Pengertian
Termodinamika adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari
kalor dan usaha. Berasal dari kata therme
yang berarti kalor dan dynamics yang
berarti kakas atau gaya. Jadi termodinamika berarti kemampuan benda panas
menghasilkan usaha. Sekarang pengertian termodinamika berkembang menjadi ilmu
yang mempelajari energi beserta perubahannya dan hubungan antara sifat-sifat
fisis materi.
Aplikasi Termodinamika
Aplikasi termodinamika dalam kehidupan sehari-hari
sangat banyak dan setiap saat selalu berkembang. Secara alamiah dapat dilihat
bagaimana energi dapat diubah menjadi kerja yang bermanfaat bagi manusia.
Kemampuan manusia menciptakan mesin-mesin yang mampu mengubah kalor menjadi
kerja sangat membantu dalam memenuhi kebutuhan energi. Sebagai contoh penerapan
prinsip dan metode termodinamika dapat dilihat pada Pembangkit Listrik Tenaga
Uap (PLTU), PLTN, refrigerator, mesin kalor, roket dan lain-lain.
Sistem Termodinamika
Setiap penerapan hukum pertama pada suatu bagian diskrit
dari alam semesta memerlukan definisi sistem
dan lingkungannya. Sistem adalah
sejumlah zat yang dibatasi oleh dinding tertutup. Yang dimaksud dengan zat di
sini dapat berupa zat padat, cair atau gas, dapat pula dipol magnet, energi
radiasi, foton dan lain-lain. Dinding yang membatasi sistem dapat dengan
lingkungan dapat dinyatakan nyata atau imajiner, dapat diam atau bergera, dapat
berubah ukuran atau bentuknya. Segala sesuatu di luar sistem yang mempunyai
pengaruh langsung terhadap sistem disebut lingkungan.
Suatu sistem dengan lingkungannya disebut dengan semesta (universe).
Gambar 1. Sistem dan lingkungan
Berdasarkan hubungan antara sistem dengan lingkungannya,
sistem dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu:
-
Sistem Terisolasi, yaitu bila antara sistem dengan
lingkungannya tidak terjadi pertukaran energi dan materi.
-
Sistem Tertutup, yaitu bila antara sistem dan
lingkungannya hanya dapat dipertukarkan energi, materi tidak dapat menembus
sistem tersebut.
-
Sistem Terbuka, bila antara sistem dan lingkungan dapat
dipertukarkan energi maupun materi.
Makroskopik versus
Mikroskopik
Pada umumnya terdapat dua pandangan yang bisa diambil
untuk menyelidiki karakteristik sistem dan interaksinya dengan lingkungan,
yaitu pandangan makroskopik dan pandangan
mikroskopik.
Misalnya kita mempunyai silinder mesin mobil yang diisi
campuran hidrokarbon dan udara. Setelah campuran tersebut dibakar menghasilkan
gas-gas yang diperikan dengan senyawa kimia tertentu. Pernyataan mengenai
jumlah zat ini merupakan pemerian komposisi
sistem itu. Setiap saat sistem yang diperikan dengan komposisi tersebut akan
menempati volume yang ditentukan oleh
kedudukan piston. Kuantitas lain yang dapat digunakan untuk memerikan sistem
tersebut adalah tekanan dan temperatur. Jadi dengan demikian untuk
memerikan sistem campuran hidrokarbon dalam silinder piston dengan empat
kuantitas: komposisi, volume, tekanan dan temperatur. Kuantitas ini diacu sebagai
ciri umum dari sistem dan merupakan pemerian makroskopik.
Sistem di atas dapat pula diperikan berdasarkan
pandangan mikroskopik. Menurut mekanika statistik, sistem diandaikan terdiri
atas sejumlah besar N molekul, masing-masing dapat ada dalam keadaan yang
energinya E. Molekul ini dianggap saling berinteraksi melalui tumbukan atau
melalui gaya yang ditimbulkan oleh medan. Konsep peluang diterapkan, dan
keadaan setimbang sistem dianggap sebagai keadaan dengan peluang terbesar.
Lebih lanjut bagaimana pemerian secara mikroskopik sistem tersebut akan
dipelajari dalam mekanika statistik.
Keseimbangan
Termodinamik
Pada umumnya suatu sistem berada dalam keadaan
sembarang. Ini berarti bahwa dalam sistem tersebut terdapat perbedaan suhu
antara bagian-bagiannya, terdapat variasi tekanan dan reaksi kimia. Apabila
sistem itu ditunggu beberapa saat dapatlah terjadi hal-hal berikut:
Apabila perbedaan suhu hilang, maka dapat dikatakan
sistem berada dalam keseimbangan termal. Jika variasi tekanan hilang, sistem
dapat dikatakan berada dalam keseimbangan mekanik. Dan apabila sudah tidak
terdapat lagi reaksi kimia pada sistem itu, dikatakan telah terjadi
keseimbangan kimia. Jika ketiga macam keseimbangan telah tercapai, maka dapat
dikatakan sistem dalam keseimbangan termodinamik.
Proses
Ketika suatu sistem tertutup bergeser dari keseimbangan,
sistem ini menjalani sebuah proses,
selama itu sifat-sifat sistem berubah sampai keadaan seimbang yang baru
tercapai. Selama proses tersebut, sistem dapat berinteraksi dengan
lingkungannya agar dapat menukar kalor atau usaha yang menghasilkan perubahan
yang diinginkan dalam sistem atau lingkungan.
Proses termodinamika dapat didefinisikan sebagai energetik
evolusi sistem termodinamika yang berubah dari keadaan awal ke keadaan akhir.
Biasanya, setiap proses termodinamika dibedakan dari proses lainnya, berdasarkan
karakteristik energinya, menurut parameter yang tetap misalnya suhu, tekanan,
atau volume, dll. Proses termodinamika ada enam yang paling umum yaitu:
1. Proses isobarik
terjadi pada tekanan konstan.
2. Proses isochorik,
atau proses isometrik/isovolumetrik,
terjadi pada volume konstan.
3. Proses isotermal
terjadi pada suhu konstan.
4. Proses isentropik
terjadi pada entropi konstan.
5. Proses isenthalpik
terjadi pada entalpi konstan.
6. Proses adiabatik
terjadi tanpa kehilangan atau mendapatkan panas.
