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.
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.
KEADAAN
TERMODINAMIKA
Ketika
sistem dalam keadaan seimbang dalam kondisi yang ditentukan, ini disebut dalam
keadaan pasti (atau keadaan sistem).
Untuk
keadaan termodinamika tertentu, banyak sifat dari sistem dispesifikasikan.
Properti yang tidak tergantung dengan jalur di mana sistem itu membentuk
keadaan tersebut, disebut fungsi keadaan dari sistem. Bagian selanjutnya dalam
seksi ini hanya mempertimbangkan properti, yang merupakan fungsi keadaan.
Jumlah
properti minimal yang harus dispesifikasikan untuk menjelaskan keadaan dari
sistem tertentu ditentukan oleh Hukum
fase Gibbs. Biasanya seseorang berhadapan dengan properti sistem
yang lebih besar, dari jumlah minimal tersebut.
Pengembangan
hubungan antara properti dari keadaan yang berlainan dimungkinkan. Persamaan keadaan adalah contoh dari hubungan
tersebut.
HUKUM-HUKUM
DASAR 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.
- 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.
- 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).
- 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.
