BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

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 banyak

hubungan termodinamika berasal.

Termodinamika adalah kajian tentang kalor (panas) yang berpindah.

Dalam termodinamika kamu akan banyak membahas tentang sistem dan

lingkungan. Kumpulan benda-benda yang sedang ditinjau disebut sistem,

sedangkan semua yang berada di sekeliling (di luar) sistem disebut lingkungan.

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 adalahproses 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.

Hukum termodinamika kebenarannya sangat umum, dan hukum-hukum ini tidak

bergantung kepada rincian dari interaksi atau sistem yang diteliti. Ini berarti

mereka dapat diterapkan ke sistem di mana seseorang tidak tahu apa pun kecual

perimbangan transfer energi dan wujud di antara mereka dan lingkungan.

Contohnya termasuk perkiraan Einstein tentang emisi spontan dalam abad ke-

20 dan riset sekarang ini tentang termodinamika benda hitam.

1.2. Rumusan Masalah

Maka dirumuskan permasalahan sebagai berikut :

1.      Apa pengertian dan aplikasi hukum termodinamika ?

1 Restuan Lubis

2.      Apa dan bagaimana hukum termodinamika ?

1.3. Tujuan

Penulisan Makalah ini diharapkan mampu memberikan manfaat sebagai

berikut :

1. Memberikan tambahan pengetahuan kepada pembaca tentang

Hukum  Termodinamika.

2. Memberikan penjelasan tentang hal – hal dasar yang sering dilupakan

dalam Thermodinamika.

3. Memberikan pengetahuan kepada pembaca tentang Hukum

Termodinamika.

2 Restuan Lubis

BAB II

PEMBAHASAN

2.1. Sistem Termodinamika

Termodinamika adalah kajian tentang kalor (panas) yang berpindah.

Dalam termodinamika kamu akan banyak membahas tentang sistem dan

lingkungan. Kumpulan benda-benda yang sedang ditinjau disebut sistem,

sedangkan semua yang berada di sekeliling (di luar) sistem disebut lingkungan.

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.

Konsep dasar dalam Termodinamika

Pengabstrakan 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.

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.

3 Restuan Lubis

Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara

sistem dan lingkungan:

a) Sistem terisolasi

Tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Contoh

dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.

b) 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 dipertimbangkan sebagai sifat pembatasnya:

pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas.

pembatas rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.

c) 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 penarikangravitasi. 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

4 Restuan Lubis

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.

1. Usaha Luar

Usaha luar dilakukan oleh sistem, jika kalor ditambahkan (dipanaskan)

atau kalor dikurangi (didinginkan) terhadap sistem. Jika kalor diterapkan kepada

gas yang menyebabkan perubahan volume gas, usaha luar akan dilakukan oleh gas

tersebut. Usaha yang dilakukan oleh gas ketika volume berubah dari volume

awal V1 menjadi volume akhir V2 pada tekanan pkonstan dinyatakan sebagai

hasil kali tekanan dengan perubahan volumenya.

W = p∆V= p(V2 – V1)

Secara umum, usaha dapat dinyatakan sebagai integral tekanan terhadap

perubahan volume yang ditulis sebagai

Tekanan dan volume dapat diplot dalam grafik p – V. jika perubahan

tekanan dan volume gas dinyatakan dalam bentuk grafik p – V, usaha yang

dilakukan gas merupakan luas daerah di bawah grafik p – V. hal ini sesuai dengan

operasi integral yang ekuivalen dengan luas daerah di bawah grafik.

Gas dikatakan melakukan usaha apabila volume gas bertambah besar (atau

mengembang) dan V2 > V1. sebaliknya, gas dikatakan menerima usaha (atau

usaha dilakukan terhadap gas) apabila volume gas mengecil atau V2 < V1dan

usaha gas bernilai negatif.

2. Energi Dalam

Suatu gas yang berada dalam suhu tertentu dikatakan memiliki energi

dalam. Energi dalam gas berkaitan dengan suhu gas tersebut dan merupakan sifat

mikroskopik gas tersebut. Meskipun gas tidak melakukan atau menerima usaha,

gas tersebut dapat memiliki energi yang tidak tampak tetapi terkandung dalam gas

tersebut yang hanya dapat ditinjau secara mikroskopik.

Berdasarkan teori kinetik gas, gas terdiri atas partikel-partikel yang berada

dalam keadaan gerak yang acak. Gerakan partikel ini disebabkan energi kinetik

5 Restuan Lubis

rata-rata dari seluruh partikel yang bergerak. Energi kinetik ini berkaitan dengan

suhu mutlak gas. Jadi, energi dalam dapat ditinjau sebagai jumlah keseluruhan

energi kinetik dan potensial yang terkandung dan dimiliki oleh partikel-partikel di

dalam gas tersebut dalam skala mikroskopik. Dan, energi dalam gas sebanding

dengan suhu mutlak gas. Oleh karena itu, perubahan suhu gas akan menyebabkan

perubahan energi dalam gas. Dimana ∆U adalah perubahan energi dalam

gas, n adalah jumlah mol gas, R adalah konstanta umum gas (R = 8,31 J

mol−1 K−1, dan ∆T adalah perubahan suhu gas (dalam kelvin).

Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem

termodinamika, yaitu:

a) 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.

b) 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.

c) Hukum kedua Termodinamika

Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini

menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi

cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai

maksimumnya.

d) 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.

6 Restuan Lubis

2.2. TERMODINAMIKA I

Jika kalor diberikan kepada sistem, volume dan suhu sistem akan

bertambah (sistem akan terlihat mengembang dan bertambah panas). Sebaliknya,

jika kalor diambil dari sistem, volume dan suhu sistem akan berkurang (sistem

tampak mengerut dan terasa lebih dingin). Prinsip ini merupakan hukum alam

yang penting dan salah satu bentuk dari hukum kekekalan energi.

Sistem yang mengalami perubahan volume akan melakukan usaha dan sistem

yang mengalami perubahan suhu akan mengalami perubahan energi dalam. Jadi,

kalor yang diberikan kepada sistem akan menyebabkan sistem melakukan usaha

dan mengalami perubahan energi dalam. Prinsip ini dikenal sebagai hukum

kekekalan energi dalam termodinamika atau disebut hukum I termodinamika.

Secara matematis, hukum I termodinamika dituliskan sebagai :

Q = W + ∆U

Dimana Q adalah kalor, W adalah usaha, dan ∆U adalah perubahan energi dalam.

Secara sederhana, hukum I termodinamika dapat dinyatakan sebagai berikut.

Jika suatu benda (misalnya krupuk) dipanaskan (atau digoreng) yang berarti diberi

kalor Q, yang berarti mengalami perubahan energi dalam ∆U.

Proses Isotermik

Suatu sistem dapat mengalami proses termodinamika dimana terjadi

perubahan-perubahan di dalam sistem tersebut. Jika proses yang terjadi

berlangsung dalam suhu konstan, proses ini dinamakan proses isotermik. Karena

berlangsung dalam suhu konstan, tidak terjadi perubahan energi dalam (∆U = 0)

dan berdasarkan hukum I termodinamika kalor yang diberikan sama dengan usaha

yang dilakukan sistem (Q = W).

Proses isotermik dapat digambarkan dalam grafik p – V di bawah ini.

Usaha yang dilakukan sistem dan kalor dapat dinyatakan sebagai

Dimana V2 dan V1 adalah volume akhir dan awal gas.

7 Restuan Lubis

Proses Isokhorik

Jika gas melakukan proses termodinamika dalam volume yang konstan,

gas dikatakan melakukan proses isokhorik. Karena gas berada dalam volume

konstan (∆V = 0), gas tidak melakukan usaha (W = 0) dan kalor yang diberikan

sama dengan perubahan energi dalamnya. Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai

kalor gas pada volume konstan QV.

QV = ∆U

Proses Isobarik

Jika gas melakukan proses termodinamika dengan menjaga tekanan tetap

konstan, gas dikatakan melakukan proses isobarik. Karena gas berada dalam

tekanan konstan, gas melakukan usaha (W = p∆V). Kalor di sini dapat dinyatakan

sebagai kalor gas pada tekanan konstan Qp. Berdasarkan hukum I termodinamika,

pada proses isobarik berlaku :

Sebelumnya telah dituliskan bahwa perubahan energi dalam sama

dengan kalor yang diserap gas pada volume konstan

QV =∆U

Dari sini usaha gas dapat dinyatakan sebagai

W = Qp − QV

Jadi, usaha yang dilakukan oleh gas (W) dapat dinyatakan sebagai selisih

energi (kalor) yang diserap gas pada tekanan konstan (Qp) dengan energi (kalor)

yang diserap gas pada volume konstan (QV).

Proses Adiabatik

Dalam proses adiabatik tidak ada kalor yang masuk (diserap) ataupun

keluar (dilepaskan) oleh sistem (Q = 0). Dengan demikian, usaha yang dilakukan

gas sama dengan perubahan energi dalamnya (W = ∆U).

8 Restuan Lubis

Jika suatu sistem berisi gas yang mula-mula mempunyai tekanan dan volume

masing-masing p1 dan V1 mengalami proses adiabatik sehingga tekanan dan

volume gas berubah menjadip2 dan V2, usaha yang dilakukan gas dapat

dinyatakan seb

Dimana γ adalah konstanta yang diperoleh perbandingan kapasitas kalor molar

gas pada tekanan dan volume konstan dan mempunyai nilai yang lebih besar dari

1 (γ > 1).

Proses adiabatik dapat digambarkan dalam grafik p – V dengan bentuk kurva yang

mirip dengan grafik p – V pada proses isotermik namun dengan kelengkungan

yang lebih curam.

Hukum pertama termodinamika adalah suatu pernyataan mengenai hukum

universal dari kekekalan energi dan mengidentifikasikan perpindahan panas

sebagai suatu bentuk perpindahan energi. Pernyataan paling umum dari hukum

pertama termodinamika ini berbunyi:

“ Kenaikan energi internal dari suatu sistem termodinamika sebanding dengan

jumlah energi panas yang ditambahkan ke dalam sistem dikurangi dengan kerja

yang dilakukan oleh sistem terhadap lingkungannya. ”

Pondasi hukum ini pertama kali diletakkan oleh James Prescott Joule yang

melalui eksperimen-eksperimennya berhasil menyimpulkan bahwa panas dan

kerja saling dapat dikonversikan. Pernyataan eksplisit pertama diberikan oleh

Rudolf Clausius pada 1850: "Terdapat suatu fungsi keadaan E, yang disebut

'energi', yang diferensialnya sama dengan jumlah kerja yang dipertukarkan dengan

lingkungannya pada suatu proses adiabati.

9 Restuan Lubis

2.3. TERMODINAMIKA II

Hukum kedua termodinamika berkaitan dengan apakah proses-proses yang

dianggap taat azas dengan hukum pertama, terjadi atau tidak terjadi di alam.

Hukum kedua termodinamika seperti yang diungkapkan oleh Clausius

mengatakan, “Untuk suatu mesin siklis maka tidak mungkin untuk menghasilkan

efek lain, selain dari menyampaikan kalor secara kontinu dari sebuah benda ke

benda lain pada temperatur yang lebih tinggi".

Bila ditinjau siklus Carnot, yakni siklus hipotesis yang terdiri dari empat

proses terbalikkan: pemuaian isotermal dengan penambahan kalor, pemuaian

adiabatik, pemampatan isotermal dengan pelepasan kalor dan pemampatan

adiabatik; jika integral sebuah kuantitas mengitari setiap lintasan tertutup adalah

nol, maka kuantitas tersebut yakni variabel keadaan, mempunyai sebuah nilai

yang hanya merupakan ciri dari keadaan sistem tersebut, tak peduli bagaimana

keadaan tersebut dicapai. Variabel keadaan dalam hal ini adalah entropi.

Perubahan entropi hanya gayut keadaan awal dan keadaan akhir dan tak gayut

proses yang menghubungkan keadaan awal dan keadaan akhir sistem tersebut.

Hukum kedua termodinamika dalam konsep entropi mengatakan, "Sebuah

proses alami yang bermula di dalam satu keadaan kesetimbangan dan berakhir di

dalam satu keadaan kesetimbangan lain akan bergerak di dalam arah yang

menyebabkan entropi dari sistem dan lingkungannya semakin besar".

Jika entropi diasosiasikan dengan kekacauan maka pernyataan hukum kedua

termodinamika di dalam proses-proses alami cenderung bertambah ekivalen

dengan menyatakan, kekacauan dari sistem dan lingkungan cenderung semakin

besar.

Di dalam ekspansi bebas, molekul-molekul gas yang menempati

keseluruhan ruang kotak adalah lebih kacau dibandingkan bila molekul-molekul

gas tersebut menempati setengah ruang kotak. Jika dua benda yang memiliki

temperatur berbeda T1 dan T2 berinteraksi, sehingga mencapai temperatur yang

10 Restuan Lubis

serba sama T, maka dapat dikatakan bahwa sistem tersebut menjadi lebih kacau,

dalam arti, pernyataan "semua molekul dalam sistem tersebut bersesuaian dengan

temperatur T adalah lebih lemah bila dibandingkan dengan pernyataan semua

molekul di dalam benda A bersesuaian dengan temperatur T1 dan benda B

bersesuaian dengan temperatur T2".

Di dalam mekanika statistik, hubungan antara entropi dan parameter kekacauan

adalah, pers. (1):

S = k log w

dimana k adalah konstanta Boltzmann, S adalah entropi sistem, w adalah

parameter kekacauan, yakni kemungkinan beradanya sistem tersebut relatif

terhadap semua keadaan yang mungkin ditempati.

Kemungkinan untuk menemukan sebuah molekul tunggal di dalam V

adalah, pers. (2):

W1 = c V

dimana c adalah konstanta. Kemungkinan menemukan N molekul secara

serempak di dalam volumeV adalah hasil kali lipat N dari w. Yakni, kemungkinan

dari sebuah keadaan yang terdiri dari Nmolekul berada di dalam volume V adalah,

pers.(3):

w = w1N = (cV)N.

Jika persamaan (3) disubstitusikan ke (1), maka perbedaan entropi gas ideal dalam

proses ekspansi isotermal dimana temperatur dan banyaknya molekul tak berubah,

adalah bernilai positip. Ini berarti entropi gas ideal dalam proses ekspansi

isotermal tersebut bertambah besar.

Definisi statistik mengenai entropi, yakni persamaan (1), menghubungkan

gambaran termodinamika dan gambaran mekanika statistik yang memungkinkan

untuk meletakkan hukum kedua termodinamika pada landasan statistik. Arah

dimana proses alami akan terjadi menuju entropi yang lebih tinggi ditentukan oleh

hukum kemungkinan, yakni menuju sebuah keadaan yang lebih mungkin.

11 Restuan Lubis

2.4. TERMODINAMIKA III

Efek magnetokalorik di pakai untuk menurunkan temperatur senyawa

paramagnetikhingga sekitar 0.001 K. Secara prinsip, temperatur yang lebih rendah

lagi dapat dicapai dengan menerapkan efek magnetokalorik berulang-ulang. Jadi

setelah penaikan medan magnetik semula secara isoterm, penurunan medan

magnetik secara adiabat dapat dipakai untuk menyiapkan sejumlah besar bahan

pada temperatur T, yang dapat dipakai sebagai tandon kalor untuk menaikan

tandon kalor secara isoterm ynag berikutnya dari sejumlah bahan yang lebih

sedikit dari bahan semula. Penurunan medan magnetik secara adiabat yang kedua

dapat menghasilkan temperatur yang lebih rendah lagi, Tᶠ², dan seterusnya. Maka

akan timbul pertanyaan apakah efek magnetokalorik dapat dipakai untuk

mendinginkan zat hingga mencapai nol mutlak.

Pecobaan menunjukan bahwa sifat dasar semua proses pendinginan adalah

bahwa semakin rendah temperatur yang dicapai, semakin sulit menurunkannya.hal

yang sama berlaku juga untuk efek magnetokalorik.dengan persyaratan demikian,

penurunan medan secara adiabat yang tak trhingga banyaknya diperlukan untuk

mencapai temperatur nol mutlak. Perampatan dari pengalaman dapat dinyatakan

sebagai berikut :

Temperatur nol mutlak tidak dapat dicapai dengan sederetan prosesyang

banyaknya terhingga.Ini dikenal sebagi ketercapaian temperatur nol mutlak atau

ketaktercapaian hukum ketiga termodinamika. Pernyataan lain dari hukum ketiga

termodinamika adalahhasil percobaan yang menuju ke perhitungan bahwa

bagaimana ΔST berlaku ketika T mendekati nol. ΔST ialah perubahan entropi

sistem terkondensasi ketika berlangsung proses isoterm terbuktikan.

Percobaansangat memperkuat bahwa ketika T menurun, ΔST berkurang jika

sistem itu zat cair atau zat padat. Jadi prinsip berikut dapat di terima:

12 Restuan Lubis

Perubahan entropi yang berkaitan dengan proses-terbalikan-isotermis-suatu

sistem-terkondensasi mendekati nol ketika temperaturnya mendekati nol.

Pada tahun 1911, Planck membuat suatu hipotesis   0, bukan hanya beda

entropi yg = 0, tetapi entropi setiap zat suhu T  padat atau cair dalam

keseimbangan dakhir pada suhu nol. Dapat ditunjukkan secara eksperimen, bahwa

bila suhunya mendekati St menurun.

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.

Secara intuitif hukum ketiga dapat dipahami dari fakta bahwa pergerakan

ionik atau molekular maupun atomik yang menentukan derajat ketidakteraturan

dan dengan demikian juga besarnya entropi, sama sekali berhenti pada 0 K.

Dengan mengingat hal ini, tidak akan ada perubahan derajat ketidakteraturan

dalam perubahan fisika atau kimia dan oleh karena itu tidak akan ada perubahan

entropi.

2.5. APLIKASI HUKUM KETIGA TERMODINAMIKA

Hukum ketiga termodinamika memungkinkan perhitungan perhitungan

entropi absolut dari zat murni pada tiap temperatur dari panas jenis dan panaa

transisi. Sebagai contoh, suatu benda padat pada temperatur T, akan memeiliki

entropi yang akan dinyatakan oleh :

Hasil diatas sesuai dengan kenyataan eksperimental. Sebagai contoh,

buffington dan Latimer menemukan bahwa koefisien ekspansi dari beberapa zat

padat kristalin mendekati nol.

Konsekuensi terakhir dari hukum ketiga termodinamika adalah tidak dapat

diperolehnya titik nol absolut. Ditinjau suatu bidang penelitian pada temperatur

rendah, kenyataan eksperimental menunjukan bahwa temperatur yang di peroleh

oleh tiap proses demagenetisasi adaibatik dari temperatur awalnya adalah

13 Restuan Lubis

setengah temperatur awal proses bersangkutan. Jadi makin rendah temperatur

yang dicapai, makin kurang kemungkinannya untuk didinginkan lebih rendah.

Dengan kata lain diperlukan proses demagnetisasi adiabatik yag tak

terbatas jumlahnya untuk mencapai titik nol absolut.

2.5.a. SIKLUS RANKINE

Siklus Rankine adalah siklus termodinamika yang mengubah panas

menjadi kerja. Panas disuplai secara eksternal pada aliran tertutup, yang biasanya

menggunakan air sebagai fluida yang bergerak. Siklus ini menghasilkan 80% dari

seluruh energi listrik yang dihasilkan di seluruh dunia. Siklus ini dinamai untuk

mengenang ilmuwan Skotlandia, William John Maqcuorn Rankine.

Siklus Rankine adalah model operasi mesin uap panas yang secara umum

ditemukan di pembangkit listrik. Sumber panas yang utama untuk siklus Rankine

adalah batu bara, gas alam, minyak bumi, nuklir, dan panas matahari. Siklus

Rankine kadang-kadang dikenal sebagai suatu Daur Carnot praktis ketika suatu

turbin efisien digunakan, T diagram akan mulai untuk menyerupai Daur Carnot.

Perbedaan yang utama adalah bahwa suatu pompa digunakan untuk memberi

tekanan cairan sebagai penganti gas. Ini memerlukan sekitar 100 kali lebih sedikit

energy dibanding yang memampatkan suatu gas di dalam suatu penekan ( seperti

di Daur Carnot). suatu siklus thermodynamic mengkonversi panas ke dalam

pekerjaan. Panas disediakan secara eksternal bagi suatu pengulangan tertutup,

yang pada umumnya menggunakan air sebagai cairan. Siklus ini menghasilkan

sekitar 80% dari semua tenaga listrik yang digunakan.

Fluida pada Siklus Rankine mengikuti aliran tertutup dan digunakan secara

konstan. Berbagai jenis fluida dapat digunakan pada siklus ini, namun air dipilih

karena berbagai karakteristik fisika dan kimia, seperti tidak beracun, terdapat

dalam jumlah besar, dan murah.

Dalam siklus Rankine ideal, pompa dan turbin adalah isentropic, yang

berarti pompa dan turbin tidak menghasilkan entropi dan memaksimalkan output

kerja. Dalam siklus Rankine yang sebenarnya, kompresi oleh pompa dan ekspansi

dalam turbin tidak isentropic. Dengan kata lain, proses ini tidak bolak-balik dan

14 Restuan Lubis

entropi meningkat selama proses. Hal ini meningkatkan tenaga yang dibutuhkan

oleh pompa dan mengurangi energi yang dihasilkan oleh turbin. Secara khusus,

efisiensi turbin akan dibatasi oleh terbentuknya titik-titik air selama ekspansi ke

turbin akibat kondensasi. Titik-titik air ini menyerang turbin, menyebabkan erosi

dan korosi, mengurangi usia turbin dan efisiensi turbin. Cara termudah dalam

menangani hal ini adalah dengan memanaskannya pada temperatur yang sangat

tinggi.

Efisiensi termodinamika bisa didapatkan dengan meningkatkan temperatur

input dari siklus. Terdapat beberapa cara dalam meningkatkan efisiensi siklus

Rankine. Siklus Rankine dengan pemanasan ulang. Dalam siklus ini, dua turbin

bekerja secara bergantian. Yang pertama menerima uap dari boiler pada tekanan

tinggi. Setelah uap melalui turbin pertama, uap akan masuk ke boiler dan

dipanaskan ulang sebelum memasuki turbin kedua, yang bertekanan lebih rendah.

Manfaat yang bisa didapatkan diantaranya mencegah uap berkondensasi selama

ekspansi yang bisa mengakibatkan kerusakan turbin, dan meningkatkan efisiensi

turbin. Siklus Rankine regenerative

Konsepnya hampir sama seperti konsep pemanasan ulang. Yang

membedakannya adalah uap yang telah melewati turbin kedua dan kondenser

akan bercampur dengan sebagian uap yang belum melewati turbin kedua.

Pencampuran terjadi dalam tekanan yang sama dan mengakibatkan pencampuran

temperatur. Hal ini akan mengefisiensikan pemanasan primer.

2.5.b. Proses Siklus Rankine

Siklus Rankine adalah suatu mesin kalori dengan uap air menggerakkan

siklus. Cairan Aktip yang umum adalah air. Siklus terdiri dari empat proses, setiap

siklus mengubah keadaan fluida (tekanan dan/atau wujud).

Proses 1: Fluida dipompa dari bertekanan rendah ke tekanan tinggi dalam bentuk

cair. Proses ini membutuhkan sedikit input energi.

Proses 2: Fluida cair bertekanan tinggi masuk ke boiler di mana fluida dipanaskan

hingga menjad uap pada tekanan konstan menjadi uap jenuh.

15 Restuan Lubis

Proses 3: Uap jenuh bergerak menuju turbin, menghasilkan energi listrik. Hal ini

mengurangi temperatur dan tekanan uap, dan mungkin sedikit kondensasi juga

terjadi.

Proses 4: Uap basah memasuki kondenser di mana uap diembunkan dalam

tekanan dan temperatur tetap hingga menjadi cairan jenuh.

BAB III

PENUTUP

3.1. KESIMPULAN

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. Hukum ini menyatakan

bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk

meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya.

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.

16 Restuan Lubis

DAFTAR PUSTAKA

Martin, A. 1990. “Farmasi Fisika”, Universitas Indonesia Press, Jakarta.

Web:

http://id.wikipedia.org/wiki/Termodinamika

http://www.cuacajateng.com/hukumpertamathermodinamika.html

http://www.forumsains.com/fisika-smu/bunyi-hukum-ke-2-thermodynamics/

17 Restuan Lubis