekanan atmosfer besarnya adalah selisih antara tekanan

mutlak (Pabs) dangan tekanan atmosfer (Pa). Secara matematis dirumuskan sebagai

berikut: Ppengukuran = Pabs – Patm. Sedangkan untuk tekanan pengukuran di bawah tekanan

atmosfer merupakan selisih antara tekanan atmosfer dengan tekanan absolut. Secara

matematis dirumuskan sebagai berikut: Ppengukuran = Patm - Pabs.

5. Memahami sistem termodinamika serta persamaan keadaannyaSuatu sistem dalam termodinamika dikatakan setimbang termodinamik jika

memenuhi persyaratan setimbang mekanis, setimbang kimia, setimbang fase dan

setimbang termal. Setimbang mekanis terjadi apabila dalam sistem dan lingkungan gaya

– gaya yang bekerja seimbang, sama besar dan berlawanan arah, sehingga tidak ada

gaya yang tidak berimbang. Setimbang kimia terjadi jika sistem dalam kesetimbangan

mekanis tidak cenderung mengalami perubahan spontan dari struktur internalnya.

Kesetimbangan fase terjadi ketika tidak ada perpindahan satu atau lebih unsur kimia

dari satu fase ke fase yang lainnya. Kesetimbangan termal terjadi ketika suhu pada

setiap titik pada seluruh sistem adalah sama, dan sama dengan suhu lingkungannya.

Apabila salah satu dari persyaratan tersebut tidak terpenuhi, maka sistem tersebut

dikatakan dalam keadaan tak setimbang. Persamaan keadaan merupakan suatu

persamaan yang menyatakan hubungan antara koordinat – koordinat termodinamik

pada saat setimbang termodinamik secara fungsional. Suatu fungsi keadaan merupakan

suatu fungsi yang jika dideferensialkan memenuhi persyaratan diferensial eksak. Salah

satu persamaan keadaan yang terkenal adalah persamaan keadaan Van Der Walls:

(P+(a/v2))(v-b)= RT, dengan a,b merupakan tetapan, T adalah suhu dan v adalah

volume molar. Persamaan keadaan tersebut berlaku dalam daeran cairan, gas, dan di

dekat atau di atas titik kritis. Persamaan tersebut mempunyai ketelitian yang kurang

baik, tetapi jika konstanta a dan b dihitung menurut perilaku gas sebenarnya pada

lingkup yang luas maka ketelitiannya dapat menjadi lebih baik.

6. Memahami perubahan keadaan kesetimbanganPerubahan keadaan kesetimbangan terjadi ketika koordinat makroskopik yang

telah ditentukan dalam termodinamika telah berubah, baik secara spontan ataupun

pengaruh dari luar. Jika perubahan yang terjadi dari keadaan steimbang ke kedaan

setimbang yang lain sangat kecil sekali maka itulah yang dinamakan perubahan infinit

pada keadaan kesetimbangan. Karena perubahan keadaannya sangat kecil maka

perubahan yang dihitung menggunakakan symbol ∂.

7. Memahami beberapa rumusan matematika yang digunakan dalamtermodinamika

Ada berbagai macam rumusan matematika. Karena suatu fungsi keadaan

merupakan suatu fungsi yang jika dideferensialkan memenuhi persyaratan diferensial

eksak, maka dalam termodinamika rumusan matematika yang merupakan penyelesaian

dari persamaan keadaan adalah operasi pendeferensial eksak. Selain itu teknik integrasi

juga diperlukan dalam menyelesaikan persamaan keadaan dalam termodinamika.

8. Dapat mengaplikasikan konsep – konsep dasar termodinamika untukmenyelesaikan soal – soal terkait

Dalam mengaplikasikan konsep – konsep dasar termodinamika untuk

menyelesaikan soal-soal terkait terlebih dahulu kita harus mengetahui pokok

permasalahannya. Setelah mengetahui permasalahannya kita harus memfokuskan

permasalahannya, mendata apa saja yang diketahui dan apa yang ditanyakan dari

permasalahan tersebut. Agar mudah membayangakan permasalahannya kita bisa

menggambarakan keadaan fisisnya, membuat asumsi – asumsi terhadap permasalahan

tersebut. Setalah itu baru merencanakan penyelesaiannya dan menyelesaikannya.

Pengecekan hasil juga diperlukan agar kita mendapatkan hasil yang benar – benar

maksimal.

9. Terampil menyelesaikan masalah menggunakan penyelesaian berbasiseksplisit

Contoh soal dan penyelesaian berbasis eksplisit

Uraikan persamaan garis ideal bentuk virial dan tentukan koefisien – koefisien virialnya.

Penyelesaian :

Langkah awal kita harus Memfokuskan masalah. Dari soal diketahui persamaan gas

ideal, sehingga berlaku persamaan Pv = RT. Kita disuruh mencari persamaan bentuk

virial dan koefisien virial. Selanjutnya mengacu pada bentuk persamaan virial:

Pv= RT+B’P+C’P2+D’P3+……. Dan dari persamaan gas ideal Pv=RT ; P = kita

mensubtitusikan P = pada Pv= RT+B’P+C’P2+D’P3+…….. sehingga, Pv =

RT+B’ +C’( )2+D’( )3+……..; Pv = RT {1+ + + +D’ }. Jadi dari situ diperoleh

koefisien virial masing 0 masing: A= 1; B= B’; C= C’ RT; D= D’(RT)2 Dan seterusnya.

BAB IIKERJA

1. Memahami pengertian proses kuasistatisProses kuasistatis memiliki arti bahwa perubahan yang terjadi pada saat sistem

berinteraksi dengan lingkungannya terjadi sangat kecil (infinitesimal). Ada beberapa hal

penting yang ditekankan pada proses kuasistatis, yaitu proses dianggap selalu dalam

keadaan setimbang pada tiap titik di dalam lintasan, proses berjalan sangat lambat, dan

merupakan idealisasi dari suatu proses untuk memudahkan analisis yang diperlukan

hanya state awal dan state akhir.

2. Mendefinisikan konsep kerja dalam termodinamikaKerja menurut teori klasik didefinisikan sebagai hasil kali antara gaya yang bekerja

dan pergeseran dalam arah gaya. Dalam termodinamika, bila sistem mengalami

pergeseran karena bereaksinya gaya, maka dikatakan kerja telah dilakukan. Bila gaya

eksternal yang bereaksi pada sistem termodinamik berarah sama dengan pergeseran

sistem, maka kerja yang dilakukan pada sistem dalam hal ini kerja positif. Namun, jika

gaya eksternal berlawanan dengan pergeseran maka dalam hal ini kerja negatif. Kerja

yang dilakukan oleh bagian sistem pada sistem yang lain disebut kerja internal,

sedangkan kerja yang dilakukan sistem ke lingkungan atau sebaliknya disebut kerja

eksternal. Konsep kerja yang berlaku di dalam termodinamika hanya konsep kerja

eksternal.

3. Memahami pengertian kerja – kuasistatisKerja kuastistatis memiliki arti bahwa pada saat proses kerja yang terjadi,

perubahannya sangat kecil. Kerja kuasistatis secara matematis dirumuskan sebagai:

dW=F.dx=Fdx=PAdx=PdV, Disini P dapat diperoleh dari persamaan keadaan sistem

yang berlaku (untuk gas ideal P=nRT/V). dW tidak diperoleh dengan mendeferensialkan

suatu fungsi W. dW dimaknai sebagai kerja luar dalam jumlah yang sangat kecil. Jika

sistem melakukan kerja, maka dW bertanda negatif, sedangkan jika sistem dikenai kerja

maka dW positif.

4. Dapat mengaplikasikan konsep kerja pada beberapa sistem termodinamikKonsep kerja dalam termodinamika dapat diaplikasikan pada beberapa sistem

termodinamik. Misalkan yang pertama pada sistem hidrostatis. Sistem hidrostatis

meliputi gas, cairan, padatan yang tidak diperhatikan sifat kelistrikannya,

kemagnetannya, elastisitasnya, dan sifat tegangan permukaannnya. Kerja pada sistem

hidrostatis dirumuskan sebagai negatif dari hasil integrasi tekanan terhadap volume

dengan faktor integrasi perubahan volume awal dan akhir. Kerja untuk mengubah

panjang seutas kawat dirumuskan sebagai hasil integrasi gaya tegang terhadap

perubahan panjang kawat dengan faktor integrasi perubahan panjang kawat pada

keadaan awal dan akhir. Kerja untuk mengubah luas bidang selaput permukaan

dirumuskan sebagai hasil integrasi tegangan permukaan terhadap perubahan luasan

dengan faktor integrasi perubahan luasan awal dan akhir. Kerja untuk mengubah

muatan sel terbalikkan dirumuskan sebagai hasil integrasi elektromotansi dengan faktor

integrasi pelucutan berhingga dari awal hingga akhir. Pada proses pelucutan, kerja

dilakukan oleh sistem, sedangkan pada proses pemuatan kerja dilakukan pada sistem.

Kerja untuk mengubah polarisasi padatan dielektrik dirumuskan sebagai hasil integrasi

medan listrik dengan faktor integrasi polarisasi awal dan akhir. Sedangkan kerja untuk

mengubah magnetisasi padatan magnetik dirumuskan sebagai hasil integrasi intensitas

magnetik dengan faktor integrasi magnetisasi yang diubah sejumlah tertentu dari awal

hingga akhir dan dikalikan dengan konstanta μ0.

5. Terampil menyelesaikan soal menggunakan penyelesaian berbasis eksplisitContoh soal dan penyelesaian berbasis eksplisit

Zat dielektrik memiliki persamaan keadaan = kE, dengan V adalah volume dan k

tetapan yang bergantung pada T saja. Tunjukkan bahwa kerja untuk mengubah muatan

dielektrik secara isothermal kuasistatik adalah W= kV(Pf2 – Pi

2) .

Penyelesaian :

Langkah awal kita memfokuskan masalah. Dari soal diketahui persamaan keadaan

sistem dielektrik = kE. Kita diminta untuk membuktikan bahwa kerja W= (Pf2 – Pi

2) =

(Ef2 – Ei

2). Selanjutnya kita gambarkan keadaan fisisnya kalau sistem dielektrik

memiliki koordinat (P,E,T). Mengacu pada persamaan , dan W12 = .

dan = kE maka E = . Sehingga jika E = disubtitusikan pada dW= EdP

akan menjadi: dW= P dP. Sehingga Wif = ; Wif = (Pf2 – Pi

2). Jawaban

terbukti.

BAB IIIKALOR DAN HUKUM I TERMODINAMIKA

1. Memahami konsep kalorKalor merupakan energi panas yang berpindah. Perpindahan energi panas

tersebut merupakan hasil dari interaksi antara dua sistem dengan temperatur yang

berbeda, dimana perpindahannya dari sistem yang bertemperatur lebih tinggi ke yang

lebih rendah. Seperti yang telah kita bahas sebelumnya bahwa interaksi yang terjadi

pada saat itu tidak harus saling kontak. Perpindahan kalor tersebut berlangsung hingga

tercapai kesetimbangan termal. Jika kalor masuk ke sistem maka kalor diberi tanda

positif, begitu juga sebaliknya jika kalor keluar dari sistem maka kalor diberi tanda

negatif. Laju kalor yang ketika sistem menjalani proses perubahan dari keadaan satu ke

keadaan dua dirumuskan dengan integrasi dari kalor dalam jumlah infinit dengan faktor

integrasi perubahan waktu pada keadaan awal dan akhir. Kalor jenis merupakan

banyaknya kalor (Q) yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu (T) satu satuan massa (m)

benda sebesar satu derajat.

2. Memahami proses perpindahan kalor secara kuasistatisInteraksi termal suatu sistem dengan lingkungan dapat disertai kenaikan suhu,

namun dapat juga berlangsung pada suhu tetap (Isotermal). Perpindahan kalor secara

kuasistatis memiliki arti bahwa perubahan yang terjadi sangatlah kecil. Agar dapat

terjadi maka diperlukan suatu lingkungan yang sangat besar agar pada saat sistem

mengalami penerimaan kalor ataupun pelepasan kalor koordinat keadaannya tidak

berubah. Lingkungan tersebut disebut sebagai tandon kalor atau reservoar kalor.

Contoh dari tandon kalor yaitu samudra, atmosfer, lingkungan dan benda – benda lain

yang berukuran besar dibandingkan ukuran sistem. Jika interaksi termal berlangsung

pada temperature tetap, proses perpindahan kalor secara kuasistatis dapat berlangsung

antara sistem dan 1 reservoar kalor saja. Disini setiap perubahan sistem discover oleh

reservoar kalor sehingga perubahannya tidak terasa. Untuk interaksi termal yang

disertai perubahan temperature agar terjadi perpindahan kalor secara kuasistatis

diperlukan beberapa reservoar kalor yang masing-masing temperaturnya berbeda

sedikit. Dalam hal ini sistem harus dikontakkan dengan beberapa reservoar kalor secara

berturut – turut.

3. Memahami perumusan hukum I termodinamikaHukum 1 termodinamika menjelaskan bahwa ”Kenaikan energi internal dari suatu

sistem termodinamika sebanding dengan jumlah energi panas yang ditambahkan ke

dalam sistem dikurangi dengan kerja yang dilakukan oleh sistem terhadap

lingkungannya”. Pernyataan tersebut dirumuskan secara matematis dirumuskan sebagai

. Dalam artian lain, hukum pertama termodinamika merupakan suatu

pernyataan mengenai hukum universal dari kekekalan energi dan mengidentifikasikan

perpindahan panas sebagai suatu bentuk perpindahan energi. Energi dalam sistem

merupakan jumlah energi yang dimiliki pertikel – pertikel sitem. Kalau E adalah energi

yang dimiliki partikel sistem, maka energi dalam seluruh sistem adalah : U = ,

dengan N adalah jumlah partikel dalam sistem. Perubahan energi dalam dari keadaan

awal i ke keadaan akhir f tak bergantung pada jenis lintasan yang ditempuh antara i dan

f dan hanya bergantung pada keadaan awal (i) dan akhirnya (f) saja.

4. Memahami konsep kapasitas kalorKapasitas kalor merupakan kalor yang dibutuhkan atau diserap untuk menaikkan

temperatur sistem. Secara matematis dapat dirumuskan C= Q/dT. Sedangkan kapsitas

kalor sesaat dirumuskan C= Setiap kapasitas kalor merupakan fungsi dari dua

peubah. Namun dalam selang kecil variasi koordinat, kapasitas kalor dapat dianggap

praktis tetap.

5. Dapat mengaplikasikan konsep kalor dan hukum I termodinamikaAplikasi Konsep kalor dan hukum I termodinamika dapat diterapkan pada mesin –

mesin – mesin pembangkit energi. Pada pembangkit energi semuanya hanya

mentransfer energi. Tidak ada yang menciptakan dan menghilangkan energi

.

6. Terampil menyelesaikan soal menggunakan penyelesaian berbasis eksplisitContoh soal berbasis eksplisit:

Untuk gas ideal tunjukkan bahwa ( )T = 0

Penyelesaian:

Langkah awal kita haru memfokuskan masalah. Karena dalam soal diketahui bahwa gas

ideal, maka berlaku persamaan Pv=RT. Kita diminta untuk menunjukkan bahwa ( )T =

0. Disini kita dapat membuat asumsi bahwa gas ideal menjalankan perubahan keadaan

secara kuasistatis, sehingga Menggunakan rumus: ( )y = ( )y + ( )y , sehingga

( )T = ( )T + ( )T. Karena energi internal gas ideal hanya fungsi T maka ( )T = 0;

( )T = - . Maka ( )T = ( )T ( )T; ( )T = 0. – ; ( )T = 0 . Terbukti.

BAB IVKONSEKUENSI HUKUM I TERMODINAMIKA

1. Memahami prinsip persamaan energiPersamaan energi merupakan suatu persamaan yang menggambarkan energy

internal suatu bahan sebagai fungsi keadaan suatu sistem. Persamaan energy berbeda

dengan persamaan keadaan. Oleh karena itu persamaan energy tidak dapat diturunkan

dari persamaan keadaan. Persamaan energy internal dapat dinyatakan sebagai fungsi

dari dua variabel bebas.

2. Dapat menurunkan persamaan energi dengan T dan v sebagai variabel bebasTelah dijelaskan di atas bahwa persamaan energy internal dapat dinyatakan

sebagai fungsi dari dua variabel bebas. Untuk sistem meiliki variabel keadaan P,V,T,

kita dapat memilih 2 diantaranya sebagai variabel bebas. Yang pertama yaitu,

menurunkan persamaan energi dengan T dan v sebagai variabel bebas. Saat T dan V

menjadi variable bebas, maka diperoleh fungsi . Sehingga perbedaan energi

internal antara dua keadaan kesetimbangan dinyatakan .

Turunan parsial menyatakan kemiringan garis isokhorik dan turunan sebagai

kemiringan garis isothermal dan sebagai kemiringan garis isokhorik pada U.

3. Dapat menurunkan persamaan energi dengan T dan P sebagai variabel bebasPada saat T dan P sebagai varabel bebas didapatkan fungsi h=f(T,P). Entalpi

untuk dua keadaan kesetimbangannya dinyatakan . Turunan

dapat dihitung dari persamaan keadaan, sedangkan ditentukan melalui

.

4. Dapat menurunkan persamaan energi dengan P dan v sebagai variabel bebasPada saat P dan v sebagai variabel bebas diperoleh fungsi . Kemudian

akan diperoleh . Sehingga penyelesaian turunan parsial dari

persamaan tersebut jika u sebgaai fungsi P dan v adalah sebagai berikut:

dan .

5. Dapat memanfaatkan dua bentuk umum turunan parsial untuk menyelesaikanmasalah terkait

Bentuk umum hubungan antara turunan parsial adalah atau

. Jika W identik dengan u dan h, x,y,z identik dengan P,v,T

maka: ata .

6. Memahami proses reversible gas idealProses reversible diartikan bahwa perubahan keadaan dari keadaan satu ke

keadaan lainnya yang berlangsung pada suatu sistem dapat kembali ke keadaan

semula tanpa terjadi perubahan pada keadaan sistem – sistem disekitarnya. Pada gas

ideal berlaku persamaan Pv=RT. Pada proses reversible gas ideal , , dan

bernilai konstan. Untuk gas ideal monoatomik nilai adalah 1,67 sedangkan

pada gas ideal diatomik adalah 1,40. Untuk menentukan kerja Pada proses reversible

gas ideal digunakan hubungan .

7. Memahami proses siklus carnotProses siklus carnot merupakan aplikasi dari konsep reversible. Siklus carnot

terdiri dari dua proses isothermal dan dua proses adiabatik reversibel. Alur proses Siklus

carnot meliputi Proses ekspansi isothermal pada yang temperaturnya lebih tinggi,

proses ekspansi adiabatik, proses kompresi isothermal pada yang temperaturnya

lebih rendah, kemudian dilanjutkan dengan kompresi adiabatik menuju ke keadaan

awal.

8. Memahami prinsip kerja mesin kalor dan mesin pendinginPrinsip kerja mesin kalor dan mesin pendingin adalah berkebalikan atau

berlawanan. Prinsip kerja Mesin kalor yaitu mengambil kalor Q2 dari reservoir kalor

bertemperatur lebih tinggi T2 kemudian melakukan kerja W pada lingkungan kemudian

membuang kalor Q1 pada reservoir kalor bersuhu lebih rendah T1. Sedangkan untuk

mesin pendingin prinsip kerjanya sistem menerima masukan kalor dari reservoir kalor

bertemperatur rendah kemudian melakukan kerja W pada sistem (mesin) kemudian

membuang kalor pada tandon kalor yang bertemperatur lebih tinggi. Efisiensi termal

mesin kalor didefinisikan sebagai perbandingan antara kerja keluaran W dengan kalor

masukan Q2. Sedangakn efisiensi mesin pendingin didefinisikan sebagai perbandingan

antara kalor yang dipindahkan Q1 dengan kerja masuk W.

9. Terampil menyelesaikan soal –soal terkait menggunakan penyelesaian berbasiseksplisitContoh soal berbasis eksplisit:

Pompa kalor carnot digunakan untuk mempertahankan ruangan dengan

mensuplai kalor 90.000 kJ/jam pada temperature 25ºC. Kalor disuplai dari udara luar

pada temperatur -5ºC. Tentukanlah daya masukan yang diperlukan.

Penyelesaian:

Langkah pertama kita memfokuskan masalah. Dari soal diketahui : T2 = 25 + 273= 298,

T1 = -5 + 273 =268 K, Q2 = 90.000 kJ/jam = 90.000/3600= 25 kW. Ditanyakan nilai daya

masukan yang diperlukan W. Pompa kalor bekerja reversibel, dan berlaku hubungan =

. Sehingga Q1 = . Maka Q1 = ; Q1 = 17, 49 kW. Sehingga daya

masukannya W= Q2 - Q1 ; W= 25 - 17,49 = 7,51 kW.

BAB VHUKUM II TERMODINAMIKA DAN ENTROPI

1. Memahami proses perubahan kerja menjadi kalor dan sebaliknyaKerja dapat dirubah menjadi kalor seluruhnya. Salah satu contohnya adalah pada

saat kita menggosokkan dua benda maka lama – kelamaan benda tersebut akan terasa

panas. Dalam hal ini kerja yang hilang pada proses tersebut seluruhnya telah berubah

menjadi kalor. Tapi pernahkah kita berpikir apakah kita dapat merubah kalor menjadi

kerja seluruhnya? Ternyata, secara teori hal ini berlaku, akan tetapi dalam praktiknya

sulit sekali hal ini dilakukan. Misalnya pada suatu mesin bakar. Bahan bakar dari mesin

bakar mampu menghasilkan kalor, kalor tersebut untuk selanjutnya dikonversikan

menjadi kerja mekanis. Akan tetapi tidak seluruh kalor yang dihasilkan diubah menjadi

kerja mekanis secara terus menerus. Karena harus disediakan volume yang tak hingga

agar proses ini terjadi secara terus – menerus. Selain itu, diperlukan suatu siklus juga

yang menjaga agar kondisi sistem pada akir proses sama dengan keadaan awalnya.

Jika siklus yang dijalani searah dengan arah putaran jarum jam mesin, maka kerja yang

dihasilkan adalah: W= - . Contohnya yaitu mesin kalor. Jika siklus yang dijalani

berlawanan arah jarum jam, maka memerlukan kerja luar. Contohnya yaitu mesin

pendingin.

2. Memahami perumusan hukum IIPada hukum pertama termodinamika belum menjelaskan kearah mana suatu

perubahan keadaan itu berjalan dan apakah perubahan itu reversibel atau irreversibel.

Oleh karena itu diperlukan perumusan baru yang mampu menjelaskan hal tersebut.

Perumusan baru tersebut yaitu hukum kedua termodinamika. Hukum kedua

termodinamika memberikan batasan-batasan tentang arah yang dijalani suatu proses,

dan memberikan kriteria apakah proses itu reversible atau irreversible. Terdapat dua

pernyataan mengenai hukum kedua termodinamika, yang pertama dari Clausius yang

menyatakan: “tidak mungkin memindahkan kalor dari benda yang bertemperatus rendah

ke benda yang bertemperatur tinggi, tanpa memerlukan kerja luar”. Pernytaan kedua

datang dari kelvin – planck yang berbunyi : “tidak mungkin seluruh kalor yang diserap

oleh suatu sistem, seluruhnya diubah menjadi usaha kerja”.

3. Dapat menyelesaikan proses reversibelSeperti yang telah kita bahas sebelumnya bahwa Proses reversible diartikan

bahwa perubahan keadaan dari keadaan satu ke keadaan lainnya yang berlangsung

pada suatu sistem dapat kembali ke keadaan semula tanpa terjadi perubahan pada

keadaan sistem – sistem disekitarnya. Kebalikan dari proses reversibel yaitu proses

irreversibel. Di alam ini semua peristiwa terjadi secara irreversibel. Salah contoh

sederhana yaitu pada saat kita menyentuh benda yang bersuhu tinggi dengan b enda

yang bersuhu rendah. Kalor dapat dengan sendirinya mengalir dari benda bersuhu tinggi

tersebut ke benda bersuhu rendah. Kita tidak pernah melihat proses sebaliknya, dimana

kalor dengan sendirinya berpindah dari benda bersuhu rendah ke tinggi. Jika hal ini bisa

terjadi, maka benda yang dingin akan semakin dingin dan benda panas akan semakin

panas.

4. Dapat menjelaskan bukti adanya fungsi keadaan entropi : teorema ClausiusAkibat dari hukum kedua termodinamika ialah perkembangan dari suatu sifat

phisik alam yang disebut entropi. Entropi itu sendiri merupakan derajat ketidakteraturan

dari suatu sistem. Perubahan entropi menentukan arah yang dijalani suatu proses.

Bukti adanya entropi oleh clausius dirumuskan sebagai berikut: .

5. Dapat menurunkan fungsi entropi gas idealDalam menurunkan fungsi entropi gas ideal prinsip nya sama seperti saat kita

menurunkan persamaan energi. Kita dapat menurunkannya dari dua variabel bebas.

Misalnya dari variabel T dan V, T dan P, dan P dan V. Fungsi entropi untuk gas ideal

sebagai fungsi T dan V dirumuskan sebagai berikut: ln T + nR lnV + k, untuk

gas ideal sebagai fungsi T dan P dirumuskan sebagai berikut: ln T - nR lnP+k,

untuk gas ideal sebagai fungsi P dan V dirumuskan sebagai ln P + ln V+k.

6. Dapat memberi makna kurva pada diagram T-SDiagram T-S merupakan diagram kalor. Dalam menentukan kalor yang terlibat

pada proses reversibel kita dapat menentukannya dari luas dibawah kurva proses, oleh

karena itu kerja dari proses tersebut sama dengan luas siklus pada diagram T-S. Untuk

proses isoentropik dapat digambarkan pada diagram T-S sebagai garis lurus.

7. Dapat menentukan besarnya perubahan entropi pada proses reversibelEntropi semesta merupakan hasil penjumlahan perubahan entropi sistem dan

lingkungan. Pada proses reversibel besar entropi semestanya tidak berubah. Pada

proses adiabatik reversibel besar perubahan entropi dari kesetimbangan awal I ke

kestimbangan akhir f adalah nol. Untuk proses isotermal reversibel perubahan

entropinya dapat dirumuskan sebagai berikut: . Untuk proses iskhorik

reversibel dapat dirumuskan sebaagai berikut: ln . Untuk proses isobarik

reversibel : ln . Perubahan entropi pada reservoir kalor perubahan

entropinya: . Untuk perubahan entropi sistem pada perubahan fase besarnya

dapat dihitung dengan membagi kalor yang terlihat dengan suhu transisi.

8. Dapat menentukan besarnya perubahan entropi pada proses irreversibelPada proses irreversibel entropi semestanya bertambah. Pada proses irreversibel

jika i dan f merupakan keadaan keseimbangan, maka besar perubahan entropi

semestanya ditentukan oleh keadaan awal dan akhirnya saja. Tidak tergantung oleh

jalannya.

9. Memahami azaz entropi dan penerapannyaAzas entropi menyatakan bahwa jumlah perubahan entropi sistem ditambah

perubahan entropi lingkungan atau perubahan entropi semestanya tidak lebih dari sama

dengan nol. Secara matematis dirumuskan sebagai berikut:

. Disini tanda sama dengan mewakili

proses reversibel dan tanda lebih besar mewakili proses irreversibel.

10. Menjelaskan hubungan entropi dan ketidakteraturanTelah dijelaskan sebelumnnya bahwa tidak ada peristiwa di alam ini yang bersifat

reversibel. Oleh karena proses di alam ini irreversibel, maka besar entropi semestanya

bertambah. Dalam artian lain alam cenderung untuk melakukan proses menuju

ketidakteraturan yang nilai nya lebih besar. Hubungan antara entropi dan ketidakterturan

secara matematis dirumuskan sebagai berikut: . Dengan k merupakan tetapan.

11. Terampil menyelesaikan soal menggunakan penyelesaian soal berbasiseksplisit

Contoh soal dan penyelesaian berbasis eksplisit

Tentukan perubahan entropi suatu gas yang memiliki persamaan keadaan

P(V-b)= nRT

Penyelesaian:

Langkah awal kita harus memfokuskan masalah. Dari soal diketahui persamaan keadaan

P(V-b)= nRT. Kita diminta untuk menghitung perubahan entropigas tersebut .

Selanjutnya kita gambarkan keadaan fisisnya yaitu, sistem gas sebagai sistem P,V,T,

dalam menjalani proses maka timbul perubahan entropi di dalam sistem, karena S

merupakan fungsi keadaan. Selanjutnya kita menyiapkan asumsi bahwa keadaan awal

dan akhir merupakan keadaan kesetimbangan. Untuk proses volume tetap berlaku kaitan

dQ = CvdT + PdV; dQ = CvdT + dV; = ; = dT + . Untuk

Cv kontan, maka = Cv ln + nR ln ( ). Untuk proses tekanan tetap berlaku

kaitan: dQ = CpdT + VdP; dQ = Cp dT – ( dP; = ; = dT + nR

- ; = Cp ln v – nR ln - (Pf-Pi). Terbukti.