Termodinamika

TERMODINAMIKA 

Termodinamika berkaitan dengan hubungan kuantitatif antara panas dan bentuk lain dari bentuk energi, termasuk mekanik, kimia, elektrik, dan energi radiasi. Suatu benda dikatakan memiliki energi kinetik dikarenakan gerakannya atau gerakan dari bagian-bagian nya,seprti molekul, atom dan elektron, serta memiliki energi potensial disebabkan oleh posisinya atau konfigurasi dari bagian-bagiannya. Tidak mungkin untuk mengetahui harga mutlak energi suatu sistem, lebih tepat dikatakan mencatat perubahan energi yang terjadi saat suatu sistem mengalami perubahan. 

HUKUM I TERMODINAMIKA 

Hukum pertama adalah suatu pernyataan dari kekekalan energi.Dinyatakan bahwa, walaupun energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain, namun tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Dengan kata lain, total energi dari suatu sistem dan lingkungan sekitarnya (dinyatakan sebagai sistem terisolasi) adalah tetap dalam proses. Pernyataan ini berdasarkan kenyataan bahwa berbagai bentuk energi sama, dan jika satu jenis terbentuk, sejumlah yang sama dari jenis lain akan hilang. Gambaran relativitas sekarang, dinyatakan oleh persamaan Einstein 

Energi = (perubahan massa) x (kecepatan cahaya)2 

menunjukkan bahwa benda dapat dianggap sebagai bentuk lain dari energi, 1 gram adalah sama dengan 9x1013joule. 

Menurut hukum pertama, efek dari Q dan W dalam sistem diberikan selama transformasi dari termodinamika awal untuk properti dari sistem yang disebut energi internal, yang didefinisikan sebagai: Dimana E2 adalah energi internal dari sistem dalam keadaan akhir dan E1 adalah energi internal dari sistem dalam keadaan awal, (Q adalah panas dan W adalah usaha). Perubahan energi internal (∆E) berhubungan dengan Q dan W ditransfer antara sistem dan sekitarnya. Untuk perubahan yang sangat kecil dalam energi dE, persamaan(3-1) ditulis sebagai: Dimana dq adalah muatan yang menyerap panas dan dw adalah usaha yang dilakukan selama perubahan yang sangat kecil dari sistem. Huruf Q Dan W digunakanuntuk panas dan usaha di persamaan (3-1) untuk menandakan perubahan terbatas dalam jumlah tersebut. Simbol d dalam persamaan (3-2) menandakan perubahan kecil dari sifat yang bergantung pada "jalan" juga disebut perbedaan eksak. Maka, dq dan dw tidak dalam keadaan sifat termodinamika. Perubahan kecil dari setiap kondisi seperti dE, juga disebut diferensial yang tepat, secara umum dapat ditulis, misalnya sebagai fungsi dari T dan Vseperti pada persamaan berikut untuk sistem tertutup (yaitu, massakonstan): Derivatif parsial dari energi dalam persamaan (3-3) merupakan sifat penting dari sistem dan menunjukkan tingkat perubahan energi dengan perubahan T pada volume konstan atau dengan perubahan V pada suhu konstan. Oleh karena itu, hal ini berguna untuk menemukan ekspresi dalam hal sifat terukur. Ini dapat dilakukan dengan menggabungkan persamaan (3-2) dan (3-3) menjadi: Persamaan ini akan digunakan untuk menggambarkan beberapa sifat dari E sebagai fungsi dari T dan 

ISOTERMAL DAN PROSES ADIABATIK 

Ketika suhu konstan selama proses, reaksi dikatakan dilakukan isotermal. Reaksi isotermal dapat dilakukan dengan menempatkan sistem dalam suhu konstan besar sehingga panas diambil dari atau dikembalikan tanpa mempengaruhi suhu secara signifikan. Ketika panas yang tidak hilang atau diperoleh selama proses, reaksi dikatakan terjadi adiabatik. Reaksi dilakukan di dalam labu Dewar tertutup atau"botol vakum" adalah adiabatik karena sistem termal terisolasi dari lingkungannya. Dalam hal termodinamika, dapat dikatakan bahwa proses adiabatik adalah satu di mana d/q=0, dan hukum pertama dalam kondisi adiabatik tereduksi menjadi : 

 ᶑw = dE (3-5) 

Menurut persamaan(3-5), ketika usaha dilakukan dengan sistem,penurunan energi internal, dan karena panas tidak dapat diserap dalam proses adiabatik, suhu harus turun. Di sini, usaha yang dilakukan menjadi tergantung hanya pada keadaan awal dan akhir dari sistem termodinamika. 

KERJA EKSPANSI TERHADAP TEKANAN KONSTAN 

Volume sistem (yaitu, kerja ekspansi atau kerja kompresi) terhadap tekanan eksternal yang berlawanan konstan. Gaya total adalah PxA karena P= gaya/daerah. Uap dalam silinder dibuat untuk diperluas dengan meningkatkan suhu, dan piston bergerak sebuah jarak. kerja yang dilakukan terhadap tekanan lawan dalam satu panggung tunggal W=-Pex x A x h (3-6) Sekarang A x h adalah peningkatan volume. ∆V=V2-V1, sehingga, pada tekanan konstan, W = -Pex ∆V = -P x (V2-V1) (3-7) 

 PROSES REVERSIBEL 

Jika tekanan luar dinaikkan sedikit, sistem akan terkompresi dan tekanan uap naik dan begitu juga sebaliknya. Sebagaian air akan mengkondensasi untuk memperoleh kembali keseimbangan tekanan uap, dan panas yang dibebaskan akan diserap oleh bak bersuhu konstan.Jika proses dapat dilakukan sedemikian perlahan hingga tidak ada kerja yang digunakan untuk memberi kinetik pada pengisap, dan jika pengisap dianggap tidak mempunyai tekanan gesek hingga tidak ada kerja yang dilakukan untung menantang gaya gesek,semua usaha akan digunakan untuk mengembangkan atau mengkompresi uap.Karena proses ini selalu dalam keadaan seimbang termodinamika yang sesungguhnya, bertentangan dengan suatu perubahan kecil dari tekanan, maka dikatakan sebagai proses dapat balik atau reversibel. 

USAHA MAKSIMUM 

Usaha yang dilakukan oleh sistem dalam proses ekspansi isotermal adalah maksimum ketika hal itu dilakukan reversibel. Maka kerja maksimum yang dilakukan untuk sistem yang diperluas dalam reversibel adalah : Tekanan eksternal dalam persamaan (3-8) dapat digantikan oleh tekanan gas ideal, P=nRT/V, dan dengan memastikan bahwa suhu gas tetap konstan selama perubahan (proses isotermal): Maka salah satu dapat mengambil nRT luar terpisahkan, memberikan persamaan : Perhatikan bahwa dalam ekspansi, V2>V1dan(V2 /V1) adalah kuantitas positif. Oleh karena itu, pekerjaan dilakukan oleh sistem,sehingga penurunan energi(tanda negatif). Ketika sebaliknya adalah benar, V2