Penerapan Hukum I Termodinamika-
Hukum I Termodinamika berkaitan dengan Hukum Kekekalan Energi untuk
sebuah sistem yang sedang melakukan pertukaran energi dengan lingkungan
dan memberikan hubungan antara kalor, energi, dan kerja (usaha). Hukum I
Termodinamika menyatakan bahwa untuk setiap proses, apabila kalor
ditambahkan ke dalam sistem dan sistem melakukan usaha, maka akan
terjadi perubahan energi. Jadi, dapat dikatakan bahwa Hukum I
Termodinamika menyatakan adanya konsep kekekalan energi.
Energi
dalam sistem merupakan jumlah total semua energi molekul pada sistem.
Apabila usaha dilakukan pada sistem atau sistem memperoleh kalor dari
lingkungan, maka energi dalam pada sistem akan naik. Sebaliknya, energi
dalam akan berkurang apabila sistem melakukan usaha pada lingkungan atau
sistem memberi kalor pada lingkungan. Dengan demikian, perubahan energi
dalam pada sistem yang tertutup merupakan selisih kalor yang diterima
dengan usaha yang dilakukan oleh sistem. Secara matematis, Hukum Pertama
Termodinamika dituliskan sebagai berikut.
Q = ΔU + W …….. (9–9)
dengan: Q = kalor yang diterima atau dilepaskan oleh sistem,
ΔU = U2 — U1 = perubahan energi dalam sistem, dan
W = usaha yang dilakukan sistem.
Perjanjian tanda yang berlaku untuk Persamaan (9-9) tersebut adalah sebagai berikut.
- Jika sistem melakukan kerja maka nilai W berharga positif.
- Jika sistem menerima kerja maka nilai W berharga negatif
- Jika sistem melepas kalor maka nilai Q berharga negatif
- Jika sistem menerima kalor maka nilai Q berharga positif
a. Proses Isotermal
Anda
telah memahami bahwa proses isotermal merupakan suatu proses yang
terjadi dalam sistem pada suhu tetap. Besar usaha yang dilakukan sistem
proses isotermal ini adalah W = nRT In (V2/V1). Oleh karena ΔT = 0, menurut Teori Kinetik Gas, energi dalam sistem juga tidak berubah (ΔU =
0) karena perubahan energi dalam bergantung pada perubahan suhu.
Ingatlah kembali persamaan energi dalam gas monoatomik yang dinyatakan
dalam persamaan ΔU=(3/2)nRΔT. Dengan demikian, persamaan Hukum Pertama Termodinamika untuk proses isotermal ini dapat dituliskan sebagai berikut.
Q = ΔU + W = 0 + W
Q = W = nR T ln (V2/V1) …. (9-10)
b. Proses Isokhorik
Dalam
proses isokhorik perubahan yang dialami oleh sistem berada dalam
keadaan volume tetap. Anda telah memahami bahwa besar usaha pada proses
isokhorik dituliskan W = pΔV = 0. Dengan demikian, persamaan Hukum Pertama Termodinamika untuk proses ini dituliskan sebagai
Q = ΔU + W = ΔU + 0
Q = ΔU = U2 — U1
Dari Persamaan (9-11) Anda
dapat menyatakan bahwa kalor yang diberikan pada sistem hanya digunakan
untuk mengubah energi dalam sistem tersebut. Jika persamaan energi
dalam untuk gas ideal monoatomik disubstitusikan ke dalam Persamaan (9-11), didapatkan perumusan Hukum Pertama Termodinamika pada proses isokhorik sebagai berikut.
Q = ΔU =(3/2)nR ΔT …(9-12)
atau
Q = U2 — U1 =(3/2)nR (T2 —T1) …. (9-13)
c. Proses Isobarik
Jika
gas mengalami proses isobarik, perubahan yang terjadi pada gas berada
dalam keadaan tekanan tetap. Usaha yang dilakukan gas dalam proses ini
memenuhi persamaan W = P ΔV = p(V2 – V1). Dengan demikian, persamaan Hukum Pertama Termodinamika untuk proses isobarik dapat dituliskan sebagai berikut.
Q = ΔU + W
Q = ΔU + p(V2 – V1) … (9-14)
Untuk gas ideal monoatomik, Persamaan (9-14) dapat dituliskan sebagai
Q =(3/2)nR (T2 — T1) + p (V2 – V1) … (9-15)
d. Proses adiabatik
Dalam
pembahasan mengenai proses adiabatik, Anda telah mengetahui bahwa dalam
proses ini tidak ada kalor yang keluar atau masuk ke dalam sistem
sehingga Q = 0. Persamaan Hukum Pertama Termodinamika untuk proses adiabatik ini dapat dituliskan menjadi
Q = ΔU + W
0 = ΔU + W
atau
W = — ΔU = —(U2— U1) … (9-16)
Berdasarkan Persamaan (9-16) tersebut,
Anda dapat menyimpulkan bahwa usaha yang dilakukan oleh sistem akan
mengakibatkan terjadinya perubahan energi dalam sistem di mana energi
dalam tersebut dapat
bertambah atau
berkurang dari keadaan awalnya. Persamaan Hukum Pertama Termodinamika
untuk gas ideal monoatomik pada proses adiabatik ini dituliskan sebagai
W = — ΔU = —(3/2)nR (T2 – T1)
Hukum pertama, disebut prinsip kekekalan, dapat
diajarkan dengan mudah pada siswa, karena prinsip kekekalan yang analig ada
pada pengalaman sehari-hari. Sebagai contoh, bila dua wadah memuat W1 kilogram
air, anda tambahkan q kg air sambil membuang w kg air, totap air, W2, akan
selalu W1 plus q – w. Lebih lanjut, ini akan selalu benar, seberapapun rumitnya
urutan penambahan dan pengurangannya. Hal yang sama berlaku untuk penyimpanan
energi.
Untuk membuktikan hukum pertama termodinamikan, kalau energi adalah sebuah fungsi keadaan, kita menunjukkan kalau menyangkal keabsahannya adalah energi dapat diciptakan, dan semua pengalaman kita menunjukkan kalau ini tidak benar.
Bacaan Lanjut:
1. Missler, Chuck, Eastman, Mark, M.D."The Creator Beyond Time and Space", The Word for Today 1996, p.12-17
2. James S. Treifel, "The Moment of Creation", Scribner's and Son. p 141-142
3. H. Bondi and T. Gold, "The Steady State Theory of the Expanding Universe," Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 108:252-270 (1948).
4. Patterson, John W., “Thermodynamics and Probability," in Evolutionists Confront Creationists, pages 132-150. Proceedings of the 63rd Annual Meeting of the Pacific Division of the American Association for the Advancement of Science, Vol 1, Part 3, April 30th 1983; Pacific Division of the American Association for the Advancement of Science, c/o California Academy of Science, Golden Gate Park, San Francisco, CA
5. Cramer, J.A., “General Evolution and the Second Law of Thermodynamics,” in Origins and Shape, D. L. Willis, ed., American Scientific Affiliation, Elgin, IL, 1978
6. Freske, S., “Creationist Misunderstanding, Misrepresentation, and Misuse of the Second Law of Thermodynamics,” Creation/Evolution, page 8, Issue IV (Spring), 1981. ( 2, 4-9)
7. Patterson, John W., “An Engineer Looks at the Creation Movement,” Iowa Academy of Science Proceedings, Vol 89, no. 2, page 55, 1982.
8. Morris, Henry M., The Twilight of Evolution, Baker Book House, Grand Rapids, MI 1982.
9. Mahan, Bruce H., College Chemistry, pages 288-289, Addison-Wesley, Reading, MA 1966
Untuk membuktikan hukum pertama termodinamikan, kalau energi adalah sebuah fungsi keadaan, kita menunjukkan kalau menyangkal keabsahannya adalah energi dapat diciptakan, dan semua pengalaman kita menunjukkan kalau ini tidak benar.
Bacaan Lanjut:
1. Missler, Chuck, Eastman, Mark, M.D."The Creator Beyond Time and Space", The Word for Today 1996, p.12-17
2. James S. Treifel, "The Moment of Creation", Scribner's and Son. p 141-142
3. H. Bondi and T. Gold, "The Steady State Theory of the Expanding Universe," Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 108:252-270 (1948).
4. Patterson, John W., “Thermodynamics and Probability," in Evolutionists Confront Creationists, pages 132-150. Proceedings of the 63rd Annual Meeting of the Pacific Division of the American Association for the Advancement of Science, Vol 1, Part 3, April 30th 1983; Pacific Division of the American Association for the Advancement of Science, c/o California Academy of Science, Golden Gate Park, San Francisco, CA
5. Cramer, J.A., “General Evolution and the Second Law of Thermodynamics,” in Origins and Shape, D. L. Willis, ed., American Scientific Affiliation, Elgin, IL, 1978
6. Freske, S., “Creationist Misunderstanding, Misrepresentation, and Misuse of the Second Law of Thermodynamics,” Creation/Evolution, page 8, Issue IV (Spring), 1981. ( 2, 4-9)
7. Patterson, John W., “An Engineer Looks at the Creation Movement,” Iowa Academy of Science Proceedings, Vol 89, no. 2, page 55, 1982.
8. Morris, Henry M., The Twilight of Evolution, Baker Book House, Grand Rapids, MI 1982.
9. Mahan, Bruce H., College Chemistry, pages 288-289, Addison-Wesley, Reading, MA 1966
Penerapan Termodinamika
Aplikasi thermodinamika yang begitu luas dimungkinkan karena perkembangan ilmu thermodinamika sejak abad 17 yang dipelopori dengan penemuan mesin uap di Inggris, dan diikuti oleh para ilmuwan thermodinamika seperti Willian Rankine, Rudolph Clausius, dan Lord Kelvin pada abad ke 19. Pengembangan ilmu thermodinamika dimulai dengan pendekatan makroskopik, yaitu sifat thermodinamis didekati dari perilaku umum partikel-partikel zat yang menjadi media pembawa energi, yang disebut pendekatan thermodinamika klasik. Pendekatan tentang sifat thermodinamis suatu zat berdasarkan perilaku kumpulan partikel-partikel disebut pendekatan mikroskopis yang merupakan perkembangan ilmu thermodinamika modern, atau disebut thermodinamika statistik. Pendekatan thermodinamika statistik dimungkinkan karena perkembangan teknologi komputer, yang sangat membantu da lam menganalisis data dalam jumlah yang sangat besar.
Penerapan termodinamika secara teknik (dalam perencanaan) yaitu :
- Refrigerasi dan Pengkondisian Udara
- Pembangkit Daya Listrik
- Motor Bakar
- Sistem pemanasan surya
- Pesawat Terbang
- Dan sebagainya
Aplikasi thermodinamika yang begitu luas dimungkinkan karena perkembangan ilmu thermodinamika sejak abad 17 yang dipelopori dengan penemuan mesin uap di Inggris, dan diikuti oleh para ilmuwan thermodinamika seperti Willian Rankine, Rudolph Clausius, dan Lord Kelvin pada abad ke 19. Pengembangan ilmu thermodinamika dimulai dengan pendekatan makroskopik, yaitu sifat thermodinamis didekati dari perilaku umum partikel-partikel zat yang menjadi media pembawa energi, yang disebut pendekatan thermodinamika klasik. Pendekatan tentang sifat thermodinamis suatu zat berdasarkan perilaku kumpulan partikel-partikel disebut pendekatan mikroskopis yang merupakan perkembangan ilmu thermodinamika modern, atau disebut thermodinamika statistik. Pendekatan thermodinamika statistik dimungkinkan karena perkembangan teknologi komputer, yang sangat membantu da lam menganalisis data dalam jumlah yang sangat besar.
Penerapan termodinamika secara teknik (dalam perencanaan) yaitu :
- Refrigerasi dan Pengkondisian Udara
- Pembangkit Daya Listrik
- Motor Bakar
- Sistem pemanasan surya
- Pesawat Terbang
- Dan sebagainya
- Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Uap :
Energi
kimia atau energi nuklir dikonversikan menjadi
energi termal dalam ketel uap atau reaktor
nuklir. Energi ini dilepaskan ke air, yang
berubah menjadi uap. Energi uap ini digunakan
untuk menggerakkan turbin uap, dan energi mekanis yang
dihasilkan digunakan untuk meng- gerakkan generator untuk menghasilkan
daya listrik.
- Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Air :
Energi
potensial air dikonversikan menjadi energi
mekanis melalui penggunaan turbin air. Energi mekanis ini kemudian
dikonversikan lagi Menjadi energi listrik oleh generator listrik yang
disambungkan pada poros turbinnya.
- Motor pembakaran dalam
Energi kimiawi bahan bakar dikonversikan menjadi kerja mekanis. Campuran
udarabahanbakar dimampatkan dan pembakaran dilakukan oleh busi. Ekspansi
gas hasil pembakaran mendorong piston, yang menghasilkan putaran pada poros
engkol.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar