Termodinamika

Sistem Termodinamika
Sistem termodinamika secara luas bisa didefinisikan sebagai luas atau ruang
tertentu dimana proses termodinamika terjadi. Atau adalah suatu daerah dimana
perhatian kita difokuskan dalam mempelajari proses termodinamika. Sedikit observasi
akan memperlihatkan bahwa sistem termodinamika mempunyai batas sistem, dan segala
sesuatu yang ada di luar batas sistem disebut lingkungan. Batas sistem ini bisa saja
berupa batas tetap seperti pada tangki yang berisi gas yang terkompresi, atau batas
bergerak seperti yang dijumpai pada sejumlah volume cairan di dalam saluran pipa.
Klasifikasi Sistem Termodinamika
Sistem termodinamika bisa diklasifikasikan ke dalam tiga kelompok:
1. Sistem tertutup; 2. Sistem terbuka; dan 3. Sistem terisolasi.
1. Sistem tertutup.
Merupakan sistem massa tetap dan identitas batas sistem ditentukan oleh ruang zat
yang menempatinya. Sistem tertutup ditunjukkan oleh gambar 1. Gas di dalam silinder
dianggap sebagai suatu sistem. Jika panas diberikan ke silinder dari sumber luar,
temperatur gas akan naik dan piston bergerak ke atas.

Gambar 1. Sistem termodinamika tertutup.
Ketika piston naik, batas sistem bergerak. Dengan kata lain, panas dan kerja
melewati batas sistem selama proses, tetapi tidak ada terjadi penambahan atau
pengurangan massa zat.
Asyari-Daryus, Termodinamika Teknik I
Universitas Darma Persada – Jakarta.
92. Sistem terbuka
Pada sistem ini, zat melewati batas sistem. Panas dan kerja bisa juga melewati
batas sistem. Gambar 2 menunjukkan diagram sebuah kompresor udara yang
menggambarkan sistem terbuka ini.


Gambar 2. Sistem termodinamika terbuka.
Zat yang melewati batas sistem adalah udara bertekanan rendah (L.P) yang
memasuki kompresor dan udara bertekanan tinggi (H.P) yang meninggalkan kompresor.
Kerja melewati batas sistem melalui poros penggerak dan panas ditransfer melewati
batas sistem melalui dinding silinder.
3. Sistem terisolasi
Adalah sebuah sistem yang sama sekali tidak dipengaruhi oleh lingkungannya.
Sistem ini massanya tetap dan tidak ada panas atau kerja yang melewati batas sistem.
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.
Klasifikasi Sifat-sifat Sistem
Sifat-sifat termodinamika bisa dibagi atas dua kelompok umum:
Asyari-Daryus, Termodinamika Teknik I
Universitas Darma Persada – Jakarta.
10Asyari-Daryus, Termodinamika Teknik I
Universitas Darma Persada – Jakarta.
11
1. Sifat ekstensif, dan 2. Sifat intensif.
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.
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.
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.
Hukum Termodinamika
Berikut ini ada tiga hukum termodinamika yang penting untuk diketahui:
1. Hukum termodinamika ke-nol;
2. Hukum termodinamika kesatu dan
3. Hukum termodinamika kedua.
Hukum Ke-nol Termodinamika
Hukum ini berbunyi: “Jika dua benda berada dalam kondisi kesetimbangan termal
dengan benda ketiga, maka benda-benda tersebut berada dalam kesetimbangan termal
satu sama lainnya”.
Hukum Kesatu Termodinamika
Hukum ini berbunyi: “Kalor dan kerja mekanik adalah bisa saling tukar”. Sesuai
dengan hukum ini, maka sejumlah kerja mekanik dibutuhkan untuk menghasilkan
sejumlah kalor, dan sebaliknya.
Hukum ini bisa juga dinyatakan sebagai: “Energi tidak bisa dibuat atau
dimusnahkan, namun bisa dirubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya”. Sesuai dengan
hukum ini, energi yang diberikan oleh kalor mesti sama dengan kerja eksternal yang
dilakukan ditambah dengan perolehan energi dalam karena kenaikan temperatur.
Secara matematik:
Q = ΔU +W
dimana, Q = kalor yang dipindahkan
ΔU = perubahan energi dalam
W = kerja yang dilakukan dalam satuan kalor
Persamaan di atas bisa juga ditulis dalam bentuk diferensial:
dQ = dU + dW
Hukum Kedua Termodinamika
Hukum ini berbunyi: “Ada batas tertentu dari jumlah energi mekanik, yang diperoleh
dari sejumlah energi panas”.
Hukum termodinamika ini telah dinyatakan oleh Claussius dalam bentuk yang sedikit
berbeda: “adalah tidak mungkin bagi mesin yang bekerja sendiri bekerja dalam proses
siklik, untuk mentransfer panas dari benda dengan temperatur lebih rendah ke benda
dengan temperatur yang lebih tinggi, tanpa adanya bantuan pihak luar”. Atau dengan
kata lain, panas tidak bisa mengalir dengan sendirinya dari benda dingin ke benda panas
tanpa bantuan pihak eksternal.
Hukum ini juga dinyatakan oleh Kelvin-Planck sebagai: “adalah tidak mungkin
membuat mesin yang bekerja dalam proses siklik yang tujuan tunggalnya untuk
mengkonversi energi panas ke energi kerja”. Dengan kata lain, tidak ada mesin panas
sebenarnya, bekerja dalam proses siklik, bisa merubah energi panas yang diberikan
menjadi kerja mekanik. Artinya terjadi penurunan energi dalam proses menghasilkan
kerja mekanik dari panas. Berdasarkan pernyataan ini, hukum kedua termodinamika
kadang-kadang disebut sebagai hukum degradasi energi.