Kumpulan benda-benda atau objek telaah dalam termodinamika disebut sistem, sedangkan semua yang terdapat di luar sistem disebut lingkungan, dan secara keseluruhan sistem dan lingkungan membentuk alam semesta. Sistem dan lingkungan dibatasi oleh permukaan tertutup, dapat berupa permukaan nyata atau permukaan khayal. Antara sistem dan lingkungan dapat terjadi interaksi /pertukaran energi, yang mempunyai pengaruh langsung terhadap keadaan sistem. Interaksi sistem dengan lingkungan dapat dalam bentuk perpindahan kalor, perantaraan kerja, pertukaran energi, perpindahan benda/zat sistem, atau dapat pula sekaligus dengan perpindahan kalor dan perantaraan kerja, sehingga sistem dapat dibedakan atas 3 macam, yaitu :
Sifat atau keadaan sistem ditentukan oleh besaran-besaran seperti ; volume, tekanan, temperatur, kapasitas kalor, massa jenis, dan lain sebagainya. Besaran besaran yang mempengaruhi sifat-sifat atau keadaan sistem disebut koordinat termodinamika /koordinat sistem atau variabel keadaan sistem
A. Keseimbangan Termodinamik
Bila suatu sistem dalam keadaan setimbang termal, setimbang mekanik, dan setimbang kimia, dikatakan sistem tersebut berada dalam keadaan setimbang termodinamik. Dalam keadaan setimbang antara variabel-variabel sistem memberikan gambaran mengenai keadaan sistem. Hubungan antara sesama variebel/koordinat sistem disebut persamaan keadaan sistem. Perubahan salah satu atau lebih variabel keadaan sistem disebut proses . Jadi proses dalam termodinamika dapat diartikan sebagai interaksi antara sistem dan lingkungan yang mengubah keadaan sistem dari keadaan keseimbangan awal (i) menjadi keseimbangan akhir (f), yang terdir dari beberapa proses, antara lain
1. Proses Kuasistatik, yaitu proses yang berlangsung sangat lambat, sehingga perubahan koordinat termodinamiknya dari waktu ke waktu kecil sekali. Setiap saat sistem hampir-hampir dalam keadaan setimbang termodinamik, sehingga selama proses kuasistatik dianggap sistem berada dalam keseimbangan. Dalam kenyataan proses kuasistatik sebenarnya tidak ada, dan ini merupakan suatu proses ideal yang dimaksudkan untuk mempermudah pembahasan. Proses yang dijumpai dalam kenyataan adalah proses nonkuasistatik.
2. Proses isometrik (isovolum, isokhorik) adalah proses yang berlangsung pada volume tetap.
3. Proses Isobarik adalah proses yang berlangsung pada tekanan tetap
4. Proses isotermal adalah proses yang berlangsung pada temperatur tetap.
B. Persamaan Keadaan Sistem
1. Hukum Boyle
Pada
tahun 1660 Robert Boyle mengumumkan hasil eksperimennya secara
kuantitatif mengenai sifat-sifat gas , yang merupakan salah satu dari
eksperimen yang mula-mula dilakukan. Dia menemukan bahwa jika suhu suatu
gas dikonstankan, sedangkan volumenya diubah-ubah, maka tekanannya juga
berubah-ubah sedemikian rupa, sehingga hasil kali antara tekanan dan
volume pada dasarnya tetap konstan. Secara matematis hubungan antara
tekanan p, dan volume V dapat ditulis :
pV = konstan, (3-1)
yang lebih dikenal sebagai hukum Boyle. Sebenarnya, hasil kali pV,
tidaklah selalu konstan, ketika tekanan gas berubah-ubah. Oleh sebab
itu, untuk memudahkan, kita khayalkan suatu gas, yang disebut gas
sempurna atau gas ideal, yang berdasarkan defenisi benar-benar tunduk
hukum Boyle pada semua tekanan. Pada tekanan rendah, gas riel, atau gas
sejati mendekati atau hampir sama dengan gas sempurna.
2. Hukum Gay Lussac
Joseph
Louis Gay -Lussac meneliti hubungan antara volume dan suhu pada tahun
1802, diikuti oleh peneliti-peneliti lain, seperti Jacques Ac Charles,
yang namanya sering dikaitkan dengan Gay Lussac. Menurut Gay-Lussac :
V = Vo { 1 + β (t2 - t1)} (3-2)
Hubungan
ini menunjukkan perubahan volume gas, bila terjadi perubahan suhu,
dengan syarat tekanan selama proses haruslah konstan. Jika suhu awal t1 = 0 oC, maka :
V = Vo { 1 + βo t} (3-3)
Dari
persamaan di atas, jelas bahwa volume gas, merupakan fungsi linier dari
suhu. Kenyataan lain yang diperoleh dari hasil percobaan adalah bahwa
ternyata harga βo hampir sama untuk semua gas, yakni :
βo = 0,003660 per Co, (3-4)
2. Persamaan Keadaan Gas Ideal
Hukum
Boyle dan hukum Gay Lussac dapat digunakan untuk memperoleh persamaan
tunggal yang menghubungkan tekanan, volume, dan suhu gas ideal.
Interaksi sistem dengan lingkungan dapat dilakukan dengan tiga cara yaitu
kerja atau usaha luar, pertukaran kalor, dan gabungan kerja dan pertukaran kalor.
1. Kerja atau usaha luar
Misalkan di dalam silinder yang tertutup piston yang sangat tipis (dianggap tak bermassa) berisi gas seperti diperlihatkan pada Gambar 6. Piston dapat bergerak maju/mundur tanpa gesekan. Bila gaya yang dilakukan gas (F) lebih besar dari gaya yang diberikan udara luar (F’) maka piston akan bergeser ke arah luar dikatakan sistem (gas) melakukan usaha luar . Bila F < F’ , maka piston akan bergeser ke arah kiri, dikatakan usaha dilakukan terhadap sistem.
Dalam mekanika, usaha yang dilakukan oleh/terhadap sistem memenuhi per-samaan
dengan
dengan perjanjian sebagai berikut :
Bila sistem (gas) berekspansi atau volume sistem bertambah sebesar dV, maka dikatakan gas melakukan usaha luar terhadap lingkungannya. Usaha luar ini dihitung negatif (-), karena energi sistem berkurang. Sebaliknya, bila gas mengalami kompressi, maka usaha
dilakukan oleh lingkungan terhadap gas. Usaha luar ini dihitung positif
(+), karena energi sistem bertambah. Oleh sebab itu, secara umum kerja
yang dilakukan oleh/pada gas dapat ditulis
W = -, (3-14)
Tidak ada komentar:
Posting Komentar