Upload
restuan
View
142
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
sert
Citation preview
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