TERMODINAMIKA

DISUSUN OLEH :

ANUGRAH WIDYANA ( 270110140001 )

NOVRIZA FIRDAUS ATMAJAYA ( 270110140002 )

ALFATTHAN RAMATRIZA SHIRAKAWA P. ( 270110140003 )

RIZKI LAMBAS ( 270110140004 )

MARINI MAWADDAH ( 270110140005 )

ADITYA KUSUMA PRATAMA ( 270110140021 )

DIAN RAHMA YONI ( 270110140022 )

NIZAR FIRDAUS SUDRAJAT ( 270110140023 )

ADITYA RIYADI PUTRA ( 270110140024 )

ENDY KURNIAWAN ( 270110140025 )

AIRIN SHAULA ARIANI ( 270110140041 )

FADLI ABDUL RAHIM ( 270110140042 )

SYAKIRA TRISNAFIAH ( 270110140043 )

RIDO FAUZI ( 270110140044)

RIANDI WICAKSONO ( 270110140045 )

MARSYA ALIFIANA ( 270110140160 )

MUHAMMAD RIZALDI NURAULIA ( 270110140158 )

Universitas Padjadjran Fakultas Teknik Geologi

2014/2015A. PENGERTIAN TERMODINAMIKA

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

adalah fisika energi , panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika

berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana banyak hubungan termodinamika

berasal.

Termodinamika merupakan suatu cabang ilmu yang mempelajari tentang energi.

Membahas kaitan antara energi panas dan kerja yang dihasilkan dari energi tersebut.

Sebagaimana kita ketahui bahwa di alam ini energi terdiri dari berbagai macam bentuk selain

energi panas ada energi kimia, kinetik, potensial, nuklir, listrik dan masih banyak lagi. Energi

itu dapat berubah menjadi bentuk lain yang terjadi secara alami ataupun melalui rekayasa

teknologi. Selain itu energi juga tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan.

Pada sistem di mana terjadi proses perubahan wujud atau pertukaran energi,

termodinamika klasik tidak berhubungan dengan kinetika reaksi (kecepatan suatu proses

reaksi berlangsung). Karena alasan ini, penggunaan istilah "termodinamika" biasanya

merujuk pada termodinamika setimbang. Dengan hubungan ini, konsep utama dalam

termodinamika adalah proses kuasistatik, yang diidealkan, proses "super pelan". Proses

termodinamika bergantung-waktu dipelajari dalam termodinamika tak-setimbang

B PRINSIP-PRINSIP TERMODINAMIKA

Sebelum memecahkan masalah-masalah termodinamika, penting untuk mengetahui

istilah-istilah tertentu. Pada gambar menyajikan kotak kaca yang tertutup rapat yang berisi

sebuah bola besi padat. Kita bisa menyebut bahwa Bagian dalam kotak sebagai “sistem”

yang dipelajari. Oleh sebab itu, sistem terdiri dari (1) udara yang berada di dalam kotak, dan

(2) bola logam itu sendiri. Daerah di luar sistem, atau di luar kotak dalam contoh ini, disebut

“lingkungan sekitar”.

Lingkungan sekitar sistem

Sistem dapat dibagi menjadi tiga berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi:

1. sistem terisolasi pada sistem ini tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan

lingkungan. Jika tidak ada energi dalam bentuk kalor yang dapat masuk atau keluar dari

sistem, perubahan energi secara keseluruhan dalam sistem dan kandungan kalor adalah nol.

Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.

2. Sistem tertutup pada sistem ini terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak

terjadi pertukaran benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup

di mana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan.

Apakah suatu sistem terjadi pertukaran panas, kerja atau keduanya biasanya dipertimbangkan

sebagai sifat pembatasnya:

pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas.

pembatas rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.

3. Sistem ini terbuka sistem dan lingkungan sekitar menjadi bebas berinteraksi dan berganti

bentuk energi.

Kesetimbangan termodinamika ada jika parameter fisik dari suatu sistem (misalnya:

suhu, volume dan tekanan) adalah konstan sepanjang waktu. Kesetimbangan termal ada jika

dua sistem berada dalam kontak termal dan terjadi aliran kalor di antara keduanya

( temperature keduanya adalah sama ).

Termodinamika dibagi menjadi tiga berdasarkan perubahan dalam kandungan

kalor:

1. Q = 0 Jika tidak terjadi perubahan atau perubahan bersih dalam perubahan kalor.

2. Q adalah positif (+) Jika suatu sistem memperoleh energi dalam bentuk kalor, maka

kandungan kalor meningkat.

3. Q adalah negatif (-) jika suatu sistem melepaskan kalor.

Maka di dapatlah hubungan :

Q adalah positif (+) jika T akhir ¿ T awal dan negatif (-) jika T akhir ¿ T awal.

Prinsip perubahan fase wujud suatu benda:

Benda terdiri dari 3 wujud yaitu; cair, gas, dan padat. Banyak substansi mempunyai

kemampuan berada dalam 3 status atau fase : padat, cair, dan gas. Fase suatu substansi pada

Q= mc∆T

sembarang waktu (t) berkaitan semata-mata dengan status energi pada waktu itu. Pada suatu

percobaan dilakukan suatu penelitian tentang perubahan fase yang dialami oleh air (H₂O),

saat dipanaskan. H₂O yang dipakai adalah air murni (distilasi) dan ditempatkan disuatu

ruangan bertekanan 1 atmosfer. Suatu alat pembakar Bunsen ditempatkan dibawah es balok

seberat 5 gram (H₂O padat) dengan suhu awal -20 C (titik A pada grafik). saat kalor⁰

dialirkan pada es batu, energi kinetik acak rata-rata molekul H₂O meningkat, dan molekul

H₂O bergerak makin lama makin cepat.

Es dihangatkan hingga mencapai 0 C (titik B), titik lebur tekanan murni pada 1⁰

atm. Walaupun suhu seluruh es batu meningkat, tidak terjadi perubahan fase (yakni,es tidak

mencair sama sekali), baru pada saat seluruh bagian es batu mencapai titik lebur 0 C maka⁰

perubahan fase terjadi. Selanjutnya, energi yang diberikan hanya melelehkan es batu tanpa

adanya ∆ T selama proses mencair. Baru setelah setiap molekul mengalami perubahan fase

(padat → cair) temperature kembali mulai meningkat.

Titik C mewakili air yang baru terbentuk pada 0 C. Panas api kemudian⁰

memanaskan air namun tidak terjadi perubahan fase air sampai setiap bagian air yang

mengalir mencapai 100 C (titik D), titik didih resmi air mulai pada tekanan 1 atm. Saat kalor⁰

diserap oleh air, tingkat energi molekul air meningkat menyebabkan terjadinya penguapan.

Grafik ini menunjukan temperatur selalu tetap konstan selama perubahan fase.

Setelah semua molekul telah berubah fase menjadi gas barulah mulai terjadi perubahan suhu

gas.

Dari data diatas dapat diketahui macam-macam perubahan fase:

1. Dari B → C adalah mencair atau melebur

2. Dari D→ E adalah penguapan

3. Dari E→ D adalah kondensasi

4. Dari C→ B adalah membeku

5. Dari B→ E atau E→ B adalah sublimasi

A B C D E F-500

50100150200

PERUBAHAN FASE H₂O

waktuSu

hu (

⁰C )

Ahli fisika mendefenisikan kalor peleburan (Hf) suatu zat sebagai jumlah kalor

yang diperlukan untuk mengubah bentuk 1 gram zat dari zat padat menjadi zat cair. Hf es

adalah 80 kal/gr. Kalor penguapan (Hᵥ) adalah jumlah kalor yang diperlukan untuk

mengubah 1 gram zat cair menjadi gas. Hᵥ air adalah 540 kal/gr. Jelasnya, diperlukan energi

yang lebih banyak per gram zat untuk menguap dari pada untuk mencair.

C, HUKUM-HUKUM TERMODINAMIKA

Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika, yaitu:

Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika

Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga,

maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya.

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.

2. Hukum kedua Termodinamika

Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Tidak ada bunyi untuk hukum kedua

termodinamika yang ada hanyalah pernyataan kenyataan eksperimental yang dikeluarkan

oleh kelvin-plank dan clausius. Pernyataan clausius: tidak mungkin suatu sistem apapun

bekerja sedemikian rupa sehingga hasil satu-satunya adalah perpindahan energi sebagai

panas dari sistem dengan temperatur tertentu ke sistem dengan temperatur yang lebih tinggi.

Pernyataan kelvin-planck: tidak mungkin suatu sistem beroperasi dalam siklus

Qlebur = mHf Qpenguapan = mHᵥ

( persamaan kalor “ antar- fase”)

termodinamika dan memberikan sejumlah netto kerja kesekeliling sambil menerima energi

panas dari satu reservoir termal.(sumber Fundamentals of engineering thermodynamics

(Moran J., Shapiro N.M. - 6th ed. - 2007 - Wiley) Bab5). "total entropi dari suatu sistem

termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu,

mendekati nilai maksimumnya hal ini disebut dengan prinsip kenaikan entropi" merupakan

korolari dari kedua pernyataan diatas (analisis Hukum kedua termodinamika untuk proses

dengan menggunakan sifat entropi)(sumber Fundamentals of engineering thermodynamics

(Moran J., Shapiro N.M. - 6th ed. - 2007 - Wiley) Bab6).

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.

D. HUBUNGAN TERMODINAMIKA DENGAN ILMU GEOLOGI

hubungan termodinamika dengan proses yang terjadi pada kerak bumi

1. lapisan bumi

Berdasarkan penyusunnya lapisan bumi terbagi atas litosfer, astenosfer, dan mesosfer.

5Litosfer adalah lapisan paling luar bumi (tebal kira-kira 100 km) dan terdiri dari kerak

bumi dan bagian atas selubung. Litosfer memiliki kemampuan menahan beban permukaan

yang luas misalkan gunungapi. Litosfer bersuhu dingin dan kaku.

Di bawah litosfer pada kedalaman kira-kira 700 km terdapat astenosfer. Astenosfer

hampir berada dalam titik leburnya dan karena itu bersifat seperti fluida.

Astenosfer mengalir akibat tekanan yang terjadi sepanjang waktu. Lapisan berikutnya

mesosfer.

Mesosfer lebih kaku dibandingkan astenosfer namun lebih kental dibandingkan litosfer.

Mesosfer terdiri dari sebagian besar selubung hingga inti bumi.

2. kerak bumi

Kerak bumi terdiri daripada dua lapisan :

bahagian atasnya terdiri daripada batu-batu granit yang membentuk benua-benua. Bahan-

bahan logam utama yang terdapat di dalamnya ialah silika dan aluminium yang dinamakan

sial

bahagian lapisan bawah terdiri daripada batu-batu basalt yang lebih tumpat dan

membentuk dasar lautan. Bahan-bahan logam utama yang terdapat di dalamnya ialah

silika, magnesium dan besi dinamakan sima.Ketumpatan bandinganya ialah 2.8 - 3.0

3. ROCK CYCLE

ada tiga jenis batuan yaitu batuan beku, batuan sedimen, dan batuan metamorf. Ketiga batuan

tersebut dapat berubah menjadi batuan metamorf tetapi ketiganya juga bisa berubah menjadi

batuan lainnya. Semua batuan akan mengalami pelapukan dan erosi menjadi partikel-partikel

atau pecahan-pecahan yang lebih kecil yang akhirnya juga bisa membentuk batuan sedimen.

Batuan juga bisa melebur atau meleleh menjadi magma dan kemudian kembali menjadi

batuan beku. Kesemuanya ini disebut siklus batuan ataurock cycle.

4. lempeng tektonik ini jadi popular :

1.Alfred Wegener (1912) >> PANGAEA >> “CONTINENTAL DRIFT”

2.Arthur Holmes (1929) >> bergeraknya lempeng-lempeng ini akibat konveksi panas dimana

kalo suatu benda dipanaskan maka densitasnya akan berkurang dan muncul ke permukaan

sampai benda tersebut dingin dan tenggelam lagi. Perubahan panas dingin ini dipercaya dapat

menghasilkan arus yang mampu menggerakkan lempeng-lempeng di bumi. Dia

mengumpamakan konveksi panas ini seperti konveyor yang dengan berubahnya tekanan

dapat memecah lempeng-lempeng tersebut.

Harry Hess dan R. Deitz (1960)>> bukti >> arus konveksi dari mantel bumi itu memang ada

>> penemuan-penemuan seperti pematang tengan samudera di lantai samudera dan beberapa

temuan anomali geomagnetic >> “SEA FLOOR SPREADING”

Di bawah lempeng-lempeng arus konveksi berada dan astenosphere (lapisan dalam dari

lempeng) menjadi bagian yang terpanaskan oleh peluruhan radioaktif seperti Uranium,

Thorium, dan Potasium. Bagian yang terpanaskan inilah yang menjadi sumber dari lava yang

sering kita lihat di gunung berapi dan juga sumber dari material yang keluar di pematang

tengah samudera dan membentuk lantai samudera yang baru. Magma ini terus keluar keatas

di pematang tengah samudera dan menghasilkan aliran magma yang mengalir kedua arah

berbeda dan menghasilkan kekuatan yang mampu membelah pematang tengah samudera.

Pada saat lantai samudera tersebut terbelah, retakan terjadi di tengah pematang dan magma

yang meleleh mampu keluar dan membentuk lantai samudera yang baru.

Kemudian lantai samudera tersebut bergerak menjauh dari pematang tengah samudera

sampai dimana akhirnya bertemu dengan lempeng kontinen dan akan menyusup ke dalam

karena berat jenisnya yang umumnya berkomposisi lebih berat dari berat jenis lempeng

kontinen. Penyusupan lempeng samudera kedalam lempeng benua inilah yang menghasilkan

zona subduksi atau penunjaman dan akhirnya lithosphere akan kembali menyusup ke bawah

astenosphere dan terpanaskan lagi. Kejadian ini berlangsung secara terus-menerus. Wah

ternyata bumi memang bergerak. Nah kalau memang bergerak, apa yang terjadi di daerah

pertemuan lempeng tektonik?

Daerah pertemuan lempeng ini umumnya banyak menghasilkan gempa bumi dan kalo

sumber gempa bumi ini ada di samudera maka besar kemungkinan terjadi tsunami.

Kesimpulan :

Jadi, hubungan termodinamika dengan proses yang terjadi di kerak bumi adalah proses-

proses yang terjadi yang berkaitan/berhubungan yang terjadi di kerak bumi ini (yang meliputi

arus konveksi, pergerakan lempeng samudra, gempa, tsunami, gunung, siklus batuan dll)

berdasarkan hukul-hukum termodinamika (artinya : semua proses yang terjadi di kerak bumi

karena adanya suhu dan tekanan yang tinggi serta memerlukan waktu yang sangat lama).

hubungan antara termodinamika dengan panas bumi

Panas bumi adalah sebuah sumber energi panas yang terdapat dan terbentuk di dalam kerak

bumi.

Adanya sifat-sifat fisik batuan maupun fluida juga tekanan dan temperatur serta proses

geologi yang terjadi pada daerah vulkanik atau zona-zona lempeng menyebabkan terjadinya

berbagai jenis reservoir panasbumi. Reservoir panasbumi dapat diklasifikasikan berdasarkan

sumber panasnya, temperatur serta fasa fluida yang dihasilkan.

jenis reservoir panas bumi :

A. Berdasarkan Sistem Panas

1. hydrothermal system

2. geopressure system

3. hot dry rock system

4. magmatic system.

B. Berdasarkan Fasa Fluida

tergantung pada banyaknya uap yang dikandungnya atau kalau tidak terdapat uap air

maka seberapa jauh sistem tersebut kekondisi pendidihan (boiling).

1. reservoir satu fasa yang meliputi:

- warm water (air hangat)

- hot water (air panas)

- superheated steam (uap panas lanjut),

2. reservoir dua fasa yang meliputi :

- liquid dominated system (sistem didominasi air)

- vapour dominated system (sistem didominasi uap)

Proses terbentuknya reservoir panas bumi

Air hujan (rain water) itu bisa turun dari awan disebabkan oleh pengaruh gravitasi bumi.

Ketika tiba di permukaan bumi air hujan akan merembes ke dalam tanah melalui saluran

pori-pori atau rongga-rongga diantara butir-butir batuan. Bila jumlah air hujan yang turun

cukup deras, maka air tersebut akan mengisi rongga-rongga antar butiran sampai penuh atau

jenuh. Air hujan yang sudah masuk ke tanah disebut air tanah. Kalau sudah tidak

tertampung lagi, maka air hujan yang masih dipermukaan akan mengalir ke tempat yang

lebih rendah. Ini disebut air permukaan. Perlu diketahui disini bahwa daya serap (atau lebih

dikenal dengan istilah permeabilitas) masing-masing batuan atau lapisan batuan bervariasi

tergantung jenis batuannya. Di daerah gunung api, dimana terdapat potensi panas bumi,

seringkali ditemukan struktur sesar (fault) dan kaldera (caldera) sebagai akibat dari letusan

gunung maupun aktifitas tektonik lainnya. Keberadaan struktur tersebut tidak sekedar

membuka pori-pori atau rongga-rongga antar butiran menjadi lebih terbuka, bahkan lebih

dari itu mereka menciptakan zona rekahan (fracture zone) yang cukup lebar dan memanjang

secara vertikal atau hampir vertikal dimana air tanah dengan leluasa menerobos turun ke

tempat yang lebih dalam lagi sampai akhirnya dia berjumpa dengan batuan panas (hot rock).

Air tersebut tidak lagi turun ke bawah, sekarang dia mencari jalan dalam arah horizontal ke

lapisan batuan yang masih bisa diisi oleh air. Seiring dengan berjalannya waktu, air tersebut

terus terakumulasi dan terpanaskan oleh batuan panas (hot rock). Akibatnya temperatur air

meningkat, volume bertambah dan tekanan menjadi naik. Sebagiannya masih tetap

berwujud air panas, namun sebagian lainnya telah berubah menjadi uap panas. Tekanan

yang terus meningkat, membuat fluida panas tersebut menekan batuan panas yang

melingkupinya seraya mencari jalan terobosan untuk melepaskan tekanan tinggi. Kalau

fluida tersebut menemukan celah yang bisa mengantarnya menuju permukaan bumi, maka

akan dijumpai sejumlah manifestasi. Namun bila celah itu tidak tersedia, maka fluida panas

itu akan tetap terperangkap disana selamanya. Lokasi tempat fluida panas tersebut

dinamakan reservoir panas bumi (geothermal reservoir). Sementara lapisan batuan dibagian

atasnya dinamakan cap rock yang bersifat impermeabel atau teramat sulit ditembus oleh

fluida.

Kesimpulan :

Adanya proses perpindahan panas, tekanan yang tinggi yang terjadi di dalam bumi yang

mampu memanaskan air yang terperangkap di dalam bumi.