TERMODINAMIKA

TERMODINAMIKA

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 hubungan termodinamika berasal.

      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.

       Karena termodinamika tidak berhubungan dengan konsep waktu, telah diusulkan bahwa termodinamika setimbang seharusnya dinamakan termostatik.

Konsep dasar dalam termodinamika

       Pengabstrakkan dasar atas termodinamika adalah pembagian dunia menjadi sistem dibatasi oleh kenyataan atau ideal dari batasan. Sistem yang tidak termasuk dalam pertimbangan digolongkan sebagai lingkungan. Dan pembagian sistem menjadi subsistem masih mungkin terjadi, atau membentuk beberapa sistem menjadi sistem yang lebih besar. Biasanya sistem dapat diberikan keadaan yang dirinci dengan jelas yang dapat diuraikan menjadi beberapa parameter. Dari prinsip-prinsip dasar termodinamika secara umum bisa diturunkan hubungan antara kuantitas misalnya, koefisien ekspansi, kompresibilitas, panas jenis, transformasi panas dan koefisien elektrik, terutama sifat-sifat yang dipengaruhi temperatur. 

Sistem termodinamika

       Sistem termodinamika adalah bagian dari jagat raya yang diperhitungkan. Sebuah batasan yang nyata atau imajinasi memisahkan sistem dengan jagat raya, yang disebut lingkungan. Klasifikasi sistem termodinamika berdasarkan pada sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan materi, kalor dan entropi antara sistem dan lingkungan.

 Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan:

    sistem terisolasi: tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.

    sistem tertutup: 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 dipertimbangkanh sebagai sifat pembatasnya:

        pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas.

        pembatas rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.

    sistem terbuka: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda dengan lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebut permeabel. Samudra merupakan contoh dari sistem terbuka.

      Dalam kenyataan, sebuah sistem tidak dapat terisolasi sepenuhnya dari lingkungan, karena pasti ada terjadi sedikit pencampuran, meskipun hanya penerimaan sedikit penarikan gravitasi. Dalam analisis sistem terisolasi, energi yang masuk ke sistem sama dengan energi yang keluar dari sistem.

Hukum-hukum Dasar Termodinamika

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

    Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika

        Hukum awal menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya. Hukum ini dimasukkan setelah hukum pertama.

* Hukum Pertama Termodinamika

        Hukum yang sama juga terkait dengan kasus 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. Hukum ini dapat diuraikan menjadi beberapa proses, yaitu proses dengan Isokhorik, Isotermik, Isobarik, dan juga adiabatik.

 menyatakan bahwa:

“Sejumlah kalor Q yang diterima dan usaha W yang dilakukan terhadap suatu gas dapat digunakan untuk mengubah energi dalam”.

 Secara matematis hukum I termodinamika dapat dirumuskan sebagai berikut:

Q = ∆U+W

Dengan ketentuan, jika:

Q(+) →  sistem menerima kalor
OR →  sistem melepas kalor
W(+) →  sistem melakukan usaha
W(-)  → sistem dikenai usaha
∆U(+) → terjadi penambahan energi dalam
∆U(-) → terjadi penurunan energi dalam

* 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 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).

Bunyi hukum II Termodinamika:

” Kalor mengalir secara alami dari benda yang panas ke benda yang dingin; kalor tidak akan mengalir secara spontan dari benda dingin ke benda panas tan pa dilakukan usaha”.

Penjelasan hukum II Termodinamika adalah sebagai berikut.

• Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam satu siklus, menerima kalor dari satu reservoir dan mengubah kalor seluruhnya menjadi usaha.
• Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam satu siklus dengan mengambil kalor dari reservoir yang mempunyai suhu rendah dan memberikannya ke reservoir suhu tinggi tanpa usaha dari luar.
• Mesin yang bekerja di antara reservoir suhu T_t dan reservoir suhu T_t(T_t > T_r), memiliki efisiensi maksimum.

*  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.

KONSEP LISTRIK DINAMIS

KONSEP LISTRIK DINAMIS

• Pengertian Listrik Dinamis

    Listrik dinamis adalah listrik yang berubah-ubah atau bisa bergerak dan sering disebut dengan arus listrik. Arus listrik ini berasal dari aliran elektron yang mengalir terus-menerus dari kutub negatif menuju kutub positif, dari potensial tinggi menuju potensial rendah dari sumber beda potensial (tegangan).

    Jika dilihat dari istilah katanya, listrik dinamis (electrodinamic) berasal dari perpaduan kata listrik dan dinamis. Listrik ya listrik, sedang dinamis artinya berubah-ubah atau bergerak. Jadi bisa disimpulkan listrik dinamis adalah listrik yang bergerak atau mengalir atau sering disebut dengan arus listrik.

    Arus listrik ini berasal dari aliran elektron yang berlangsung secara terus-menerus dari kutub negatif ke kutub positif, dari potensial tinggi ke potensial yang lebih rendah dari sumber tegangan (beda potensial). Arus listrik itu sendiri terbagi menjadi dua jenis, yaitu arus bolak-balik (AC) dan arus searah (DC). Sedangkan, jumlah arus listrik yang mengalir dalam waktu tertentu disebut dengan kuat arus listrik (I).

• Rumus Listrik Dinamis

• Rumus Kuat Arus Listrik (I)

    Kuat arus listrik disimbolkan dengan I, memiliki satuan Ampere (A), dirumuskan:

                                                                        I = Q / t

    Keterangan:

    I = kuat arus listrik (A)

    Q = jumlah muatan listrik (Coulomb)

    t = selang waktu (s)

• Rumus beda potensial atau sumber tegangan (V)

    Beda potensial atau sumber tegangan disimbolkan dengan V, memiliki satuan Volt (V),     dirumuskan:

V = W / Q

    Keterangan:

    V = beda potensia atau sumber tegangan listrik (Volt)

    W = energi (Joule)

    Q = muatan (Coulomb)

• Rumus hambatan listrik (R)

      Hambatan atau resistor disimbolkan dengan R, memiliki satuan ohm, dirumuskan:

R = ρ . l / A

    Keterangan:

    R = hambatan listrik (ohm)

    ρ = hambatan jenis (ohm.mm2/m)

    A = luas penampang kawat (m2)

• Rumus hukum ohm

    Hukum ohm adalah hukum yang menghubungkan antara kuat arus listrik, beda potensial, dan     hambatan. Rumus hukum ohm:

I = V / R atau R = V / I, atau V = I . R

• Sumber arus listrik

vᵨ=v₁=v₂=v₃

       Ketika terjadi mati listrik, maka lampu-lampu tidak akan menyala, karena tidak ada arus yang mengalir. Bagaimana agar arus listrik dapat mengalir terus ? Agar arus listrik dapat mengalir terus dalam suatu penghantar, maka pada ujung-ujung penghantar harus selalu ada beda potensial. Alat yang dapat menghasilkan beda potensial atau tegangan listrik adalah sumber tegangan atau sumber arus listrik. Sumber tegangan bermacam-macam, diantaranya adalah  elemen volta, elemen kering, dan aki.

a.            Elemen Volta

    Elemen volta merupakan sumber tegangan listrik yang pertama yang dikembangkan oleh Alesandro Volta. Beda potensial yang dihasilkan elemen volta sekitar 1,1 vol

b.           Elemen Kering

      Elemen kering disebut juga batu baterai. Beda potensial yang dihasilkan batubaterai sekitar 1,5  volt.

c.            Aki 

      Aki disebut juga baterai basah. Aki merupakan elemen sekunder karena dapat diisi ulang. Jenis aki yang digunakan adalah aki timbal.

      Pada aki akan tertulis angka seperti: 6 V–10 Ah, 12 V–50 Ah, dan lain-lain. Setiap pasang elektroda (sel aki) menghasilkan tegangan 2 volt. Aki 12 volt memerlukan enam buah sel. Aki 6 V–10 Ah artinya aki tersebut memiliki tegangan listrik 6 volt dengan kapasitas 10 Ah (Ampere-hours). Jika aki mengeluarkan arus sebesar 1 ampere, akan tahan selama 10 jam tanpa pengisian kembali. Pada saat aki digunakan, terjadi perubahan energi kimia menjadi energi listrik. Pada saat aki diisi ulang, terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kimia.

• Susuna seri-paralel rangkaian hambatan listrik

a.            Rangkaian Seri

       Penyusunan hambatan listrik secara seri berfungsi untuk memperbesar hambatan dan pembagi tegangan. Arus listrik adalah muatan listrik yang mengalir. Pada rangkaian hambatan seri, muatan-muatan itu akan mengalir melalui semua hambatannya secara bergantian. Berarti muatan yang melalui R1, R2 dan R3 akan sama dan kuat arusnya secara otomatis harus sama. Karena I sama, maka sesuai hukum Ohm, dapat diketahui bahwa beda potensial ujung-ujung hambatan akan sebanding dengan besarnya hambatan R.

b.           Rangkaian Paralel

     Penyusunan hambatan listrik secara paralel berfungsi untuk membagi-bagi arus dan memperkecil hambatan listrik.

      Besar hambatan total pengganti pada rangkaian listrik paralel adalah kebalikan hambatan penggantinya sama dengan jumlah kebalikan hambatan dari tiap-tiap penghambatnya.